北京盛思瑞特公司代理經銷多種品牌、多門類的傳感器，涵蓋HONEYWELL、TE、SMI、HYB、PNI、ISENTEK、SENSIRION等品牌，產品類型包括溫濕度、壓力、磁力計、加速度、霍爾IC等。在使用傳感器的過程中，由于敏感元件的輸出信號通常較為微弱，需要經過放大處理。這一過程往往會引入誤差，進而影響測量精度。本文列舉并分析了一些在信號調理環節中容易導致誤差的原因。

傳感接頭安裝在小型金屬外殼中。這樣便可提高測量軸承中接觸點溫度變化的準確性和靈敏度。傳感器可輕松安裝在空間有限的位置，并且可以鉆孔布設。K型比例系數為每度大約40uV，而S型的輸出大約為每度10uV。在使用熱電偶時還會遇到其它電路問題，如熱電偶的連接需要保護電路等。在使用K型的情況下，在1250度范圍內獲得±1.1℃的測量精度，誤差包括運算放大器的輸入漂移和0.25至0.5℃的熱電偶非線性誤差。

另外在小信號處理電路中，由放大器帶來的噪聲是不可避免的，事實上這將決定系統可能實現的最佳信噪比。

誤差影響因素

典型的誤差影響因素包括參考電壓誤差、放大器誤差、傳感器誤差以及噪聲對測量精度的影響。

(1) 參考電壓誤差

參考電壓是用來與實際測量值進行比較的，因此這個參考電壓的實際值非常重要，需要對參考電壓進行周期性校準或軟件校準以修正這個基本的測量誤差。而且，精心設計的參考電壓可以用來最大限度地減少由于溫度造成的漂移。在0℃至25℃的條件下，一個100ppm/℃的溫度系數的誤差會到2500ppm，或滿量程范圍的0.25%。

(2) 放大器誤差

運算放大器因其失調零漂等原因，會引入誤差。傳感器信號輸入運算放大器即會影響測量精度。如壓力傳感器，以壓力傳感器為例，一個20mV的滿量程信號將會有5%偏移，即1mV輸入偏置電壓。這個輸入偏置誤差可以直接降低測量精度，用足夠動態范圍的A/D轉換器就可能利用軟件消除這個誤差。

下圖是TE MS5525的框圖，比例放大模擬輸出，用足夠動態范圍的A/D轉換器。

(3) 傳感器誤差

傳感器因為加工工藝的原因，不可能達到理想狀態，會產生誤差。修正傳感器誤差可能很困難。如壓力傳感器，即使在生產過程中進行線性校準，但是應用中不同設備之間的輸出比例系數的變化量仍然很高。壓力傳感器的參考電壓通常是由激勵產生的，通過惠斯頓電橋產生一種比例式測量方法，該方法可一定程度消除漂移誤差，但由于電橋之間不可能完全對稱，故仍然會有偏置電壓產生。

下圖是SMI SM5470低壓傳感器的零點偏移，其偏置誤差很大程度是由電橋不對稱導致。

(4) 噪聲影響

噪聲有許多來源，包括來自附近高速數字邏輯電路、電源、風扇電機、電磁閥和射頻EMI的耦合噪聲。可以通過合適的接地設計、屏蔽方法和電路板布局等降低噪聲。另外可以選擇引入噪聲最小、具有足夠增益帶寬的運算放大器。可根據引入的噪聲大小評價運算放大器，噪聲量根據對不受限制帶寬(寬頻帶)或確定帶寬上的信號的測量值來確定。

以下是TE MS4525壓力傳感器在5VDC測試下的噪聲波形圖。

TE MS4525噪聲波形圖

TE MS4525噪聲換算

A/D轉換器

使用A/D轉換器時，背景噪聲是可用測量精度的決定性因素。當一個器件的額定分辨率為24位時，由于噪聲導致的局限性，通常轉換器實現的實際精度更低。這里需要區分有效位和極低噪聲值，有效位規格是由噪聲電平RMS值計算出來的，極低噪聲值則是基于峰-峰值，通常相當于統計RMS值的6.6倍之多。因此，極低噪聲規格表示的是轉換器的有效分辨率，在背景噪聲以上LSB位依然保持穩定。還需要特別注意規格書中的限制條件，例如參考電壓和輸入范圍可能因應用不同而異，數據手冊上所承諾的與實際比值可能有相當大的差異。

運算放大器

對于放大器而言，同時實現低噪聲和高增益很困難。那么就需要讓放大器的噪聲水平與其誤差達到同樣的范圍。所有的半導體放大器都會有1/f噪聲，也稱為閃爍噪聲(flicker noise)，它是由于材料而產生的一種基本現象。與頻率相反，在一個特定的噪聲拐點以下，噪聲密度將呈指數增加，而且在低頻時變得有非常大。很少有放大器能低成本地以單芯片實現這種低噪聲和高增益的組合特性。

為了實現低噪聲和高增益，可以設計混合的多放大器電路，采用一種具有高輸入阻抗、輸入糾錯電路和第二個(或第三個)補償放大器的輸入放大器組合，以實現所需的增益。集中于一個參數的放大器經常在其他方面帶來嚴重的問題。