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1、学校代码 10126 学号 00924010 分 类 号 密级 本科毕业论文（设计）数据采集系统变送器零点漂移的解决方法学院、系 电子信息工程学院自动化系 专业名称 自动化 年 级 2009级 学生姓名 王丰 指导教师 赵子先 2013 年 5 月 18 日2 内蒙古大学本科毕业论文(设计) 数据采集系统变送器零点漂移的解决方法摘要 压力变送器在工业现场是重要的检测传送装置，而基于扩散硅的压力传感器由于自身的精度高、灵敏度高、稳定性好、线性度优良、反应迅速、迟滞性小等特性优势，以及价格低廉等市场优势，使其在近30年中得以快速发展，并广泛应用于工业冶金、航空航天等众多领域。目前多数压力变送器的研
2、发者倾向于利用压阻式扩散硅压力传感器作为信号的传送环节。但是由于技术等多方面限制，压阻式压力传感器易受现场温度变化的影响，从而产生零点漂移。而多数的制造厂商不能生产没有零点漂移的传感器，这就需要我们对压力传感器的零点漂移进行研究及温度补偿。 本文从压阻式压力传感器的电路入手，分析了压力传感器的工作特性以及产生零点漂移的原因。通过对相关资料的研习，文章试图将现有的技术较为成熟、效果较为优良的零点漂移的补偿方法加以整理、汇集，这些方法既包括硬件电路补偿设计，也涵盖软件程序补偿。软件补偿技术由于其成本低、效果好而越来越受到关注。因此本文着重介绍了压力传感器软件补偿零点漂移的方法，并对其中的基线、斜率
3、去除零漂的方法进行了深入探讨。作者介绍了基线、斜率去零漂的计算理论，同时尝试编写了相关的算法程序，并对航天科工集团下导弹发射采集的曲线数据进行校正。在最后，本文提出了改进的方向。关键词：压力变送器，扩散硅压力传感器，零点漂移，补偿方法THE SOLUTION METHOD OF TRANSMITTER ZERO DRIFT IN DATA ACQUISITION SYSTEM Author: Wang Feng Tutor: Zhao ZixianABSTRACT Pressure transducer is the detection of transmission device，which
4、 is important in the field of industrialDue to its high accuracy，high sensitivity，good stability，good linearity，fast response and small hysteresis characteristic advantages,and the low price market advantage，diffused silicon pressure sensor has been developed rapidly in the resent 30 years，and is wi
5、dely used in many fields，such as aerospace，industry metallurgyNowadays most pressure transmitter developers tend to use piezoresistive diffused silicon pressure sensor as a signal transmission linkHowever，due to the technology and many other restrictions，piezoresistive pressure sensor is susceptible
6、 to the effects of temperature variations at the scene，resulting in zero drift.Whereas most manufacturers can not produce the sensor without zero drift，this situation requires us to study the pressure sensor zero drift and temperature compensation Starting from the circuit for piezoresistive pressur
7、e sensor，this paper analyzes the characteristics of pressure sensor and finds out the reason of producing zero driftThrough the study of the relevant information，the article attempts to tidying up and bringing together existing zero drift compensation methodsThe technology of these methods is more m
8、ature ，and the effect is more excellentThese methods include both hardware circuit design and software program of compensation Software compensation technology has attracted more and more attention because of its low cost and good effectThis article focuses on the pressure sensor software compensati
9、on method of zero drift，and the baseline,slope method of removing zero drift is discussed The author introduces the baseline，slope method of removing zero drift theory of computation，at the same time ，the author try to write the relevant algorithm procedures，and correct the curve data of CASIC missi
10、le launchingIn the end，this paper puts forward the direction of improvementKey Words: pressure transmitter，diffused silicon pressure sensor，zero drift，compensation method目 录第一章 绪论11.1 变送器发展现状11.2 对课题的解读11.3 国内外压力传感器发展现状及发展趋势21.3.1 国内外压力传感器发展概况21.3.2 当前国际对压力传感器研究方向及未来趋势21.4 课题研究的意义31.5 当前国内外对相关课题的研究进
11、展41.6 课题研究的主要内容4第二章 压力传感器的工作特性及其零点漂移52.1 压阻式压力传感器的静态特性指标52.2 压阻式压力传感器的工作原理分析62.2.1 半导体材料的压阻效应62.2.2 压阻系数72.2.3 压阻式压力传感器的内部构造及工作原理92.3 压阻式压力传感器的热零点漂移问题的研究102.3.1 压阻式压力传感器零点漂移的表示102.3.2 零点热漂移产生原因的半导体理论分析112.3.3 零点热漂移产生原因的电路分析11第三章 压力传感器热零点漂移的补偿技术143.1 硬件零点补偿方法143.2 软件补偿零点漂移方法163.2.1 基线、斜率去除零漂方法163.2.2
12、 多项式拟合规范化法183.2.3 RBF神经网络法203.3 本章小结21第四章 零点漂移补偿算法的C语言实现与测试224.1 基线、斜率去除零点漂移的流程图设计224.2 变量定义及部分运行程序234.3 结果分析25结论35致谢36参考文献37附录381 内蒙古大学本科毕业论文(设计) 第 页 第一章 绪论1.1 变送器发展现状 变送器作为重要的基础自动化仪表被广泛应用于工业现场的传送与检测过程。回顾变送器的发展历程，大致经过了以下几个阶段： （1）起初生产的变送器工作原理是大位移，这一时期的变送器的精确度很低，而且重量较大。 （2）进入上世纪50年代产生了基于力平衡的差压变送器，这种变
13、送器比大位移式变送器精确度要高，但是存在易受现场干扰等技术缺点。 （3）第三个阶段出现的变送器其特点是采用新型的材料，比之上几代的变送器精确度得到了改善。 （4）到了20世纪90年代，随着电子技术的迅猛发展，变送器的技术性能得到极大提高，并向智能化方向发展。1.2 对课题的解读随着传感器的不断发展，随之产生了变送器。根据一般化的定义，我们认为变送器输出的信号全部是标准信号，具体说就是信号物理量的形式和数值范围均符合国际标准。例如直流电流420mA、空气压力20100kPa都是当前通用的标准信号。变送器就是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件，或将传感器输入的非电量转换成电信号
14、，同时将电信号放大以便供远方测量。本文题目是数据采集系统变送器零点漂移的解决方法，这里的数据采集系统变送器是由测压元件传感器、模块电路、显示表头、表壳和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流电压信号，以供给记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。变送器的传输误差可能来源于其中的任何一个环节，例如传感器环节的热零点漂移、电漂移、灵敏度漂移，以及来自工业现场的信号干扰等等。这里的数据采集系统中变送器的零点漂移主要是指压力传感器这一环节的热零点漂移问题。以下就压力传感器的相关信息做一些介绍。1.3 国内外压力传感器发展现状及发展趋势1.3.1 国内外压力传感器发展概况由于在工业现场常常需要对温度、压力、湿度等指标进行采集，因此传感器在各个领域得到广泛的应用。1945年史密斯发现了压阻效应，压阻式压力传感器的原理正是基于硅的压阻效应。随着材料技术以及微电子技术的迅速发展，压力传感器也得到了长足的发展。早在
