CN117553946B - 一种测力传感器温度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测力传感器温度补偿方法，包括：响应于测力传感器开启，通过温度传感器获得测力传感器在无负载情况下对应弹性体的第一温度；根据第一温度和第二函数，获得惠斯通电桥对应的第一修正电压输出在惠斯通电桥输入端施加电压产生电流对各个应变片进行加热以使应变片升温，并实时检测惠斯通电桥输出端的第一实时电压输出；响应于第一实时电压输出与第一修正电压输出相匹配，判断测力传感器的温度补偿完成，对测力传感器进行调零。本发明可以更加准确的对温度漂移进行补偿，进而提高测力测量的精准度。

Description

一种测力传感器温度补偿方法

技术领域

本发明涉及测力传感器领域，特别是涉及一种测力传感器温度补偿方法。

背景技术

测力传感器实际上是一种将力信号转变为可测量的电信号输出的装置。测力传感器在许多领域都有广泛的应用，例如工业控制：在工业控制领域，测力传感器可以用于自动化生产线上的重量检测、配料控制等环节，提高生产效率和产品质量。食品药品行业：在食品药品行业中，测力传感器可以对生产过程中的原料、半成品和成品进行实时监控和质量控制，保证产品的安全性和稳定性。航空航天：在航空航天领域，测力传感器可以用于飞机的重量平衡、起飞和着陆过程中的货物重量检测等，确保飞行安全。

测力传感器由于其精密度，会容易受到外界因素干扰，尤其是温度导致的温度漂移。测力传感器的温度漂移通常是由于弹性体与附件或秤台等直接接触的物品之间材质不同，温度系数的差异导致弹性体与直接接触的物品之间产生不同程度的膨胀，对弹性体产生拉伸或挤压的力，导致零点温度漂移叠加了受力后的输出变化量，致使实际的传感器零点温度漂移超出范围，影响正常使用。现有技术一般通过串联补偿电阻的方式进行温度补偿以使测力测量结果更加精准，但是补偿电阻由于各个方面的因素会存在些许误差，导致补偿不理想，进而使测力测量结果不够精准。

发明内容

经申请人研究发现：导致测力传感器漂移的因素众多且复杂，不仅要考虑温度本身的影响还要考虑热胀冷缩导致的挤压等问题。又因为补偿电阻的材料等限制只能对补偿进行近似拟合，不能做到完全拟合。因此通过补偿电阻在温度漂移进行补偿的过程中虽然可以做到接近，但是不能做到完全精准，这样测力结果也会有误差。

有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种测力传感器温度补偿方法，旨在更加准确的对温度漂移进行补偿，进而提高测力测量的精准度。

为实现上述目的，本发明开了一种测力传感器温度补偿方法，该方法包括：

步骤S101、响应于测力传感器开启，通过温度传感器获得所述测力传感器在无负载情况下对应弹性体的第一温度；其中，所述温度传感器设置于所述弹性体上，所述弹性体上还设置有用于检测所述弹性体形变的应变片，各个所述应变片组成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥在标准温度环境下其电压输出与测量力的关系为预先校正准确的第一函数；

步骤S102、根据所述第一温度和第二函数， 获得所述惠斯通电桥对应的第一修正电压输出；其中，所述第二函数用于表征第一等效电阻温度系数的所述测力传感器所处环境的所述第一温度与通电加热所述惠斯通电桥并改变所述惠斯通电桥的第二电阻温度系数所对应的所述第一修正电压输出的关系；

步骤S103、在所述惠斯通电桥输入端施加电压产生电流对各个所述应变片进行加热以使所述应变片升温，并实时检测所述惠斯通电桥输出端的第一实时电压输出；其中，所述应变片为热敏材料制备而成，所述应变片阻值跟随温度变化而变化；

