压力传感器试验台零点漂移分析

1 引言 
  压力传感器试验台主要是运用在铁路电务部分,对铁路的电务进行检测,所以,压力传感器的检测结果是否准确合格,这将直接关系到列车运行中的各项指标是否准确。所以,要保障压力传感器试验台的准确使用,铁路部门就要严格按照高技术、高水平的检测手段通过压力传感器试验台进行检测。 
  根据国家的明文规定,对压力传感器试验台的计量检定,一般是根据国家计量检定规程JJF59-2007《活塞式压力计检定规程》和JJG(铁道)181-2004《列车运行监控记录装置测试设备检定规程 》,采用精度等级在0.05%的二等活塞式标准压力计,或者精度等级为0.02%的多功能过程信号校准仪,对压力传感器试验台进行检测,以此来确保列车在运行过程中的数据能够准确可靠。 
  2 变送器的发展现状 
  变送器是一种基础性的自动仪表,在工业中、铁路的传送和检测工作中都发挥着重要的作用,变送器的发展历程主要是经过了四个阶段,第一阶段是在最初,利用大位移的工作原理,这个阶段的技术刚刚起步,所以变送器的精确度比较低,而且重量很大;第二阶段的变送器主要是运用了力平衡的工作原理,虽然精确度有所提高,但还是由于容易受到周围环境的影响,精准度不高;第三阶段的变送器在这个阶段已经引入了新材料,和上面两个阶段的精准度相比较已经有了明显提升;第四阶段是在20世纪90年代,电子技术的发展促进了变送器技术的进步,变送器开始向着智能化的方向发展。 
  相比较与发达的国家来说,我国的变送器技术仍然是处于落后地位,我国对压力传感器的起步比较晚,相比较与美国、日本等电子大国,我国的压力传感器不论是从性能上还是水平上都处在落后地位。但是未来的发展趋勢势必是朝着更加小型化、集成化、智能化、标准化的方向进步。 
  3 压力传感器的工作原理及其零点漂移 
  3.1 压力传感器的静态特性指标 
  主要有以下几种:①静态灵敏度,这是压力传感器最重要的性能指标,静态灵敏度主要是传感器的被测量单位变化量引起的输出变化量,所以,对传感器中灵敏元件的选择是至关重要的,关键是对灵敏度的选择。②线性度,从理论上来讲,传感器的静态指标应该是一条直线,但是在实际的操作过程中,传感器的输出或者输入一般来讲都不会是直线,我们就称传感器的实际静态特别的校准曲线和任何一个参考直线的不吻合程度的最大值是线性度。③零点漂移,漂移指的就是在传感器的输入和环境温度都不变的时候,其输出量会随着时间的变化而变化。出现这种现象的原因就是由于在传感器的内部各个环节的性能指标都是随着机器内部的温度变化而变化的,这同样也反应出了传感器的稳定性指标[1]。 
  3.2 压力传感器的工作原理 
  压阻式变换原理能够制成压敏电阻,压敏电阻能够感受到物体在受力时发生的应变力,而应变力能够使压敏电阻的阻值发生变化,通过电路的连接,能够通过电阻阻值的变化反应出电压或者电流的变化。利用这种原理制成的传感器就是压阻式传感器,扩散型硅压力传感器的运用主要是半导体材料的压阻效应,在半导体材料中的应变系数与金属的应变系数相比较,半导体材料灵敏和得多,这种变化主要是能够引起电阻率的变化。这种压力传感器的主要优点有分辨率比较高,响应比较及时,但是也存在着缺点,就是压阻效应的温度系数比较大,长时间工作容易存在较大的温度误差。 
  3.3 压力传感器的零点漂移问题 
  零点漂移就是在压力传感器中的放大器输入端短路的时候,在输出端会呈现出不规律的或者变化比较缓慢的电压产生,这种现象就是零点漂移,产生这种现象的主要原因是由于晶体管的参数值在温度变化时受到了影响,或者电源电压的波动对压力传感器的指标产生了影响等[2]。在很多的放大器中,零点漂移在前面受到的影响越大,级数越多,放大倍数越大,则产生的零点漂移就会越严重。压力传感器中的材料选择、材料的结构组成以及材料的稳定性或者热阻性等都会影响零点漂移的大小。选择精确度高的材料是一个方面,对材料加工的工艺也十分重要,加工制成的工艺不同也会影响应变值的不同。 
  例如,对型号为LKJ-93、 编号为02210127的压力传感器试验台进行检测,实验重复测量10次,得到以下表1的数据。
从表1可以看出,10次检测中有7次存在零点漂移,最大值在±2kPa之间。由于以上零点漂移情况存在,将会使该试验台检测到的数据出现偏差。 
  出现上述零点漂移的具体原因主要是由于晶体管中的参数值由于温度的影响产生了波动或者电源电压不稳定对参数值也产生了波动,出现零点漂移的具体原因有以下几方面,主要有: 
  ①在应变片的胶层中存在气泡或者别的东西; 
  ②选择的应变片本身的性能就不够稳定; 
  ③在压力传感器的电路中存在着虚焊点; 
  ④弹性体的应力没有完全释放出來,另外,零点漂移出现的原因也和周围的磁场、环境的温度有很大的关系。 
  在没有任何干扰的情况下,传感器中的四个扩散电阻应该是有相同的阻值,但是由于温度的变化,阻值也发生了变化,在一定温度范围内,电阻的值是随着温度的增加而增加的,这就是产生了零点漂移。 
  4 解决零点漂移问题的建议 
  压力传感器的性能指标和零点漂移存在着很大的关系,所以要减小压力传感器工作的偏差,可以通过一些方式缩小零点漂移的范围或者对其进行修正,电阻值的不确定以及温度的非线性都影响零点漂移,同时,电阻的反向漏电也对零点漂移产生着重要影响,对于这一点,可以通过多晶硅吸除掉设备中的重金属物质,从而能够降低力敏电阻出现反向漏电的频率,减少零点漂移的出现,提高压力传感器的准确度。此外,零点电漂移和零点热漂移两者是能够相互减弱的,利用零点电漂移减少零点热漂移,这种情况的调节方式有很多,现在的市面上基本上都是根据厂家的生产条件或者生产需求来进行调节的。现在的压力传感器的制作厂家基本上对零点漂移的控制方面都有很大的提升,温度带来的变化可以通过设备内部的温度电阻或者灵敏度电阻进行补充,这就减少了温度带来的误差,对于容易出现零点电漂移的变压器,可以通过选择好的器件对传感器进行设计,来减少由于电路引起的变化,对于传感器中的应变材料应该多选择灵敏度高、对温度不敏感的材料。 
  5 结语 
  相比较于国外的压力传感器技术来讲,我国在压力传感器技术上仍然有很大的上升空间,前方要走的路还很长,要借鉴国外传感器厂家好的经验,如果补偿零点漂移,如何补偿温度引起的变化,可以利用硬件补偿,社会在发展,技术在进步,不断积累经验,争取掌握核心技术。所以要抓紧掌握减少零点漂移的补偿方法,向智能化、小型化、集成化、标准化发展。 
  【参考文献】 
  【1】黄辰虎,刘敏,陈英凯,等.验潮站零点漂移检测及修订方法的改进[J].海洋测绘,2015,35(02):4-8. 
  【2】郎根峰,廖与禾,林京.精密测试中的振动相位零点漂移误差及其减小方法[J].机械工程学报,2012,48(10):1-6.
浏览次数:  更新时间:2018-02-09 10:47:27
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