CN103048085A - 压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，包括多路传感器测试压力座、高低温箱、压力控制仪、多通道电桥测试模块、可编程电源、万用表和工控机，通过所述压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，可以实现批量压力传感器的温度补偿，分别针对每一只传感器在不同温度下进行测试并计算其电桥中电阻的阻值，根据补偿的数学模型通过工控机精确计算每只传感器所需要的补偿电阻网络，并根据计算出的数据挑选电阻焊接到电桥中形成补偿电阻网络，完成每只传感器的精密温度补偿。
Description
技术领域
本发明涉及传感器测试系统，尤其涉及一种压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法。
背景技术
国内的传感器厂家目前大多是采用经验补偿法来进行压力传感器的温度补偿，即在所有同批次的产品上加同样的补偿电阻，补偿后再测试，根据漂移量再反复修正电阻值，这样的温度补偿方法效率低，且该压力传感器温度补偿方法的补偿精度也得不到保障。
发明内容
本发明提供一种压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，以实现压力传感器的批量化、高精度温度补偿。
本发明提供一种压力传感器温度补偿系统，包括：多路传感器测试压力座，用于放置多个压力传感器并向所述多个压力传感器提供基准压力，每个所述压力传感器包括压力传感单元和电桥；高低温箱，用于放置所述多路传感器测试压力座，并为所述多个压力传感器提供温度补偿所需的温度环境；压力控制仪，用于控制所述多路传感器测试压力座提供给所述多个压力传感器测试所需的压力值；多通道电桥测试模块，用于在所述多个压力传感器中选择一压力传感器进行测试；可编程电源，用于向多通道电桥测试模块选择的压力传感器提供基准电压；万用表，用于采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据，并将所述初始数据传送给工控机；工控机，根据所述初始数据得出补偿数据，形成所述压力传感器的电桥的补偿电阻网络。
进一步的，所述电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述第三电阻与所述第四电阻串联，所述串联后的第一电阻和第二电阻与所述串联后的第三电阻和第四电阻并联。
进一步的，所述补偿电阻网络包括桥臂补偿单元和桥路补偿单元，所述桥臂补偿单元用于减小或增大电桥中某个桥臂中的电阻阻值，所述桥路补偿单元用于减小或增大整个电桥的电阻阻值。
进一步的，所述桥路补偿单元包括第一补偿电阻、第二补偿电阻和第三补偿电阻，所述桥臂补偿单元包括第四补偿电阻、第五补偿电阻、第六补偿电阻和第七补偿电阻，所述第一补偿电阻的一端与第二电阻和第三电阻的共同端连接，所述第二补偿电阻的一端与第二电阻和第三电阻的共同端连接，所述第二补偿电阻的另一端与第一电阻和第四电阻的共同端连接，所述第三补偿电阻与第一电阻和第四电阻的共同端连接，所述第六补偿电阻的一端与第二电阻的一端连接，所述第七补偿电阻的一端与第一电阻的一端连接，所述第六补偿电阻的另一端与第七补偿电阻的另一端连接，所述第四补偿电阻与第二电阻并联，所述第五补偿电阻与第一电阻并联。
本发明提供一种使用所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，包括：
步骤一：通过工控机控制多通道电桥测试模块在所述多个压力传感器中选择一压力传感器进行测试，通过工控机控制高低温箱为所述多个压力传感器提供温度补偿所需的温度环境；
步骤二：通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座提供给所述多个压力传感器测试所需的压力值，接着通过可编程电源向多通道电桥测试模块选择的压力传感器提供基准电压，接着通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤三：通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座改变所述多个压力传感器测试所需的压力值，再通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤四：通过工控机控制高低温箱为所述多个压力传感器改变温度