CN105865504A - 用于校准至少一个传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于校准至少一个传感器的方法。在用于校准至少一个传感器、尤其压力传感器的方法中，所述传感器具有至少一个传导信号的到至少一个信号转换器的连接，传感器特性通过在至少两个不同的温度情况下确定至少一个测量参量被记录，其他影响参量对传感器的影响的大小由传感器特性通过函数关系被确定，其他影响参量的影响的大小进入校准中，并且其他影响参量的影响在校准中被均衡。由此，作用于传感器的其他影响参量的影响被修正。

Description

用于校准至少一个传感器的方法

技术领域

本发明涉及用于校准至少一个传感器、尤其压力传感器的方法，所述传感器具有至少一个传导信号的到至少一个信号转换器的连接。

背景技术

传感器的校准对于通过传感器输出精确的值是必要的。用于校准传感器也或者其他测量设备的标准方法规定，要确定的测量参量的对于传感器已知的参考值被预先给定，所述传感器于是相应地根据所述参考值被调整。

在DE 10 2006 058 269 D4中，用于校准至少一个压力传感器的方法被描述。要校准的压力传感器在此情况下具有至少一个隔膜。首先利用压力传感器测量施加在隔膜上的过程压力。使所述过程压力与附加的压力叠加，并且测量由此在隔膜处得到的压力。在此情况下，压力的强度应当基本上等于所测量的过程压力，其中所述过程压力与所述压力被叠加。将得到的压力值与预先给定的额定值比较，其中预先给定的额定值应当基本上与零相同。额定值和所测量的经叠加的压力值之间的偏差被确定并且被使用用于校准。

不利的是，例如在工厂侧校准时，在校准后作用于传感器的影响参量的影响可能不被考虑。直接在制造后处于干燥的状态中并且在该状态下被校准的传感器例如在吸收湿气、例如空气湿气后可能系统地显示错误的值。在潮湿移除（Feuchteauslagerung）后的校准从经济学观点大多不是有意义的，因为湿气的吸收大多是具有数天的饱和时间的缓慢过程，并且因此后来的校准太过分地拖延生产流程。

发明内容

本发明所基于的任务是，提供用于校准传感器的方法，其中作用于传感器的其他影响参量的影响可以被修正。

利用具有专利权利要求1的特征的方法解决所述任务。改进方案和有利的扩展方案在各自的从属权利要求中被说明。

在用于校准至少一个传感器、尤其压力传感器的方法中，所述传感器具有至少一个传导信号的到至少一个信号转换器的连接，发明本质地规定，传感器特性通过在至少两个不同的温度情况下确定至少一个测量参量被记录，另一影响参量对传感器的影响的大小由传感器特性通过函数关系被确定，其他影响参量的影响的大小进入校准中，并且其他影响参量的影响被均衡。

所述传感器可以例如是压阻式压力传感器，所述压阻式压力传感器例如被使用用于测定发动机中的机油的压力和/或温度。通过机油施加的压力在所述传感器中例如借助于集成电路变换为数字等效值。在考虑施加的温度情况下，数字等效值可以被换算成例如以计量单位巴（bar）为单位的压力的正确的值。相应的测量信号可以例如作为脉冲宽度调制信号被输出。

校准例如由于传感器的由制造引起的波动可能变得是需要的，其在波动中表现在测量参量的数字等效值中。

为了确定传感器特性，至少一个测量参量、例如压力的值在至少两个不同的温度情况下被记录。例如两个或三个施加的参考压力的数字等效值可以在三个不同的温度情况下被确定。附加地可以对于三个参考温度确定数字等效值。被称作原始值的所述数字等效值用作校准的输入数据。参考温度和参考压力同样地可以属于输入数据。所述校准的输出数据可以是恒定的参数，所述参数例如被存储在集成电路中。所述参数可以例如作为系数进入数学函数、例如多项式中，用以将相应的测量参量的数字等效值换算为传感器的正确的（korrekt）输出值。由于其他影响参量、例如湿气影响，可能发生数字等效值到相应的正确的输出值的有错误的换算。例如压力原始数据可以在干燥的状态中根据温度显示出抛物线变化曲线。然而在对传感器进行潮湿移除后，为了近似原始数据需要与在干燥状态中不同的抛物线。为了研究所述事实真相，例如可以对相同结构类型的干燥的传感器的有效的选择（signifikante Auswahl）进行潮湿移除（feucht ausgelagert），并且在对传感器进行干燥期间，相应的由传感器测量的传感器的压力原始值可以根据温度被记载。于是可以由多个与温度有关的压力原始值曲线确定最优的特性曲线、例如抛物线，所述最优的特性曲线例如平均地（im Mittel）处于潮湿的状态和干燥的状态的曲线之间。通过所述取平均，因此可以实现相对湿气移除的提前量（Vorhalt），使得原始数据通过由错误的抛物线近似引起的偏差变得如此小，使得传感器的输出值处于传感器的公差范围中。

