溫度補(bǔ)償?shù)膲毫Q能器的制造方法
【專利摘要】一種數(shù)字壓力換能器，包含傳感器、存儲器組件和微處理器。提供校正算法和一組校正系數(shù)，并存儲在存儲器中。應(yīng)用應(yīng)用校正系數(shù)以將數(shù)字化的值轉(zhuǎn)換為壓力值。換能器可以包含適于與計(jì)算機(jī)終端通信的讀/寫端口；以及適于與主設(shè)備通信的至少一個(gè)只讀端口。校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的方法包含：存儲校正算法；以及校正從主設(shè)備分離的數(shù)字壓力換能器中的系數(shù)。
【專利說明】溫度補(bǔ)償?shù)膲毫Q能器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用本申請要求來自2012年2月21日提交并名為“Temperature Compensat1n PressureTransducer”的美國專利申請序列號13/401，050的優(yōu)先權(quán)益,通過引用將其全部內(nèi)容整體結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]壓力換能器被廣泛用于種種應(yīng)用。在壓力換能器的用途中，有對諸如流體/氣流、速度、水位和高度的其他變量的間接測量。有已被用于壓力換能器的各種技術(shù)，并且這些技術(shù)在性能和成本方面不同。典型的模擬壓力換能器的特征在于輸入壓力與輸出模擬信號之間的關(guān)系。正如所有的測量儀器那樣，壓力換能器必須校準(zhǔn)。校準(zhǔn)被定義為如下一組操作:其在指明的條件下建立由測量儀器或者測量系統(tǒng)指示的數(shù)量的值(讀數(shù))、與由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的對應(yīng)值(真正值)之間的關(guān)系。一旦讀數(shù)與真正值之間的關(guān)系是已知的，該讀數(shù)可以被調(diào)節(jié)來提供更精確的值。然而，輸入壓力與輸出模擬信號之間的關(guān)系被溫度顯著影響。所以，在任何給定的壓力下，溫度的變化將使誤差導(dǎo)入至輸出信號，如果輸出信號處于未補(bǔ)償，則會導(dǎo)致不精確的壓力讀數(shù)的誤差。
[0003]溫度變化的補(bǔ)償可以以各種方式完成。例如，模擬壓力換能器可以位于溫度和壓力可以改變的腔室。隨著測量換能器輸入和輸出信號來應(yīng)用各種已知的壓力，然后改變溫度，并且重復(fù)該過程。作為該過程的結(jié)果，創(chuàng)建描述輸入壓力與輸出信號之間的關(guān)系的表。輸入壓力與輸出模擬信號之間的關(guān)系可以由數(shù)學(xué)函數(shù)描述。存在著可能性來定義幾個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)，其描述在迭代校準(zhǔn)過程期間對于各種溫度的輸入壓力與輸出信號之間的關(guān)系。一般而言，數(shù)學(xué)函數(shù)的精度依賴于創(chuàng)建的表的數(shù)量、表的尺寸和插值技術(shù)。然而，用該方法，溫度信息需要發(fā)送至設(shè)備，該設(shè)備被用于基于溫度值來選擇校正函數(shù)，以調(diào)節(jié)壓力值。該方法不現(xiàn)實(shí)，因?yàn)槿绻麥y量的溫度不匹配換能器對其校準(zhǔn)的溫度的值，則其難以定義該函數(shù)。
[0004]另一個(gè)方法是跨溫度的范圍以多個(gè)已知的壓力獲得多個(gè)讀數(shù)。可以創(chuàng)建這些值的表，并且可以應(yīng)用數(shù)學(xué)插值技術(shù)來用一些系數(shù)創(chuàng)建校正算法。如果這些系數(shù)是已知的并且溫度值是已知的，則可以測量來自壓力換能器的輸出信號，進(jìn)而通過使用插值技術(shù)，計(jì)算溫度補(bǔ)償?shù)膲毫χ?。一般而言，函?shù)的精度依賴于創(chuàng)建的表的數(shù)量及其尺寸，還依賴于插值技術(shù)。
[0005]商業(yè)可用的壓力換能器包含以模擬形式(例如電壓)提供壓力和溫度值的換能器。對于這些設(shè)備而言，校正算法系數(shù)可以存儲在位于壓力換能器的EEPROM中。壓力換能器的用戶需要知曉描述輸入壓力與輸出信號之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)。通常，壓力換能器連接至主設(shè)備。主設(shè)備的示例是配氣管線中的體積校正器、或者用于輸氣管線的流量計(jì)算機(jī)、或者類似的終端用戶電子硬件。在壓力換能器連接至主設(shè)備之后，校正算法系數(shù)需要提供給主設(shè)備。通常，主設(shè)備設(shè)置有將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字信息被提供給主設(shè)備中的微處理器，該微處理器基于數(shù)學(xué)函數(shù)和校正算法系數(shù)，計(jì)算溫度補(bǔ)償?shù)膲毫χ怠?br>