补偿所需的温度环境，再通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座提供给所述多个压力传感器测试所需的压力值，接着通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤五：通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座改变所述多个压力传感器测试所需的压力值，再通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤六：通过万用表将所有初始数据传送给工控机，再通过工控机根据所述初始数据得出补偿数据，形成所述压力传感器的电桥的补偿电阻网络；
步骤七：在电桥上增加补偿电阻，形成补偿电阻网络；
步骤八：重复步骤一至步骤八，直至在所有通道中均已形成该通道中的压力传感器的电桥的补偿电阻网络。
进一步的，所述步骤一中，温度补偿所需的温度环境为25℃。
进一步的，所述步骤二中，测试所需的压力值为零。
进一步的，所述步骤三中，测试所需的压力值为满量程压力值。
进一步的，所述步骤四中，温度补偿所需的温度环境为65℃。
进一步的，所述步骤四中，测试所需的压力值为零。
进一步的，所述步骤五中，测试所需的压力值为满量程压力值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过所述压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，可以实现批量压力传感器的温度补偿，分别针对每一只传感器在不同温度下进行测试并计算其电桥中电阻的阻值，根据补偿的数学模型通过工控机精确计算每只传感器所需要的补偿电阻网络，并根据计算出的数据挑选电阻焊接到电桥中形成补偿电阻网络，完成每只传感器的精密温度补偿。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统中温度补偿前的电桥的结构图。
图3为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统中温度补偿后的电桥的结构图。
图4为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统的温度补偿方法流程图。
在图1至图3中，
1：多路传感器测试压力座；2：压力传感器；3：高低温箱；4：压力控制仪；5：气压管路；6：多通道电桥测试模块；7：可编程电源；8：万用表；9：工控机；G1：第一电阻；G2：第二电阻；G3：第三电阻；G4：第四电阻；R1：第一补偿电阻；R2：第二补偿电阻；R3：第三补偿电阻；R4：第四补偿电阻；R5：第五补偿电阻；R6：第六补偿电阻；R7：第七补偿电阻；Vi+：基准电压正极；Vi-：基准电压负极；Vo+：输出电压正极；Vo-：输出电压负极。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，所述压力传感器温度补偿系统通过压力控制仪给置于多路传感器测试压力座中的所有压力传感器提供所需的基准压力，通过高低温箱设定温度补偿所需的环境温度，通过可编程电源为每个接受温度补偿的压力传感器提供基准电压，再通过多通道电桥测试模块选通其中一路进行温度补偿测试，然后通过万用表测得压力传感器中电桥的初始数据，经工控机计算后，根据得出的补偿数据挑选合适的电阻焊接到所述电桥中，形成补偿电阻网络，通过所述压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，可以实现批量压力传感器的高精度、低成本温度补偿，且补偿后的一致性好。
图1为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统的结构示意图。如图1所示，所述压力传感器温度补偿系统包括：
多路传感器测试压力座1，用于放置多个压力传感器2并向所述多个压力传感器2提供基准压力，每个所述压力传感器2包括压力传感单元和电桥；
高低温箱3，用于放置所述多路传感器测试压力座1，并为所述多个压力传感器2提供温度补偿所需的温度环境；
压力控制仪4，用于控制所述多路传感器测试压力座1提供给所述多个压力传感器2测试所需的压力值；
多通道电桥测试模块6，用于在所述多个压力传感器2中选择一压力传感器2进行测试；
可编程电源7，用于向多通道电桥测试模块6选择的压力传感器2提供基准电压；
