数字压力表里的 Δ-Σ ADC 是什么?采样率和温漂该怎么处理?
客户问:我们用的数字压力表标称 24 位 ADC,可现场读数跳动不小,冬夏之间还有偏差。分辨率高是不是就等于测得准?Δ-Σ ADC 该怎么理解和设置?
一、Δ-Σ ADC 在表里扮演什么角色
压力传感器输出的是慢变直流小信号,硅压阻桥路满量程往往只有几十毫伏,陶瓷电容、溅射薄膜的输出量级也相近。Δ-Σ(Sigma-Delta)型 ADC 先用远高于输出速率的时钟对输入过采样,由调制器把量化噪声推向高频段,即噪声整形,再由数字抽取滤波器滤除高频噪声,本质是用速度换分辨率。它的输出字长常见 16~24 位,输出速率多在每秒几次到几百次之间。
二、为什么位数不等于精度
决定可用位数的往往是以下几项,而不是 ADC 芯片本身:
- 基准电压源的温漂与噪声:输出码是输入与基准的比值,基准漂多少,读数就跟着漂多少。片内基准常在几十 ppm/℃ 量级,精度要求高时应改用外置基准。
- 前端 PGA 的增益误差与温漂:表现为满量程输出的系统性变化。
- 抽取滤波器的建立时间:输出速率提得越高,滤波器的陷波抑制越弱,对工频干扰的抑制随之变差。
- 传感器自身与激励方式:恒压激励下桥路灵敏度随温度下降,改用恒流激励可抵消其中一部分。
三、采样与温漂的处理思路
- 先定速率再谈位数。静态压力测量取 5~20 SPS 通常足够;需要观察瞬态或做检漏时再提到 100 SPS 以上,同时接受噪声上升。
- 让陷波点对准工频。选取输出速率,使数字滤波器的陷波落在 50 Hz 或 60 Hz 上,可明显压低现场工频串扰。
- 基准外置且与激励同源。选温漂在几个 ppm/℃ 量级的基准,与传感器激励共用同一源形成比例测量,共模漂移可相互抵消一部分。
- 周期性自校零。利用 ADC 内部短路通道测零漂,在上电或温度变化超过阈值时触发一次内部校准。
- 温度测点靠近传感器。用实测温度分别补偿零点温度系数与灵敏度温度系数,二维补偿比单点修正更贴合实际。
四、维护与通用原则
投用后建议按 JJG 875《数字压力计》检定规程每 12 个月做一次周期检定,并固定在同一温度点记录零点与满量程读数,观察漂移趋势。选型按三个维度定型:先按准确度等级确定传感器与调理方案,其次按介质(气体、油、水、腐蚀性介质)确定隔离方式与接液材质,再按现场温度范围与温变速率确定是否需要温度补偿及其实现方式。通讯接口、外形与价格属次要因素,不宜主导技术判断。