专利名称：具有温度补偿功能的数字压力表的制作方法
技术领域：
本实用新型是有关于一种数字压力表，尤指一种低成本数字显示的压力表(pressure meter)，具有低成本的温度补偿(temperaturecompensation)电路，促使其在各种环境温度下亦能准确量测压力的数字压力表。
背景技术：
压力表使用数字显示读值已经应用很多年，如图1所示，是使用电源电路10、压力感测器20、运算(OP)放大器(Op Amp(OperationalAmplifier))30、模拟数字转换器(ADC(Analog-to-Digital Converter))40、微处理器(Microprocessor)50、和液晶显示驱动电路(Liquid CrystalDisplay(LCD)Driver)60、液晶显示器(LCD)601及蜂鸣器501设计。
压力表使用压力感测器(Pressure Sensor)20来感测压力后转换成模拟的电子信号，再由OP放大器30将感测信号放大后，经过模拟数字转换器40转换为数字信号，再由微处理器50做信号处理后显示在液晶显示器(LCD)601上，即可完成数字显示的压力表。电源电路(powercircuit)10提供固定电压源或电流源给压力感测器20，蜂鸣器(buzzer)501用来提醒使用者在使用压力表时各种需要注意的情况。
再来，压力感测器20显示在图2，其使用四个压电电阻(piezoresistors)202～205连结形成惠斯登电桥(Whetstone bridge)201显示在图2，在惠斯登电桥201的两个压电电阻202、204会随着感测的压力增加来减少电阻值，而在惠斯登电桥201的另外两个压电电阻203、205会随着感测的压力增加来增加电阻值，当此压力感测器由电源电路提供电压，两个连接点(junction)206、207为提供电压点，在另外两个连接点208、209的电压差和随着感测的压力变化，而得到电子式的模拟信号，即可由微处理器50来处理成数字信号显示在液晶显示器601上。
电子式压力表比较机械式压力表能得到比较高的准确度和稳定度，然而压电阻式的压力感测器比较机械式的压力感测器容易受温度影响，而产生较大的误差。所以很多应用压电阻式的压力感测器的厂商(包括NovaSensor、Sensortechnics等)均会使用温度补偿电路，当压力感测器的温度改变时，借着温度补偿电路来将感测到的压力值自动维持准确无误差。下面有二种习知的温度补偿电路。
第一种电路如图3所示，利用热敏电阻电路70放在电源电路10和压力感测器20之间，压力感测器20因温度升高使压电电阻变大，以致压力感测器20的输出跨距温度系数(Temperature coefficient of outputspan)会随温度升高而降低，所以利用负温度系数(Negative TemperatureCoefficient(NTC))热敏电阻Thermistor随温度升高电阻值变小，使流过压力感测器20的电流增加，来将输出跨距温度系数(Temperaturecoefficient of output span)补偿回来，让压力感测器20能在不同温度下，得到准确的压力读值。
第二种电路如图4所示，利用二极管电路80放在电源电路10和压力感测器20之间，压力感测器20因温度升高使压电电阻变大，以致压力感测器20的输出跨距温度系数(Temperature coefficient of outputspan)会随温度升高而降低，所以利用负温度系数(Negative TemperatureCoefficient(NTC))的二极管(Diode)随温度升高其顺向电压(ForwardVoltage)会变小，使流过压力感测器20的电流增加，来将输出跨距温度系数(Temperature coefficient of output span)补偿回来，让压力感测器20能在不同温度下，得到准确的压力读值。
由以上习知技术均利用可随温度变化的压力感测器的电源电压来达成温度补偿效果，主要是将全压力范围的温度效应(Temperature Effecton Span)降到最低，但此种温度补偿电路因降低了电源电压，而使压力感测器在相同的压力得到的电压输出就变小，即是降低了此压力感测器的灵敏度(Sensitivity)，需要在放大器用较大的放大倍率，而把压力感测器受温度影响的另一个参数零点压力偏移值(Zero PressureOffset)也会放大，使得准确度降低，所以传统的温度补偿需再对零点偏移的温度效应(Temperature Effect on Offset)增加补偿电路，需增加成本才能得到较好准确度。

发明内容
本实用新型是有关于一种具有温度补偿功能的数字压力表，在压力感测器的电源电压使用固定电压或电流源，温度补偿电路有二种装置，用于改变放大器的放大倍率，不会降低压力感测器的灵敏度，因改变放大器的放大倍率来补偿输出跨距温度系数(Temperature coefficient ofoutput span)，也能补偿零点偏移的温度系数(Temperature coefficientof Zero Offset)，所以不须对零点的温度效应(Temperature Effect onOffset)另加补偿电路，可降低成本，实验结果在工作的温度范围内其量测的准确度可达到±1％的全刻度输出(％FSO(Full Scale Output))，适合用于低成本而准确度亦符合要求的数字式压力表。
