扩散硅数字化压力变送器补偿技术

1、图1压力变送签原理图Technology & Application与应用屢軽塁埜凰第竟鑿器补偿狡术摘叢：详细介绍了旷最庄压力娈送88的将点和现状.提出了対旷散狂疥力娈送器肉数字补偻方乗和朴偿倚 法及实际测试结果.该技术提局了产品的整体性能.很好的解庆了变送樂零点翻和灵故度温漂的问題. 并通逗批化的生产证实这种技术的正确性.关催词：旷駅旌压力传感箜，伍力变送嘉：数孚补借；补偿算広.中图分类号：TP212.1文畝标识码；A 文章编号：1006-883X(2010)04-0026-04 崔卫黄満军李笃明蔡亚平一、概述本文的介绍了扩敕硅压力变送器的数字化补偿技术，F1的心丁捉克扩散硅压力变送

2、器的综合件能，降低 由于温度等外界环境因素对扩散硅压力变送器的影响，使压力变送器综合性指标能达到最佳.扩散硅床力传想器以1U6W度、高稳定性、取员性好、呈程范出寛、兼容性好、灵救度岛、线性好、无 滞厉、反应快等诸多优点面广泛应用于工业控制，流就测蜀，医用仪器，空气动力瀝俎，液压、气动设备等 领域但由于扩散硅压力传感器受温度变化影响使其性能爱到一些影响目啊国、内外对传感器的补偿方広 來用模拟电跑补偿和在钾能芯片或微机中以软件的方法实现补偿.其中模拟补偿的力法有：在桥臂卜.率并和 定的电阻法：桥臂热做电阻法：桥外上串、并热放的电阻法：双电桥补偿技术等.使用模拟电路逍行校正人 都存在电路复杂、调试闲

3、堆、粘度低、通用性竝、效率低等缺点.软件补偿足将微处理器与压力传憊器结合 起來充分利用丰富的软件功能、结介一定的补偿舁法对传感器温度能附加误差进行修正.软件补偿的效果 比模拟补偿好达到的稍度更高.但映件成本奇，生产丁艺相对貝杂.本技术采用扩散硅压力传感器和新住 传感器调理芯片，消除了外界坏境 温厦对变送器输111的影响，解决了 榄拟补偿中蒂度低、软件补偿成本 高、频响低等缺点.解决了在实际 应用中的诸多问题,适用于对菇 度、成本等何耍求较爲的场合使 用.二、数字化压力变送器硬件原理数字化用力变送器的原理屋 采用拓性能的扩散硅压力传感器 以及数字化传感器信号调理芯片 组成.以数7化调理芯片PGA

4、309rtSSS 世界 2010.04wsens<工厂"-工77工",为例.三线制电爪产品.输出仃巧0.57 5VDC.供电5VDC. 变送器的原珅如图1所示.PGA309塔传想器输出的垦分信廿进行放人和校准。校 准和温度补偿产品时采用单线和计弊机通侑.校冷參数和补 偿第数仃储庄外部的EEPROM中PGA309 丁仕时從发温度 ADC测肚温浚.然厉读取EEPROM中的参数介询衣依据 賁询駁中的对应温度索引的参数计算導点DAC和增益DAC 的设賈值进ftif WK输出敌値并输出，4tnVl动温度ADC 新i轮的转换.如此反复循环 三变送器补傍算法补偿算浓采用址佳拟合h线

5、的隊法K小乘仏拟介fl线补偿如果实际咬准曲线仃N个测试点对应的输入输出数据分别为温度 乙 零点电压（/=l. 2N）.设址小二乘法拟含I线为：l/-o + Kr（1）其中.5个测试点与所拟介H线的眶H偏疋为：岔 Ui七坏）根抓加小二癥厶原理.使绘小.町御Mtft如卜:曲求它1丿校准曲线Z间的址大偏差尽可能的小.校冷曲线纭 该直线的皱大假差称为零基准线性度.设零農准线性陞的拟舍直线为：U a + kT如果校带曲线上N个测址点，因为拟介Fi线的起点与校 准曲线的&点致，均为零旱准点（厲S），故仃：Hlh aS*7b（5）根据域小二乘原理町得：£（5 -5）*（7； -0）（7；

