采用溫度誤差來(lái)確定測(cè)量誤差，是機(jī)械量傳感器的重要特性之一。所以，這一數(shù)值總是屬于此類(lèi)傳感器的重要參數(shù)之一。絕大多數(shù)+γ%/℃（或+γ%/10℃）。在國(guó)際電工委員會(huì)的正式文件中，也建議采用這種方式來(lái)補(bǔ)償溫度誤差，緊隨其后的是俄羅斯國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

本文主要探討采用此種方法對(duì)機(jī)械量傳感器的溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。這種缺點(diǎn)在半導(dǎo)體式應(yīng)變電阻傳感器上表現(xiàn)得尤為明顯。現(xiàn)在被廣為使用的壓力、力矩和運(yùn)動(dòng)參數(shù)等傳感器中，采用半導(dǎo)體式應(yīng)變電阻原理的占了絕大多數(shù)。我們以在俄羅斯使用最為廣泛的異質(zhì)外延式“硅藍(lán)寶石”結(jié)構(gòu)的應(yīng)變電阻式壓力傳感器為例，來(lái)做具體說(shuō)明。

首先，只有在傳感器輸出信號(hào)與溫度之間的關(guān)系呈線性時(shí)，所給出的補(bǔ)償方法才有意義。但是，只有應(yīng)變電阻工作在溫度范圍很窄的傳感器，其輸出信號(hào)的溫度曲線才可接近符合精度要求的線性。對(duì)于半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，與溫度相關(guān)的參數(shù)的非線性特征非常明顯。而半導(dǎo)體式應(yīng)變電阻傳感器的輸出信號(hào)，通常來(lái)說(shuō)，與溫度呈非常明顯的非線性特征，尤其是在很寬的溫度范圍下。.

其次，所給出的補(bǔ)償方法誤導(dǎo)了用戶(hù)，導(dǎo)致他們將實(shí)際誤差擴(kuò)大一倍。因?yàn)槿绻麄鞲衅鬏敵鲂盘?hào)的溫度曲線呈線性，則這一曲線的斜率必然帶有特定的標(biāo)識(shí)，也就是說(shuō)，該信號(hào)或者隨溫度衰減，或者隨溫度增加。采用%/℃的方法，并給出一定的范圍及標(biāo)識(shí)，對(duì)溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，用戶(hù)可以在某個(gè)特定的溫度范圍內(nèi)，對(duì)壓力誤差進(jìn)行實(shí)際評(píng)價(jià)并計(jì)算出測(cè)量誤差；但是，如果標(biāo)識(shí)不確定，則測(cè)量的不確定性也隨之大幅增長(zhǎng)。

當(dāng)溫度增加時(shí)，被測(cè)壓力（與傳感器的輸出信號(hào)成正比）線性下降。此時(shí)，在已知溫度T測(cè)下，用戶(hù)可以計(jì)算出溫度誤差，并將傳感器的被測(cè)壓力P測(cè)換算為實(shí)際壓力Pn。Pn是在“正常”（室溫）溫度Tn下根據(jù)下式計(jì)算出來(lái)的：

Рn = Р測(cè)–  g*(Т測(cè)– Тn)，             (1)

其中，g為Р(Т)的曲線斜率（g < 0）。當(dāng)然，在這種情況下，至少還保留了用來(lái)計(jì)算傳感器基本誤差的實(shí)際壓力的不確定性。

如果溫度誤差的標(biāo)識(shí)不確定的話，則完全是另外一種情況。此時(shí)，即使測(cè)量溫度已知，就是在不考慮傳感器基本誤差的情況下，也形成了被測(cè)壓力的不確定性ΔР = (Рn1– Рn2)。

當(dāng)然，如果測(cè)量溫度未知，知道的僅是該溫度大約處于溫度的工作間隔區(qū)域（Tmax-Tmin）內(nèi)，則壓力測(cè)量的不確定性結(jié)果為：

ΔРм= (Р2– Р1) =  |g|*(Тmax– Тmin)                   (2)