[0006]另一個(gè)類型的壓力換能器將數(shù)字輸出提供給主設(shè)備。這些壓力換能器包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)字形式的輸出信號直接發(fā)送至終端用戶微處理器的輸入。校正算法系數(shù)可以存儲在壓力換能器中。該類型的壓力換能器的用戶需要知曉描述輸入壓力與輸出信號之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)。通常，在該類型的壓力換能器首次連接至主設(shè)備之后，校正算法系數(shù)從壓力換能器發(fā)送至主設(shè)備。然后，主設(shè)備中的微處理器基于所應(yīng)用的校正算法和在校準(zhǔn)過程期間獲得的系數(shù)，計(jì)算溫度補(bǔ)償?shù)膲毫χ怠?br>
[0007]數(shù)字壓力換能器的一個(gè)應(yīng)用是作為主設(shè)備的組件，例如包括配氣管線中的體積校正器、或者用于輸氣管線的流量計(jì)算機(jī)。測量流經(jīng)管道的體積要求對流過測量儀器的氣體體積的壓力和溫度的影響進(jìn)行校正。體積校正器或者流量計(jì)算機(jī)的精度的程度由政府機(jī)構(gòu)監(jiān)管。應(yīng)用查理定律和波義耳定律來調(diào)節(jié)壓力和溫度對氣體的影響。氣體體積被轉(zhuǎn)換為“標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度值”。因此，為了確定暴露至變化條件的流經(jīng)管道的溫度和壓力的氣體的體積，要求精確的溫度補(bǔ)償?shù)膲毫y量。在這種類型的應(yīng)用中可以測量的溫度有3個(gè)。這些溫度包含:(a)環(huán)境溫度(這種類型的體積校正器可以在_40°C至+70°C的環(huán)境溫度的范圍操作)、流經(jīng)管的氣體的溫度、以及壓力傳感元件的溫度。
[0008]現(xiàn)有的壓力換能器當(dāng)與諸如體積校正器的儀器或者硬件連接使用時(shí)，存在多個(gè)問題。一個(gè)問題是:為了精確地補(bǔ)償溫度，應(yīng)該使用壓力傳感元件的溫度。另一個(gè)問題是:當(dāng)存在指示失靈的讀數(shù)時(shí)，用戶不能區(qū)分該失靈是在壓力換能器中還是在主設(shè)備中。另一個(gè)問題是:傳感器輸出中的輸入壓力之間的關(guān)系可能隨著時(shí)間而改變，并且因此，復(fù)雜性、費(fèi)用并且有時(shí)技術(shù)上不能重新校準(zhǔn)壓力換能器在該領(lǐng)域中會成為顯著的問題。另一個(gè)問題是:如果信號的溫度調(diào)節(jié)在主設(shè)備中進(jìn)行，則在壓力換能器失靈的情況下，用戶必須不僅更換壓力換能器，而且更換主設(shè)備。在一些情況下，即使確定為換能器故障，也無法更換換能器，因?yàn)橛?jì)量機(jī)構(gòu)無法確定該整個(gè)壓力測量是精確的。在該情況下，新的換能器必須針對一些參考壓力進(jìn)行測試并校準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0009]本文公開的主題一般涉及壓力換能器(pressure transducer),并且更具體而言，涉及用于要求高精度的應(yīng)用的溫度補(bǔ)償?shù)臄?shù)字壓力換能器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]依據(jù)一個(gè)示例性非限制性實(shí)施例，本發(fā)明涉及數(shù)字壓力換能器，包含提供傳感元件的壓力和溫度相關(guān)的模擬輸出信號的至少一個(gè)傳感器。換能器還包含:至少一個(gè)存儲器組件，用于存儲對于特定數(shù)字壓力換能器取得的一組校正算法系數(shù)；以及至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的輸出信號。數(shù)字壓力換能器還包含:微處理器；以及至少一個(gè)應(yīng)用，使用所應(yīng)用的校正算法和在校準(zhǔn)過程期間獲得的系數(shù)，將數(shù)字化的輸出信號轉(zhuǎn)換為壓力值。換能器設(shè)置有適于與計(jì)算機(jī)終端和主設(shè)備通信的至少一個(gè)讀/寫端口 ；以及適于與主設(shè)備通信的至少一個(gè)只讀端口。還包含電源。
