CN105258847B - 一种压力传感器校准的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力传感器校准的方法和装置，所述方法包括根据待校准的压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值建立原始数据表并保存；根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据；根据所述校准数据获取校准方程；将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据所述校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。本发明无需预先存储校准方程，用户可以根据压力传感器的性能要求选择相应的校准数据建立相应的校准方程，相比于传统技术本发明的技术方案具有较高的灵活性，且校准精度良好，有利用压力传感器的二次开发。
Description
技术领域
本发明涉及传感器校准技术领域，特别涉及一种压力传感器校准的方法和装置。
背景技术
现有压力传感器是在产品出厂前进行温度校准，将校准方程参数保存在存储器内，在用户使用时调用校准方程参数，将压力原始数据进行计算后输出。
上述现有压力传感器的温度校准至少具有下述缺陷：
由于现有压力传感器在出厂前已将校准方程参数保存在存储器中，用户在使用压力传感器时无法改变校准方程，导致使用的校准方程形式固定，灵活度低，不利于压力传感器应用开发人员的特殊应用。例如一款工作温区为-20℃～70℃的压力传感器，如果校准方程是通过在-20℃、25℃、70℃进行计算得出的，则该传感器就会在0℃或50℃或者其他温度点精度较差，当应用开发要使用0℃点时就会出现较大的偏差，从而影响精度。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种压力传感器校准的方法和装置，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种压力传感器校准的方法，所述方法包括：
根据待校准的压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值建立原始数据表并保存；
根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据；
根据所述校准数据获取校准方程；
将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据所述校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
优选地，所述根据所述校准数据获取校准方程包括：
建立校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
将所述校准数据的测试温度值和测试压力值代入所述校准方程模型中，求解出所述校准方程模型中的校准系数，获得校准方程。
优选地，所述根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据包括：
当所述使用的温区为高温区时，从所述原始数据表中选取若干组高温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；
当所述使用的温区为低温区时，从所述原始数据表中选取若干组低温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据。
进一步优选地，当所述使用的温区同时包括高温区和低温区时，将所述使用的温区分隔成两个或多个子温区；
所述根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据包括：
从所述原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据；
所述根据所述校准数据获取校准方程包括：
根据每个子温区的校准数据，分别获取每个子温区的校准方程。
进一步优选地，所述将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据所述校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值包括：
根据当前的环境温度选取相应的子温区的校准方程；
根据选取的校准方程对所述待校准的压力传感器的原始压力输出值进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
另一方面，本发明提供了一种压力传感器校准的装置，所述装置包括:
原始数据表保存单元，用于根据待校准的压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值建立原始数据表并保存；
校准数据选择单元，用于根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据；
校准方程获取单元，用于根据所述校准数据获取校准方程；
压力校准单元，用于将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据所述校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
优选地，所述校准方程获取单元包括：
校准方程模型建立模块，用于建立校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
校准系数求解模块，用于将所述校准数据的测试温度值和测试压力值代入所述校准方程模型中，求解出所述校准方程模型中的校准系数，获得校准方程。
优选地，所述校准数据选择单元具体用于，
当所述使用的温区为高温区时，从所述原始数据表中选取若干组高温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；
当所述使用的温区为低温区时，从所述原始数据表中选取若干组低温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据。
进一步优选地，所述校准数据选择单元还用于当所述使用的温区同时包括高温区和低温区时，将所述使用的温区分隔成两个或多个子温区；从所述原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据；
所述校准方程获取单元还用于根据每个子温区的校准数据，分别获取每个子温区的校准方程。
进一步优选地，所述压力校准单元还用于根据当前的环境温度选取相应的子温区的校准方程，根据选取的校准方程对所述待校准的压力传感器的原始压力输出值进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
