电阻式变送器非线性误差的补偿

论文摘要

传感器的输出信号常为非标准电信号,易受电磁信号的影响,不能长距离传输,且其后续环节需要单独设计,使得传感器的设计成本增加,通用性降低。如果将传感器转化为输出标准信号的变送器,这些问题将得到解决。变送器作为检测系统的核心元件,其测试的准确性对检测系统的性能起着决定性的作用。现今,如何提高变送器的线性度,已成为了国内外研究的一项重要课题。本课题的主要内容就是设计变送器电路和补偿电路,实现电阻式变送器的非线性误差补偿。此次设计主要针对的是陕西秦明电子集团生产的CYG101型压阻式压力传感器,这类传感器的零位时漂很低,均小于0.1mV/4H,但其非线性误差相对于重复性误差和迟滞误差较高,造成了传感器的整体精度不高。所以,对于这类传感器来说,能否提高精度,关键在于其非线性误差的补偿。课题首先分析了压阻式传感器非线性误差的来源及其补偿原理,并在此基础上针对两类不同的非线性特性给出补偿电路模型及参数选择方法。通过对美国模拟器件公司（Analog Devices）的AD693和BB公司（BURR-BROWN）的XTR115变送器电路的分析对比,本文自行设计压阻式变送器非线性误差补偿电路。该电路不仅能将微弱的传感器信号转化为（4～20）mA标准电流输出,还能对传感器的非线性误差进行补偿。在对整个变送器进行非线性等误差测试后,发现电路的功能和性能指标都达到了设计要求,将精度为千分级的普通压阻式压力传感器转换成了精度在万分级的高精度的压力变送器。该变送器补偿电路适用于一切电阻桥式传感器的非线性补偿,通用性强,非常适合大批量生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 传感器与变送器
• 1.2 课题的来源与现实意义
• 1.3 国内外的研究现状及发展趋势
• 1.4 本课题的特点及主要内容
• 2 电阻式传感器
• 2.1 传感器的特性
• 2.1.1 传感器的静态特性
• 2.1.2 传感器的动态特性
• 2.2 电阻式传感器的类型
• 2.2.1 应变式传感器
• 2.2.2 压阻式传感器
• 2.3 压阻式压力传感器
• 2.4 压力变送器
• 3 传感器非线性误差的修正
• 3.1 传感器非线性误差的来源
• 3.2 传感器非线性误差的补偿方法
• 3.2.1 硬件补偿方法
• 3.2.2 软件补偿方法
• 3.2.3 两种补偿方法的比较
• 3.3 本课题的补偿方案
• 3.3.1 电阻式传感器非线性误差分析
• 3.3.2 电阻式传感器非线性误差补偿电路模型
• 4 变送器电路设计
• 4.1 AD693和 XTR115介绍
• 4.1.1 AD693
• 4.1.2 XTR115
• 4.2 变送器具体电路设计
• 4.2.1 电压源电路
• 4.2.2 信号放大电路
• 4.2.3 V/I转换电路
• 4.3 电路测试及精度分析
• 4.3.1 线性测试
• 4.3.2 综合测试
• 4.4 电路修正
• 4.4.1 放大环节修正
• 4.4.2 负电源设计电路
• 4.4.3 参考电压电路修正
• 4.5 实验测试及误差分析
• 4.5.1 传感器性能测试
• 4.5.2 修正后的变送器电路测试
• 5 非线性误差补偿电路
• 5.1 补偿传感器性能测试
• 5.1.1 线性测试
• 5.1.2 重复性误差测量
• 5.1.3 迟滞误差测量
• 5.1.4 综合精度计算
• 5.2 补偿电路设计
• 5.2.1 正、负非线性测试
• 5.2.2 整体补偿电路设计及参数选择
• 5.3 实验测试及误差分析
• 5.3.1 非线性测试
• 5.3.2 重复性误差测量
• 5.3.3 迟滞误差测量
• 5.3.4 变送器补偿电路综合精度计算
• 5.4 成本核算
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献