6、“<6）因iQ时.冇门小G = 0于是：,¥N为心-5X7； -耳）-迄F =0（7）解出料冷： （8）将上代入式（5）即可求得.式（8）实际是由零離准点 做校笊曲线1：并均布测试点的冷f线的斜率Z权禾平均斜 札四、数字化压力变送器补债效果农卜农3数撫展示了使用模拟补偿和上面的数字补偿技 术变送器的测试效果.采用麦克传蜥器公诃生产的 MPM28l-IOOkPaG压力传感器和PGA309俎成的5个样木变 送器，其圧力输入P-0. Pz700kPaH标输出电压为根据校准曲线上N个测駅值将式（3）和式（3編制 计算程序，很快“J得 域小二集方拟合血 线的儼距a和斜净几 然盲再由式（2

7、）求 出各残差亦其中绝 对（ft如大帰即为如 小:柔非线性渓差.2、零里准线性 拟介"找补偿从校准曲线的 址小输出零点电压 （ft出发做“线，并11度e压力(kPa)ftffl 1Kffi2散纽3数组4ftfis*»%FS测位谋并FS“值M)?%FSMMfftW%FS测紀flW)P%FS0)00.021643.180.026553.250 022423.120.018192.7480.017212.9267000.135252.32039902350.135972.3610.131432.3770.I3O8S2.345000.019561.310.02446L36).020

8、331.23S0.016391.1210.0153212247000.131420.75036030.750.132100.7570.127860.7770.127220.7472500.018110 000.022950.00).018960 000.015150.000.013960.007000.129140.000.133690.000.129890.00025760.00OJ25O30.00000.01671-1.260.02152-129).01764-1.1890.01392-1.2920.01260 1.2247000.127554).170.13204-0.1980.1283

9、4-0.2070.12428-0.0450.1234601.830.02087-1.870.01704l730.01333-1.6450.01197-1.7917000.127210.090.131680.0639.128020.0450.123960.0180.123130.081衣1未补偿的扩敢硅压力传想器测试数据2010.04 SensocWorid www. sensorwodd echno logy & Application采用3个温度点补偿0, 20,从表1可看出未补偿的传 感器无论睜点温度漂移还是満 度温度漂移祁很大，在8(TC时 (2近达到了

10、 23%F.S.(参比25*0.?< 2显示了利用模拟电路 补偿的变送器零点和满度温度 漂移仍然比较大，在10*C +80*C温度范|«内产品温度漂 移用大达到了 1.2%FS表3采用了本文介绍的数温度CC)压力(kPa)数fI 1数姐2数组3数组4数组5测It值谋差测敬值谋片测量值幌差测凤值保差测就值误弟8000.5481.20.5401.00.54«1.20.5441.10.5360.97004.468-0.84.5360.94.5401.04.5360.94.5441.15000.5240.600.5120.30.488-0.30.5080.20.5080.27

11、004.488430.5200.44.5120.34.5200.54.476-0.62500 50000.5020.050.5010.0250.5020.050.5010.0257004.5010.0254.5030.0754.5020.054.5020.054.5020.05000 488030.5160.40.484-0.40.50X0.20.5080.27004.5200.54.5240.64.5200.54.5240.64.472-0.7-1000.5280.70.5240.60.484-0.40.5200.50.5240.67004.5401.04.54414.5481.24.544

12、14.5401.0&2采用模拟补偿的扩散硅爪力变送器测试数据H度2)压力(kPa)数纟11 I数组2数组3数组4數组5谋星測M淇差测值误弟测fit值澳差测債值富筮80:00.5020.050.5010.0250.5020.050.5020.050.5020.057004.5030.0754.5020.054.5010.0254.5030.0754.5020.0500.5010.0250.5020.050.5010.0250.5010.0250.5010.0257004.5020.54.5020.054.5020.054.5020.054.5030.0752500.5000.000.50

13、00.00.5010.0250.5010.0250.5020.057004.5010.0254 5020.054.5020.054.5020.054.5010.025000.5010.0250.5010.0250.5020.050.5010.0250.5030.0757004.5010.0254.5020.0545030.0754.5020.054 5020.05-1000.5010.0250.5030.0750.5010.0250.5030.0750.5030.0757004.5020.054.5020.054.5020.054.5020.054.5020.05农3采用最佳拟合算法补偿的扩散

