CN107860510A - 一种压力传感器的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仪器校准技术领域，尤其涉及一种压力传感器校准方法，包括步骤：S1、加热或制冷干燥气体；S2、将经过加热或制冷的干燥气体快速冲入压力容器中；S3、持续监测压力容器内的当前温度值和当前压力值，并在当前温度值稳定为目标温度值以及当前压力值稳定为目标压力值时转向S4；S4、获取压力传感器当前的响应值并记录，随后判断获取响应值的次数是否超过一预设值：若否，则返回步骤S1；S5、获取所有响应值、对应当前温度值和当前压力值，通过上位机处理并计算出最佳系数。本发明使用将冷热气体冲入压力容器的方式，通过气体的流动调节压力容器内的温度值与压力值，提高温度值和压力值改变的速度，有效提升压力传感器的校准效率。

Description

一种压力传感器的校准方法

技术领域

本发明涉及仪器校准技术领域，尤其涉及一种压力传感器的校准方法。

背景技术

随着传感器技术的发展，压力传感器目前在很多领域都有着广泛的应用，消费级上应用包括智能手机，手表，高度计，无人机等，在汽车上应用包括汽车胎压监测，机油压力检测等，在工业控制上应用包括仪器仪表等，压力传感器在各个领域都有着不可或缺的作用。压力传感器根据其制造工艺可以分为硅电容式和硅压阻式，硅压阻式压力传感器由于其制造工艺简单，成本低，测试方便等优势成为市场上最主流的压力传感器。但是，由于受芯片设计制作工艺、材料物理特性等影响，压力传感器受温度系数影响大，存在零点漂移和灵敏度漂移问题。因此，需要在出厂前对传感器进行校准，之后才能投入到市场中使用。

压力传感器的校准由于需要采集不同的温度下的多组压力值，压力小到负压-70～-90KPa，大到2000～3000KPa，温度范围在-45～140℃。目前，使用的校准方法是将压力传感器放置在一个能够承受高温、高压的密闭的压力容器内，再将压力容器放置在可调温度的设备中，通过将高低温度传导至压力容器内的传感器芯片来采集得到的响应值进行校准补偿。

该校准方法受升温降温的热传导效率影响大，为了提高压力传感器单位时间的批量校准效率，普遍采取的办法为尽可能增大压力容器的容积，增加一批次批量校准的芯片数量，但是由于校准时密闭的压力容器内压力很大，增大压力容器的体积相应的就要增加压力容器内壁的厚度，以保障压力容器的耐高压能力。这样会使压力容器的热传导能力降低，传感器升温、降温时间加长，一批次的校准时间变长，并且压力容器体积过大在搬运，上料，下料，和温度控制设备的体积要求上都会有很大限制，因此，扩大压力容器，并不能很好提高校准效率。而缩小压力容器的体积，会相应的减少一批次的校准数量，同样无法提升单位时间的批量校准颗数。因此，压力传感器单位时间的校准效率过低，一直是制约压力传感器发展的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力传感器的校准方法，能够有效提升压力传感器的校准效率，提高单位时间的校准颗数。

为解决上述问题，本发明提供了一种压力传感器校准方法，预先设定所述压力传感器的目标温度值和目标压力值，将待测试的所述压力传感器放置在一压力容器内，并设置上位机，传感器芯片初始化，还包括步骤：

