陶瓷壓力傳感器零點和量程數字調節研究

陳芒保 徐文

摘要：陶瓷壓力傳感器生產過程中需要對其零點和量程進行調節，針對此環節研究了調節的硬件和軟件。采用單片機控制，將數字電位器與陶瓷厚膜結構相結合，調節傳感器零點；將數字電位器與傳感器前置放大器相結合，調節傳感器量程。整個系統包括信號變送板、零點量程調節板和單片機，信號變送板用于將陶瓷壓力傳感器壓力信號轉成數字信號通過I2C接口輸出，零點量程調節板受單片機控制，實現零點和量程的手動和自動調節。

關鍵詞：傳感器；數字電位器；變送板；I2C接口；自動調節

中圖分類號：TN403 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0101-02

陶瓷材料具有抗腐蝕、抗磨損、高彈性、抗沖擊和振動等特性，工作溫度范圍-40℃～135℃，電氣絕緣度>2kV，利用陶瓷材料做的壓力傳感器具有輸出信號強、測量精度高、穩定高等特點[1]。由于陶瓷材料壓力傳感器具有以上特點，越來越多的用戶用其替代擴散硅壓力傳感器。在陶瓷壓力傳感器生產過程中，零點調節是必要的工序，當測定不同壓力傳感器的特性時，發現均存在零點電漂移現象[2]。

1 設計方案

1.1 設計方案要求

一般壓力傳感器輸出是mV級別的模擬電壓信號，需要就近送入放大器環節做放大。有些放大器已和變送器合為一體，變送器輸出0-10V的電壓信號或4-20mA的電流信號。本文陶瓷壓力傳感器直接輸出數字I2C接口信號，實現生產環節中零點和量程手動及自動調節。

1.2 設計方案的確定

本文研究了已有的零點量程校正的方法[3][4]，結合陶瓷壓力傳感器生產環節中的特點，采用的技術方案為：利用單片機對陶瓷壓力傳感器的零點和量程進行調節，信號變送板將壓力信號轉成數字信號通過I2C接口輸出，在傳感器生產過程中的零點和量程的調節環節，信號變送板輸出接入零點量程調節板和單片機，完成生產過程中零點和量程的手動或自動調節環節。

2 系統設計

2.1 系統整體設計

圖1為陶瓷壓力傳感器的零點和量程調節數字控制系統各功能模塊框圖。

系統中信號變送板與陶瓷厚膜結構相聯，將壓力信號轉變成數字信號通過I2C接口輸出；零點量程調節板與信號變送板相聯，通過I2C接口讀取壓力數據及發送指令，單片機系統與零點量程調節板相聯接，通過RS232接口讀取壓力數據并發送指令。

2.2 電路系統設計

實現零點調節的原理如下：圖2中陶瓷厚膜結構應變橋電路21，在無外力時，惠斯登電橋應該平衡，電橋輸出電壓為零。若零點漂移，信號變送板單片機26檢測到電壓不為零，會給應變橋臂并聯數字電位器22發出指令，修正其阻值，直到電橋平衡輸出電壓為零。

實現量程調節的原理為：前置放大電路23，在其反饋回路中并聯數字電位器24，調節該電位器可以調節前置放大器23的倍數，信號變送板單片機26根據量程設定值，給反饋數字電位器24發出指令，修正其阻值，直到前置放大電路的倍數滿足設定量程要求。

2.3 手動調節與自動調節

圖3包括依次相連的I2C數據接口31，單片機32，板子上自帶的LED顯示33，旋鈕開關34，RS232接口35。旋鈕開關34包括兩個旋鈕，一個用于手動調節傳感器零點，另一個用于手動調節傳感器量程。

傳感器零點和量程修正的過程有兩種，手動修正和自動修正，手動修正：圖3中的單片機32檢測到旋鈕開關34的改變，通過I2C數據接口31和圖2中的I2C數據接口27，傳給圖2中單片機26，從而改變圖2中數字電位器22或數字電位器24的阻值，實現調節要求。自動修正：將手動修正中調節圖3中旋鈕開關34，改為圖1中單片機系統3，通過圖3中RS232接口，給圖3中的單片機32傳送零點和量程調節指令。

3 結語

本文研究了陶瓷壓力傳感器生產過程中的零點和量程的數字調節系統，包括信號變送板、零點量程調節板和單片機系統三個部分，這三個部分均有獨立的單片機控制，板與板之間分別由I2C接口及RS232接口傳遞數據。本文設計了陶瓷壓力傳感器零點和量程的手動和自動調節，依靠單片機的精確計算與控制，必定會提高陶瓷壓力傳感器零點和量程調節的便利性與精確度，應該有良好的市場前景。

參考文獻

[1]鄔林，陳叢，錢江蓉，等.基于壓阻效應的陶瓷壓力傳感器[J].儀表技術與傳感器，2017，（6）：26-28.

[2]鄔林，陳叢，錢江蓉，等.陶瓷壓阻式機油壓力傳感器研制[J].傳感器世界，2017，（5）：11-14.

[3]樊斌.液壓傳感器應用中的軟件誤差補償及抗干擾[J].液壓與氣動，2006，（9）：47-49.

[4]樊斌，叢泉.熱敏電阻器測溫中的自動換檔及標定[J].傳感器技術，2000，（4）：37-38.