TN6-电解液倾角计的温度系数

绪言
环境温度的变化会改变所有传感器的机械和电气特性。金属膨胀和收缩之后、电性能参数如电阻、电容等将增大或减小。这种温度效应改变了传感器的输出，并降低了被测变量（压力、流量、倾角、应变等）的准确度。本技术备忘录描述了一种传感器（Jewell电解液倾角计）的温度依赖性来源，并解释了如何消除这种影响以最大限度地提高准确度。这里介绍的原理也适用于许多其他类型的传感器。
 
正如传感器表现出随温度而变的特性一样，自然和工程结构（包括斜坡、堤坝/路堤、混凝土和钢结构）也是如此。随日和季节温度波动而产生的热膨胀和收缩会产生真实的运动，并能由倾角计和其他传感器检测到。本文讨论了这种效应的大小，以及将其与纯传感器特性相区分开来的方法。

温度系数的来源
Jewell公司倾角计中的传感器被称为电解液倾角传感器，它是一种电子气泡水平仪，由一个玻璃瓶、导电液体（电解液）、一个气泡和多个铂电极组成。随着传感器的倾斜，每个激励电极（如图一所示）的润湿面积会增大或减小（取决于倾斜方向）。这种变化会导致中心拾取电极和每个激励电极之间的电阻增大或减小。倾角计的电子部件能感测到这些电阻的变化，并将其转换为倾角大小和方向的精确测量值。

温度波动将导致传感器电解液的热膨胀或收缩，气泡变小或变大，并改变了与每个激励电极接触的液体量。这个过程改变了传感器的标度变换率（或增益），并可以改变其零点。产生的结果是在没有任何真实倾斜运动的情况下，传感器的输出会发生微小变化。实验表明，液体的体积膨胀和收缩是Jewell电解液倾角计温度系数的最大单一来源。这种影响远大于传感器玻璃瓶尺寸的变化，玻璃瓶的热膨胀系数比液体的热膨胀系数小100倍。

倾角计的外壳以及外壳与传感器之间机械连接件的热弹性是倾角计零点漂移的另一个来源。为了尽量减少这种影响，采用了刚性的外壳，并且尽可能少地制造传感器和外壳之间的连接。在许多设计中，我们将倾角传感器直接装入外壳底座中，完全消除机械连接，把传感器和底座变成一个一体的部件。
 
倾角计的电路能部分消除（补偿）上述的温度影响。补偿之后剩下的倾角误差（残余误差）具有很高的重复性，并用两个线性温度系数来描述，即标度变换率温度系数KS和零点漂移温度系数KZ 。这两个系数涵盖了包括倾角计电子元器件在内的所有温度误差来源的影响。
 
温度对电解液传感器还有一个额外的影响。在倾角计的工作温度范围内（通常为-40℃ ~ +70℃），电解液的电导率变化超过5倍。采用比率法测量传感器的输出（将输出作为输入的百分比），Jewell电解液倾角计完全消除了这种影响。然而，在将传感器作为惠斯通电桥的一部分的设计中，电解液电导率的变化可能是测量误差的主要来源。



温度系数的定义和温度补偿方程详解见“相关下载”。