本实用新型是这样实现的一种具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于所述数字压力表具有运算放大器电路，且运算放大器电路连接有热敏电阻电路以作为改变放大倍率用的电阻并可作为输出信号的温度补偿，该热敏电阻电路的热敏电阻随四周温度变化而改变其电阻，使运算放大器电路的放大倍率随之改变。
该运算放大器电路为非反相放大电路。
该运算放大器电路为反相放大电路。
该运算放大器电路为仪表放大电路。
该运算放大器电路为一级放大电路。
该运算放大器电路为多级放大电路。
该热敏电阻电路为负温度系数。
该热敏电阻电路为正温度系数。
该四周温度是指环境温度。
该四周温度是指感测器室的温度。
本实用新型的有益效果在于本发明的具有温度补偿功能的数字压力表，通过在其运算放大器电路连接有热敏电阻电路来改变放大器的放大倍率，但又不会降低压力感测器的灵敏度；并且，通过改变放大器的放大倍率补偿了输出跨距温度系数，也补偿了零点偏移的温度系数，所以不须对零点的温度效应另加补偿电路，降低了成本，同时又保证了压力表的准确度。


图1是习用低成本胎压计或压力表的方块图；图2是习用压力感测器的方块图；图3是习用低成本热敏电阻温度补偿电路实施例的方块图；图4是习用低成本二极管温度补偿电路的方块图；图5(a)是习用运算放大器电路以非反相放大实施例的方块图；图5(b)是习用运算放大器电路以反相放大实施例的方块图；
图5(c)是习用运算放大器电路以仪表放大实施例的方块图；图6(a)是本实用新型的以热敏电阻作为温度补偿的以非反相放大实施例的方块图；图6(b)是本实用新型的以热敏电阻作为温度补偿的以反相放大实施例的方块图；图6(c)是本实用新型的以热敏电阻作为温度补偿的以仪表放大实施例的方块图；图7(a)是本实用新型以热敏电阻作为温度补偿的以非反相放大实施例的方块图；图7(b)是本实用新型以热敏电阻作为温度补偿的以反相放大实施例的方块图；图7(c)是本实用新型以热敏电阻作为温度补偿的以仪表放大实施例的方块图；符号说明10 电源电路20 压力感测器201惠斯登电桥202～205 压电电阻206～209 连接点30 运算(OP)放大器40 模拟数字转换器50 微处理器501蜂鸣器60 液晶显示驱动电路601液晶显示器(LCD)
70热敏电阻电路80二极管电路90非反相放大电路901 差动放大器91反相放大电路911 差动放大器92仪表放大电路921 仪表放大器1 非反相放大器11差动放大器2 反相放大电路21差动放大器3 仪表放大电路31仪表放大器4 热敏电阻电路5 非反相放大电路51差动放大器6 反相放大电路61差动放大器7 仪表放大电路71仪表放大器8 热敏电阻电路R1电阻R2电阻
具体实施方式
本实用新型的数字压力表，主要是针对该压力表的放大电路部分加以改良，即使用热敏电阻，来决定能随温度改变的放大电路的倍率，此热敏电阻必须和压力感测器放置在一起才能感测压力感测器目前的温度，而该放大电路是以运算(OP)放大器为主要电路。请参阅图5(a)、5(b)、5(c)的实施例图是一般以运算放大器构成的差动放大器901、911或仪表放大器921配合电阻R1、R2所组成的非反相放大电路90、反相放大电路91及仪表放大电路92等运算放大器电路，其输入端则连接如同习知压力表的电源电路10及压力感测器20。其中，电阻R1与放大倍率成反比关系，电阻R2与放大倍率成正比关系。
于下，即配合图5(a)、5(b)、5(c)的实施例，将其改良成图6(a)、6(b)、6(c)及图7(a)、7(b)、7(c)，以借此说明本实用新型可利用二种温度补偿装置来改变放大倍率第一种方法如图6(a)、图(b)、图(c)所示，其是以运算放大器构成的差动放大器11、21或仪表放大器31配合热敏电阻4、电阻R2所组成的非反相放大电路1、反相放大电路2及仪表放大电路3等运算放大器电路，且其输入端连接电源电路10及压力感测器20。其中，压力感测器20由电源电路10提供固定电压或电流，能将感应的压力转换成输出电压，继利用图6(a)、6(b)、6(c)的非反相放大电路1、反相放大电路2及仪表放大电路3等运算放大器电路来设计温度补偿装置以改变大器的放大倍率，只要将热敏电阻电路4取代一般运算放大器电路的电阻R1(请参阅图5(a)、5(b)、5(c)所示)，当压力感测器20的温度改变时，热敏电阻电路4中的热敏电阻的电阻值随其改变，即可改变上述非反相放大电路1、反相放大电路2及仪表放大电路3等运算放大器电路的放大倍率来做输出信号的温度补偿。若压力感测器20的温度系数为负时，该热敏电阻电路4用负温度系数的热敏电阻；若压力感测器20的温度系数为正时，该热敏电阻电路4用正温度系数的热敏电阻。因上述非反相放大电路1、反相放大电路2及仪表放大电路3等运算放大器电路的设计，除了能补偿全压力范围的温度效应，刚好又有补偿零点偏移值的温度效应的效果，所以只要使用低成本的热敏电阻电路4就可使在数字压力表工作温度范围内压力准确度在±1％FSO，适合用于低成本而准确度亦符合要求的压力表。