其他影响参量、例如湿气对传感器的影响的大小可以由在干燥的状态中的压力原始值曲线与取平均的最优原始值曲线的间距确定。在两个压力曲线之间的间距的确定可以例如在三个不同的温度情况下进行。为了不必对每个要校准的传感器执行所述方法，其他影响参量的影响的大小可以由传感器特性、例如压力原始数据的温度灵敏度来求取。

对此在至少两个温度值之间，传感器的原始值曲线的割线（Sekante）被确定。所述割线的斜率说明测量信号（在该情况下为压力信号）相对于温度变化的敏感性。所述敏感性被称作灵敏度（Sensitivität）。

根据传感器的有效的选择，在不同的温度的情况下确定在灵敏度和潮湿影响的大小之间的线性关系。由简单地要由传感器特性确定的灵敏度，因此可以推断出湿气的影响的大小。根据所述灵敏度因此可以计算潮湿影响的补偿。为了校准每个单个传感器测量的压力原始值借助于线性变换在最优的取平均的抛物线的方向上被修正，其中所述变换根据传感器的有效的选择来确定。线性变换的线性方程对于传感器的灵敏度说明在环境压力中在各自的温度情况下与最优的抛物线的间距。对于潮湿影响的修正变换的确定，因此每个传感器的灵敏度的确定足够。

在所述方法的改进方案中，其他影响参量的影响的大小对应于在至少两个温度值情况下测量参量的通过传感器记录的原始值与相应的、处于预先确定的特性曲线上的取平均的值的间距。所述取平均的值能够例如由结构相同的传感器的有效的选择获得，其原始值在其他影响参量的影响下被记载。其他影响参量可以例如是湿气、例如空气湿气。例如可以在多个潮湿地转移的结构相同的传感器情况下记载压力原始值，而传感器被干燥。从所述数据中可以求取压力原始值的最优的特性曲线、例如抛物线，其平均地处于在干燥的和潮湿的状态中传感器的压力原始值之间。通过求取传感器的原始数据线与取平均的特性曲线的间距，湿气对传感器的影响的大小可以被确定。

在所述方法的改进方案中，至少两个温度值之间，测量参量的位于函数图形上的原始值的割线被计算，割线的斜率被确定并且由割线的斜率，推断出测量参量的原始值相对于温度变化的灵敏度。例如在例如处于20℃到170℃的范围中的不同的温度情况下，要校准的传感器的压力原始值可以被记载。由所述与温度有关的压力原始值曲线，于是可以在两个温度点之间、例如在40℃和130℃之间确定所述割线。从所述割线确定所述斜率。由所述斜率能够推断出：所述压力原始信号相对于温度的变化是多么敏感。压力原始信号的相对于温度变化的敏感性被称作灵敏度。

在所述方法的改进方案中，在其他影响参量的影响的大小和测量参量的原始值相对于温度变化的灵敏度之间采用线性关系。在调查多个结构相同的传感器时得出，在压力原始信号相对于温度变化的敏感性、也即灵敏度和其他影响参量、例如湿气的影响的大小之间存在相关性。由所述相关性可以推断出在灵敏度和湿气的影响的大小之间的强烈的线性关系。所述线性关系例如能够通过例如在两个温度点、例如40℃和80℃时在多个结构相同的传感器的测量结果上取平均来确定。在所述两个温度点处的线性关系能够分别通过线性变换、例如以与灵敏度有关的线性方程的形式表达。

在所述方法的改进方案中，其他影响参量的影响的均衡在校准中根据测量参量的温度灵敏度被计算，并且为了均衡所述影响，原始值在预先确定的特性曲线的方向上被推移。通过压力原始数据相对于温度变化的灵敏度与其他影响参量的影响的大小的相关性，可以通过评估多个结构相同的传感器确定对于不同温度点的线性变换。通过所述线性变换，传感器的所测量的压力原始值可以在在多个结构相同的传感器上取平均的特性曲线的方向上被推移。通过在取平均的特性曲线的方向上推移压力原始值，实现相对湿气的影响的提前量。通过湿气的影响引起的原始值偏差被均衡到如此程度，使得压力原始数据可以通过传感器正确地解释，并且因此传感器的输出数据处于精度公差之内。

在所述方法的改进方案中，通过至少一个线性变换在预先确定的特性曲线的方向上进行原始值的修正，所述线性变换对于至少一个灵敏度说明在至少一个温度情况下与预先确定的特性曲线的间距。所述线性变换根据结构相同的传感器的有效的选择被求取，并且与各自的灵敏度值有关。在各自的温度值情况下的线性方程因此被预先给定，使得为了校准传感器仅还必须由传感器特性通过确定割线的斜率来求取原始值相对于温度变化的灵敏度。

