CN101089574A - 压力传感器误差修正方法 - Google Patents

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王文襄
王冰
杨成
王善慈
李水侠
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Abstract

一种压力传感器误差的修正方法，包括压力传感器零位失调误差、温度漂移、非线性三项误差的修正与压力传感器输出信号的标定，包括步骤先建立压力传感器数据模型，收集N个不同温度、M个压力下的压力传感器输出值，构成N*M传感器数据矩阵；根据获得的传感器的输出数据建立压力传感器模型；根据该压力传感器模型将压力传感器补偿温区分解成若干修正温区，细化该压力传感器模型，然后计算修正温区内的压力传感器误差补偿系数，再根据修正公式得到修正后的传感器输出值，微处理器通过信号通道采集温度传感器和压力传感器当前温度、压力下的原始输出数据读取修正系数存储空间内的值。

Description

压力传感器误差修正方法
技术领域
本发明涉及一种压力传感器误差的修正方法，是现代先进信号处理技术在压力传感器领域的应用，有利于改善压力传感器的输出特性。
背景技术
压力传感器是工程中常用的测量器件，由于温度及制造工艺本身的影响，其输出特性会发生偏移，造成测量结果的不准确，最主要有非线性、零位和灵敏度温度漂移、零位时间漂移三种误差。
传统的压力传感器误差修正方法主要有：串并联电阻、热敏电阻网络、电阻激光修调等方式，这几中方法的修调原理基本相同，均是采用模拟方式对压力传感器的电桥桥阻进行修调，以实现桥阻特性的一致。这种方法工艺成熟，但存在着以下不足：1、修调过程繁琐；2、一次只能对一只传感器进行修调，生产效率低；3、修调温区固定，只能对某一特定温区进行修调，修调效果难以令人满意。4、只能进行一次修调，在使用过程中，当零位发生时间漂移时不能再次进行修正。
发明内容
随着工控等应用场合对测量精度和可靠性要求越来越高，现代信号调理技术、计算机技术、通讯技术也越来越多地被用来改善压力传感器的性能。本发明就是结合压力敏感元件的设计与生产技术、信号调理技术、计算机技术，发明了一种新型的压力传感器误差特性修正方法。
本发明的技术方案是这样实现的：一种压力传感器误差的修正方法，包括压力传感器零位失调误差、温度漂移、非线性三项误差的修正与压力传感器输出信号的标定，包括以下步骤：
(1)建立压力传感器数据模型
收集N个不同温度、M个压力下的压力传感器输出值，构成N*M传感器数据矩阵；
根据获得的传感器的输出数据建立压力传感器模型；
根据该压力传感器模型将压力传感器补偿温区分解成若干修正温区，细化该压力传感器模型；
(2)计算修正温区内的压力传感器误差补偿系数
针对分解后的各个子修正温区压力传感器输出数据，根据修正公式，计算压力传感器修正系数；
将计算所得的修正系数写入相应的存储空间；
(3)根据该修正公式得到修正后的传感器输出值
微处理器通过信号通道采集温度传感器和压力传感器当前温度、压力下的原始输出数据读取修正系数存储空间内的值；
该修正公式如下，
Pout＝k0+k1T+k2T2+(k3P+k4P2)×(k5+k6T+k7T2)-P0
其中：Pout：修正后压力传感器输出数据
P：压力传感器在当前原始输出数据
T：温度传感器当前原始输出数据
P0：清零校正时的Pout
k0：压力传感器零位温漂修正常数项
k1：压力传感器一阶零位温漂修正系数
k2：压力传感器二阶零位温漂修正系数
k3：压力传感器一阶非线性修正系数
k4：压力传感器二阶非线性修正系数
k5：压力传感器灵敏度温漂修正常数项
k6：压力传感器一阶灵敏度温漂修正系数
k7：压力传感器二阶灵敏度温漂修正系数
并据此修正公式计算输出值。
本发明的有益技术效果
1、可实现极宽温区内(如-40℃～+125℃)的传感器校正；
2、对传感器输出特性的拟合效果极佳
3、修正方式简单，可通过人机交互界面实时对传感器进行校正；
4、适合大批量生产，效率高。
附图说明
图1为实现本发明所述压力传感器误差修正方法的修正装置示意图。
具体实施方式
该修正装置包括上位机1、微处理器2、信号通道3、温度传感器5、压力传感器4、标准压力源6、烘箱7和存储器8组成，该上位机1该标准压力源6和烘箱7的温度，并通过该压力传感器4和温度传感器5采集数据后，通过该信号通道3输入到该微处理器2，该微处理器2根据修正公式计算相应修正系数后存入该存储器8，实现压力传感器误差修正。
以下结合图1说明本发明实施具体过程：
一种压力传感器误差的修正方法，包括压力传感器零位失调误差、温度漂移、非线性三项误差的修正与压力传感器输出信号的标定，包括以下步骤：
(一)建立压力传感器数据模型
1、收集N个不同温度、压力下的传感器输出值：上位机1自动设定标准压力源6输出压力和烘箱7温度，并通过信号通道3和微处理器2采集N个温度下和M种压力下的压力传感器输出数据；
2、根据获得的传感器的输出数据建立压力传感器N*M矩阵输出模型；
3、根据模型状态，分析模型结构，将传感器补偿温区分解成若干修正温区，细化传感器模型。
例1：传感器原始采样数据矩阵如下：
Figure A20061008802900071
根据该传感器测试特性将传感器的补偿温区分解为每15℃为一子温区，共计9个子温区。
(二)计算修正温区内的压力传感器误差补偿系数
1、根据分解后的各个子修正温区传感器输出数据，采用MATLAB自建拟合程序，分别采用二次项拟合的方式，计算传感器各项修正系数。
系数计算过程举例：
例1所示的传感器在-40℃时输出数据为：
3762  6263   8753  11245  13731  16218  18703  21187  23669  26151  28627
期望的输出值为：
    0   2000   4000   6000  8000   10000   12000   14000   16000   18000   20000
利用MATLAB中自带的polyfit函数计算出k3，k4两项非线性修正参数(polyfit(X，Y，2))。
同样，传感器的其余几项修正系数均可以通过类似的方法求得。
2、将计算所得的修正系数通过微处理器(2)写入存储器(8)；
(三)根据修正公式得到修正后的压力传感器输出值。
1、上位机1控制标准压力源6至压力传感器量程内的任意压力值，控制烘箱7至修正全温区内的任一温度值；
2、微处理器2通过信号通道3采集温度传感器5和压力传感器4当前温度、压力下的原始输出数据；
3、微处理器2读取存储器8内的各项修正系数值；
4、微处理器2根据如下公式计算修正后的输出值。
Pout＝k0+k1T+k2T2+(k3P+k4P2)×(k5+k6T+k7T2)-P0
其中：Pout：修正后压力传感器输出数据
P：压力传感器在当前原始输出数据
T：温度传感器当前原始输出数据
P0：清零校正时的Pout
k0：压力传感器零位温漂修正常数项
k1：压力传感器一阶零位温漂修正系数
k2：压力传感器二阶零位温漂修正系数
k3：压力传感器一阶非线性修正系数
k4：压力传感器二阶非线性修正系数
k5：压力传感器灵敏度温漂修正常数项
k6：压力传感器一阶灵敏度温漂修正系数
k7：压力传感器二阶灵敏度温漂修正系数
微处理器2计算所得的压力传感器输出数据可通过DA通道模拟信号输出直接连接数字表显示，或者通过通讯接口传送至上位机1。
例1所示的传感器数据补偿后输出显示值如下：
Figure A20061008802900091
分析数据不难发现，传感器的零位温漂和灵敏度温漂特性得到了极大的改善，非线性误差在一定程度上也得到了相应的减小，在-45℃~+85℃的补偿温区范围内实现了±0.05％的综合总精度。