本发明实施例的有益效果是：本发明公开了一种压力传感器校准的方法和装置，所述方法通过在待校准的压力传感器中预先存储该压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值的原始数据表，使得用户可以根据压力传感器使用的温区和压力范围有针对性地随时从上述原始数据表中选择若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据，根据选取的校准数据获得相应的校准方程，从而将当前环境温度和原始压力输出值根据相应的校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。相比于传统方案，本发明无需预先存储校准方程，用户可以根据压力传感器的性能要求选择相应的校准数据建立相应的校准方程，本发明的校准方法具有较高的灵活性，且校准精度良好，有利用压力传感器的二次开发。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种压力传感器校准的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种压力传感器校准的装置结构示意图。
具体实施方式
本发明的整体设计思想是：将待校准的压力传感器在设定温度点和设定压力点对应的测试温度值和测试压力值保存为原始数据表，用户使用时可以根据使用的温区在原始数据表中有针对性的选择若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据，根据校准数据建立相应的校准方程，从而可以将当前环境温度和待校准的压力传感器的原始压力输出值通过相应的校准方程进行压力校准，从而获得校准后的压力输出值。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明实施例提供的一种压力传感器校准的方法流程图，该方法包括：
S100，根据待校准的压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值建立原始数据表并保存。
S200，根据使用的温区和压力范围，从上述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据。
本步骤中的根据使用的温区和压力范围，从上述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据包括：
当待校准的压力传感器注重高温性能时，即待校准的压力传感器使用的温区为高温区时，从上述原始数据表中选取若干组高温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；
当待校准的压力传感器注重低温性能时，即待校准的压力传感器使用的温区为低温区时，从上述原始数据表中选取若干组低温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；
当待校准的压力传感器要求高温区和低温区都具有较好的性能，即当待校准的压力传感器使用的温区同时包括高温区和低温区时，将使用的温区分隔成两个或多个子温区，从上述原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据。
S300，根据上述校准数据获取校准方程。
本步骤中的根据上述校准数据获取校准方程包括：当待校准的压力传感器使用的温区分隔成两个或多个子温区时，根据每个子温区的校准数据获得该子温区的校准方程。
例如当待校准的压力传感器要求高温区和低温区都具有较好的性能时，则可将使用的温区分隔成两个或多个子温区，从上述原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据；根据每个子温区的校准数据获得每个子温区的校准方程。
本步骤S300中，可以通过下述方法获取校准方程：
建立校准方程模型，其中校准方程模型包括待求解的校准系数；
将校准数据的测试温度值和测试压力值代入校准方程模型中，求解出校准方程模型中的校准系数，获得校准方程。
需要说明的是，当待校准的压力传感器注重某一温区的性能时，例如只注重高温区或只注重低温区的性能时，则可以只建立一个校准方程模型，那么可以从上述原始数据表中选取若干组高温区或低温区的测试温度值和测试压力值即可作为该校准方程模型的校准数据。
当需要将待校准的压力传感器的使用的温区分隔处理时，则需要为每个子温区建立该子温区对应的校准方程模型，求解各个校准方程模型中的校准系数方法如上。其中每个子温区的校准方程模型的形式可以相同也可以不同，本发明对校准方程模型的形式不做任何限定。
在实际求解过程中，可以根据最小二乘法求解校准方程模型中的校准系数，为便于采用最小二乘法求解上述校准系数，可以使选择的校准数据的组数等于或多于该校准方程模型中校准系数的个数。以及为提高校准精度，可以在每个子温区或者使用的温区的两端和中间处选择校准数据，也可以均匀地在每个子温区或者使用的温区中选取校准数据。
S400，将当前环境温度和该待校准的压力传感器的原始压力输出值根据校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
当需要分隔待校准的压力传感器使用的温区时，本步骤中的将当前环境温度和该待校准的压力传感器的原始压力输出值根据校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值包括：
根据当前的环境温度选取相应的子温区的校准方程；
根据选取的校准方程对待校准的压力传感器的原始压力输出值进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
本实施例通过在待校准的压力传感器中预先存储该压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值的原始数据表，用户可以根据压力传感器使用的温区和压力范围有针对性地随时从上述原始数据表中选择若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据，根据选取的校准数据获得相应的校准方程，从而将当前环境温度和原始压力输出值根据相应的校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。本实施例无需预先存储校准方程，用户可以根据压力传感器的性能要求选择相应的校准数据建立相应的校准方程，该校准方法具有较高的灵活性，且校准精度良好，有利用压力传感器的二次开发。
为了更加详细地说明本技术方案的有益效果，以校准一个16位的数字压力传感器为例进行说明，假设该数字压力传感器的使用温区范围是-20℃～70℃，其高温区为30℃～70℃，低温区为-20℃～30℃。
该待校准的数字压力传感器未校准前在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值如表1所示。
表1
该待校准的数字压力传感器未校准前在设定温度点及设定压力点对应的测试压力值如表2所示。
表2