[0011]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了重新校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的方法。該方法包含:經(jīng)由換能器中的讀/寫端口接收重新校準(zhǔn)指令；將數(shù)字壓力值發(fā)送至設(shè)備，指示經(jīng)由讀/寫端口重新校準(zhǔn)；經(jīng)由讀/寫端口接收調(diào)節(jié)值；以及應(yīng)用調(diào)節(jié)值。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了重新校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的方法。該方法包含:啟動設(shè)備中的重新校準(zhǔn)應(yīng)用；提供用戶密碼；將重新校準(zhǔn)指令發(fā)送至數(shù)字壓力換能器中的讀/寫端口 ；從數(shù)字壓力換能器接收數(shù)字壓力值；計(jì)算調(diào)節(jié)值；以及將調(diào)節(jié)值發(fā)送至數(shù)字壓力換能器中的讀/寫端口。
[0013]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的方法。該方法包含:使數(shù)字壓力換能器經(jīng)歷已知的溫度和壓力的范圍；從數(shù)字壓力換能器接收壓力值；應(yīng)用校正算法；確定對于數(shù)字壓力換能器的校正算法系數(shù)；以及指示將校正算法和校正算法系數(shù)存儲在數(shù)字壓力換能器中。
[0014]在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了包含主設(shè)備和數(shù)字壓力換能器的系統(tǒng)。數(shù)字壓力換能器包含提供與流體的壓力和溫度相關(guān)的模擬輸出信號的至少一個(gè)傳感器。數(shù)字壓力換能器還包含:至少一個(gè)存儲器組件，存儲對于特定數(shù)字壓力換能器取得的一組校正算法系數(shù)；至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的輸出信號；以及微處理器。數(shù)字壓力換能器還包含:至少一個(gè)應(yīng)用，使用校正算法系數(shù)，將數(shù)字化的輸出信號轉(zhuǎn)換為壓力值；至少一個(gè)讀/寫端口 ；以及至少一個(gè)只讀端口。在該實(shí)施例中，數(shù)字壓力換能器從主設(shè)備分離。
[0015]根據(jù)結(jié)合附圖的下面的優(yōu)選的實(shí)施例的更具體說明可以得知本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)，以示例的方式示出本發(fā)明的原理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、包含數(shù)字壓力換能器的系統(tǒng)。
[0017]圖2是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于設(shè)置數(shù)字壓力換能器的過程的流程圖。
[0018]圖3是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的過程的流程圖。
[0019]圖4是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、由數(shù)字壓力換能器實(shí)現(xiàn)的過程的流程圖。
[0020]圖5是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、用于校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖1示出的是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于測量壓力的系統(tǒng)10。用于測量壓力的系統(tǒng)10包含數(shù)字壓力換能器11。數(shù)字壓力換能器11包含壓力和溫度傳感組件13，其可以包括模擬壓力和溫度傳感器15、以及信號調(diào)整器17。模擬壓力和溫度傳感器15可以是若干已知類型的傳感器中的一個(gè)，諸如連接為惠斯通電橋配置的接合應(yīng)變計(jì)。模擬壓力和溫度傳感器15提供直接與壓力成正比的輸出，并且另外可以被用于測量溫度。其他類型的傳感器可以包含電容傳感器、電磁傳感器等。還可以使用壓力傳感器和溫度傳感器的組合。信號調(diào)整器17操縱來自模擬壓力和溫度傳感器15的模擬信號，使其作為向模數(shù)轉(zhuǎn)換器19的適當(dāng)?shù)妮斎?。模?shù)轉(zhuǎn)換器19是將從信號調(diào)整器17接收的模擬輸出轉(zhuǎn)換為與模擬輸出的大小成比例的數(shù)字?jǐn)?shù)的設(shè)備。
