压力变送器的多变元、变温标定方法技术

本发明专利技术提供了一种压力变送器的多变元、变温标定方法，包括：S1：根据压力变送器测量范围选取压力标定点，S2：按压力标定点输出压力在压力变送器上，使得每个压力标定点稳定后读取并记录不同压力、温度输入条件下的标定电压值u及标定温度值t；S3：将待标定的全温区均分为若干个温度点，依次设置高低温箱的温度为选取的温度点，并将压力变送器在每个温度点保温1个小时，重复步骤S2，直至全部温度点的标定数据记录完成；S4：根据多变元的多项式关系求取标定数据与被测压力的函数关系。该方法采用变温补偿，将每个温度点的保温时间缩短为1个小时,采用多变元拟合的方法，使得求得的函数更贴近实际，精度更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器
，特别涉及一种压力变送器的多变元、变温标定方法。
技术介绍
在理想条件下，压力/差压变送器的输出只与输入的压力(差压)相关。但在实际工作中，压力变送器的输出会受到各种因素的影响，从而引起输出误差。这些因素一方面是压力变送器本身结构、生产工艺和加工误差等因素引起的；另一方面和压力变送器所处的工作环境和工作条件有关。在影响压力变送器的各种因素中温度是影响压力/差压变送器输出误差的主要来源。温度变化对变送器智能电路板元件的参数、测量膜盒的结构和压力传感器的压阻系数、应力分布都有影响。下面具体分析温度变化对测量膜盒的影响：测量膜盒是压力变送器的一主要组成部分，其中又以差压测量膜盒受温度影响更为典型。下面以三膜片式差压测量膜盒为对象进行描述，如图1所示。压力传感器102与二极管温度传感器101一起封装在测量膜盒顶部，上方是桥路引线103，两侧膜片是测量膜片105，差压变送器正常工作时，被压力施加在这两个膜片上然后通过测量腔室中密封的硅油无压力损耗的传送到敏感膜片上。中间一片膜片为过载保护膜片104，当压力过载时，中心膜片贴合到负压侧腔体内壁上起到保护压力传感器、变送器的作用。在测量膜盒模块，温度对变送器测量精度的影响主要来源于硅油的热膨胀和测量膜片的PV特性。因加工和焊接等工艺误差，测量膜盒的正压测量室106和负压测量室107的容积很难达到一致。硅油经净化除去可能存在的气体和水分后，硅油的压缩系数很小，通常情况下可认为硅油是不可压缩的。但硅油的热膨胀系数为960*/℃，压力/差压变送器工作温度范围为-20℃～70℃，工作温度范围变化较大从而会导致硅油的体积变化也较大，引起附加压力造成变送器零点温漂，影响输出精度。另外可参见《一种高精度压力计温度影响的误差来源分析及消除》胡永建，传感器世界，2010；以及《隔离膜片特性及其对变送器性能的影响》闰旭强，仪器仪表与应用；该些文章分析了误差来源。因此，为避免这种影响，压力变送器在出厂之前，需要进行温压补偿标定。目前常用的温压补偿方案分为硬件补偿及软件补偿两种。其中，硬件补偿是指在传感器的基本电路中增加相应的硬件构建补偿电路，利用相应的元件本身的温度敏感性，使其随温度变化生产与传感器温漂大小相同、极性相异的信号，来对传感器进行温度补偿。硬件补偿的发展经历了桥内补偿、桥外补偿以及双敏感器件补偿，但这些方式都存在一个明显的缺陷即对零点漂移有较好的补偿，但对于灵敏度漂移的补偿效果不佳。采用补偿芯片对零点漂移有较好的补偿效果，但对灵敏度漂移补偿效果不佳。采用补偿芯片研制的压力变送器具有较好的精度，但需要较多的温度插值点。而软件补偿在实际生产中应用比较常见的有线性插值法、基于最小二乘法的多项式拟合法：<1>、线性插值法插值法的基本思想是在一段区间范围内，以某种可用函数式表达的曲线近似地代替实际曲线，再用近似的函数式计算出输入值。线性插值计算式为： X = ( Y - Y k + 1 ) ( Y k - Y k + 1 ) X k + ( Y - Y k ) ( Y k + 1 - Y k ) X k + 1 - - - ( 3 - 1 ) ]]>当变送器在某一固定温度下输出为Y时，首先通过查表找出输出值Y所在的压力区间[YK,YK+1]，然后取压力区间的端点(YK，Xk)和(YK+1，Xk+1)，最后将端点处的坐标值代入公式(3-1)中即可以得到变送器输入值X。在变送器实际工作中，压力变送器的温度随环境温度的变化而变化。因此在压力变送器的标定过程中，需要在不同的温度条件下，对固定各压力输入进行标定，这是一个三维空间的插值问题。<2>、恒温标定下的多项式拟合法常用的办法是分别对传感器的零位、灵敏度系数采用最小二乘法拟合，设测量压力为P,传感器的零位为a、灵敏度为b：传感器室温下的输出为：U0＝a0+b0*P (1-1)传感器t温度下的输出为：Ut＝at+bt*P (1-2)其中：at＝a0+α(t-t0)*Y(FS)bt＝b0+β(t-t0)*Y(FS) (1-3)在公式(1-3)中，α表示零位温度系数，在数值上等于温度改变1℃，零位值的改变量与量程Y(FS)之比，即：α＝Δa/(ΔT*Y(FS)) (1-4)在(1-4)式中：Δa表示在温度变化范围内，零位值的最大改变量；ΔT表示传感器工作温度的变化范围。