步骤S1、加热或制冷干燥气体；

步骤S2、将经过加热或制冷的所述干燥气体快速冲入所述压力容器中；

步骤S3、持续监测所述压力容器内的当前温度值和当前压力值，并在所述当前温度值稳定为所述目标温度值以及所述当前压力值稳定为所述目标压力值时转向步骤S4；

步骤S4、获取所述压力传感器当前的响应值并记录，随后判断获取所述响应值的次数是否超过一预设值：

若否，则返回所述步骤S1；

步骤S5、获取的所有所述响应值，以及分别对应每个所述响应值的所述当前温度值和所述当前压力值，通过上位机进行处理并计算出最佳系数。

所述步骤S3中，判断所述当前温度值是否稳定为所述目标温度值的方法具体包括：

步骤S31a、判断所述压力容器内部的所述当前温度值是否达到所述目标温度值；

若否，则对所述压力容器内的所述干燥气体进行调整，随后返回所述步骤S31a；

步骤S32a，判断所述当前温度值稳定在所述目标温度值的持续时间是否超过一预设的第一持续时段：

若否，则返回所述步骤S31a；

若是，则判断所述当前温度值稳定为所述目标温度值。

所述步骤S3中，判断所述当前压力值是否稳定为所述目标压力值的方法具体包括：

步骤S31b、判断所述压力容器内部的所述当前压力值是否达到所述目标压力值；

若否，则对所述压力容器内的所述干燥气体进行调整，随后返回所述步骤S31b；

步骤S32b，判断所述当前压力值稳定在所述目标压力值的持续时间是否超过一预设的第二持续时段：

若否，则返回所述步骤S31b；

若是，则判断所述当前压力值稳定为所述目标压力值。

所述步骤S1中，所述目标温度的取值范围为[-45℃，140℃]。

所述步骤S3中，对所述压力容器内的所述干燥气体进行调整的方法具体包括：

采用一压力控制模块将所述干燥气体冲入或者排出所述压力容器来调整所述压力容器内部的所述当前温度值和所述当前压力值。

所述步骤S3中，通过设置在所述压力容器的温度传感器对所述当前温度值进行监测。

所述步骤S3中，还设置一温度控制模块对冲入所述压力容器的所述干燥气体的温度进行控制。

所述步骤S4中，所述预设值为3次。

所述预设的第一持续时段与所述预设的第二持续时段的范围是[3s，10s]。

本发明的有益效果如下：

使用将冷热气体冲入压力容器的方式，通过燥气体的流动调节压力容器内的温度值和压力值，提高温度值和压力值改变的速度，有效提升压力传感器的校准效率，提高单位时间的校准颗数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种压力传感器的校准方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明提供了一种压力传感器校准方法，预先设定压力传感器的目标温度值和目标压力值，将待测试的压力传感器放置在一压力容器内。并设置上位机，传感器芯片初始化。在不同的环境需要的压力传感器的温度都不相同，工作人员在校准之前预先设置好目标温度和压力点。作为一种优选的实施例，压力传感器的目标温度在摄氏温度值为[-45，140]范围内取值。还包括步骤：

步骤S1、加热或制冷干燥气体。其中选择的气源应该可以提供稳定的气体。气源中的干燥、纯净的气源经过加热或制冷到目标温度，便于之后的操作，将气体冲入压力容器里，使压力容器快速升温。压力容器容积做到很小，压力控制模块的气体冲入压力容器内可以快速的达到目标温度，并且由于腔体小保持压力和温度稳定更容易。

步骤S2、将经过加热或制冷的干燥气体快速冲入压力容器中，目的是使压力容器快速达到预设的温度和压力点。

步骤S3、持续监测压力容器内的当前温度值和当前压力值，并在当前温度值稳定为目标温度值以及当前压力值稳定为目标压力值时转向步骤S4。

步骤S3中，判断当前温度值是否稳定为目标温度值的方法具体包括：

步骤S31a、判断压力容器内部的当前温度值是否达到目标温度值；

若否，则对压力容器内的干燥气体进行调整，随后返回步骤S31a；

步骤S32a，判断当前温度值稳定在目标温度值的持续时间是否超过一预设的第一持续时段：

若否，则返回步骤S31a；

若是，则判断当前温度值稳定为目标温度值。

步骤S3中，判断当前压力值是否稳定为目标压力值的方法具体包括：

步骤S31b、判断压力容器内部的当前压力值是否达到目标压力值；

若否，则对压力容器内的干燥气体进行调整，随后返回步骤S31b；

步骤S32b，判断当前压力值稳定在目标压力值的持续时间是否超过一预设的第二持续时段：

若否，则返回步骤S31b；

若是，则判断当前压力值稳定为目标压力值。

其中设的第一持续时段与预设的第二持续时段的范围是[3s，10s]。

首先通过检测模块实时检测压力容器内部的温度和压力是否达到目标。如果压力容器的温度高于步骤S1中设置的温度，则降低冲入的气体的温度。如果压力容器的温度低于步骤S1中设置的温度，则提高冲入气体的温度。如果压力容器中的压力高于步骤S1中设置的压力，则减少冲入气体的量，从而达到减少压力的效果。如果压力容器中的压力低于步骤S1中设置的压力，则增加冲入气体的量，从而达到增加压力的效果。上面过程采用压力控制模块将加热或制冷后的气体冲入压力容器来调整压力容器内部的温度和压力。在压力和温度稳定的情况下采集压力传感器在该环境下的响应值。稳定状态下采集的信息更加准确。