ΔРм之所以在曲線之外，原因就在于是否知道斜率系數(shù)的標(biāo)識(shí)為直線Р(Т)。

讓我們看一下應(yīng)變傳感器輸出信號(hào)的非線性溫度曲線的情況。比如，基于硅藍(lán)寶石原理的壓力傳感器，是用非熱敏電阻電路對(duì)溫度漂移進(jìn)行補(bǔ)償?shù)模敵鲂盘?hào)與溫度之間的關(guān)系呈拋物線型。擴(kuò)散硅或值入式應(yīng)變電阻式傳感器也具有類(lèi)似的曲線。相應(yīng)的，如果不在電路上采取專(zhuān)門(mén)的措施（比如智能電路）進(jìn)行補(bǔ)充修正的話，則使用此類(lèi)傳感器所測(cè)得的壓力（與輸出信號(hào)成正比）與溫度之間也必然呈非線性關(guān)系。在這種情況下，按照標(biāo)準(zhǔn)文件的規(guī)定，如果要采用線性系數(shù)對(duì)溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，必須要給出相對(duì)于拋物線的斜率+γmax的最大絕對(duì)值（。也就是說(shuō)，在工作溫度范圍Tmax…Tmin之間的總的溫度補(bǔ)償誤差，是按照下式確定的）：

ΔРn= (Р2– Р1) =  |gmax|*(Тmax– Тmin).                  (3)

顯而易見(jiàn)，所得到的誤差值大大超過(guò)了實(shí)際總溫度誤差

ΔР實(shí)際= (Рn– Рmin).                  (4)

由此可以看出，在傳感器輸出信號(hào)的溫度曲線呈非線性的情況下，采用測(cè)量線性溫度系數(shù)γ的方式對(duì)溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償是沒(méi)有意義的，因?yàn)樵诠ぷ鳒囟确秶鷥?nèi)線性溫度系數(shù)既有量的變化，也有標(biāo)識(shí)的變化（其中包括通過(guò)零點(diǎn)）。而根據(jù)現(xiàn)行規(guī)定，在使用說(shuō)明書(shū)中必須注明γ的最大值（絕對(duì)值）。

正是由于這種原因，變送器作為對(duì)補(bǔ)充溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拇胧趯?shí)際工作溫度范圍ΔР實(shí)際內(nèi)對(duì)溫度誤差區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償。這一溫度范圍在變送器的合格證中也被列出。必須指出，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)完全認(rèn)可這種方法，并且已被俄羅斯聯(lián)邦國(guó)家登記委員會(huì)承認(rèn)。С通過(guò)對(duì)溫度誤差區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，從而得出溫度誤差的方法（與線性溫度系數(shù)一起），也被一些國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)所允許。

必須還要提到以下幾點(diǎn)。首先，輸出信號(hào)的溫度曲線近似于拋物線的變送器，當(dāng)在“正常”溫度Tn下進(jìn)行標(biāo)定并確定其基本誤差時(shí)，溫度誤差區(qū)域達(dá)到最小，處于工作溫度范圍（即對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆秶┑闹虚g段。

其次，如果縮短工作溫度范圍，且溫度曲線也呈線性，則總的溫度誤差也會(huì)線性降低。但在拋物線關(guān)系下，這一誤差會(huì)平方根式降低，比如，在對(duì)稱(chēng)縮短工作溫度范圍一半的情況下（比如，從-40…+80℃降低到-10…+50℃），溫度誤差范圍會(huì)減少四分之三。這樣，就可以在不使用復(fù)雜電路的前提下，制造出在某一限定溫度段內(nèi)工作的高精度變送器。在0-40℃的溫度范圍內(nèi)，采用電阻式溫補(bǔ)電路的溫度變送器，其典型溫度誤差區(qū)域不超過(guò)0.5%。

