【经验】空气采样器采用安费诺DLC系列压力传感器测量空气流量，如何解决零点漂移问题？

时间： 2021-02-28 来源：世强

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压力传感器,DLC-L01D-D4,DLC-L02D-D4,DLC-L05D-D4

空气采样器广泛用于测量空气中颗粒物浓度，及有毒成分（如SO₂、NO_X等）的含量。空气采样器的关键技术指标就是空气采样流量的测量精度与控制。目前主流的空气采样器均采用孔口流量计进行空气流量测量，其测量原理是根据伯努利方程，流过孔口流量计的流量与孔口前后压差的平方根成正比，见如图1所示，根据伯努利方程可得出公式：

c_d压缩系数，D₂孔口直径，P₁孔口前压力，P₂孔口后压力，d=D₂/D₁直径比，D₁管道直径，ρ流体密度。

图1 孔口流量计测量原理图

在实际工程实现中，通过实验标定再进行一阶线性拟合获得流量和压差平方根的线性关系，再进行温度和压力的补偿，即可获得精度较高的实时流量值。本产品的压差传感器选用的是AMPHENOL SENSORS推出的DLC系列中的差压式压力传感器，对应型号DLC-XXXD-DX为差压式压力传感器，对应的量程有：

空气采样器通常选用的型号是DLC-L05D，DLC-L10D，其量程为±1244.2Pa、±2488.4Pa，对应流量测量范围为0-10L/min、0-100L/min。尽管Amphenol Sensors推出的DLC系列压力传感器，采用其CoBeam^{2 TM}技术大大提高了传感器测量稳定性和精度，然而DLC传感器实际使用中仍然存在一定的零点漂移。

零点漂移的原因有以下几点：

1）惠斯通电桥的零点温漂；

2）共模压力引起的零点漂移；

3）模拟信号处理和ADC电路的零点温漂；

4）传感器供电电压引起的零点漂移；

5）传感器随使用时间引起的零点漂移；

6）传感器的安装方向的改变引起的零点漂移；

7）传感器机械振动引起的零点漂移。

以DLC-L05D-D4型号实际使用为例，测得的零点漂移为几Pa~十几Pa，同一个传感器使用条件改变零点会发生漂移，不同的传感器之间零点漂移也不同。对于DLC-L05D-D4，十几Pa的零点漂移相对其量程±1244.2Pa，其实已经非常小了，但是由于空气流量测量原理：流量与压差的平方根成正比，在零点附近的漂移对流量测量结果产生较大影响。假设空气采样器采用DLC-L05D-D4测量流量，1000Pa对应1L/min流量，零点漂移为10Pa，实际流量为0，测量结果则为（1/1000^0.5）*10^0.5=0.1L/min。因此为了能够准确的测量流量，必须对此零点漂移进行校正。

对于传感器的应用设计采用硬件校正的方法不容易实现，通常都是采用软件校正。本产品采用的软件校正方案，具体的实现方案如下。

1）系统核心为32位单片机，设置100mS定时中断，中断程序中先从传感器读取上一次采样数据，再向DLC压力传感器发送执行16个数平均值采样指令，获取10个数据求得平均值，如此压力传感器的采样周期为1S。

2）每次采样操作前，将采样器静置，获取在当前操作条件下的压力传感器零点，采样30个数据求平均值，将此平均值作为传感器的校正零点保存。

3）采样开始后，读取的压力传感器数据减去第2步保存的校正零点，即为零点校正后的压力数据。

4)此零点校正方案的理论依据是：每次采样固定在一个位置，采样时长通常在几小时到几十小时，即可认为每次采样的环境条件基本不变，每次采样操作前获取一次此条件下的零点值，采样中断后再次启动，需再次获取零点值。

图2 主要程序流程图

对采用DLC-L05D-D4型号的采样器进行测试，我们测的零点校正后，采样器保持静置24小时后，零点漂移小于1Pa，采样器进行老化测试30天后，在0.3L/min这个流量测量点，仍然保持±2%以内的测量精度。

图3 DLC-L05D-D4压力传感器实物电路图

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夏拉 Lv7. 资深专家 2021-02-28

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dylen Lv7. 资深专家 2021-02-28

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