[發明專利]一種差壓傳感器的溫度補償系統及方法

在審

• 申請號: 201710822831.0
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107655616A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 任重;周璇;蔡婷
• 申請（專利權）人: 武漢中航傳感技術有限責任公司
• 主分類號: G01L13/06
• 分類號: G01L13/06;G01L19/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本發明涉及壓力測量技術領域，更具體地，涉及一種差壓傳感器的溫度補償系統及方法。

背景技術

差壓傳感器是一種用來測量兩個壓力之間差值的傳感器，通常用于測量某一設備或設備前后兩端的壓差，它在微流量測量、泄漏測試、潔凈間監測、環境密封性檢測、氣體流量測量、液位高低測量等諸多高精度測量場合都有著廣泛的應用。目前，差壓傳感器主要有硅壓阻式和電容式兩種。由于硅壓阻式傳感器具有靈敏度高，動態響應好，測量精度高，穩定性好，易于小型化和批量生產等優點，近年來發展非常迅速。但是，由于半導體的溫度特性和封裝引起的附加應力，硅壓阻式傳感器受溫度影響而變化。所以，溫度補償一直是硅壓阻式差壓傳感器的關鍵技術問題。

硅壓阻式差壓傳感器的溫度補償方法一般是采用兩只壓力敏感元件，分別測量高壓端和低壓端的壓力輸出，再利用精密的信號處理電路將微弱的電信號進行放大處理，實現標準的模擬信號輸出。這種溫度補償的優點是原理簡單可行，但是在電路中增加運放和匹配電阻的數量，占用較大的空間，不利于傳感器的小型化。現有技術中另一種方法提出了一種由雙半橋組成的雙膜片式差壓全橋的橋路設計，節省了元器件數量，但是同時降低了傳感器的靈敏度，而且這種全橋差壓傳感器的精度完全由單個半橋的精度和兩個全橋的變化量和一致性決定，而且也未對這種差壓傳感器的溫漂及溫度補償展開深入研究。現有技術中另一種方法提出了一種基于壓力芯片的惠斯頓電橋建立外接電阻補償網絡的數學模型，實現了對溫度漂移的補償，有利于基于硅壓阻壓力芯片的產品的批量生產，但是不能實現標準的模擬信號輸出。

傳統的硅壓阻式壓力傳感器的溫度補償建立外接電阻補償網絡的可實現對溫度漂移的補償，但是不能實現標準的模擬信號輸出。為實現標準的模擬信號輸出，一般采用兩只壓力敏感元件，分別測量高壓端和低壓端的壓力輸出，再利用精密的信號處理電路將微弱的電信號進行放大處理，實現標準的模擬信號輸出。這種方法雖然原理簡單可行，但是在電路中增加運放和匹配電阻的數量，占用較大的空間，因此不適用雙余度甚至多余度差壓傳感器的研制。

發明內容

本發明提供一種在實現了對零點漂移補償以及標準模擬信號輸出的情況下，減少了傳感器中運算放大器和匹配電阻的數量從而使得傳感器更趨小型化的差壓傳感器的溫度補償系統及方法。

根據本發明的一個方面，提供一種差壓傳感器的溫度補償系統，所述系統包括：一次補償模塊，所述一次補償模塊用于對差壓信號進行補償，從而獲取第一差壓信號；一次放大模塊，所述一次放大模塊用于對所述一次補償模塊供電，并對所述第一差壓信號進行放大，從而獲取第二差壓信號，所述一次放大模塊與所述一次補償模塊電連接；二次放大補償模塊，所述二次放大補償模塊用于對所述第二差壓信號進行放大與補償，從而獲取第三差壓信號，所述二次放大補償模塊與所述一次放大模塊電連接。

優選地，所述系統還包括：感壓模塊，所述感壓模塊包括左半橋和右半橋，所述左半橋由惠斯通電橋左半部分的第一橋臂電阻和第二橋臂電阻組成，所述左半橋用于感知外部設備高壓端壓力，所述右半橋由惠斯通電橋右半部分的第三橋臂電阻和第四橋臂電阻組成，所述右半橋用于感知外部設備低壓端壓力，根據所述左半橋和所述右半橋組成的差分電路獲取差壓信號。

優選地，所述一次補償模塊包括：調零位溫漂電阻，所述調零位溫漂電阻的一端與第一轉接位連接，所述調零位溫漂電阻的另一端接參考電壓，所述調零位溫漂電阻用于補償所述差壓傳感器的零點漂移對所述差壓信號帶來的影響。

優選地，所述一次補償模塊還包括：調零電阻和滿量程調節電阻，所述調零電阻的一端與所述第二橋臂電阻連接，所述調零電阻的另一端與所述第四橋臂電阻連接；所述滿量程調節電阻的一端與第二轉接位連接，所述滿量程調節電阻的另一端接地；所述調零電阻用于補償所述差壓傳感器的零點輸出，所述滿量程調節電阻用于補償所述差壓傳感器的滿量程輸出。

優選地，所述一次放大模塊包括：儀表放大器，所述儀表放大器用于給所述一次補償模塊和所述感壓模塊提供參考電壓，并通過所述儀表放大器中不同引腳的組合連接以實現對所述第一差壓信號的不同倍數的放大。

優選地，所述二次放大補償模塊包括：雙運算放大器、固定電阻和熱敏電阻，所述雙運算放大器、所述固定電阻和所述熱敏電阻用于對所述第二差壓信號進行放大，同時對所述第二差壓信號的零點輸出及滿量程輸出進行溫度補償。