[发明专利]改进补偿的传感器

说明书

本发明涉及补偿已测变量的一种技术，其中的变量可以是表示诸如过程自动化应用中位置，或表示其他一些物理变量，如压力、温度、相位、光强等过程控制工业应用方面的物理变量。本发明尤其适用于传感器、启动器、定位器等需要补偿已测变量进而形成代表变量的输出的仪器。

当前，对具有启动输出如定位器等的测量传感器或仪器来说，需要提高它们补偿表示过程变量的输出的精度。测量传感器可检测过程控制或过程自动化设备中的过程变量，如：压力、温度、流量、pH、位置、位移量、速度等。这些传感器具有模/数转换器，可将已测得过程变量的敏感元件输出表示信号数字化，还具有补偿电路，用来在使过程变量输出数字化过程中补偿反复出现的误差。温度就是出现误差的一个主要原因。补偿电路通常由一个微处理器组成，此微处理器通过针对适合于敏感元件压力敏感范围内的误差特点而选定的长多项式函数来计算经补偿的过程变量输出。长多项式函数的常数应针对每一个敏感元件分别选定。在制备期间，每个敏感元件的多次测试，都形成一组相应于敏感元件误差并在尔后存入传感器电可擦可编程只读存储器(EEPROM)的特征常数。使用这种方法修正过程变量，可使精度达到传感器检测的过程变量基本范围的0.05％。例如，现有的检测范围为0-150英寸水的传感器，其修正后的压力就可达到0.05％的精度。然而，有限的电源和有限的计算输出的时间给完成提高精度所需要的更为复杂的计算带来较大困难。

敏感元件工作特性中的误差是很复杂的，有时为多变量非线性函数，但是，主变量(即需要补偿的变量)是导致误差的直接原因，而次变量(对主变量的测定有不利影响)是导致误差的间接原因。而对提高精度的要求，次变量的作用也变得重要了。当前摆脱这一困境所使用的方法是在每个过程变量中使用高阶多项式，但是，终结方程却是呈病态的算术方程，而且易受多项式计算方式的影响，即有可能出现溢出现象。一个传感器补偿方程是一个带有三个变量的大约100项的11阶多项式，传感器每输出一次过程变量就必须计算一次。为这些高阶多项式确定特征常数要耗费大量的财力和时间。再者，使用这种方法并不能有效捕捉到那些相互作用的非线性过程变量的真实变化情况。

除软件和计算复杂性等方面的问题外，对使用同一条导线进行通信和供电的传感器来说，功耗也是个关键问题。另外，出于“内部安全”的考虑，装有传感器的装置本身对传感器的电源也构成一定限制。现有的有限预算不仅限制了运算的数量和复杂程度，而且也局限了传感器所能具备的功能。例如，模-数转换器若配用更大功率的电源，就可以更快地转换敏感元件的数字化输出，从而增大传感器的数据更新率。较大的电可擦可编程只读存储器虽然可适用于所有特征常数，但耗电较大，否则用这部分电能可以扩大传感器的功能。

因此，现在需要一种更精确的补偿过程变量的方法，这种方法既要简化计算，又不需要大量存储的特征常数，因此，既可以节约用电，又可以用节省的电能扩大传感器的功能和提高数据更新速度。

在一个实施例中，一个测量传感器装有一个敏感元件，该敏感元件可以检测诸如压力等过程变量，还具有可将检测的过程变量的输出表示信号数字化的手段。该敏感元件可检测一定范围内的过程变量。传感器内的存储器存储有至少两个从属关系函数，每个从属关系函数都有一个在过程变量范围内的预定区域的非零值，和一个在该范围内其余区域的实际零值。该存储器内还有一组补偿公式，每个补偿公式都相对应于一个从属关系函数。传感器内的选择电路择选择那些在数字化过程变量值的一点有非零纵坐标的从属关系函数，而修正电路则求出至少一个修正值，各修正值是用相应于选定的从属关系函数的补偿公式计算出的。一个加权电路用相应于选定从属关系函数的纵坐标对各修正值进行加权，再将各修正值组合相加，即可求出一个经补偿的过程变量。此经补偿的过程变量即可加到通到传感器和控制系统的控制电路上。

第二个实施例包括多个敏感元件，其中，一个敏感元件用来检测诸如压差的主过程变量，其他敏感元件用来检测诸如线性压力、线性温度的次过程变量。一组转换器将已检测的过程变量数字化。每个变量被赋予至少一个从属关系函数，至少有一个变量被赋予至少两个一元从属关系函数。在数字化过程变量值的一点有实际作零纵坐标的从属关系函数是选定的，相应于被选定从属关系函数的补偿公式是从存储器中检索出来的。一个FAND电路构成纵坐标的所有独特的三元素组合，并求出各组合的“规则定量”或最小值。加权电路函数的作用与上述实施例完全相同，即求出经补偿的主过程变量，变以一定形式加到双导线电路上。

附图简要说明