高溫智能壓力變送器溫度補(bǔ)償

摘要:提出了高溫智能壓力變送器溫度補(bǔ)償?shù)男路椒?，分析?a href="http://www.shoutll.cn/ylbs/244.html">智能壓力變送器軟件的補(bǔ)償原理,當(dāng)其把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以后,再由微機(jī)對(duì)檢測(cè)的信號(hào)壓力零點(diǎn)及靈敏度的溫度補(bǔ)償以及對(duì)壓力非線性特性進(jìn)行校正,最后對(duì)測(cè)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(diǎn)，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(bǔ)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(bǔ)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(shí)際輸出，vs(NT)為Vs的離散結(jié)果，Vo為溫度傳感器實(shí)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(shí)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(shí)的溫度差為△θ,則
△θ=θ-θj
1.2壓力傳感器溫度補(bǔ)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(shí),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(diǎn)時(shí)壓力值;pm為滿量程時(shí)壓力值;V(o.ƒ)為設(shè)定溫度下零點(diǎn)時(shí)Vp的輸出值，V(m.j)為設(shè)定溫度下滿量程時(shí)Vp的輸出值.
　　實(shí)際上，Vp受到△θ的影響，根據(jù)對(duì)壓力傳感器的溫度變化試驗(yàn)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(kāi)始起的時(shí)間.
　　因?yàn)閴毫鞲衅黜憫?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(shí)現(xiàn)
2.1硬件的實(shí)現(xiàn)
　　電路原理框圖如圖2所示
 
　　圖2中，單片機(jī)有8K程序存貯器，256字節(jié)隨機(jī)存貯器，用于記錄標(biāo)定時(shí)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(shí)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(hào)輸出采用RS一232串行通訊接口電路.
2.2軟件的實(shí)現(xiàn)
　　為了提高運(yùn)算速度，該程序采用MCS-51匯編語(yǔ)言編制.壓力溫度補(bǔ)償軟件框圖如圖3所示.
 
3補(bǔ)償結(jié)果
　　在壓力傳感器中利用單片機(jī)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果如表1.表2所示.為便于測(cè)試，選擇傳感器.的零位輸出的變化，可推測(cè)實(shí)際變化的情況.
 
　　表1是70和150℃時(shí)傳感器的零位輸出變化，由表1看出，補(bǔ)償前零位輸出變化在0.011~0.084MPa之間，而補(bǔ)償后變化為0.001~0.005MPa.
　　表2是室溫時(shí)傳感器測(cè)量結(jié)果.可見(jiàn)傳感器經(jīng)補(bǔ)償后達(dá)到了精度≤0.5%的指標(biāo)要求.