Claims (1)

1、一种压力传感器误差修正方法，包括压力传感器零位失调误差、温度漂移、非线性三项误差的修正与压力传感器输出信号的标定，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立压力传感器数据模型
收集N个不同温度、M个压力下的压力传感器输出值，构成N*M传感器数据矩阵；
根据获得的传感器的输出数据建立压力传感器模型；
根据该压力传感器模型将压力传感器补偿温区分解成若干修正温区，细化该压力传感器模型；
(2)计算修正温区内的压力传感器误差补偿系数
针对分解后的各个子修正温区压力传感器输出数据，根据修正公式，计算压力传感器修正系数；
将计算所得的修正系数写入相应的存储空间；
(3)根据该修正公式得到修正后的传感器输出值
微处理器通过信号通道采集温度传感器和压力传感器当前温度、压力下的原始输出数据读取修正系数存储空间内的值；
该修正公式如下，
Pout＝k0+k1T+k2T2+(k3P+k4P2)×(k5+k6T+k7T2)-P0
其中：Pout：修正后压力传感器输出数据
P：压力传感器在当前原始输出数据
T：温度传感器当前原始输出数据
P0：清零校正时的Pout
k0：压力传感器零位温漂修正常数项
k1：压力传感器一阶零位温漂修正系数
k2：压力传感器二阶零位温漂修正系数
k3：压力传感器一阶非线性修正系数
k4：压力传感器二阶非线性修正系数
k5：压力传感器灵敏度温漂修正常数项
k6：压力传感器一阶灵敏度温漂修正系数
k7：压力传感器二阶灵敏度温漂修正系数并据此修正公式计算输出值。
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