在所述方法的改进方案中，预先确定的特性曲线是在变化的温度情况下测量参量的原始数据的取平均的特性曲线，所述特性曲线根据结构相同的传感器的选择被确定，其中特性曲线在将潮湿的传感器干燥情况下被记录，并且特性曲线的平均值被确定。在生产技术上有益的是，对传感器直接地在其制造后、也即在干燥的状态中进行校准。由于在标准大气中使用传感器，传感器遭受空气湿气。所述湿气对数字等效测量值到例如以计量单位巴或者℃为单位的正确的输出值的换算有影响。为了在换算时均衡不精确性，在潮湿的状态中的多个结构相同的传感器在干燥期间被研究，由分别测量的压力原始值创建特性曲线，其中取平均的特性曲线在潮湿的状态和干燥的状态之间被计算。通过所述平均的特性曲线，由传感器测量的原始值相对于潮湿影响的提前量被给定。

在本发明的实施方式中，在所测量的原始值和传感器的输出数据之间存在通过至少一阶的多项式的函数关系。进入校准中的输入数据是原始值、也即测量参量的数字等值、例如测量的压力值的数字等值、参考压力值和参考温度以及温度的数字等值。所述原始值通过线性变换被变换，也即在取平均的特性曲线的方向上被推移。所述经变换的数据是校准的输出数据，所述输出数据在集成回路（Schaltkreis）中被存储为恒定的参数。在传感器的后来的运行中，物理输入参量、例如压力和温度的原始值借助于多项式、优选地二阶多项式被换算为以巴和℃为单位的相应的值。在此，在校准时计算的参数作为系数进入该多项式中，其中所述参数被存储在集成回路中。为了正确地将原始值换算成以巴和℃为单位的相应的值，湿气的影响必须通过在取平均的曲线的方向上推移原始值曲线被算出（herausrechnen）。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出，其中其他发明特征由所述实施例得出。其中：

图1示出所测量的原始值的示意图形表示。

具体实施方式

在图1中示例性地示出在不同的温度情况下例如压力的测量参量（Messgröße）的数字等值（Äquivalente）。因此在温度T1的情况下，压力P1被施加一次，并且压力P3被施加一次，由此对于各自测量的压力记载数字等值1和2。在温度T2的情况下，三个不同的压力P1、P2和P3被施加，对于所述压力，数字等值3、4和5被记载。相应地，在T3的情况下，对于压力P1和P3，数字等值6和7被记载。所述数字等值也被称作原始值。除了压力的测量参量的数字等值以外，温度的数字等值、参考温度T1、T2和T3以及参考压力P1、P2和P3的数字等值还进入校准中。在该情况下，因此示例性地压力的七个数字等值1至7、三个参考压力、温度的三个数字等值和三个参考温度作为输入数据进入。七个恒定的参数作为校准的输出数据被计算，所述参数被存储在整体电路（integralen Schaltung）中。在传感器运行中，压力和温度的物理输入参量的数字等值借助于二阶多项式被换算为以巴和℃为单位的相应的值。在校准时计算的参数作为系数进入该多项式中。

所有在上面的描述中和在权利要求中提及的特征可以以任意的选择与独立权利要求的特征组合。本发明的公开因此不被限制于描述的或者要求保护的特征组合，相反地，所有在本发明的范畴中有意义的特征组合均应被认为是公开的。

Claims (8)

1.用于校准至少一个传感器、尤其压力传感器的方法，所述传感器具有至少一个传导信号的到至少一个信号转换器的的连接，

其特征在于，

传感器特性通过在至少两个不同温度情况下确定至少一个测量参量被记录，其他影响参量对传感器的影响的大小由所述传感器特性通过函数关系被确定，其他影响参量的影响的大小进入校准中，并且

其他影响参量的影响在校准中被均衡。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，其他影响参量的影响的大小对应于在至少两个温度值情况下测量参量的通过传感器记录的原始值（1至7）与相应的、处于预先确定的特性曲线上的取平均的值的间距。

3.按照权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，在至少两个温度值之间，测量参量的处于函数图形上的原始值（1至7）的割线被计算，所述割线的斜率被确定，并且由所述割线的斜率推断出测量参量的原始值（1至7）相对于温度变化的灵敏度。

4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在其他影响参量的影响的大小和测量参量的原始值（1至7）相对于温度变化的灵敏度之间采用线性关系。

5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，其他影响参量的影响的均衡在校准中根据测量参量相对于温度变化的灵敏度被计算，并且为了均衡所述影响，原始值（1至7）在预先确定的特性曲线的方向上被推移。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在预先确定的特性曲线的方向上原始值（1至7）的修正通过至少一个线性变换进行，所述线性变换对于至少一个灵敏度值说明在至少一个温度情况下与预先确定的特性曲线的间距。

7.按照权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，对传感器的其他影响参量是作用于传感器的湿气。

8.按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，预先确定的特性曲线是在变化的温度情况下测量参量的原始值（1至7）的取平均的特性曲线，所述特性曲线根据结构相同的传感器的选择被确定，其中各自的特性曲线在对潮湿的传感器进行干燥的情况下被记录，并且特性曲线的平均值被确定。