高温智能压力变送器温度补偿

摘要:提出了高温智能压力变送器温度补偿的新方法，分析了智能压力变送器软件的补偿原理,当其把压力信号转换为电信号以后,再由微机对检测的信号压力零点及灵敏度的温度补偿以及对压力非线性特性进行校正,最后对测量结果进行标定变换并显示.
　　高温智能压力变送器的应用领域非常广泛.目前用于制作高温智能压力变送器的传感器很多,如硅-蓝宝石压力传感器、多晶硅压力传感器等.但是这些传感器是用半导体材料制成的，由于半导体工艺及其材料固有的特点，这类传感器都具有一定的温度漂移.提出了用硅-蓝宝石压力传感器制作的智能压力变送器中温度补偿的方法.
1工作原理
　　高温压力传感器受温度影响很大.采用软件补偿法,可使传感器在-50~150℃的范围内达到允许的偏差(精度≤0.5%).其原理如图1所示.
 
　　图中p为大气压力，θ为温度，Vp为压力传感器理想输出，Vs压力传感器实际输出，vs(NT)为Vs的离散结果，Vo为温度传感器实际输出,Vθ(NT)为Vθ的离散结果.
1.1温度传感器工作原理
　　温度传感器采用Pt100铂电阻器，经电路处理后,θ和Vθ的关系为
 
　　V150与Vo分别为Vθ在150℃和0℃时的输出值.若压力传感器环境室温为θj，当温度变化到θ0时的温度差为△θ,则
△θ=θ-θj
1.2压力传感器温度补偿原理
　　压力传感器的输出是大气压力、温度的函数,即Vs=ƒ(p，△θ);在设定的室温下，△θ=0，即Vs=Vp=ƒ(p),此时,压力传感器的p和Vp的关系为理想输人输出关系,即.
 
　　po为零点时压力值;pm为满量程时压力值;V(o.ƒ)为设定温度下零点时Vp的输出值，V(m.j)为设定温度下满量程时Vp的输出值.
　　实际上，Vp受到△θ的影响，根据对压力传感器的温度变化试验结果,可确定为
Vp=Vs+α△θ
式中
 
式中
　　N为采样次数;T为采样周期;t为从采样开始起的时间.
　　因为压力传感器响应频率为100Hz，温度传.感器的响应频率也不大于100Hz,根据采样定理，式(4)、式(5)中t=2.5ms,则V,(NT)可复现Vs,Vθ(NT)可复现Vθ.
2工程实现
2.1硬件的实现
　　电路原理框图如图2所示
 
　　图2中，单片机有8K程序存贮器，256字节随机存贮器，用于记录标定时产生的数据.A/D转换器是12位A/D转换器，转换时间为50μs.调理电路采用差分输人放大电路，温度传感器采.用Pt100薄膜铂电阻器.数字信号输出采用RS一232串行通讯接口电路.
2.2软件的实现
　　为了提高运算速度，该程序采用MCS-51汇编语言编制.压力温度补偿软件框图如图3所示.
 
3补偿结果
　　在压力传感器中利用单片机进行温度补偿的结果如表1.表2所示.为便于测试，选择传感器.的零位输出的变化，可推测实际变化的情况.
 
　　表1是70和150℃时传感器的零位输出变化，由表1看出，补偿前零位输出变化在0.011~0.084MPa之间，而补偿后变化为0.001~0.005MPa.
　　表2是室温时传感器测量结果.可见传感器经补偿后达到了精度≤0.5%的指标要求.