步骤S104、响应于所述第一实时电压输出与所述第一修正电压输出相匹配，判断所述测力传感器的温度补偿完成，对所述测力传感器进行调零。

可选的，所述步骤S102包括：

根据所述第一温度，查询所述第二函数，获得所述惠斯通电桥对应的第一修正电压输出；其中，所述第二函数中每个环境温度至少有一个修正电压进行对应。

可选的，所述第二函数获得步骤包括：

步骤S301、将无负载的所述测力传感器置于第二环境温度下，在所述惠斯通电桥输入端施加电压以使所述惠斯通电桥输出端输出第二电压；

步骤S302、对所述测力传感器进行调零，并施加不同负载以获得调零后的所述测力传感器的电压输出与测量力的第三函数；

步骤S303、判断所述第三函数是否与所述第一函数相匹配，若是则将所述第二环境温度与所述第二电压相对应并记录；若否，则改变第二电压的数值重复步骤S301和步骤S302，直至所述第三函数与所述第一函数相匹配；

步骤S304、改变所述第二环境温度，重复步骤S301至S303，获得所述第二函数；其中，所述第二函数记录每一个所述第二环境温度对应的所述第二电压，所述第二电压即为对应所述第二环境温度的修正电压。

可选的，在步骤S103中在所述惠斯通电桥输入端施加用于对所述应变片进行加热的加热电压大于所述测力传感器的所述惠斯通电桥进行测力输入端施加的工作电压。

可选的，在步骤S103中在所述惠斯通电桥输入端施加用于对所述应变片进行加热的加热电压为24V-1000V，所述测力传感器的所述惠斯通电桥进行测力输入端施加的工作电压为1V-12V。

可选的，所述方法还包括：

在每次测量前，重复所述步骤S101至所述步骤S104，以使所述应变片的温度保持在预设温度范围内；其中，所述预设温度范围用于保证所述惠斯通电桥在步骤S103中的所述第一实时电压输出与所述第一修正电压输出相匹配。

可选的，所述测力传感器的所述应变片周围设置有保温层，所述保温层用于减少所述应变片加热后的温度流失。

可选的，在所述步骤S104后，所述方法还包括：

响应于所述测力传感器进行测力，判断测力时间点与调零时间点的时间间隔是否大于预设时间间隔，若是，则重复所述步骤S101至所述步骤S104；若否，则进行正常测力；其中，所述预设时间间隔根据所述应变片温度流失速率进行确定。

本发明的有益效果：1、本发明响应于测力传感器开启，通过温度传感器获得测力传感器在无负载情况下对应弹性体的第一温度；根据第一温度和第二函数， 获得惠斯通电桥对应的第一修正电压输出；在惠斯通电桥输入端施加电压产生电流对各个应变片进行加热以使应变片升温，并实时检测惠斯通电桥输出端的第一实时电压输出；响应于第一实时电压输出与第一修正电压输出相匹配，判断测力传感器的温度补偿完成，对测力传感器进行调零。本发明根据测力传感器可以等效为带有电阻温度系数的整体电阻，本发明通过对热敏的应变片进行加热使各个应变片对应的电阻温度系数变化至与测力传感器整体的电阻温度系数相适应，进而互相抵消，对温度漂移进行补偿。本发明具体根据第一温度获得在第一温度下测力传感器温度漂移对应的电阻温度系数，单独对惠斯通电桥的应变片进行通电加热，调整其电阻温度系数与整体测力传感器的电阻温度系数相匹配，实现输出数据校正。本发明将温度漂移的因素当做整体通过对应变片进行通电加热进行温度补偿，相较于现有技术采用补偿电阻，本发明具有更高的拟合度，可以更加准确的对温度漂移进行补偿，进而提高测力测量的精准度。2、本发明步骤S301、将无负载的测力传感器置于第二环境温度下，在惠斯通电桥输入端施加电压以使惠斯通电桥输出端输出第二电压；步骤S302、对测力传感器进行调零，并施加不同负载以获得调零后的测力传感器的电压输出与测量力的第三函数；步骤S303、判断第三函数是否与第一函数相匹配，若是则将第二环境温度与第二电压相对应并记录；若否，则改变第二电压的数值重复步骤S301和步骤S302，直至第三函数与第一函数相匹配；步骤S304、改变第二环境温度，重复步骤S301至S303，获得第二函数。本发明通过上述第一函数和第三函数的拟合匹配可以将修正电压与环境温度精准对应，进而使温度补偿后的电压输出与测量力的关系更贴近第一函数，从而提高测力精准度。3、本发明通过设置应变片加热对应的输入电压大于工作时的输入电压，来保证加热效率以及工作时应变片不会升温过快。4、本发明每次测力前都进行重新温度补偿，以减少应变片温度流失带来的测量影响，提高测量精度。

