恒流激励怎么影响压力变送器精度?三种恒流源方案如何取舍
现场来问
"装置上几百台扩散硅压力变送器,冬夏两季零点和满度飘得不一样。敏感桥路是恒流激励,可恒流源也分好几种,对精度影响有多大?"
为什么压阻桥路偏爱恒流激励
扩散硅压敏元件是一只惠斯通电桥。恒压供电时输出近似为 V·ΔR/R,而压阻灵敏度系数随温升下降,灵敏度呈负温度系数;恒流供电时输出变为 I·ΔR = I·R·GF·ε,桥臂电阻的正温度系数与灵敏度系数的负温度系数量级接近、符号相反,形成一阶抵消。抵消只是一阶的,残余温漂仍要靠电阻网络或数字补偿修正,是否合格仍以 JJG 882、JJG 860 的温度影响等试验判定。
三种恒流源的取舍
- 比例式:恒流由模数转换器基准产生,激励与转换共用参考,基准温漂在比值运算中抵消。配出厂多点校准可满足 0.5 级需要;代价是基准噪声与负载调整率直接传递。
- 基准式:独立电压基准(带隙型 10~50 ppm/℃,埋层齐纳约 1~3 ppm/℃)加低漂移运放和低温度系数采样电阻(金属箔,≤5~10 ppm/℃)构成串联调整或 Howland 源。精度取决于基准温漂、采样电阻 TCR 与运放失调漂移,适合 0.1 级及以上。
- 斩波稳零型:用斩波或自稳零技术把失调与 1/f 噪声调制到高频再滤除,失调温漂可到几十 nV/℃,适合微压、小量程、高分辨场合;代价是斩波纹波需 RC 滤波,时钟走线须远离模拟前端,还要注意输入电流尖峰对高阻采样电阻的影响。
工程权衡
- 按等级定基准链:0.5 级用比例式加数字校准即可;0.1 级及以上建议独立基准配低 TCR 采样电阻。
- 长引线优先恒流:恒流对引线电阻不敏感,恒压方案则需 Force/Sense 远端取样。
- 恒流也有代价:功耗随电阻变化带来自热,多点并联受总电流限制。
维护提示
按期核查零点与满度,核查前充分恒温;两线制仪表注意供电电压与负载电阻匹配,避免末端电压不足使输出削顶。选型原则:先按被测介质与温度范围确定敏感元件和结构,再按精度等级与长期稳定性要求确定激励与转换方案。