高溫智能壓力變送器溫度補償

摘要:提出了高溫智能壓力變送器溫度補償?shù)男路椒ǎ治隽?a href="http://m.6667376.com/ylbs/244.html">智能壓力變送器軟件的補償原理,當(dāng)其把壓力信號轉(zhuǎn)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(jìn)行校正,最后對測量結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定變換并顯示.
　　高溫智能壓力變送器的應(yīng)用領(lǐng)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(lán)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(dǎo)體材料制成的，由于半導(dǎo)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.提出了用硅-藍(lán)寶石壓力傳感器制作的智能壓力變送器中溫度補償?shù)姆椒?
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(nèi)達(dá)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(jié)果，Vo為溫度傳感器實際輸出,Vθ(NT)為Vθ的離散結(jié)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(jīng)電路處理后,θ和Vθ的關(guān)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(huán)境室溫為θj，當(dāng)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(shù),即Vs=ƒ(p，△θ);在設(shè)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(guān)系為理想輸人輸出關(guān)系,即.
 
　　po為零點時壓力值;pm為滿量程時壓力值;V(o.ƒ)為設(shè)定溫度下零點時Vp的輸出值，V(m.j)為設(shè)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(jù)對壓力傳感器的溫度變化試驗結(jié)果,可確定為
Vp=Vs+α△θ
式中
 
式中
　　N為采樣次數(shù);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(yīng)頻率為100Hz，溫度傳.感器的響應(yīng)頻率也不大于100Hz,根據(jù)采樣定理，式(4)、式(5)中t=2.5ms,則V,(NT)可復(fù)現(xiàn)Vs,Vθ(NT)可復(fù)現(xiàn)Vθ.
2工程實現(xiàn)
2.1硬件的實現(xiàn)
　　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(jié)隨機存貯器，用于記錄標(biāo)定時產(chǎn)生的數(shù)據(jù).A/D轉(zhuǎn)換器是12位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時間為50μs.調(diào)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(shù)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(xiàn)
　　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(jié)果
　　在壓力傳感器中利用單片機進(jìn)行溫度補償?shù)慕Y(jié)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(jié)果.可見傳感器經(jīng)補償后達(dá)到了精度≤0.5%的指標(biāo)要求.