扩散硅数字化压力变送器补偿技术

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1、摘要：详细介绍了扩散硅压力变送器的特点和现状，提出了对扩散硅压力变送器的数字补偿方案和补偿算法及实际测试结果。该技术提高了产品的整体性能，很好的解决了变送器零点温漂和灵敏度温漂的问题，并通过批量化的生产证实这种技术的正确性。关键词：扩散硅压力传感器；压力变送器；数字补偿；补偿算法。中图分类号：TP212.1文献标识码：A文章编号：1006-883X(2010)04-0026-04崔卫黄鹏军李笃明蔡亚平一、概述本文的介绍了扩散硅压力变送器的数字化补偿技术，目的在于提高扩散硅压力变送器的综合性能，降低由于温度等外界

2、环境因素对扩散硅压力变送器的影响，使压力变送器综合性指标能达到最佳。扩散硅压力传感器以其高精度、高稳定性、重复性好、量程范围宽、兼容性好、灵敏度高、线性好、无滞后、反应快等诸多优点而广泛应用于工业控制，流量测量，医用仪器，空气动力测量，液压、气动设备等领域。但由于扩散硅压力传感器受温度变化影响使其性能受到一些影响。目前国、内外对传感器的补偿方法采用模拟电路补偿和在智能芯片或微机中以软件的方法实现补偿。其中模拟补偿的方法有：在桥臂上串并恒定的电阻法；桥臂热敏电阻法；桥外上串、并热敏的电阻法；双电桥补偿技术等。使用

3、模拟电路进行校正大都存在电路复杂、调试困难、精度低、通用性差、效率低等缺点。软件补偿是将微处理器与压力传感器结合起来，充分利用丰富的软件功能、结合一定的补偿算法对传感器温度的附加误差进行修正。软件补偿的效果比模拟补偿好，达到的精度更高，但硬件成本高，生产工艺相对复杂。本技术采用扩散硅压力传感器和新型传感器调理芯片，消除了外界环境温度对变送器输出的影响，解决了模拟补偿中精度低、软件补偿成本高、频响低等缺点。解决了在实际应用供电：+5VDC，输出：0.5～4.5VDC+5V+5V中的诸多问题，适用于对精度、VSDV

4、SAREFIN/REFOUTOUTTwo-WireSDAPRG成本等有要求较高的场合使用。GNDEEPROMSCLVOUTRs100ΩCL二、数字化压力变送器硬件原理VFB10nfVEXCPGA309数字化压力变送器的原理是Rf100ΩVIN2VSJ采用高性能的扩散硅压力传感器CF150pFVIN1以及数字化传感器信号调理芯片TEMPINTest传感器组成。以数字化调理芯片PGA309GNDAGNDD为例，三线制电压产品，输出信号0.5~4.5VDC，供电5VDC。变送器的原理如图1所示。图1压力变送器原理图P

5、GA309将传感器输出的差分信号进行放大和26传感器世界2010.04www.sensorworld.com.cn校准。校准和温度补偿产品时采用单线和计算机通信。校准设零基准线性度的拟合直线为：参数和补偿参数存储在外部的EEPROM中。PGA309工作时U=a+kT触发温度ADC测量温度，然后读取EEPROM中的参数查询如果校准曲线上N个测量点，因为拟合直线的起点与校表，依据查询表中的对应温度索引的参数计算零点DAC和准曲线的起点一致，均为零基准点（T0，U0），故有：增益DAC的设置值，进而计算其输出数值并输

6、出，接着启U0=a+k⋅T0即：a=U0-k⋅T0（5）动温度ADC新一轮的转换，如此反复循环。根据最小二乘原理可得：N∑[(Ui−U0)−k(Ti−T0)](Ti−T0)=0（6）三、变送器补偿算法i=0补偿算法采用最佳拟合直线的算法。因i=0时，有Ti

7、i=0-T0=0，于是：NN1、小二乘法拟合直线补偿2∑∑(Ui−U0)(Ti−T0)−k(Ti−T0)=0（7）如果实际校准曲线有N个测试点，对应的输入输出数据i==11i分别为温度Ti，零点电压Ui（i=1，2，…，N）。N∑(Ui−U0)(Ti−T0)

8、设最小二乘法拟合直线为：解出斜率：i=1（8）k=NU=a+Kt（1）(T−T)2∑i0i=1其中，第i个测试点与所拟合直线的垂直偏差为：δi=Ui–(a+kTi)（2）将k代入式（5）即可求得。式（8）实际是由零基准点N2做校准曲线上各均布测试点的各直线的斜率之权重平均斜根据最小二乘法原理，使∑δ最小。可得k,a值如下：i=0率。N∑∑TiUi−Ti∑UiK=（3）22N∑Ti−(∑Ti)四、数字化压力变送器补偿效果2表1~表3数据展示了使用模拟补偿和上面的数字补偿技∑∑Ti∑Ui−Ti∑TiUia=（4）术

9、变送器的测试效果。采用麦克传感器公司生产的22N∑∑Ti−(Ti)MPM281-100kPaG压力传感器和PGA309组成的5个样本变根据校准曲线上N个测量值，将式表1未补偿的扩散硅压力传感器测试数据（3）和式（4）编制温度压力数组1数组2数组3数组4数组5计算程序，很快可得(℃)(kPa)测量值误差%FS测量值误差%FS测量值误差%FS测量值误差%FS测量值误差%FS最小二乘方拟合直