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一、數(shù)字稱重傳感器概述與發(fā)展

實際上僅數(shù)字傳感器也經(jīng)歷了幾代發(fā)展：

數(shù)字一代主要是把模擬傳感器加上AD模塊組成數(shù)字傳感器，有些是把AD模塊放在數(shù)字接線盒上，有些則把AD模塊加裝在彈性體旁邊，再增加通訊電路便組成了最簡單的數(shù)字傳感器。

數(shù)字二代則在一代的基礎(chǔ)上增加線性及零點修正功能，傳感器出廠時零點已修正。

數(shù)字三代則簡化了模擬

傳感器，取消了原模擬傳感

器所具有的零點溫度補(bǔ)償電

阻、靈敏度補(bǔ)償電阻、靈敏

度溫度補(bǔ)償片等補(bǔ)償元件，

采用軟件算法進(jìn)行計算。

數(shù)字傳感器的演變使得

模擬傳感器的設(shè)計和工藝也

產(chǎn)生了變化，模擬傳感器及

數(shù)字傳感器的對比電路原理

R1～R4：橋路應(yīng)變計電阻；

RZ：零點補(bǔ)償電阻；

Rt：零點溫度補(bǔ)償電阻；

RM：靈敏度溫度（彈性模量）補(bǔ)償電阻；

RL：線性補(bǔ)償電阻；

RS：靈敏度補(bǔ)償電阻；

RJ：輸入電阻調(diào)整電阻；

經(jīng)典模擬傳感器電原理圖，具有十多個補(bǔ)償器件。

是一個完整的模擬傳感器與數(shù)字模塊組成的數(shù)字傳感器，包括第一和第二代，區(qū)別是模塊

的軟件功能第二代更強(qiáng)。

具有純軟件補(bǔ)償?shù)臄?shù)字傳感器，它取消了模擬傳感器的各種補(bǔ)償，而以一個溫度傳感器

取代，加自動軟件補(bǔ)償技術(shù)實現(xiàn)。圖3就是本文所說的第三代數(shù)字傳感器，很多工程師把它稱之為真正的數(shù)字傳感器，它實現(xiàn)了：（1）零點平衡調(diào)整；（2）零點溫度漂移補(bǔ)償；（3）傳感器靈敏度補(bǔ)償；（4）靈敏度溫度補(bǔ)償；（5）輸出一致性調(diào)整；（6）補(bǔ)償電阻非線性補(bǔ)償，等六大補(bǔ)償。要實現(xiàn)所述純軟件補(bǔ)償?shù)臄?shù)字傳感器（為敘述方便以下簡稱軟件補(bǔ)償傳感器）至少要在四方面進(jìn)行突破，分別是溫度傳感器及采集、零點溫度補(bǔ)償算法、靈敏度溫度補(bǔ)償算法、新型傳感器制作工藝。

二、4個方面突破

1、溫度傳感器及采集

（1）必須要有一個能準(zhǔn)確并快速測量彈性體的溫度傳感器，可考慮SOT23封裝或SOIC8封裝的溫度傳感器，這種封裝的好處是體積較小，可方便放入工藝孔。

（2）溫度傳感器精度要高，故一般的熱敏電阻是無法滿足要求的，這里建議選擇歐美大廠的溫度傳感器。

（3）溫度傳感器測量范圍必須足夠?qū)挘�由于傳感器一般要工作�?/SPAN>-40～70℃，故溫度傳感器測溫范圍必須達(dá)到-50～120℃。

（4）所選的溫度傳感器需長期可靠工作，這一點尤其重要。

2、零點溫度補(bǔ)償算法

依據(jù)采集的溫度通過計算補(bǔ)償模擬傳感器的零點漂移，這里需要注意的是ADC芯片自身的溫度漂移要很小，小到對整個傳感器而言可以忽略不計，經(jīng)測試和計算，ADC芯片的漂移應(yīng)小于1PPM，零點溫度補(bǔ)償可采用分段和曲線擬合方式，為減少計算量可采用分段方式，這樣后續(xù)可根據(jù)模擬傳感器特性進(jìn)行調(diào)整，對工藝改進(jìn)留足余量。在設(shè)計時可附帶增加一些檢測功能作為模擬傳感器特性判別使用。