其中，该运算(OP)放大器电路可为一级(Single-ended)、二级(Two-ended)或者多级放大器电路。另外，热敏电阻电路4的热敏电阻可以放在线路板上或是放在感测器室(Sensor housing)，借此热敏电阻电路作为改变放大倍率的电阻，以热敏电阻随四周温度(如环境或感测器室(Sensor Housing)的温度)产生其电阻变化，使该运算放大电路的倍率随的改变。
第二种装置如图7(a)、7(b)、7(c)所示，其是以运算放大器构成的差动放大器51、61或仪表放大器71配合热敏电阻8、电阻R1所组成的非反相放大电路5、反相放大电路6及仪表放大电路7等运算放大器电路，且其输入端连接电源电路10及压力感测器20。其中，压力感测器20由电源电路10提供固定电压或电流，能将感应的压力转换成输出电压，继利用图7(a)、7(b)、7(c)的非反相放大电路5、反相放大电路6及仪表放大电路7等运算放大器电路来设计温度补偿装置以改变放大器的放大倍率，只要将热敏电阻电路8取代一般运算放大器电路的电阻R2(请参阅图5(a)、5(b)、5(c)所示)，当压力感测器20的温度改变时，热敏电阻电路4中的热敏电阻的电阻值随其改变，即可改变上述非反相放大电路5、反相放大电路6及仪表放大电路7等运算放大器电路的放大倍率来做输出信号的温度补偿。若压力感测器20的温度系数为负时，该热敏电阻电路8用正温度系数的热敏电阻；若压力感测器20的温度系数为正时，该热敏电阻电路8用负温度系数的热敏电阻。因上述非反相放大电路5、反相放大电路6及仪表放大电路7等运算放大器电路的设计，除了能补偿全压力范围的温度效应，刚好又有补偿零点偏移值的温度效应的效果，所以只要使用低成本的热敏电阻电路8就可使在数字压力表工作温度范围内压力准确度在±1％FSO，适合用于低成本而准确度亦符合要求的压力表。
其中，该运算(OP)放大器电路可为一级(Single-ended)、二级(Two-ended)或者多级放大器电路。另外，热敏电阻电路8的热敏电阻可以放在线路板上或是放在感测器室(Sensor housing)，借此热敏电阻电路作为改变放大倍率的电阻，以热敏电阻随四周温度(如环境或感测器室(Sensor Housing)的温度)产生其电阻变化，使该运算放大电路的倍率随的改变。
权利要求1.一种具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于所述数字压力表具有运算放大器电路，且运算放大器电路连接有热敏电阻电路以作为改变放大倍率用的电阻并可作为输出信号的温度补偿，该热敏电阻电路的热敏电阻随四周温度变化而改变其电阻，使运算放大器电路的放大倍率随之改变。
2.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该运算放大器电路为非反相放大电路。
3.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该运算放大器电路为反相放大电路。
4.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该运算放大器电路为仪表放大电路。
5.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该运算放大器电路为一级放大电路。
6.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该运算放大器电路为多级放大电路。
7.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该热敏电阻电路为负温度系数。
8.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该热敏电阻电路为正温度系数。
9.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该四周温度是指环境温度。
10.根据权利要求1所述的具有温度补偿功能的数字压力表，其特征在于该四周温度是指感测器室的温度。
专利摘要本实用新型是有关于一具有温度补偿功能的数字压力表，是利用热敏电阻来设计具有低成本温度补偿的电路的数字压力表，利用负温度系数的热敏电阻或正温度系数的热敏电阻来改变运算(OP)放大器的放大倍率，就可使数字压力表在工作温度范围内压力准确度在±1％的全刻度输出(％FSO(Full Scale Output))，适合用于低成本而准确度亦符合要求的压力表。
文档编号G01L9/00GK2791621SQ200420077278
公开日2006年6月28日 申请日期2004年8月17日 优先权日2004年8月17日
发明者叶志泰, 施力任 申请人:台湾矽微电子股份有限公司