综上，本发明可以更加准确的对温度漂移进行补偿，进而提高测力测量的精准度。

附图说明

图1是本发明一具体实施例提供的一种测力传感器温度补偿方法的流程示意图；

图2是本发明一具体实施例提供的标准温度下的第一函数和第一温度下的测量力与电压输出的函数的示意图；

图3是本发明一具体实施例提供的第二函数获得的流程示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种测力传感器温度补偿方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

经申请人研究发现：导致测力传感器漂移的因素纵多且复杂，不仅要考虑温度本身的影响还要考虑热胀冷缩导致的挤压等问题。又因为补偿电阻的材料等限制只能对补偿进行近似拟合，不能做到完全拟合。因此通过补偿电阻在温度漂移进行补偿的过程中虽然可以做到接近，但是不能做到完全精准，这样测力结果也会有误差。

因此，本发明实施例提供了一种测力传感器温度补偿方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S101、响应于测力传感器开启，通过温度传感器获得测力传感器在无负载情况下对应弹性体的第一温度。

其中，温度传感器设置于弹性体上，弹性体上还设置有用于检测弹性体形变的应变片，各个应变片组成惠斯通电桥，惠斯通电桥在标准温度环境下其电压输出与测量力的关系为预先校正准确的第一函数。

需要说明的是，第一函数对应的标准温度为视具体情况取20℃至30℃中的任意值。无负载指的是测力传感器不施加任何外力空载的情况。

步骤S102、根据第一温度和第二函数， 获得惠斯通电桥对应的第一修正电压输出。

其中，第二函数用于表征第一等效电阻温度系数的测力传感器所处环境的第一温度与通电加热惠斯通电桥并改变惠斯通电桥的第二电阻温度系数所对应的第一修正电压输出的关系。

第二函数为环境温度和修正电压的函数关系。

在一具体实施例中，第一函数和第一温度下电压输出与测量力的关系函数可以如图2所示。图2中S1表示第一函数，S2表示第一温度下电压输出与测量力的关系函数。本发明实施例的最终目的是为了通过加热应变片改变其阻值以使S2修正至S1。

步骤S103、在惠斯通电桥输入端施加电压产生电流对各个应变片进行加热以使应变片升温，并实时检测惠斯通电桥输出端的第一实时电压输出。

其中，应变片为热敏材料制备而成，应变片阻值跟随温度变化而变化。

需要说明的是，本发明实施例通过将测力传感器视为一个带电阻温度系数的一个整体，再通过改变热敏的应变片电阻使其电阻温度系数与测力传感器整体的电阻温度相适应，进而互相抵消，实现温度补偿。通过上述将导致温度漂移的因素视为一个整体，然后再进行修正。相较于现有技术，本发明实施例的考虑更加全面，因此补偿结果更好，测力精度更高。

步骤S104、响应于第一实时电压输出与第一修正电压输出相匹配，判断测力传感器的温度补偿完成，对测力传感器进行调零。

在一具体实施例中，步骤S102包括：

根据第一温度，查询第二函数，获得惠斯通电桥对应的第一修正电压输出；其中，第二函数中每个环境温度至少有一个修正电压进行对应。

具体的，如图3所示，第二函数获得步骤包括：

步骤S301、将无负载的测力传感器置于第二环境温度下，在惠斯通电桥输入端施加电压以使惠斯通电桥输出端输出第二电压；

步骤S302、对测力传感器进行调零，并施加不同负载以获得调零后的测力传感器的电压输出与测量力的第三函数；

步骤S303、判断第三函数是否与第一函数相匹配，若是则将第二环境温度与第二电压相对应并记录；若否，则改变第二电压的数值重复步骤S301和步骤S302，直至第三函数与第一函数相匹配；

步骤S304、改变第二环境温度，重复步骤S301至S303，获得第二函数；其中，第二函数记录每一个第二环境温度对应的第二电压，第二电压即为对应第二环境温度的修正电压。

本发明实施例通过上述方式将环境温度和修正电压一一对应，一方面在后续调整时通过环境温度既可以获得环境电压，快速有效。另一方面本发明第三函数和第一函数可以高度拟合，这样保证修正电压可以使修正后的电压输出与测量力的关系与第一函数更加贴近。在一般情况下，修正后的函数关系与第一函数相差不会超过千分之一。

