一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法
2023-06-21 04:29:26 1
一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法
【專利摘要】本發明涉及一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法，本方法首先建立矽壓阻式壓力變送器壓力的高階溫度補償關係式，然後把矽壓阻式壓力變送器放到恆溫箱裡，在壓力變送器的溫度範圍內均勻選取m個溫度點，在每個溫度點採集矽壓阻式壓力變送器在壓力範圍內的n個標準壓力下的壓力測量值。然後根據m個溫度值、n個標準壓力和m*n個壓力測量值，利用最小二乘回歸算法求解出矽壓阻式壓力變送器壓力的溫度補償係數，並把溫度補償係數存儲到壓力變送器的存儲單元中，以實現對矽壓阻式壓力變送器的溫度補償。採用本方法可提高壓力變送器的輸出線性度和精度，提高了壓力變送器在全溫度範圍內的穩定性和可靠性，且本方法佔用內存少，運行速度快。
【專利說明】一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及矽壓阻式壓力變送器，特別涉及一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償 方法。
【背景技術】
[0002] 矽壓阻式壓力變送器容易受溫度影響，導致零點漂移和靈敏度漂移，測量值和真 實值存在著誤差，因此溫度補償問題是提高傳感器性能的一個關鍵環節。目前矽壓阻式壓 力傳感器主要有兩種溫度補償方法：硬體補償和軟體補償。硬體補償方法存在調試困難、精 度低、成本高、通用性差等缺點，不利於工程實際應用；軟體補償能夠克服以上缺點，也逐漸 成為研究熱點。
[0003] 目前軟體補償主要有：查表法、二元插值法、BP神經網絡法、小波神經網絡方法、 曲線曲面擬合方法等。查表法需要佔用很大的內存空間，神經網絡方法存在網絡不穩定、訓 練時間較長等缺點，不利用工程應用。
【發明內容】
[0004] 鑑於上述現有技術狀況，本發明提供一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法。 本發明通過對矽壓力變送器的特性研究和大量的實驗數據分析發現，矽壓阻式壓力變送器 的壓力值隨溫度變化滿足一定的規律，基於該規律提出了適用於壓阻式壓力變送器的溫度 補償關係式。其原理是：對採用建立高階溫度補償關係式進行溫度補償，並且在工控機的協 助下實現高階溫度補償係數的計算，並把補償係數寫進壓力變送器的存儲單元裡。
[0005] 本發明採取的技術方案是：一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法，其特徵在 於：首先建立矽壓阻式壓力變送器的高階溫度補償關係式，然後在矽壓力傳感器的工作溫 度範圍內，每隔一定溫度採集矽壓阻式壓力變送器在滿量程範圍內的n個壓力點的測量壓 力值，然後通過溫度值、標準壓力值、測量壓力值求解高階溫度補償關係式的補償係數，求 出補償係數後，把補償係數寫到矽壓力變送器的存儲單元中保存，以實現對矽壓力變送器 的溫度補償。
[0006] 本發明所述溫度補償方法的步驟如下：
[0007] - .建立高階溫度補償關係式，矽壓力變送器的溫度補償關係式如下：
[0008] p = cp00+cp01*t+cp02*t2+cp 03*t3+cp04*t4
[0009] +CP1(I*P 測 +CPn*P 測 *T+CP12*P 測 *T +CP13*P 測 *T +CP14*P 測 *T
[0010] +CP20*P|| +CP21*P|| *T+CP22*P|| *T+CP23*P|| *T+CP24*P 測 *T
[0011] +CP30*P 測 +CP31*P 測 *T+CP32*P 測 *T+CP33*P 測 *T+CP34*P 測 *T
[0012] + C P 4 0 * P 測 + C P 4 丄 * P 測 * T + C P 4 2 * P 測 * T + C P 4 3 * P 測 * T + C P 4 4 * P 測 4*t4.................................................................................(1)
[0013] 其中：P-真實壓力值，單位bar ;
[0014] CPcitl?CP44-壓力的溫度補償係數；
[0015] P測一變送器測量的壓力值，單位bar ;
[0016] T--溫度值，單位°C;
[0017] 由關係式⑴得到矩陣形式如下：
[0018] p = PT*CPt.....................................................................(2)
[0019] 其中：
【權利要求】
