陶瓷压力传感器零点和量程数字调节研究
时间：2022-10-31 来源：博通范文网 本文已影响 人 
摘要：陶瓷压力传感器生产过程中需要对其零点和量程进行调节，针对此环节研究了调节的硬件和软件。采用单片机控制，将数字电位器与陶瓷厚膜结构相结合，调节传感器零点；将数字电位器与传感器前置放大器相结合，调节传感器量程。整个系统包括信号变送板、零点量程调节板和单片机，信号变送板用于将陶瓷压力传感器压力信号转成数字信号通过I2C接口输出，零点量程调节板受单片机控制，实现零点和量程的手动和自动调节。
关键词：传感器；数字电位器；变送板；I2C接口；自动调节
中图分类号：TN403 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0101-02
陶瓷材料具有抗腐蚀、抗磨损、高弹性、抗冲击和振动等特性，工作温度范围-40℃～135℃，电气绝缘度>2kV，利用陶瓷材料做的压力传感器具有输出信号强、测量精度高、稳定高等特点[1]。由于陶瓷材料压力传感器具有以上特点，越来越多的用户用其替代扩散硅压力传感器。在陶瓷压力传感器生产过程中，零点调节是必要的工序，当测定不同压力传感器的特性时，发现均存在零点电漂移现象[2]。
1 设计方案
1.1 设计方案要求
一般压力传感器输出是mV级别的模拟电压信号，需要就近送入放大器环节做放大。有些放大器已和变送器合为一体，变送器输出0-10V的电压信号或4-20mA的电流信号。本文陶瓷压力传感器直接输出数字I2C接口信号，实现生产环节中零点和量程手动及自动调节。
1.2 设计方案的确定
本文研究了已有的零点量程校正的方法[3][4]，结合陶瓷压力传感器生产环节中的特点，采用的技术方案为：利用单片机对陶瓷压力传感器的零点和量程进行调节，信号变送板将压力信号转成数字信号通过I2C接口输出，在传感器生产过程中的零点和量程的调节环节，信号变送板输出接入零点量程调节板和单片机，完成生产过程中零点和量程的手動或自动调节环节。
2 系统设计
2.1 系统整体设计
图1为陶瓷压力传感器的零点和量程调节数字控制系统各功能模块框图。
系统中信号变送板与陶瓷厚膜结构相联，将压力信号转变成数字信号通过I2C接口输出；零点量程调节板与信号变送板相联，通过I2C接口读取压力数据及发送指令，单片机系统与零点量程调节板相联接，通过RS232接口读取压力数据并发送指令。
2.2 电路系统设计
实现零点调节的原理如下：图2中陶瓷厚膜结构应变桥电路21，在无外力时，惠斯登电桥应该平衡，电桥输出电压为零。若零点漂移，信号变送板单片机26检测到电压不为零，会给应变桥臂并联数字电位器22发出指令，修正其阻值，直到电桥平衡输出电压为零。
实现量程调节的原理为：前置放大电路23，在其反馈回路中并联数字电位器24，调节该电位器可以调节前置放大器23的倍数，信号变送板单片机26根据量程设定值，给反馈数字电位器24发出指令，修正其阻值，直到前置放大电路的倍数满足设定量程要求。
2.3 手动调节与自动调节
图3包括依次相连的I2C数据接口31，单片机32，板子上自带的LED显示33，旋钮开关34，RS232接口35。旋钮开关34包括两个旋钮，一个用于手动调节传感器零点，另一个用于手动调节传感器量程。
传感器零点和量程修正的过程有两种，手动修正和自动修正，手动修正：图3中的单片机32检测到旋钮开关34的改变，通过I2C数据接口31和图2中的I2C数据接口27，传给图2中单片机26，从而改变图2中数字电位器22或数字电位器24的阻值，实现调节要求。自动修正：将手动修正中调节图3中旋钮开关34，改为图1中单片机系统3，通过图3中RS232接口，给图3中的单片机32传送零点和量程调节指令。
3 结语
本文研究了陶瓷压力传感器生产过程中的零点和量程的数字调节系统，包括信号变送板、零点量程调节板和单片机系统三个部分，这三个部分均有独立的单片机控制，板与板之间分别由I2C接口及RS232接口传递数据。本文设计了陶瓷压力传感器零点和量程的手动和自动调节，依靠单片机的精确计算与控制，必定会提高陶瓷压力传感器零点和量程调节的便利性与精确度，应该有良好的市场前景。
参考文献
[1]邬林，陈丛，钱江蓉，等.基于压阻效应的陶瓷压力传感器[J].仪表技术与传感器，2017，（6）：26-28.
[2]邬林，陈丛，钱江蓉，等.陶瓷压阻式机油压力传感器研制[J].传感器世界，2017，（5）：11-14.
[3]樊斌.液压传感器应用中的软件误差补偿及抗干扰[J].液压与气动，2006，（9）：47-49.
[4]樊斌，丛泉.热敏电阻器测温中的自动换档及标定[J].传感器技术，2000，（4）：37-38.