在一具体实施例中，在步骤S103中在惠斯通电桥输入端施加用于对应变片进行加热的加热电压大于测力传感器的惠斯通电桥进行测力输入端施加的工作电压。

需要说明的是，温度补偿时需要应变片快速升温改变电阻以进行温度补偿，因此需要大的加热电压实现快速升温的目的。测力时，应变片要尽量保持温度不变，减少出现温度影响电阻的情况，进而提高测力的精度。

具体的，在步骤S103中在惠斯通电桥输入端施加用于对应变片进行加热的加热电压为24V-1000V，测力传感器的惠斯通电桥进行测力输入端施加的工作电压为1V-12V。

在一具体实施例中，方法还包括：

在每次测量前，重复步骤S101至步骤S104，以使应变片的温度保持在预设温度范围内；其中，预设温度范围用于保证惠斯通电桥在步骤S103中的第一实时电压输出与第一修正电压输出相匹配。

需要说明的是，这样可以保证每一次测力都进行温度补偿，避免应变片温度流失过快导致测力结果失准。

在一具体实施例中，测力传感器的应变片周围设置有保温层，保温层用于减少应变片加热后的温度流失。

需要说明的是，通过设置保温层以避免测力过程中应变片温度流失过快导致温度补偿到位的问题。

在一具体实施例中，在步骤S104后，方法还包括：

响应于测力传感器进行测力，判断测力时间点与调零时间点的时间间隔是否大于预设时间间隔，若是，则重复步骤S101至步骤S104；若否，则进行正常测力；其中，预设时间间隔根据应变片温度流失速率进行确定。

需要说明的是，通过设置预设时间间隔保证测力的时间点在应变片温度足以实现温度补偿的时间段范围内，进而保证测力的精准度。当超过预设时间间隔说明应变片温度不足以进行温度补偿，进而重新进行温度补偿操作。

本发明实施例响应于测力传感器开启，通过温度传感器获得测力传感器在无负载情况下对应弹性体的第一温度；根据第一温度和第二函数， 获得惠斯通电桥对应的第一修正电压输出；在惠斯通电桥输入端施加电压产生电流对各个应变片进行加热以使应变片升温，并实时检测惠斯通电桥输出端的第一实时电压输出；响应于第一实时电压输出与第一修正电压输出相匹配，判断测力传感器的温度补偿完成，对测力传感器进行调零。本发明实施例根据测力传感器可以等效为带有电阻温度系数的整体电阻，本发明实施例通过对热敏的应变片进行加热使各个应变片对应的电阻温度系数变化至与测力传感器整体的电阻温度系数相适应，进而互相抵消，对温度漂移进行补偿。本发明实施例具体根据第一温度获得在第一温度下测力传感器温度漂移对应的电阻温度系数，单独对惠斯通电桥的应变片进行通电加热，调整其电阻温度系数与整体测力传感器的电阻温度系数相匹配，实现输出数据校正。本发明实施例将温度漂移的因素当做整体通过对应变片进行通电加热进行温度补偿，相较于现有技术采用补偿电阻，本发明实施例具有更高的拟合度，可以更加准确的对温度漂移进行补偿，进而提高测力测量的精准度。

本发明实施例步骤S301、将无负载的测力传感器置于第二环境温度下，在惠斯通电桥输入端施加电压以使惠斯通电桥输出端输出第二电压；步骤S302、对测力传感器进行调零，并施加不同负载以获得调零后的测力传感器的电压输出与测量力的第三函数；步骤S303、判断第三函数是否与第一函数相匹配，若是则将第二环境温度与第二电压相对应并记录；若否，则改变第二电压的数值重复步骤S301和步骤S302，直至第三函数与第一函数相匹配；步骤S304、改变第二环境温度，重复步骤S301至S303，获得第二函数。本发明实施例通过上述第一函数和第三函数的拟合匹配可以将修正电压与环境温度精准对应，进而使温度补偿后的电压输出与测量力的关系更贴近第一函数，从而提高测力精准度。