万用表8，用于采集多通道电桥测试模块6选择的压力传感器2的电桥的初始数据，并将所述初始数据传送给工控机9；
工控机9，根据所述初始数据得出补偿数据，形成所述压力传感器2的电桥的补偿电阻网络。
图2为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统中温度补偿前的电桥的结构图。
进一步的，如图2所示，所述电桥包括第一电阻G1、第二电阻G2、第三电阻G3和第四电阻G4，所述第一电阻G1与所述第二电阻G2串联，所述第三电阻G3与所述第四电阻G4串联，所述串联后的第一电阻G1和第二电阻G2与所述串联后的第三电阻G3和第四电阻G4并联，该电桥的结构可以将压力的改变体现在电桥中电阻的改变上，以将压力转换成电压进行输出，其中第一电阻G1与第二电阻G2的阻值随压力的增加而变大，第二电阻G2与第四电阻G4的阻值随压力的增加而减小。
图3为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统中温度补偿后的电桥的结构图。
进一步的，如图3所示，所述补偿电阻网络包括桥臂补偿单元和桥路补偿单元，所述桥臂补偿单元用于减小或增大电桥中某个桥臂中的电阻阻值，所述桥路补偿单元用于减小或增大整个电桥的电阻阻值，所述桥路补偿单元包括第一补偿电阻R1、第二补偿电阻R2和第三补偿电阻R3，所述桥臂补偿单元包括第四补偿电阻R4、第五补偿电阻R5、第六补偿电阻R6和第七补偿电阻R7，所述第一补偿电阻R1的一端与第二电阻G2和第三电阻G3的共同端连接，所述第二补偿电阻R2的一端与第二电阻G2和第三电阻G3的共同端连接，所述第二补偿电阻R2的另一端与第一电阻G1和第四电阻G4的共同端连接，所述第三补偿电阻R3与第一电阻G1和第四电阻G4的共同端连接，所述第六补偿电阻R6的一端与第二电阻G2的一端连接，所述第七补偿电阻R7的一端与第一电阻G1的一端连接，所述第六补偿电阻R6的另一端与第七补偿电阻R7的另一端连接，所述第四补偿电阻R4与第二电阻G2并联，所述第五补偿电阻R5与第一电阻G1并联。
由于所述第四补偿电阻R4、第五补偿电阻R5、第六补偿电阻R6和第七补偿电阻R7是并联或串联在电桥的其中一个桥臂的电阻上的，最终可以改变电桥的平衡或其中一个桥臂的温度特性，所以压力传感器2的零点输出零点的温度漂移是由第四补偿电阻R4、第五补偿电阻R5、第六补偿电阻R6和第七补偿电阻R7决定的，由于并联的补偿电阻能够改变零点温度特性，所以第四补偿电阻R4和第五补偿电阻R5两个电阻同时只需要一个，即如果使用第四补偿电阻R4，则第五补偿电阻R5开路，如果使用第五补偿电阻R5，则第四补偿电阻R4开路，最终保证电桥的温度误差平衡，而串联的补偿电阻能够改变零点的大小，所以第六补偿电阻R6和第七补偿电阻也是同时只需要一个，即如果使用第六补偿电阻R6，则第七补偿电阻R7保持短路，如果使用第七补偿电阻R7，则第六补偿电阻R6保持短路；由于所述第一补偿电阻R1、第二补偿电阻R2和第三补偿电阻R3分别是串联或并联在电桥的桥路上的，电桥的阻值是随温度增加而变大的，所以当第一补偿电阻R1、第二补偿电阻R2和第三补偿电阻R3的阻值设置适当时，可以使压力传感器2在不同温度下的满量程输出保持一致。
图4为本发明实施例提供的压力传感器温度补偿系统的温度补偿方法流程图。如图4所示，所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法包括：
步骤一：通过工控机9控制多通道电桥测试模块6在所述多个压力传感器2中选择一压力传感器2进行测试，通过工控机9控制高低温箱3为所述多个压力传感器2提供常温环境，即25℃的环境温度；
步骤二：通过压力控制仪4控制所述多路传感器测试压力座1提供给所述多个压力传感器2零压力值，接着通过可编程电源7向多通道电桥测试模块6选择的压力传感器2提供基准电压，接着通过万用表8采集该压力传感器2的电桥的初始数据，万用表8可以直接测量电桥中各电阻的阻值，也可以测量电桥每个桥臂中的电压与电流，使在万用表8将测量数据发送给工控机9之后工控机9能够采用电压电流法计算出电桥中的各电阻阻值；
步骤三：通过压力控制仪4控制所述多路传感器测试压力座1提供给所述多个压力传感器2满量程压力值，再通过万用表8采集多通道电桥测试模块6选择的压力传感器2的电桥的初始数据；
步骤四：通过工控机9控制高低温箱3为所述多个压力传感器2提供高温环境，即65℃的环境温度，再通过压力控制仪4控制所述多路传感器测试压力座1提供给所述多个压力传感器2零压力值，接着通过万用表8采集多通道电桥测试模块6选择的压力传感器2的电桥的初始数据；