14、硅爪力变送器测试数据字化补偿技术,可看出产晶的 输出粘度非常高，并且产品输 出海度漂移相为的低,产品在 -l(TC80C輟个温度范閑内. 温度漂移达控制在O.I%F.S以 内.说明该技术很好的降低了 交送器输出航温度漂移的问五、总结采用数7电路对扩散硅压 力传感器进行补偿的方法和技 术，町以很好的实现了对扩散 硅压力变送器数字化温度补 偿，达到了理想的效果。这种 技术的核心思想采用了对变送器输出线性拟介的方法.温度 段间补偿系数的计荒则采用了线性插们的方法，实现对变送 器的补偿，从而改韩了传感器和电路尤件的温度滾移.实现 了对扩散叶爪阳式床力变送器的数7化温度补偿。这种补偿 方法对H：它展于桥

15、式廉理的传感器的补偿也都具右参月和借 鉴盘义，在降低产品生产成木、捉高产品性能和产品在国汗 市场竟争力等零都n冇II常恥要的惹义。参考文献2JTaxaN lnstniment,Inc,P(>A3O9 product datashcct(Z.2003孙怂卿.郭上友.传恿器的谋差补偿技术几传感器技术学 报.2004 .(1):90-924用炜.徐晓苏.塁温隨补偿的传想器建模方法及应用卩.计hl技 术.2«)7t(2):64-4K5门宏涛従卫.I.学城.MPM4730种能化岛帝度压力开关卩白动化 仪衣,2007. (Si):X6-XH张福学传感2S敏侈元器件实用描南M北京：电子工业出

16、版 比 1991.牛德芳力学处墩悠器件及梵应用M北京:北京科学出版HJ987.(T»3I 页)IJArt Kay.Mikhail liola Schafler A practical technique for minimizing the number of measurements in sensor signal conditioning calibration传感器世界2010.04ww*tsens<参考文献1 休血涛.EIKjfil 事电动汽斗用何电池纽1< ?<!试脸与 建模J.电源技札 2005. (11)： 750-7542 杨朔何丽萍钟! ICAN

17、ft的电.电池管理：J.贵州L业人学学报热科学版)2X)4. 33(2)： 90-95.3 KkfflUH.嵌守田果剧等店电池纠智能监利仪中的浮动地技 术J电測与仪1998. 35 (396) ： 35-37.4 *««,林凌.wju联电池组电池电压测亂f法的wm仪 器仪表学报.2003. 24 (4) : 212-215.5 郑信.齐钳釘 灵红杰零U客车蚀离子动力电池 系统卩.岛技术通讯,200S< 18 (2) : 173478.句林佩君.姜久畚用联电池组电爪转换电路的研究卩北京工商大 学学报.2007. 25 (5) : 29-33.7你新华雷妲.冯毅尊申联电池

18、姐电压测址的新方法J.仪器仪 衣学报.20)7. 28 (4) : 734-737.S能寿白.IHR电子技术Mttim.北京:有审教仔出版社,2006.Ncm measurement method for voltages of series batteries MIAO Chxian-jie, GAO Chen, Chen Jian-qing, CHEN Wen-?aang«Xiamen University, Xiamen 361005. China)Abstract: On the basis of conanng some current methods for measur

19、ing voltages of series batteries . a new measuring system is presented, which consists of switch arrays &fierential amplifier circmts and absolute circxuts. Compared xnth the current x oltage measurement circuits, it has the advantages of sinlicity and higher precision The principle of the syste

20、m is analyzed and the experimental data are given .Keywords: senes batteries; voltage measurement, switch array; &fferential amplification; absolute circuit作者简介缪传杰厦门大学硕七研究生.主要从书应用电子技术研究 与嵌入系统设计。地址：厦门大学科学楼336实验宅，邮编：361005E-mail： mcj321閒琛，厦门大学硕士研究生，主嬰从那应用电子技术研究与 嵌入系统设讣.陈建清贬门大学硕七研究生.主耍从弔应用电子技术研究 与嵌

21、入系统设计。陈文夢,厦门大学教授、帽士生导师,主嬰从事电子技术应 用、计算机控制技术等的研究与教学I作.渎者服务用i号008D(htt 28 页)Compensation technology of difTusvd silicon digital pressure transducerCUI Wei. HUANG Peng-jun. LI Dimung. CAI Ya-ping(Micro Sensor Co Ltd Baoji 721006. China)/Vbstract: The features and situations of diffused silicon pressure tiansducers are introduced in detail. The di