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傳感器ZTC補償技術探討
傳感器ZTC補償技術探討
【摘 要】 傳感器ZTC補償也就是傳感器零點溫度補償，是應變式傳感器的一項重要指標，也是傳感器制作工藝中較復雜的一項工藝技術。隨著各種高分度秤的使用，對傳感器的最小檢定分度值Vmin提出了更高的要求，提高傳感器最小檢定分度值的方法就是做好傳感器ZTC補償。
一、引言隨著各種高分度衡器需求的增多，對傳感器的各項技術指標要求就越來越高，對傳感器的最小檢定分度值的要求越來越高。傳感器零點輸出的穩定性，傳感器零點輸出的大小、傳感器在各種溫度條件下要保持長期可靠、穩定的零點輸出、并不受外界溫度的影響成為傳感器制作過程中的技術重點。而要保證傳感器的零點輸出的穩定性，主要要從傳感器的制作工藝上做好工作，保證傳感器的零點輸出穩定而可靠。本文就傳感器制作過程中對提高Y值的方法提出一些實用的技術。
二、概述
傳感器在應用于稱重系統的時候，由于要與儀表相配套使用，因此需將其零位修正到一定的范圍，否則會增加整個測試系統的誤差，零點輸出的一致性越小，在進行調試時就越方便。同時，由于傳感器在使用時隨時間的變化、環境溫度的變化，也會引起零點輸出隨時間和溫度變化而變化，這就需要在生產中對傳感器零點進行進行補償，使其受時間環境溫度變化而產生的變化最小。
三、零點溫度補償原理及方法
要做好傳感器零點溫補補償，首先須了解影響傳感器零點輸出的原因，傳感器在進過貼片、組橋工序后，由于其應變計阻值具有一定的分散性，且由于加壓，固化等因素的影響，各橋臂電阻值發生偏移，傳感器零點輸出就有一定的分散性，需要進行相應的補償，補償原
U0=U)()(
)(
243214231RRRRRRRRRRsR+×+
×+
× （1）
式中：U0 為傳感器零點實測輸出；
U 為傳感器供橋電壓；
R 為傳感器輸出阻抗阻值；
Rs 為傳感器單邊溫度靈敏度補償電阻；
R1，R2，R3，R4為組成傳感器橋路對應橋臂阻值。
由于彈性體、應變計、膠粘劑、導線等構成傳感器的材料在溫度變化下的曲線各不相同，各種規格，不同型號的材料的溫度系數不同。因此，當外界環境溫度發生變化時，傳感器各橋路電阻值會隨之發生相應變化，從而產生零點輸出的變化，雖然目前的應變計已具有溫度自補償功能，但對高精度傳感器來說，補償效果還并不理想，這就需要在其基礎上進一步補償。
影響傳感器零點溫漂的主要工藝原因：
①在貼片加壓力值過大或加壓力不均勻，加壓力過大或不均勻會造成傳感器零點輸出偏大，膠層厚度不一致會導致傳感器零點溫漂值偏大；
②傳感器在組橋時橋路的不對稱，也就是說傳感器各橋路中使用的導線長度不一致，各種導線
在溫度場下的電阻阻值變化會導致零點溫漂值大；
③溫漂測試系統誤差帶來的傳感器溫漂值過大；
④補償操作時焊接方法、焊接質量的影響。
針對以上原因，要提高零點溫度補償的質量，首先要控制好補償前的各工序質量，提高自補償的合格率，其次是要對傳感器高低溫零點輸出進行準確的測量，最后才是采用有效的補償方法，提高傳感器的零點溫度性能。需要從以下幾方面作好工作：
第一，從傳感器的貼片工序首先應選擇好的應變計，并控制好傳感器的貼片加壓力的大小，按照應變計產品的指標，進行0.3Mpa的加壓力值控制，加壓力大會引起應變計阻值變化大，造成橋路的不對稱；加壓值過小，則會造成傳感器加載不回零。使用有彈性補償的夾具，并對力值進行精確控制，提高貼片加壓質量。
