緒言
環(huán)境溫度的變化會改變所有傳感器的機械和電氣特性。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）的準確度。本技術(shù)備忘錄描述了一種傳感器（Jewell電解液傾角計）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)溫度波動而產(chǎn)生的熱膨脹和收縮會產(chǎn)生真實的運動，并能由傾角計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，由一個玻璃瓶、導(dǎo)電液體（電解液）、一個氣泡和多個鉑電極組成。隨著傳感器的傾斜，每個激勵電極（如圖一所示）的潤濕面積會增大或減小（取決于傾斜方向）。這種變化會導(dǎo)致中心拾取電極和每個激勵電極之間的電阻增大或減小。傾角計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，并改變了與每個激勵電極接觸的液體量。這個過程改變了傳感器的標度變換率（或增益），并可以改變其零點。產(chǎn)生的結(jié)果是在沒有任何真實傾斜運動的情況下，傳感器的輸出會發(fā)生微小變化。實驗表明，液體的體積膨脹和收縮是Jewell電解液傾角計溫度系數(shù)的單一來源。這種影響遠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。

傾角計的外殼以及外殼與傳感器之間機械連接件的熱彈性是傾角計零點漂移的另一個來源。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)計中，我們將傾角傳感器直接裝入外殼底座中，*消除機械連接，把傳感器和底座變成一個一體的部件。

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

溫度對電解液傳感器還有一個額外的影響。在傾角計的工作溫度范圍內(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*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)的定義和溫度補償方程詳解見“相關(guān)下載”。