緒言
環(huán)境溫度的變化會(huì)改變所有傳感器的機(jī)械和電氣特性。金屬膨脹和收縮之后、電性能參數(shù)如電阻、電容等將增大或減小。這種溫度效應(yīng)改變了傳感器的輸出，并降低了被測變量（壓力、流量、傾角、應(yīng)變等）的準(zhǔn)確度。本技術(shù)備忘錄描述了一種傳感器（Jewell電解液傾角計(jì)）的溫度依賴性來源，并解釋了如何消除這種影響以限度地提高準(zhǔn)確度。這里介紹的原理也適用于許多其他類型的傳感器。

正如傳感器表現(xiàn)出隨溫度而變的特性一樣，自然和工程結(jié)構(gòu)（包括斜坡、堤壩/路堤、混凝土和鋼結(jié)構(gòu)）也是如此。隨日和季節(jié)溫度波動(dòng)而產(chǎn)生的熱膨脹和收縮會(huì)產(chǎn)生真實(shí)的運(yùn)動(dòng)，并能由傾角計(jì)和其他傳感器檢測到。本文討論了這種效應(yīng)的大小，以及將其與純傳感器特性相區(qū)分開來的方法。

溫度系數(shù)的來源
Jewell公司傾角計(jì)中的傳感器被稱為電解液傾角傳感器，它是一種電子氣泡水平儀，由一個(gè)玻璃瓶、導(dǎo)電液體（電解液）、一個(gè)氣泡和多個(gè)鉑電極組成。隨著傳感器的傾斜，每個(gè)激勵(lì)電極（如圖一所示）的潤濕面積會(huì)增大或減小（取決于傾斜方向）。這種變化會(huì)導(dǎo)致中心拾取電極和每個(gè)激勵(lì)電極之間的電阻增大或減小。傾角計(jì)的電子部件能感測到這些電阻的變化，并將其轉(zhuǎn)換為傾角大小和方向的精確測量值。

溫度波動(dòng)將導(dǎo)致傳感器電解液的熱膨脹或收縮，氣泡變小或變大，并改變了與每個(gè)激勵(lì)電極接觸的液體量。這個(gè)過程改變了傳感器的標(biāo)度變換率（或增益），并可以改變其零點(diǎn)。產(chǎn)生的結(jié)果是在沒有任何真實(shí)傾斜運(yùn)動(dòng)的情況下，傳感器的輸出會(huì)發(fā)生微小變化。實(shí)驗(yàn)表明，液體的體積膨脹和收縮是Jewell電解液傾角計(jì)溫度系數(shù)的單一來源。這種影響遠(yuǎn)大于傳感器玻璃瓶尺寸的變化，玻璃瓶的熱膨脹系數(shù)比液體的熱膨脹系數(shù)小100倍。

傾角計(jì)的外殼以及外殼與傳感器之間機(jī)械連接件的熱彈性是傾角計(jì)零點(diǎn)漂移的另一個(gè)來源。為了盡量減少這種影響，采用了剛性的外殼，并且盡可能少地制造傳感器和外殼之間的連接。在許多設(shè)計(jì)中，我們將傾角傳感器直接裝入外殼底座中，*消除機(jī)械連接，把傳感器和底座變成一個(gè)一體的部件。

傾角計(jì)的電路能部分消除（補(bǔ)償）上述的溫度影響。補(bǔ)償之后剩下的傾角誤差（殘余誤差）具有很高的重復(fù)性，并用兩個(gè)線性溫度系數(shù)來描述，即標(biāo)度變換率溫度系數(shù)KS和零點(diǎn)漂移溫度系數(shù)KZ 。這兩個(gè)系數(shù)涵蓋了包括傾角計(jì)電子元器件在內(nèi)的所有溫度誤差來源的影響。

溫度對(duì)電解液傳感器還有一個(gè)額外的影響。在傾角計(jì)的工作溫度范圍內(nèi)（通常為-40℃ ~ +70℃），電解液的電導(dǎo)率變化超過5倍。采用比率法測量傳感器的輸出（將輸出作為輸入的百分比），Jewell電解液傾角計(jì)*消除了這種影響。然而，在將傳感器作為惠斯通電橋的一部分的設(shè)計(jì)中，電解液電導(dǎo)率的變化可能是測量誤差的主要來源。



溫度系數(shù)的定義和溫度補(bǔ)償方程詳解見“相關(guān)下載”。