步骤S4、获取压力传感器当前的响应值并记录，随后判断获取响应值的次数是否超过一预设值：

若否，则返回步骤S1；

步骤S5、获取的所有所述响应值，以及分别对应每个所述响应值的所述当前温度值和所述当前压力值。其中响应值是通过压力控制模块输入。所有数据采集完成后，由上位机程序根据采集到的数据，计算出最佳系数，将传感器归零处理和线性度处理，得到高一致性产品。

步骤S3中采用压力控制模块将加热或制冷后的干燥气体冲入压力容器来调整压力容器内部的温度值和压力值。使用压力控制模块将加热或制冷后的气体快速冲入压力容器内，大幅度减少升温降温时间，提高校准效率。

当前压力值高于目标压力值时，压力控制模块会从压力容器中排出0.5L气体；当前压力值低于目标压力值时，压力控制模块会将0.5L气体排入压力容器内。这样通过压力控制模块的调节，使压力容器内部的压力值达到目标压力值。

步骤S3中通过设置在压力容器的温度传感器对温度数据进行反馈。这样可以随时在外部观察容器内部温度。步骤S3中压力控制模块与干燥气体之间还设值有温度控制模块对冲入压力容器的气体温度进行控制。若当前温度值小于目标温度值或当前温度值大于目标温度值，温度传感器将信号传送给温度控制模块，从而对压力容器内的温度进行调节。当前温度值高于目标温度值时，温度控制模块则会将冷气体冲入压力容器中；当前温度值低于目标温度值时，温度控制模块则会将热气体冲入压力容器中。这样通过温度控制模块的调节，使得压力容器内部的温度达到目标温度值。

步骤S4中取响应值的次数为3次。

步骤S2中需要提供稳定的气源。有利于快速达到设定的温度和压力。

未经过校准的压力传感器芯片存在零点漂移和线性度漂移。压力传感器在同一压力点下，受温度变化的影响，输出也会跟着发生漂移，就是零点漂移。线性度漂移是指压力传感器随着压力的变化，理想情况下输出会随着压力变化呈线性变化，实际上并不是完全的线性变化，这就是线性度漂移。同时，两颗压力传感器在其他所有条件都一致的情况下，输出也会有一定的差别。而校准就是使压力传感器不受温度影响，接近理想状态，线性度提升，提高一致性。

气压传感器的校准方式是通过采集传感器在多个温度和压力下的传感器响应值，并通过将这些响应值进行分析计算，从而得出传感器对应的校准参数，根据校准参数将压力传感器进行线性化补偿得到高线性度，低温漂的传感器产品。

本方案提出的压力容器，体积小，只能放置几十颗芯片，升温降温快，拆装方便，大大提升了单位时间的校准数量。并且采用将冷热气体冲入压力容器的方式，通过气体的流动调节压力容器内的温度，温度变化有了大幅度的提升，一般只要几十秒。

以下是实施此发明中压力传感器的校准方法的具体实施例：

本实施例中针对压力传感器进行了三次校准，校准数据如下：

VoutFS＝5.460733

[RawData]

T1P1_T＝24.722656

T1P1_P＝578917.000000

T1P2_T＝28.394531

T1P2_P＝1846900.000000

T1P3_T＝28.046875

T1P3_P＝3103076.000000

T2P3_T＝85.511719

T2P3_P＝2782213.000000

T2P2_T＝82.312500

T2P2_P＝1681405.000000

T2P1_T＝81.777344

T2P1_P＝530537.000000

VoutFS＝5.449441

[RawData]