第三，如果用來(lái)確定變送器基本誤差的“正常”溫度（通常為室溫），不處于溫度補(bǔ)償?shù)闹行狞c(diǎn)，則忽略測(cè)量誤差的溫度關(guān)系非線性會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)充溫度誤差值的不正確體現(xiàn)。在-40…+120℃之間對(duì)壓力變送器進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)那闆r。如果在室溫下(~20℃)以及在溫度范圍內(nèi)的極限溫度點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，確定補(bǔ)充溫度誤差的話，則在低溫度區(qū)域按絕對(duì)值計(jì)算的溫度誤差線性系數(shù)，大大高于高溫度，雖然誤差的實(shí)際溫度曲線對(duì)稱(chēng)分布于溫度補(bǔ)償區(qū)域的中心點(diǎn)。

同樣，也無(wú)法保證在中心點(diǎn)不吻合的情況下，在兩個(gè)溫度范圍內(nèi)，同時(shí)使溫度測(cè)量誤差達(dá)到最低化。因?yàn)槿绻钚囟日`差是在溫度補(bǔ)償區(qū)域的中心點(diǎn)的話，那么，在偏離中心點(diǎn)的那段溫度范圍內(nèi)的溫度誤差，必然總是要比在該溫度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行溫補(bǔ)高一些，

鑒于以上所述，更加證明，采用線性溫度系數(shù)對(duì)高溫壓力變送器進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償是不合適的（僅就它們的輸出信號(hào)的實(shí)際溫度曲線無(wú)法用線性法則來(lái)描述而言）。另外，在對(duì)高溫壓力變送器進(jìn)行溫度補(bǔ)償和補(bǔ)充誤差補(bǔ)償時(shí)，還有一個(gè)問(wèn)題。

眾所周知，在高溫流程（300或400℃以?xún)?nèi)）下測(cè)量液體或氣體介質(zhì)的壓力，是在由工藝技術(shù)所決定的某一特定溫度T特定下實(shí)現(xiàn)的。顯然，如果在T特定溫度下對(duì)變送器進(jìn)行標(biāo)定（確定基本測(cè)量誤差），并在T特定附近的幾個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，則此時(shí)測(cè)量誤差肯定為最小。以后的定期檢定也最好要在T特定溫度下進(jìn)行。但是，無(wú)論是在用戶(hù)處，還是在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)的實(shí)驗(yàn)室里，都幾乎無(wú)法這樣做。而如果在室溫下對(duì)高溫變送器進(jìn)行標(biāo)定，則其在工作溫度下的誤差會(huì)大幅度升高。

在室溫Tk下進(jìn)行定期檢定時(shí)（室溫的變化不要超過(guò)1-2℃），在必要的情況下，可借助于“零點(diǎn)”和“范圍”調(diào)節(jié)按鈕設(shè)置Iok（或Ipk）以及Imk值。檢查變送器的非線性和偏差，如果與合格證上登記的數(shù)據(jù)相符，則可以用來(lái)測(cè)量高溫介質(zhì)的壓力，其精度由基本誤差量規(guī)定（當(dāng)Tn與T特定接近時(shí)），或者不超出溫度誤差范圍的寬度(當(dāng) Т特定€ [Тn-50℃, Тn+50℃]時(shí))。

最后應(yīng)該指出，根據(jù)用戶(hù)的意愿，在合格證中還可以注明在室溫下和溫度補(bǔ)償范圍極限點(diǎn)測(cè)得的變送器輸出信號(hào)在零壓力和最大壓力下的具體數(shù)值，從而使用戶(hù)在被測(cè)介質(zhì)溫度已知的前提下，可以考慮到壓力測(cè)量的補(bǔ)充溫度誤差，并極大的提高測(cè)量精度。

綜上所述，對(duì)于在很寬的溫度范圍內(nèi)工作的機(jī)械量式應(yīng)變電阻傳感器來(lái)說(shuō)，如采用線性溫度系數(shù)對(duì)補(bǔ)充溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)非常大的失真。正確的做法應(yīng)是在傳感器的溫度補(bǔ)償間隔內(nèi)對(duì)溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償。這對(duì)于輸出信號(hào)的溫度曲線為非線性的半導(dǎo)體式應(yīng)變電阻傳感器來(lái)說(shuō)，尤為重要。本文源自澤天傳感，轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留出處。