AN 1001: 电解倾斜传感器的温度补偿。

说明

电解式倾斜传感器是基于液体的设备,使其输出容易受到温度变化的影响。本应用说明的目的是解释如何实现电解式倾斜传感器输出的温度补偿,以产生最高精度的角度测量。

温度补偿

电解倾斜传感器的温度补偿有两个组成部分。

  1. 无效温度补偿
  2. 规模(或灵敏度)温度补偿

零温度补偿是通过零温度系数来实现的。这是一个因传感器而异的系数,因此必须为每个传感器单独校准。该系数的单位将根据输出类型的不同而不同。例如,一些传感器的模拟输出为 0 至 5 V,而其他传感器则有当前倾斜角的 ASCII 十进制输出。

尺度温度补偿是通过尺度温度系数来实现的。这是一个在同一类型的所有传感器之间统一的系数,其单位是每摄氏度输出的百分比或%/°C。它的单位是每摄氏度输出的百分比或%/℃。

温度补偿的唯一其他要求是能够读取当前温度。通过使用Microchip公司的MCP9700,所有的TFC信号调节器电路都有这个功能。

零点温度补偿

为了完成空温补偿,必须首先计算出空温系数(因为每个传感器的系数都不同,所以TFC无法提供)。通过在所需范围内对传感器进行温度循环,并在传感器静止在零点(0°倾斜)时记录输出来实现。在TFC,我们通常在-20°C、+20°C和+50°C进行3点校准。

假设我们有一个0717-4318-99 TFC宽量程双轴倾斜传感器,在+20°C的温度下由TFC数字信号调节器驱动,输出为16位(0至65535)。我们读取一个读数并记录以下输出。

+20°C时的输出=32768。

然后,我们将温度降低到-20°C,让传感器达到环境温度。我们再测一次读数,并记录以下输出。

在-20°C时的输出=32738。

然后我们将温度提高到+50°C,并再次让传感器达到环境温度。我们再测一次读数,并记录以下输出。

+50°C时的输出=32798。

现在我们可以用下面的公式计算出温度在-20°C和+20°C之间的温度系数,以及温度在+20°C和+50°C之间的另一个温度系数。

温度系数=(20℃时的输出-当前温度时的输出)/(20-当前温度)。

完成上述例子的计算,我们发现以下两个温度系数。

在-20℃和+20℃之间的温度系数=(32768-32738)/(20℃-(-20℃))=30/40=0.75计数/℃。
+20℃~+50℃之间的温度系数=(32768~32798)/(20℃~50℃)=(-30)/(-30)=1计数/℃。

计算出空温系数后,就可以利用系数与下式一起实现空温补偿。

无效补偿输出=(20-当前温度)*(无效温度系数)+当前输出。

假设我们在一个未知的位置有上面同样的传感器,在温度为+40℃的情况下,其输出读数为35000。我们可以利用补偿输出的公式来完成以下计算。

补偿输出=(20℃-40℃)*(1计数/℃)+35000=-20+35000=34980。

需要注意的是,如果不进行补偿,由温度引起的零偏移将在传感器的整个范围内产生偏移,从而产生误差。

规模温度补偿

可以利用TFC提供的尺度温度系数和以下公式来实现尺度温度补偿。

规模补偿输出 =
(当前输出)*(20-当前温度)*(-刻度温度系数)+当前输出。

假设我们有一个0703-1602-99 TFC中档单轴电解倾斜传感器。该传感器的刻度温度系数为0.075%/℃。现在我们假设当前传感器的输出是在温度为-20℃的情况下倾斜5°,那么我们就可以利用上面的公式来完成下面的计算。

(5°倾斜)*(20°C-(-20°C))*(-0.00075)=(5°倾斜)*(40°C)*(-0.00075)=-0.15°倾斜。
5°倾斜+(-0.15°倾斜)=4.85°倾斜。

因此,4.85°是你的温度补偿角位置测量值。

下面是另一个例子。这次我们假设当前的传感器输出在温度为40℃时的倾斜度为-5°。

(-5°倾斜)*(20°C-40°C)*(-0.00075)=(-5°倾斜)*(-20°C)*(-0.00075)=-0.075°倾斜。
-5°倾斜+(-0.075°倾斜)=-5.075°倾斜。

因此,-5.075°是你的温度补偿角位置测量值。

在进行刻度温度补偿的计算时,要记住当前输出的符号,这一点很重要。如果你使用的是TFC信号调节板,它的16位输出为0到65535,那么首先需要将这个输出移位,使0成为中点(这很容易通过减去32768来实现)。

完整的温度补偿

为了正确地应用温度补偿,有必要使用温度补偿的两个组成部分。
一起。这是用空补偿输出来计算比例补偿输出。

补偿输出

= (空补偿输出*(20-当前温度)*-比例系数)

+空补偿输出

假设我们有同样的0717-4318-99双轴传感器,从零温度补偿的例子中可以看出
以上。回想一下,当传感器在温度为+40℃的未知位置时,空补偿输出为34890。我们通过应用刻度温度补偿来完成本次测量的温度补偿。

首先,我们要对原始值进行移位,以确保刻度温度系数计算正确。

34890 − 32768 = 2122

0717-4318-99的刻度温度系数为0.1%/℃。利用这一点和空补偿输出,我们可以做到
现在应用上述的刻度温度补偿。

2122 * (20℃ – 40℃) * 0.001 = 2122 * -20℃ * -0.001 = 42.44
补偿输出=2122+42.44=2164.44=2164。

最后,我们把之前减去的偏移量加回来,得到最后的无符号16位结果。

2164 + 32768 = 34932

重要的是要确保在计算中使用温度补偿的两个组成部分。只使用
一个组件可能会产生不可预测的结果,有时会导致测量变得不如未补偿的输出准确。