工作溫度范圍的定義與分級(jí)

 

　　數(shù)字微壓計(jì)的工作溫度范圍通常依據(jù)傳感器類(lèi)型和整機(jī)設(shè)計(jì)劃分為不同等級(jí)。常規(guī)工業(yè)級(jí)儀表的標(biāo)稱(chēng)工作溫度范圍一般為零下十?dāng)z氏度至五十?dāng)z氏度，寬溫型產(chǎn)品可擴(kuò)展至零下二十?dāng)z氏度至七十?dāng)z氏度。在該溫度區(qū)間內(nèi)，儀器應(yīng)能正常啟動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行并滿(mǎn)足出廠(chǎng)精度指標(biāo)。

 

　　超出標(biāo)稱(chēng)范圍的高溫環(huán)境會(huì)導(dǎo)致傳感器敏感元件產(chǎn)生額外的熱噪聲，信號(hào)漂移增大；低溫環(huán)境則可能引起彈性敏感材料的剛性變化及電路元件參數(shù)偏移。因此，用戶(hù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境的年溫度選擇對(duì)應(yīng)溫度等級(jí)的儀表，或在使用前確認(rèn)環(huán)境溫度處于允許范圍之內(nèi)。

 

　　溫度對(duì)測(cè)量誤差的主要影響機(jī)制

 

　　溫度變化引入的測(cè)量誤差主要來(lái)源于三個(gè)層面。其一，壓阻式或電容式壓力傳感器的敏感材料本身具有溫度系數(shù)，即使無(wú)外加壓力，其零點(diǎn)輸出也會(huì)隨溫度變化發(fā)生漂移。其二，傳感器的靈敏度同樣受溫度調(diào)制，相同壓力差下輸出信號(hào)在不同溫度點(diǎn)存在差異，即靈敏度溫度系數(shù)。其三，信號(hào)調(diào)理電路中的放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等元器件亦存在溫度漂移特性，會(huì)疊加在傳感器輸出上形成系統(tǒng)誤差。

 

　　上述機(jī)制共同決定了數(shù)字微壓計(jì)在不加補(bǔ)償時(shí)的溫度誤差往往遠(yuǎn)超其標(biāo)稱(chēng)基本誤差。以典型微差壓傳感器為例，零點(diǎn)和滿(mǎn)量程的溫度漂移量級(jí)可達(dá)到每攝氏度百分之零點(diǎn)一至百分之零點(diǎn)五之間，在溫差下足以導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果失去參考價(jià)值。

 

　　誤差補(bǔ)償?shù)脑砼c實(shí)現(xiàn)方法

 

　　誤差補(bǔ)償?shù)暮诵乃枷胧峭ㄟ^(guò)建立溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的修正模型，在儀表工作時(shí)實(shí)時(shí)或事后補(bǔ)償溫度引入的偏差。常見(jiàn)的補(bǔ)償方式包括硬件補(bǔ)償和數(shù)字補(bǔ)償兩類(lèi)。

 

　　硬件補(bǔ)償主要通過(guò)在傳感器橋路中配置熱敏電阻或溫度補(bǔ)償電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)溫度變化引起傳感器輸出漂移時(shí)，補(bǔ)償元件自動(dòng)調(diào)整橋臂電阻或激勵(lì)電流，使輸出盡可能保持恒定。該方法響應(yīng)快、不依賴(lài)處理器，但補(bǔ)償精度受元器件離散性限制，且難以校正非線(xiàn)性溫度誤差。

 

　　數(shù)字軟件補(bǔ)償是當(dāng)前主流技術(shù)路線(xiàn)。具體實(shí)施時(shí)，首先在儀表校準(zhǔn)環(huán)節(jié)將整機(jī)置于可編程溫度試驗(yàn)箱中，在多個(gè)溫度點(diǎn)下分別記錄零點(diǎn)輸出和滿(mǎn)量程輸出。通過(guò)數(shù)值擬合得到溫度誤差多項(xiàng)式模型，該模型以實(shí)測(cè)溫度為自變量，輸出相應(yīng)的修正系數(shù)。儀表工作時(shí)，內(nèi)部溫度傳感器連續(xù)采集環(huán)境溫度，微處理器根據(jù)預(yù)置模型實(shí)時(shí)計(jì)算補(bǔ)償值并疊加到原始測(cè)量數(shù)據(jù)上，最終顯示經(jīng)過(guò)溫度修正后的壓力值。

 

　　對(duì)于高精度應(yīng)用場(chǎng)合，還需引入分段線(xiàn)性插值或查表法來(lái)補(bǔ)償傳感器靈敏度溫度系數(shù)與零點(diǎn)溫度系數(shù)之間的非線(xiàn)性耦合效應(yīng)。部分儀表在每次開(kāi)機(jī)時(shí)執(zhí)行自動(dòng)歸零程序，在通大氣壓條件下記錄當(dāng)前溫度下的零點(diǎn)偏差，以消除短期溫度波動(dòng)引發(fā)的零點(diǎn)漂移。

 

　　使用中的注意事項(xiàng)

 

　　用戶(hù)在實(shí)際操作中應(yīng)注意，誤差補(bǔ)償?shù)挠行砸蕾?lài)于儀表內(nèi)部溫度傳感器與壓力傳感器之間的熱接觸狀態(tài)。在環(huán)境溫度劇烈變化時(shí)，應(yīng)給予足夠預(yù)熱穩(wěn)定時(shí)間，使整機(jī)內(nèi)部溫度分布趨于均勻后再進(jìn)行測(cè)量。此外，定期計(jì)量校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)將溫場(chǎng)條件納入考核，確認(rèn)在標(biāo)稱(chēng)工作溫度范圍的上下限附近，補(bǔ)償后的殘差仍符合允差要求。