1. 一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法，其特徵在於：首先建立矽壓阻式壓力變 送器的高階溫度補償關係式，然後在矽壓力傳感器的工作溫度範圍內，每隔一定溫度採集 矽壓阻式壓力變送器在滿量程範圍內的η個壓力點的測量壓力值，然後通過溫度值、標準 壓力值、測量壓力值求解高階溫度補償關係式的補償係數，求出補償係數後，把補償係數寫 到矽壓力變送器的存儲單元中保存，以實現對矽壓力變送器的溫度補償。
2. 根據權利要求1所述的一種矽壓阻式壓力變送器的溫度補償方法，其特徵在於：所 述溫度補償方法的步驟如下： 一. 建立高階溫度補償關係式，矽壓力變送器的溫度補償關係式如下：
其中：P-真實壓力值，單位bar ; CPotl?CP44-壓力的溫度補償係數； Pil--變送器測量的壓力值，單位bar ; T--溫度值，單位°C ; 由關係式（1)得到矩陣形式如下： P = PT*CPT.....................................................................(2) :?中：
其中：CP和PT都是具有25個元素的行向量；CPcitl?CP44、PM、T和P的含義同式⑴； 二. 將矽壓阻式壓力變送器放在溫箱中，並給矽壓阻式壓力變送器接通氣源以提供標 準壓力；在溫度範圍內每隔相同溫度選取一個溫度點h進行測試，其中i = O?（m-1)，共 選取m個溫度點h?;在溫度為、時採集矽壓阻式壓力變送器在標準壓力值為Pj時 測量的壓力值P i/'共選取η個標準壓力值點，其中η = 0?（n-1)，因此得到m*n個壓力 測量值，壓力測量值的矩陣形式如下：
Pqq#)為壓力變送器在溫度為tQ、標準壓力為Ptl下的壓力測量值； Ρ〇(η-2,為壓力變送器在溫度為tQ、標準壓力為P(n_ 2)下的壓力測量值； Pka/為壓力變送器在溫度為t(m_2)、標準壓力為Ptl下的壓力測量值； ，為壓力變送器在溫度為t(m_2)、標準壓力為P(n-D下的壓力測量值； UP為具有m*n元素的行向量； 把UP中每個元素所對應的溫度值和標準壓力值寫成矩陣形式如下： ( = 1? 丨0 …'1 …G '1........................丨(m-1) 々m-ι)…丨(IK-1) '(m-l) ]l*r ...... ........................................................................(7) ^ = LPo Λ ··· Pin-2) Pu-D Po Pl Ρ{"-2) Pin-l)......................Po Pi ·· Ρ,,,-2) ^(,-1)]?ν......... ........................................................................... 其中：矩陣t、P都是具有m*n個元素的行向量，t中的每個元素為溫度值；P中每個元 素為標準壓力值； 三.將式（5)、式（7)和式⑶都寫成式⑵的形式，設UP (k)、t(k)和p (k)為矩陣UP、 t和p的第k個元素，根據式（2)則有： p (k) = PT (k) *CPT............................................................(9) 由式⑷得出T = t (k)，P測=UP (k)，則有：
..............................................................................(10) 其中：k = 0? (m*n_l) 由式（10)鉬成了 m*n個關係式：
式（11)轉換成矩陣形式如下：
A = \1 tT tTM tT.A3 tr/'4 UPr Uf.*tT Uf MtM LJf MtUf *tTM UIfM UIfM.*/ UfM*tT,A2 UPrM*/UfUl^M*tT Uf/3*tT.^2 Uf.A3*tT.A3 υ?^.Λ3*?τ.Λ4 UIiSA UP1M*!1 Uiy .Λ4.*/'/'2 UP .'4.*!1/3 Uiy .Λ4.*?: ,Λ4 ] 其中：I = [I I I I……I I I 1 1]1#Λ則式（12)寫為 pT = A*CPT.................................(13) 四.在軟體MTLAB中利用最小二乘回歸算法計算壓力的溫度補償係數；根據式 (13)求出 CPt = (A)、pT，在軟體 MATLAB 中利用函數[CPT，CPint，b，bint，state]= regress (PT, A, 0· 05)即可求出溫度補償係數CP ; 3)五.把溫度補償係數CP寫入矽壓力變送器的存儲單元中保存起來。
【文檔編號】G01L9/02GK104374514SQ201410655626
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月17日 優先權日:2014年11月17日
【發明者】孟丹丹, 楊彬, 李強, 皇甫曉蓉 申請人:中環天儀股份有限公司