步骤五：通过压力控制仪4控制所述多路传感器测试压力座1提供给所述多个压力传感器2满量程压力值，再通过万用表8采集多通道电桥测试模块6选择的压力传感器2的电桥的初始数据；
步骤六：通过万用表8将所有测得的初始数据传送给工控机9，再通过工控机9根据所述初始数据得出补偿数据，工控机9首先根据万用表8测得的桥臂上电流与电压通过计算得出正在接受测试的压力传感器2的电桥中电阻的阻值(若万用表8在某温度与压力下直接测得了电桥中的电阻阻值，并将这些电阻阻值传送到了工控机9上，那工控机9便不用再计算在该温度与压力下该压力传感器2的电桥中的电阻阻值了)，再根据该压力传感器2的电桥中电阻的阻值计算出该压力传感器2的电桥所需的补偿电阻，形成所述压力传感器2的电桥的补偿电阻网络；
步骤七：在接受完的压力传感器2的电桥上增加补偿电阻，形成补偿电阻网络；
步骤八：重复步骤一至步骤八，直至在多通道电桥测试模块6的所有通道中均已形成该通道中的压力传感器2的电桥的补偿电阻网络。
下列是接受温度补偿的压力传感器2中的一个传感器的温度补偿测试数据，分别是在25℃，65℃下零点和满量程压力时电桥的四个电阻的阻值：
第一组数据是在常温25℃且零压力时，第一电阻G1为4278.5Ω，第二电阻G2为4312.0Ω，第三电阻G3为4325.6Ω，第四电阻G4为4290.2Ω。
第二组数据是在常温25℃且满压力时，第一电阻G1为4185.7Ω，第二电阻G2为4594.4Ω，第三电阻G3为4572.6Ω，第四电阻G4为4160.3Ω。
第三组数据是在高温65℃且零压力时，第一电阻G1为4719.1Ω，第二电阻G2为4752.5Ω，第三电阻G3为4776.6Ω，第四电阻G4为4742.9Ω。
第四组数据是在高温65℃且满压力时，第一电阻G1为4623.0Ω，第二电阻G2为5054.8Ω，第三电阻G3为5042.0Ω，第四电阻G4为4606.3Ω。
将上述数据送入到工控机中计算得出：
第一补偿电阻R1＝1500Ω，第二补偿电阻R2＝18.2KΩ，第三补偿电阻R3＝1540Ω，第四补偿电阻R4＝1000KΩ，第五补偿电阻R5开路，第六补偿电阻R6＝69.8Ω，第七补偿电阻R7＝0。
根据上述计算得出的数据，将相应阻值的补偿电阻增加到电桥中形成补偿电阻网络后，对压力传感器进行测试得出：
在常温25℃下，压力传感器零压力输出为0.3mV，满量程压力输出为100.5mV。
在高温65℃下，压力传感器零压力输出为-0.1mV，满量程压力输出为99.8mV。
由上述测试结果可知通过该压力传感器温度补偿系统的温度补偿效果良好，达到了归一化及减小温度误差的目的。
综上所述，本发明提供一种压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，所述压力传感器温度补偿系统通过压力控制仪给置于多路传感器测试压力座中的所有压力传感器提供所需的基准压力，通过高低温箱设定温度补偿所需的环境温度，通过可编程电源为每个接受温度补偿的压力传感器提供基准电压，再通过多通道电桥测试模块选通其中一路进行温度补偿测试，然后通过万用表测得压力传感器中电桥的初始数据，经工控机计算后，根据得出的补偿数据挑选合适的电阻焊接到所述电桥中，形成补偿电阻网络，通过所述压力传感器温度补偿系统及其温度补偿方法，可以实现批量压力传感器的高精度、低成本温度补偿，且补偿后的一致性好。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种压力传感器温度补偿系统，其特征在于，包括：
多路传感器测试压力座，用于放置多个压力传感器并向所述多个压力传感器提供基准压力，每个所述压力传感器包括压力传感单元和电桥；
高低温箱，用于放置所述多路传感器测试压力座，并为所述多个压力传感器提供温度补偿所需的温度环境；
压力控制仪，用于控制所述多路传感器测试压力座提供给所述多个压力传感器测试所需的压力值；
多通道电桥测试模块，用于在所述多个压力传感器中选择一压力传感器进行测试；
可编程电源，用于向多通道电桥测试模块选择的压力传感器提供基准电压；
万用表，用于采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据，并将所述初始数据传送给工控机；
工控机，根据所述初始数据得出补偿数据，形成所述压力传感器的电桥的补偿电阻网络。