需要说明的是，本实施例中通过高精度的温度传感器获得该数字压力传感器工作的环境温度。上述表1和表2中初始选取的设定温度点为相应的整数值，例如表1和表2中的设定温度点-18.62℃，初始时该设定温度点为-20℃，但当通过高精度的温度传感器测定时，测到的温度值为-18.62℃。
将上述表1和表2保存在该数字压力传感器的存储器中，当然也可存储在相对该数字压力传感器独立的其他存储器中或者功能模块的存储单元中。用户可以从上述表1和表2中任意的选择测试温度值和测试压力值作为校准数据求解校准方程，不同的校准数据就会产生不同的校准方程，从而产生不同的校准结果。
例如当用户注重该数字压力传感器的高温性能时，则可以从上述表1和表2中选择高温区30℃～70℃的测试温度值和测试压力值作为校准数据。
表3为该数字压力传感器注重高温性能时选取的校准数据。
| 设定温度点 | 设定压力点 | 测试温度值 | 测试压力值 |
| 31.275 | 30000 | 28667 | 18510 |
| 31.275 | 110000 | 28645 | 50890 |
| 51.03 | 30000 | 37287 | 17438 |
| 51.03 | 70000 | 37275 | 33041 |
| 51.03 | 110000 | 37264 | 48643 |
| 70.201 | 30000 | 45291 | 16477 |
| 70.201 | 110000 | 45317 | 46598 |
需要说明的是，本实施例在高温区30℃～70℃选择的设定温度点分别是30℃、50℃和70℃，由于高精度的温度传感器的测定误差，导致本实施例在高温区30℃～70℃选择了70.201℃这样的数据。
进一步需要说明的是，本实施例只是示意性的示出从上述表1和表2中选取7组测试温度值和测试压力值作为校准数据，在实际应用中选取的测试温度值和测试压力值组数可自行设定。
根据表3中的校准数据，利用最小二乘法计算出高温区30℃～70℃的校准方程模型的校准系数，从而获得该数字压力传感器的校准方程。
在获得校准方程后，根据当前环境温度和该数字压力传感器的原始压力利用该校准方程进行压力校准，从而获得高精度的压力输出值。
则该数字压力传感器注重高温(30℃～70℃)性能时，其校准后的压力输出值的校准精度如表4所示，表4给出的是该数字压力传感器采用上述校准方程在温区-20℃～70℃内校准后得到的压力输出值的绝对精度。
表4
从表4中可以看出该数字传感器在高温区30℃～70℃得到的校准后的压力输出值的绝对精度较小，最大绝对误差为-16.39；而在低温区-20℃～30℃该数字传感器的性能较差。
当用户注重该数字压力传感器的低温性能时，则可以从上述表1和表2中选择低温区-20℃～30℃的测试温度值和测试压力值作为校准数据。
表5为该数字压力传感器注重低温性能时选取的校准数据。
| 设定温度点 | 设定压力点 | 测试温度值 | 测试压力值 |
| 31.275 | 30000 | 28667 | 18510 |
| 31.275 | 110000 | 28645 | 50890 |
| 11.462 | 30000 | 19795 | 19669 |
| 11.462 | 70000 | 19766 | 36490 |
| 11.462 | 110000 | 19756 | 53293 |
| -18.622 | 30000 | 6046 | 21602 |
| -18.622 | 110000 | 6014 | 57260 |
需要说明的是，本实施例在高温区-20℃～30℃选择的设定温度点分别是-20℃、10℃和30℃，由于高精度的温度传感器的测定误差，导致本实施例在低温区-20℃～30℃选择了31.275℃这样的数据。
进一步需要说明的是，本实施例只是示意性的示出从上述表1和表2中选取7组测试温度值和测试压力值作为校准数据，在实际应用中选取的测试温度值和测试压力值组数可自行设定。
根据表5中的校准数据，利用最小二乘法计算出低温区-20℃～30℃的校准方程模型的校准系数，从而获得该数字压力传感器的校准方程。
在获得校准方程后，根据当前环境温度和该数字压力传感器的原始压力利用该校准方程进行压力校准，从而获得高精度的压力输出值。
则该数字压力传感器注重低温(-20℃～30℃)性能时，其校准后的压力输出值的校准精度如表6所示，表6给出的是该数字压力传感器采用上述校准方程在温区-20℃～70℃内校准后得到的压力输出值的绝对精度。
表6
从表6中可以看出该数字传感器在低温区-20℃～30℃得到的校准后的压力输出值的绝对精度较小，最大绝对误差为-12.58；而在高温区30℃～70℃该数字传感器的性能较差。
当用户注重该数字压力传感器的低温(-20℃～30℃)性能和高温(30℃～70℃)性能时，则可以将该数字压力传感器的使用的温区-20℃～70℃分隔成两个子温区，即为高温区30℃～70℃和低温区-20℃～30℃，分别建立高温区和低温区的校准方程模型，然后从上述表1和表2中分别选择若干组测试温度值和测试压力值作为高温区和低温区的校准数据，使各子温区根据其各自校准数据求解出校准方程模型的校准系数，从而获得各子温区的校准方程，然后根据当前的环境温度选择相应的子温区的校准方程，将当前的环境温度和该数字压力传感器的原始压力输出值利用选择校准方程进行校准，获得校准后的压力输出值。
本实施例只是示意性的示出当待校准的数字压力传感器使用的温区进行分隔处理时，如何对数字压力传感器的原始压力输出值进行校准。在实际应用中可以将该数字压力传感器使用的温区分隔为3个子温区或更多个数的子温区，在分隔为两个以上的子温区时，其对数字压力传感器的原始压力输出值校准的方法同上。
基于与上述压力传感器校准的方法相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种压力传感器校准的装置，该装置包括原始数据表保存单元21、校准数据选择单元22、校准方程获取单元23、压力校准单元24。
原始数据表保存单元21，用于根据待校准的压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值建立原始数据表并保存。
校准数据选择单元22，用于根据使用的温区和压力范围，从原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据。
校准数据选择单元22具体用于当使用的温区为高温区时，从原始数据表中选取若干组高温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；当使用的温区为低温区时，从原始数据表中选取若干组低温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；以及当使用的温区同时包括高温区和低温区时，将使用的温区分隔成两个或多个子温区，从原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据。
校准方程获取单元23，用于根据校准数据获取校准方程。
校准方程获取单元23包括：
校准方程模型建立模块，用于建立校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