T1P1_T＝25.003906

T1P1_P＝549823.000000

T1P2_T＝28.593750

T1P2_P＝1805755.000000

T1P3_T＝28.371094

T1P3_P＝3052239.000000

T2P3_T＝85.667969

T2P3_P＝2739777.000000

T2P2_T＝82.316406

T2P2_P＝1650871.000000

T2P1_T＝81.781250

T2P1_P＝509467.000000

VoutFS＝0.016785

[RawData]

T1P1_T＝25.136719

T1P1_P＝-1883.000000

T1P2_T＝28.570312

T1P2_P＝-2035.000000

T1P3_T＝28.378906

T1P3_P＝-2325.000000

T2P3_T＝85.746094

T2P3_P＝2755245.000000

T2P2_T＝82.425781

T2P2_P＝1666476.000000

T2P1_T＝81.949219

T2P1_P＝508786.000000

三次数据采集后，上位机程序根据采集的数据，计算出最佳系数，将传感器归零处理和线性度处理，得到精度一致的压力传感器，这个过程在压力容器中放入十五颗传感器芯片，仅使用十分钟。与一般的校准方法相比，缩短了校准时间，提高了压力传感器的校准效率。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种压力传感器校准方法，其特征在于：预先设定所述压力传感器的目标温度值和目标压力值，将待测试的所述压力传感器放置在一压力容器内，并设置上位机，传感器芯片初始化，还包括步骤：

步骤S1、加热或制冷干燥气体；

步骤S2、将经过加热或制冷的所述干燥气体快速冲入所述压力容器中；

步骤S3、持续监测所述压力容器内的当前温度值和当前压力值，并在所述当前温度值稳定为所述目标温度值以及所述当前压力值稳定为所述目标压力值时转向步骤S4；

步骤S4、获取所述压力传感器当前的响应值并记录，随后判断获取所述响应值的次数是否超过一预设值：

若否，则返回所述步骤S1；

步骤S5、获取的所有所述响应值，以及分别对应每个所述响应值的所述当前温度值和所述当前压力值，通过上位机进行处理并计算出最佳系数。

2.根据权利要求1所述的压力传感器的校准方法，其特征在于：所述步骤S3中，判断所述当前温度值是否稳定为所述目标温度值的方法具体包括：

步骤S31a、判断所述压力容器内部的所述当前温度值是否达到所述目标温度值；

若否，则对所述压力容器内的所述干燥气体进行调整，随后返回所述步骤S31a；

步骤S32a，判断所述当前温度值稳定在所述目标温度值的持续时间是否超过一预设的第一持续时段：

若否，则返回所述步骤S31a；

若是，则判断所述当前温度值稳定为所述目标温度值。

3.根据权利要求1所述的压力传感器的校准方法，其特征在于，所述步骤S3中，判断所述当前压力值是否稳定为所述目标压力值的方法具体包括：

步骤S31b、判断所述压力容器内部的所述当前压力值是否达到所述目标压力值；

若否，则对所述压力容器内的所述干燥气体进行调整，随后返回所述步骤S31b；

步骤S32b，判断所述当前压力值稳定在所述目标压力值的持续时间是否超过一预设的第二持续时段：

若否，则返回所述步骤S31b；

若是，则判断所述当前压力值稳定为所述目标压力值。

4.根据权利要求1所述的压力传感器的校准方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述目标温度的取值范围为[-45℃，140℃]。

5.根据权利要求2所述的压力传感器的校准方法，其特征在于：所述步骤S3中，对所述压力容器内的所述干燥气体进行调整的方法具体包括：

采用一压力控制模块将所述干燥气体冲入或者排出所述压力容器来调整所述压力容器内部的所述当前温度值和所述当前压力值。

6.根据权利要求2所述的压力传感器的校准方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过设置在所述压力容器的温度传感器对所述当前温度值进行监测。

7.根据权利要求4所述的压力传感器的校准方法，其特征在于：所述步骤S3中，还设置一温度控制模块对冲入所述压力容器的所述干燥气体的温度进行控制。

8.根据权利要求1所述的压力传感器的校准方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述预设值为3次。

9.根据权利要求1所述的压力传感器的校准方法，其特征在于：所述预设的第一持续时段与所述预设的第二持续时段的范围是[3s，10s]。