2.根据权利要求1所述的压力传感器温度补偿系统，其特征在于，所述电桥包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述第一电阻与所述第二电阻串联，所述第三电阻与所述第四电阻串联，所述串联后的第一电阻和第二电阻与所述串联后的第三电阻和第四电阻并联。
3.根据权利要求1或2所述压力传感器温度补偿系统，其特征在于，所述补偿电阻网络包括桥臂补偿单元和桥路补偿单元，所述桥臂补偿单元用于减小或增大电桥中某个桥臂中的电阻阻值，所述桥路补偿单元用于减小或增大整个电桥的电阻阻值。
4.根据权利要求3所述压力传感器温度补偿系统，其特征在于，所述桥路补偿单元包括第一补偿电阻、第二补偿电阻和第三补偿电阻，所述桥臂补偿单元包括第四补偿电阻、第五补偿电阻、第六补偿电阻和第七补偿电阻，所述第一补偿电阻的一端与第二电阻和第三电阻的共同端连接，所述第二补偿电阻的一端与第二电阻和第三电阻的共同端连接，所述第二补偿电阻的另一端与第一电阻和第四电阻的共同端连接，所述第三补偿电阻与第一电阻和第四电阻的共同端连接，所述第六补偿电阻的一端与第二电阻的一端连接，所述第七补偿电阻的一端与第一电阻的一端连接，所述第六补偿电阻的另一端与第七补偿电阻的另一端连接，所述第四补偿电阻与第二电阻并联，所述第五补偿电阻与第一电阻并联。
5.一种使用权利要求1所述的压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，包括：
步骤一：通过工控机控制多通道电桥测试模块在所述多个压力传感器中选择一压力传感器进行测试，通过工控机控制高低温箱为所述多个压力传感器提供温度补偿所需的温度环境；
步骤二：通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座提供给所述多个压力传感器测试所需的压力值，接着通过可编程电源向多通道电桥测试模块选择的压力传感器提供基准电压，接着通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤三：通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座改变所述多个压力传感器测试所需的压力值，再通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤四：通过工控机控制高低温箱为所述多个压力传感器改变温度补偿所需的温度环境，再通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座提供给所述多个压力传感器测试所需的压力值，接着通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤五：通过压力控制仪控制所述多路传感器测试压力座改变所述多个压力传感器测试所需的压力值，再通过万用表采集多通道电桥测试模块选择的压力传感器的电桥的初始数据；
步骤六：通过万用表将所有初始数据传送给工控机，再通过工控机根据所述初始数据得出补偿数据，形成所述压力传感器的电桥的补偿电阻网络；
步骤七：在电桥上增加补偿电阻，形成补偿电阻网络；
步骤八：重复步骤一至步骤八，直至在所有通道中均已形成该通道中的压力传感器的电桥的补偿电阻网络。
6.根据权利要求5所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤一中，温度补偿所需的温度环境为25℃。
7.根据权利要求6所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤二中，测试所需的压力值为零。
8.根据权利要求7所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤三中，测试所需的压力值为满量程压力值。
9.根据权利要求8所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤四中，温度补偿所需的温度环境为65℃。
10.根据权利要求9所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤四中，测试所需的压力值为零。
11.根据权利要求10所述压力传感器温度补偿系统对压力传感器进行温度补偿的方法，其特征在于，所述步骤五中，测试所需的压力值为满量程压力值。
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