[發明專利]溫度補償的壓力換能器

有效

• 申請號: 201380010356.7
• 申請日: 2013-02-20
• 公開（公告）號: CN104204759B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: R.L.阿蒂烏奇;P.S.胡克斯;N.勞
• 申請（專利權）人: 德萊賽公司
• 主分類號: G01L19/04
• 分類號: G01L19/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 葉曉勇,姜甜

相關申請的交叉引用

本申請要求來自2012年2月21日提交并名為“Temperature Compensation Pressure Transducer”的美國專利申請序列號13/401,050的優先權益，通過引用將其全部內容整體結合于此。

技術領域

壓力換能器被廣泛用于種種應用。在壓力換能器的用途中，有對諸如流體/氣流、速度、水位和高度的其他變量的間接測量。有已被用于壓力換能器的各種技術，并且這些技術在性能和成本方面不同。典型的模擬壓力換能器的特征在于輸入壓力與輸出模擬信號之間的關系。正如所有的測量儀器那樣，壓力換能器必須校準。校準被定義為如下一組操作：其在指明的條件下建立由測量儀器或者測量系統指示的數量的值(讀數)、與由標準實現的對應值(真正值)之間的關系。一旦讀數與真正值之間的關系是已知的，該讀數可以被調節來提供更精確的值。然而，輸入壓力與輸出模擬信號之間的關系被溫度顯著影響。所以，在任何給定的壓力下，溫度的變化將使誤差導入至輸出信號，如果輸出信號處于未補償，則會導致不精確的壓力讀數的誤差。

溫度變化的補償可以以各種方式完成。例如，模擬壓力換能器可以位于溫度和壓力可以改變的腔室。隨著測量換能器輸入和輸出信號來應用各種已知的壓力，然后改變溫度，并且重復該過程。作為該過程的結果，創建描述輸入壓力與輸出信號之間的關系的表。輸入壓力與輸出模擬信號之間的關系可以由數學函數描述。存在著可能性來定義幾個數學函數，其描述在迭代校準過程期間對于各種溫度的輸入壓力與輸出信號之間的關系。一般而言，數學函數的精度依賴于創建的表的數量、表的尺寸和插值技術。然而，用該方法，溫度信息需要發送至設備，該設備被用于基于溫度值來選擇校正函數，以調節壓力值。該方法不現實，因為如果測量的溫度不匹配換能器對其校準的溫度的值，則其難以定義該函數。

另一個方法是跨溫度的范圍以多個已知的壓力獲得多個讀數。可以創建這些值的表，并且可以應用數學插值技術來用一些系數創建校正算法。如果這些系數是已知的并且溫度值是已知的，則可以測量來自壓力換能器的輸出信號，進而通過使用插值技術，計算溫度補償的壓力值。一般而言，函數的精度依賴于創建的表的數量及其尺寸，還依賴于插值技術。

商業可用的壓力換能器包含以模擬形式(例如電壓)提供壓力和溫度值的換能器。對于這些設備而言，校正算法系數可以存儲在位于壓力換能器的EEPROM中。壓力換能器的用戶需要知曉描述輸入壓力與輸出信號之間的關系的數學函數。通常，壓力換能器連接至主設備。主設備的示例是配氣管線中的體積校正器、或者用于輸氣管線的流量計算機、或者類似的終端用戶電子硬件。在壓力換能器連接至主設備之后，校正算法系數需要提供給主設備。通常，主設備設置有將模擬信號轉換為數字形式的模數轉換器。數字信息被提供給主設備中的微處理器，該微處理器基于數學函數和校正算法系數，計算溫度補償的壓力值。

另一個類型的壓力換能器將數字輸出提供給主設備。這些壓力換能器包含模數轉換器。數字形式的輸出信號直接發送至終端用戶微處理器的輸入。校正算法系數可以存儲在壓力換能器中。該類型的壓力換能器的用戶需要知曉描述輸入壓力與輸出信號之間的關系的數學函數。通常，在該類型的壓力換能器首次連接至主設備之后，校正算法系數從壓力換能器發送至主設備。然后，主設備中的微處理器基于所應用的校正算法和在校準過程期間獲得的系數，計算溫度補償的壓力值。

數字壓力換能器的一個應用是作為主設備的組件，例如包括配氣管線中的體積校正器、或者用于輸氣管線的流量計算機。測量流經管道的體積要求對流過測量儀器的氣體體積的壓力和溫度的影響進行校正。體積校正器或者流量計算機的精度的程度由政府機構監管。應用查理定律和波義耳定律來調節壓力和溫度對氣體的影響。氣體體積被轉換為“標準壓力和溫度值”。因此，為了確定暴露至變化條件的流經管道的溫度和壓力的氣體的體積，要求精確的溫度補償的壓力測量。在這種類型的應用中可以測量的溫度有3個。這些溫度包含：(a)環境溫度(這種類型的體積校正器可以在-40℃至+70℃的環境溫度的范圍操作)、流經管的氣體的溫度、以及壓力傳感元件的溫度。