[发明专利]温度补偿的压力换能器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求来自2012年2月21日提交并名为“Temperature Compensation Pressure Transducer”的美国专利申请序列号13/401,050的优先权益，通过引用将其全部内容整体结合于此。

技术领域

压力换能器被广泛用于种种应用。在压力换能器的用途中，有对诸如流体/气流、速度、水位和高度的其他变量的间接测量。有已被用于压力换能器的各种技术，并且这些技术在性能和成本方面不同。典型的模拟压力换能器的特征在于输入压力与输出模拟信号之间的关系。正如所有的测量仪器那样，压力换能器必须校准。校准被定义为如下一组操作：其在指明的条件下建立由测量仪器或者测量系统指示的数量的值(读数)、与由标准实现的对应值(真正值)之间的关系。一旦读数与真正值之间的关系是已知的，该读数可以被调节来提供更精确的值。然而，输入压力与输出模拟信号之间的关系被温度显著影响。所以，在任何给定的压力下，温度的变化将使误差导入至输出信号，如果输出信号处于未补偿，则会导致不精确的压力读数的误差。

温度变化的补偿可以以各种方式完成。例如，模拟压力换能器可以位于温度和压力可以改变的腔室。随着测量换能器输入和输出信号来应用各种已知的压力，然后改变温度，并且重复该过程。作为该过程的结果，创建描述输入压力与输出信号之间的关系的表。输入压力与输出模拟信号之间的关系可以由数学函数描述。存在着可能性来定义几个数学函数，其描述在迭代校准过程期间对于各种温度的输入压力与输出信号之间的关系。一般而言，数学函数的精度依赖于创建的表的数量、表的尺寸和插值技术。然而，用该方法，温度信息需要发送至设备，该设备被用于基于温度值来选择校正函数，以调节压力值。该方法不现实，因为如果测量的温度不匹配换能器对其校准的温度的值，则其难以定义该函数。

另一个方法是跨温度的范围以多个已知的压力获得多个读数。可以创建这些值的表，并且可以应用数学插值技术来用一些系数创建校正算法。如果这些系数是已知的并且温度值是已知的，则可以测量来自压力换能器的输出信号，进而通过使用插值技术，计算温度补偿的压力值。一般而言，函数的精度依赖于创建的表的数量及其尺寸，还依赖于插值技术。

商业可用的压力换能器包含以模拟形式(例如电压)提供压力和温度值的换能器。对于这些设备而言，校正算法系数可以存储在位于压力换能器的EEPROM中。压力换能器的用户需要知晓描述输入压力与输出信号之间的关系的数学函数。通常，压力换能器连接至主设备。主设备的示例是配气管线中的体积校正器、或者用于输气管线的流量计算机、或者类似的终端用户电子硬件。在压力换能器连接至主设备之后，校正算法系数需要提供给主设备。通常，主设备设置有将模拟信号转换为数字形式的模数转换器。数字信息被提供给主设备中的微处理器，该微处理器基于数学函数和校正算法系数，计算温度补偿的压力值。

另一个类型的压力换能器将数字输出提供给主设备。这些压力换能器包含模数转换器。数字形式的输出信号直接发送至终端用户微处理器的输入。校正算法系数可以存储在压力换能器中。该类型的压力换能器的用户需要知晓描述输入压力与输出信号之间的关系的数学函数。通常，在该类型的压力换能器首次连接至主设备之后，校正算法系数从压力换能器发送至主设备。然后，主设备中的微处理器基于所应用的校正算法和在校准过程期间获得的系数，计算温度补偿的压力值。

数字压力换能器的一个应用是作为主设备的组件，例如包括配气管线中的体积校正器、或者用于输气管线的流量计算机。测量流经管道的体积要求对流过测量仪器的气体体积的压力和温度的影响进行校正。体积校正器或者流量计算机的精度的程度由政府机构监管。应用查理定律和波义耳定律来调节压力和温度对气体的影响。气体体积被转换为“标准压力和温度值”。因此，为了确定暴露至变化条件的流经管道的温度和压力的气体的体积，要求精确的温度补偿的压力测量。在这种类型的应用中可以测量的温度有3个。这些温度包含：(a)环境温度(这种类型的体积校正器可以在-40℃至+70℃的环境温度的范围操作)、流经管的气体的温度、以及压力传感元件的温度。