3、靈敏度溫度補(bǔ)償算法

這是軟件補(bǔ)償傳感器的核心，平時所說的2mv/V靈敏度指的是滿量程的靈敏度，實際使用時靈敏度與當(dāng)前溫度和當(dāng)前重量兩者都有關(guān)系，故需采用平面補(bǔ)償方式（不是直線補(bǔ)償），即二維補(bǔ)償，為準(zhǔn)確補(bǔ)償靈敏度至少需10個系數(shù)，而這10個系數(shù)的獲得需做大量統(tǒng)計，我們對10000多個模擬傳感器進(jìn)行了大量的實驗整理出了10個系數(shù)相互之間變化的規(guī)律，以此建立數(shù)學(xué)模型。

（1）傳感器制作工藝

隨著算法的變化，常規(guī)的傳感器制作已不能滿足要求，因此我們對工藝做了重大改革，如零點溫度補(bǔ)償，原先需人工手動操作，靠經(jīng)驗實施，甚至多次重復(fù)調(diào)整，改進(jìn)后零點溫度補(bǔ)償全部由上位機(jī)軟件完成，完全不需人工干預(yù)，提高了效率同時產(chǎn)品一致性也得到大幅提升，產(chǎn)品合格判定也完全由上位機(jī)執(zhí)行，零點溫度補(bǔ)償如下：

1）單調(diào)性

ADZ0≥ADZ1≥ADZ2≥ADZ3 （1）

ADZ0≤ADZ1≤ADZ2≤ADZ3 （2）

滿足（1）或（2）則表明是單調(diào)的，不滿足則表明是非單調(diào)的。

如果是單調(diào)的則（ADZ（i+1）-ADZi）/（TZ（i+1）-TZi）≤50AD碼/℃應(yīng)是合格的，因為軟件可以補(bǔ)償過來。

如果是非單調(diào)的則（ADZ（i+1）-ADZi）/（TZ（i+1）-TZi）≤2.36AD碼/℃（17ppm/℃）才是合格的。

注：ADZX指采樣的AD碼值，TZi指測試點溫度值

2）補(bǔ)償后誤差值判別

補(bǔ)償不能做到誤差為0，補(bǔ)償后傳感器的誤差值自動傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)傳感器的誤差等級范圍，自動判定補(bǔ)償是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

3）零點AD碼范圍

由于模擬傳感器取消了零點補(bǔ)償，所以零點偏移會比較大，雖然大零點不影響后續(xù)計算，但如果AD轉(zhuǎn)換后偏移太大則也可能是傳感器有損壞，所以有必要進(jìn)行判斷，判定值的設(shè)定與AD轉(zhuǎn)換電路有關(guān)。

4）傳感器測量溫度與高低溫箱溫度差異

溫度偏差控制在±5℃范圍內(nèi)，如果超出則可能溫度傳感器芯片工藝有問題，或高低溫箱溫度有異常，此時需人工干預(yù)調(diào)整工藝或溫度偏差。

（2）彈性模量系數(shù)輸入（生產(chǎn)質(zhì)量控制需求）

生產(chǎn)記錄表中有6個質(zhì)量控制點：

第一個“√”或者“A”表示單調(diào)性；

第二個“√”或者“B”表示補(bǔ)償差值是否符合要求；

第三個“√”或者“C”表示AD碼是否符合要求；

第四個“√”或者“D”表示溫度是否符合要求；

第五個“√”或者“E”表示差值偏差是否符合要求；

第六個“√”或者“F”表示彈模系數(shù)是否寫入。

三、結(jié)論

采用自動軟件溫度補(bǔ)償方式設(shè)計的數(shù)字傳感器經(jīng)測試，零點溫度漂移可控制在0.008%F.S/10℃范圍內(nèi)，靈敏度溫度漂移可控制在0.005%F.S/10℃范圍內(nèi)，經(jīng)大量裝秤實驗證明，這種溫度補(bǔ)償方式的數(shù)字傳感器精度優(yōu)于一般的數(shù)字傳感器。且采用這種補(bǔ)償方法和工藝后可節(jié)約模擬傳感器補(bǔ)償用的貴金屬的使用，保護(hù)礦產(chǎn)資源利于環(huán)境保護(hù)。