第二，影響傳感器零點輸出的另一工藝原因就是傳感器組橋時組橋線的不對稱。由于傳感器組橋用的各種導線，其線徑很細，在溫度場下阻值變化比較敏感，不管是使用漆包線還是塑膠線，其導線電阻在高低溫下都有一定的變化，所以對稱的布線方法及最短的布線規則在傳感器的制作中尤為重要。即使是將傳感器的組橋線進行拉伸或扭曲變形等，也會影響傳感器的制作質量，在大批量生產的情況下，為有效保證傳感器的工藝質量，必須將各種傳感器組橋用線的長度進行量化，在組橋工藝中將組橋線的長度進行規定，并由專門的人員進行加工。
第三，為有效保證補償的質量，必須有先進、可靠、準確的測試系統進行溫漂的測試，才能保證測試結果的真實性，保證補償精度的提高。只有測試系統準確、誤差小才能保證檢測的準確性，進而保證補償的質量。早期的補償測試系統大多采用一臺儀表，通過通道切換的方式進行測試，受電源、通道切換電阻的影響較大，檢測結果會存在較大的差異。而采用一對一的測試方式將是根本的解決辦法，也就是用測試用的數字模塊，將每一只傳感器用一對一的數字模塊接入測試系統中，才能保證有準確的測量結果。
對于小量程傳感器的測試，還應消除測試環境對測試結果的影響，例如傳感器在高低溫箱內的放置狀態、高低溫試驗箱的風力大小、高低溫箱的振動都影響測試結果，必要時還需在高低溫箱停機時進行測試。
在傳感器零點溫漂測試系統中，還需排除各種連接件，如導線、接插件的溫度影響，一方面要求各種連接件可靠連接，接觸電阻最小，另一方面需采用六線制進行補償，消除電源及導線的影響。
第四，在補償過程中補償絲的焊接方法對補償的質量也是至關重要的。在進行傳感器的零點補償時，一般采用的是線徑較細的補償絲，在進行補償時，首先需取除補償絲兩端的漆層，取除漆層的方法有使用烙鐵直接燙去層的方法，必須保證補償絲的均勻性，否則會引起零點不穩或溫漂不穩的現象，另外就是要保證焊點的質量。補償絲較長時還需采用雙線纏繞的方法，以消除補償絲之間的電感影響，從而保證補償的穩定性。
通過進行各種工藝試驗，并有大量的產品進行驗證，上述方法的結果是可行的，并在補償工序取得了一定的效果，有效的提高了補償的質量和效率。
四、零點溫度補償測試系統
要提高傳感器零點溫度補償的補償精度、補償質量及補償效率，測試系統的精度決定了補償的精度，只有高精度的測試系統做保障，才能有高質量的補償效果，測試系統的組成對補償的質量起到了決定性的作用，設計并制作先進的測試系統，才能有效的提高補償質量與補償效率。目前常用的測試系統組成。
典型的測試系統由穩壓電源、數字電壓表、被測傳感器組成。傳感器的輸入端全部并聯后接穩壓電源，輸出端經過多路數字電壓表的各通道后接數字電壓表。這種測試系統受通道切換的影響，長期使用可能會帶來較大的測量誤差。
新型的測試系統由穩壓電源、數字模塊、計算機、被測傳感器組成，傳感器的輸入端全部并聯后接穩壓電源，每只傳感器輸出經過對應的數字模塊，轉換為RS485接口與計算機相聯。這種測試系統對傳感器進行一對一的測試，測量更準確，但成本較高。
五、結束語
對傳感器零點的補償固然重要，但補償是為了彌補傳感器制作過程中帶來的溫度漂移，更重要的是怎樣減少或消除傳感器自身的溫度漂移，使傳感器在沒有進行補償之前溫漂值就很小，也就是說傳感器自補償的提高才是提高傳感器ZTC性能的最終目標，這將是我們傳感器生產廠家追求的目標。