校准系数求解模块，用于将校准数据的测试温度值和测试压力值代入校准方程模型中，求解出校准方程模型中的校准系数，获得校准方程。
其中，当校准数据选择单元22用于当使用的温区同时包括高温区和低温区时，将使用的温区分隔成两个或多个子温区，从原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据时，校准方程获取单元23用于根据每个子温区的校准数据，分别获取每个子温区的校准方程。
压力校准单元24，用于将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
其中，当校准数据选择单元22用于当使用的温区同时包括高温区和低温区时，将使用的温区分隔成两个或多个子温区，从原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据时，压力校准单元24还用于根据当前的环境温度选取相应的子温区的校准方程，根据选取的校准方程对待校准的压力传感器的原始压力输出值进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
综上所述，本发明公开了本发明提供了一种压力传感器校准的方法和装置，所述方法通过在待校准的压力传感器中预先存储该压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值的原始数据表，使得用户可以根据压力传感器使用的温区和压力范围有针对性地随时从上述原始数据表中选择若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据，根据选取的校准数据获得相应的校准方程，从而将当前环境温度和原始压力输出值根据相应的校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。相比于传统方案，本发明无需预先存储校准方程，用户可以根据压力传感器的性能要求选择相应的校准数据建立相应的校准方程，本发明的校准方法具有较高的灵活性，且校准精度良好，有利用压力传感器的二次开发。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种压力传感器校准的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据待校准的压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值建立原始数据表并保存在存储器中；
根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据；
根据所述校准数据获取校准方程；
将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据所述校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述校准数据获取校准方程包括：
建立校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
将所述校准数据的测试温度值和测试压力值代入所述校准方程模型中，求解出所述校准方程模型中的校准系数，获得校准方程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据包括：
当所述使用的温区为高温区时，从所述原始数据表中选取若干组高温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；
当所述使用的温区为低温区时，从所述原始数据表中选取若干组低温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述使用的温区同时包括高温区和低温区时，将所述使用的温区分隔成两个或多个子温区；
所述根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据包括：
从所述原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据；
所述根据所述校准数据获取校准方程包括：
根据每个子温区的校准数据，分别获取每个子温区的校准方程。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据所述校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值包括：
根据当前的环境温度选取相应的子温区的校准方程；
根据选取的校准方程对所述待校准的压力传感器的原始压力输出值进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
6.一种压力传感器校准的装置，其特征在于，所述装置包括:
原始数据表保存单元，用于根据待校准的压力传感器在设定温度点及设定压力点对应的测试温度值和测试压力值建立原始数据表并保存在存储器中；
校准数据选择单元，用于根据使用的温区和压力范围，从所述原始数据表中选取若干组测试温度值和测试压力值作为校准数据；
校准方程获取单元，用于根据所述校准数据获取校准方程；
压力校准单元，用于将当前环境温度和所述待校准的压力传感器的原始压力输出值根据所述校准方程进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述校准方程获取单元包括：
校准方程模型建立模块，用于建立校准方程模型，所述校准方程模型包括待求解的校准系数；
校准系数求解模块，用于将所述校准数据的测试温度值和测试压力值代入所述校准方程模型中，求解出所述校准方程模型中的校准系数，获得校准方程。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述校准数据选择单元具体用于，
当所述使用的温区为高温区时，从所述原始数据表中选取若干组高温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据；
当所述使用的温区为低温区时，从所述原始数据表中选取若干组低温区的测试温度值和测试压力值作为校准数据。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述校准数据选择单元还用于当所述使用的温区同时包括高温区和低温区时，将所述使用的温区分隔成两个或多个子温区；从所述原始数据表中选取每个子温区范围内的若干组测试温度值和测试压力值作为该子温区的校准数据；
所述校准方程获取单元还用于根据每个子温区的校准数据，分别获取每个子温区的校准方程。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述压力校准单元还用于根据当前的环境温度选取相应的子温区的校准方程，根据选取的校准方程对所述待校准的压力传感器的原始压力输出值进行压力校准，获得校准后的压力输出值。
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