本发明实施例通过设置应变片加热对应的输入电压大于工作时的输入电压，来保证加热效率以及工作时应变片不会升温过快。

本发明实施例每次测力前都进行重新温度补偿，以减少应变片温度流失带来的测量影响，提高测量精度。

综上，本发明实施例可以更加准确的对温度漂移进行补偿，进而提高测力测量的精准度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上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 (7)

1.一种测力传感器温度补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S101、响应于测力传感器开启，通过温度传感器获得所述测力传感器在无负载情况下对应弹性体的第一温度；其中，所述温度传感器设置于所述弹性体上，所述弹性体上还设置有用于检测所述弹性体形变的应变片，各个所述应变片组成惠斯通电桥，所述惠斯通电桥在标准温度环境下其电压输出与测量力的关系为预先校正准确的第一函数；

步骤S102、根据所述第一温度和第二函数， 获得所述惠斯通电桥对应的第一修正电压输出；其中，所述第二函数用于表征第一等效电阻温度系数的所述测力传感器所处环境的所述第一温度与通电加热所述惠斯通电桥并改变所述惠斯通电桥的第二电阻温度系数所对应的所述第一修正电压输出的关系；

步骤S103、在所述惠斯通电桥输入端施加电压产生电流对各个所述应变片进行加热以使所述应变片升温，并实时检测所述惠斯通电桥输出端的第一实时电压输出；其中，所述应变片为热敏材料制备而成，所述应变片阻值跟随温度变化而变化；

步骤S104、响应于所述第一实时电压输出与所述第一修正电压输出相匹配，判断所述测力传感器的温度补偿完成，对所述测力传感器进行调零；

其中，所述第二函数获得步骤包括：

步骤S301、将无负载的所述测力传感器置于第二环境温度下，在所述惠斯通电桥输入端施加电压以使所述惠斯通电桥输出端输出第二电压；

步骤S302、对所述测力传感器进行调零，并施加不同负载以获得调零后的所述测力传感器的电压输出与测量力的第三函数；

步骤S303、判断所述第三函数是否与所述第一函数相匹配，若是则将所述第二环境温度与所述第二电压相对应并记录；若否，则改变第二电压的数值重复步骤S301和步骤S302，直至所述第三函数与所述第一函数相匹配；

步骤S304、改变所述第二环境温度，重复步骤S301至S303，获得所述第二函数；其中，所述第二函数记录每一个所述第二环境温度对应的所述第二电压，所述第二电压即为对应所述第二环境温度的修正电压。

2.根据权利要求1所述的测力传感器温度补偿方法，其特征在于，所述步骤S102包括：

根据所述第一温度，查询所述第二函数，获得所述惠斯通电桥对应的第一修正电压输出；其中，所述第二函数中每个环境温度至少有一个修正电压进行对应。

3.根据权利要求1所述的测力传感器温度补偿方法，其特征在于，在步骤S103中在所述惠斯通电桥输入端施加用于对所述应变片进行加热的加热电压大于所述测力传感器的所述惠斯通电桥进行测力输入端施加的工作电压。

4.根据权利要求1所述的测力传感器温度补偿方法，其特征在于，在步骤S103中在所述惠斯通电桥输入端施加用于对所述应变片进行加热的加热电压为24V-1000V，所述测力传感器的所述惠斯通电桥进行测力输入端施加的工作电压为1V-12V。

5.根据权利要求1所述的测力传感器温度补偿方法，其特征在于，所述方法还包括：

在每次测量前，重复所述步骤S101至所述步骤S104，以使所述应变片的温度保持在预设温度范围内；其中，所述预设温度范围用于保证所述惠斯通电桥在步骤S103中的所述第一实时电压输出与所述第一修正电压输出相匹配。

6.根据权利要求1所述的测力传感器温度补偿方法，其特征在于，所述测力传感器的所述应变片周围设置有保温层，所述保温层用于减少所述应变片加热后的温度流失。

7.根据权利要求1所述的测力传感器温度补偿方法，其特征在于，在所述步骤S104后，所述方法还包括：

响应于所述测力传感器进行测力，判断测力时间点与调零时间点的时间间隔是否大于预设时间间隔，若是，则重复所述步骤S101至所述步骤S104；若否，则进行正常测力；其中，所述预设时间间隔根据所述应变片温度流失速率进行确定。