高溫智能壓力變送器溫度補償的研究

摘要:提出了高溫智能壓力變送器溫度補償的新方法，分析了智能壓力變送器軟件的補償原理,當其把壓力信號轉換為電信號以后,再由微機對檢測的信號壓力零點及靈敏度的溫度補償以及對壓力非線性特性進行校正,最后對測量結果進行標定變換并顯示.
　　高溫智能壓力變送器的應用領域非常廣泛.目前用于制作高溫智能壓力變送器的傳感器很多,如硅-藍寶石壓力傳感器、多晶硅壓力傳感器等.但是這些傳感器是用半導體材料制成的，由于半導體工藝及其材料固有的特點，這類傳感器都具有一定的溫度漂移.本文提出了用硅-藍寶石壓力傳感器制作的智能壓力變送器中溫度補償的方法.
1工作原理
　　高溫壓力傳感器受溫度影響很大.采用軟件補償法,可使傳感器在-50~150℃的范圍內達到允許的偏差(精度≤0.5%).其原理如圖1所示.
 
　　圖中p為大氣壓力，θ為溫度，Vp為壓力傳感器理想輸出，Vs壓力傳感器實際輸出，vs(NT)為Vs的離散結果，Vo為溫度傳感器實際輸出,Vθ(NT)為Vθ的離散結果.
1.1溫度傳感器工作原理
　　溫度傳感器采用Pt100鉑電阻器，經電路處理后,θ和Vθ的關系為
 
　　V150與Vo分別為Vθ在150℃和0℃時的輸出值.若壓力傳感器環境室溫為θj，當溫度變化到θ0時的溫度差為△θ,則
△θ=θ-θj
1.2壓力傳感器溫度補償原理
　　壓力傳感器的輸出是大氣壓力、溫度的函數,即Vs=ƒ(p，△θ);在設定的室溫下，△θ=0，即Vs=Vp=ƒ(p),此時,壓力傳感器的p和Vp的關系為理想輸人輸出關系,即.
 
　　po為零點時壓力值;pm為滿量程時壓力值;V(o.ƒ)為設定溫度下零點時Vp的輸出值，V(m.j)為設定溫度下滿量程時Vp的輸出值.
　　實際上，Vp受到△θ的影響，根據對壓力傳感器的溫度變化試驗結果,可確定為
Vp=Vs+α△θ
式中
 
式中
　　N為采樣次數;T為采樣周期;t為從采樣開始起的時間.
　　因為壓力傳感器響應頻率為100Hz，溫度傳.感器的響應頻率也不大于100Hz,根據采樣定理，式(4)、式(5)中t=2.5ms,則V,(NT)可復現Vs,Vθ(NT)可復現Vθ.
2工程實現
2.1硬件的實現
　　電路原理框圖如圖2所示
 
　　圖2中，單片機有8K程序存貯器，256字節隨機存貯器，用于記錄標定時產生的數據.A/D轉換器是12位A/D轉換器，轉換時間為50μs.調理電路采用差分輸人放大電路，溫度傳感器采.用Pt100薄膜鉑電阻器.數字信號輸出采用RS一232串行通訊接口電路.
2.2軟件的實現
　　為了提高運算速度，該程序采用MCS-51匯編語言編制.壓力溫度補償軟件框圖如圖3所示.
 
3補償結果
　　在壓力傳感器中利用單片機進行溫度補償的結果如表1.表2所示.為便于測試，選擇傳感器.的零位輸出的變化，可推測實際變化的情況.
 
　　表1是70和150℃時傳感器的零位輸出變化，由表1看出，補償前零位輸出變化在0.011~0.084MPa之間，而補償后變化為0.001~0.005MPa.
　　表2是室溫時傳感器測量結果.可見傳感器經補償后達到了精度≤0.5%的指標要求.