在公式(1-3)中，β表示灵敏度温度系数，在数值上等于温度改变1℃时，灵敏度的改变量与量程Y(FS)之比。Δb表示温度变化后灵敏度的变化量，即:β＝Δb/(ΔT*Y(FS)) (1-5)由(1-1)、(1-2)、(1-3)式可知： P = U t - [ a 0 + α ( t - t 0 ) * Y ( F S ) ] b 0 + β (本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力变送器的多变元、变温标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将压力变送器置于高低温箱内,根据压力变送器测量范围选取压力标定点，所述压力标定点将所述测量范围分成若干段；S2：控制压力计按所述压力标定点输出压力在所述压力变送器上，使得每个压力标定点稳定后仍保持施压t’秒，同时通过与所述压力变送器相连的上位机读取并记录不同压力、温度输入条件下的压力电压值u，及温度电压值t；S3：将待标定的全温区均分为若干个温度点，根据相邻的温度点间隔最大的原则选择温度点，依次设置高低温箱的温度为选取的温度点，并将压力变送器在每个温度点保温1个小时，重复步骤S2，直至全部温度点的标定数据记录完成；S4：通过上述步骤得到的标定数据，建立P与U＝[1,u,u2,...,um‑1]、T＝[1,t,t2,...,tm‑1]、UT＝[ut,ut2,u2t,u2t2,...,um‑1tm‑1]三类变元的多项式关系并求解得到相关系数矩阵，从此便得到了p＝f(u,t)的函数关系，其中，P为被测压力集合，p为压力电压值为u，温度值为t时的被测压力，U为测量的压力电压值集合，T为测量的温度值t的集合，m为压力标定点的数量，n为温度点的数量。...

【技术特征摘要】
1.一种压力变送器的多变元、变温标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将压力变送器置于高低温箱内,根据压力变送器测量范围选取压力标定点，所述压力标定点将所述测量范围分成若干段；S2：控制压力计按所述压力标定点输出压力在所述压力变送器上，使得每个压力标定点稳定后仍保持施压t’秒，同时通过与所述压力变送器相连的上位机读取并记录不同压力、温度输入条件下的压力电压值u，及温度电压值t；S3：将待标定的全温区均分为若干个温度点，根据相邻的温度点间隔最大的原则选择温度点，依次设置高低温箱的温度为选取的温度点，并将压力变送器在每个温度点保温1个小时，重复步骤S2，直至全部温度点的标定数据记录完成；S4：通过上述步骤得到的标定数据，建立P与U＝[1,u,u2,...,um-1]、T＝[1,t,t2,...,tm-1]、UT＝[ut,ut2,u2t,u2t2,...,um-1tm-1]三类变元的多项式关系并求解得到相关系数矩阵，从此便得到了p＝f(u,t)的函数关系，其中，P为被测压力集合，p为压力电压值为u，温度值为t时的被测压力，U为测量的压力电压值集合，T为测量的温度值t的集合，m为压力标定点的数量，n为温度点的数量。2.根据权利要求1所述压力变送器的多变元、变温标定方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：不同的标定温度值设为T，不同的标定压力电压值设为U，系数矩阵为A，则以矩阵形式表示P为：P＝U*A*T， (1)其中， U = 1 u u 2 ... u m , T = 1 t t 2 ... t n , A = a 11 a 12 ... a 1 n a 21 a 22 ... a 2 n ... ... ... ... a m 1 a m 2 ... a m n ; - - - ( 2 ) ]]>据(1)式得P＝A*(U*T),依照标定数据先联立超定方程组，据最小二乘法进而得法方程组，最后解出系数矩阵A,从此便得到了p＝f(u,t)的函数关系。3.根据权利要求2所述压力变送器的多变元、变温标定方法，其特征在于，还包括：构造关于系数aij的多元函数为： s ( a 11 , ... , a m n ) = Σ g = 1 k ( Σ i = 1 m Σ j = 1 n a i j ...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海峰，
申请(专利权)人：胡海峰，
类型：发明
国别省市：上海;31