[0022]數(shù)字壓力換能器11還包含處理器21和存儲器23。根據(jù)特定實(shí)施例，處理器21可以由設(shè)計(jì)為執(zhí)行本文說明的函數(shù)的下述部件實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行:通用處理器、微處理器、內(nèi)容尋址存儲器、數(shù)字信號處理器、專用集成電路、現(xiàn)場可編程門陣列、任何適當(dāng)?shù)目删幊踢壿嬙O(shè)備、離散門或者晶體管邏輯、離散硬件組件、或者其任何組合。處理器21可以實(shí)現(xiàn)為微處理器、控制器、微控制器、或者狀態(tài)機(jī)。處理器21還可以實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如數(shù)字信號處理器和微處理器的組合、多個(gè)微處理器、與數(shù)字信號處理器內(nèi)核結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)微處理器、或者任何其他該配置。存儲器23優(yōu)選的是EEPROM，但是可以是任何類型的存儲器，包含RAM、ROM、或者閃存存儲器。
[0023]還可以提供固件25來控制數(shù)字壓力換能器11的功能的某些方面，諸如調(diào)節(jié)輸出來校正溫度變化的調(diào)節(jié)應(yīng)用27的實(shí)施方式。調(diào)節(jié)應(yīng)用27可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)的插值過程，可以應(yīng)用該插值過程來創(chuàng)建描述輸入壓力和溫度與輸出信號之間的關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)。在一些情況下，數(shù)學(xué)函數(shù)可以由帶有該組系數(shù)的多項(xiàng)式來描述。
[0024]數(shù)字壓力換能器11可以設(shè)置有電源29，在一個(gè)實(shí)施例中，電源29可以是電池的形式、或者從主設(shè)備37供應(yīng)的電力。
[0025]數(shù)字壓力換能器11可以設(shè)置有讀/寫端口 31和只讀端口 33。讀/寫端口 31可以被用于與計(jì)算機(jī)(用戶)終端35和/或與主設(shè)備37通信。只讀端口 33可以被用于與主設(shè)備37通信。計(jì)算機(jī)終端35可以是諸如微處理器的數(shù)字處理器。主設(shè)備37可以是諸如例如用于配氣管線的體積校正器、或者用于輸氣管線的流量計(jì)算機(jī)的儀器。在一個(gè)實(shí)施例中，讀/寫端口 31可以是USB端口。只讀端口 33可以被用于使用電子組件層協(xié)議來與主設(shè)備37通信。各種方法典型地用于使用諸如USB、IEEE1394、Rs232、I2C等協(xié)議，在電子組件層的設(shè)備之間通信。I2C協(xié)議是針對經(jīng)由2個(gè)總線線路在集成電路(IC)芯片之間的通信開發(fā)的。計(jì)算機(jī)終端35可以訪問應(yīng)用軟件36，應(yīng)用軟件36可以包含對于數(shù)字壓力換能器11的數(shù)據(jù)插值以及訊問的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)終端35可以被用于提供數(shù)據(jù)和程序給數(shù)字壓力換能器11，諸如例如校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、值調(diào)節(jié)應(yīng)用和重新校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，用于測量壓力的系統(tǒng)10的一些或者全部組件可以在單芯片中實(shí)施?？梢员挥糜谠撉闆r下的芯片的示例是“芯片上系統(tǒng)”集成電路和芯片集成電路上的可編程系統(tǒng)。典型的芯片上系統(tǒng)可以包含微控制器、微處理器、或者一個(gè)或多個(gè)數(shù)字信號處理器內(nèi)核。芯片上系統(tǒng)還可以整合有存儲器(例如R0M、RAM、EEPR0M和閃存存儲器)、外圍設(shè)備、包含模擬接口的外部接口等。另外，芯片上系統(tǒng)可以包含軟件?？删幊绦酒舷到y(tǒng)可以提供集成的可配置模擬和數(shù)字外設(shè)功能、存儲器、和單芯片上的微控制器。
[0027]圖2示出的是對于可以用計(jì)算機(jī)終端35實(shí)現(xiàn)的數(shù)字壓力換能器11進(jìn)行設(shè)置50的儀器的方法的實(shí)施例。方法中的初始要素是確定將應(yīng)用到數(shù)據(jù)的校正算法，并且安裝校正算法應(yīng)用(方法要素52)。校正算法的確定涉及數(shù)據(jù)質(zhì)量與性能因素，諸如換能器電池電力和壽命的平衡。校準(zhǔn)換能器的一個(gè)最容易的方法是單點(diǎn)校正。單點(diǎn)校正基于傳感器的響應(yīng)是線性的這一假定。然而，對于跨數(shù)字壓力換能器11經(jīng)歷的范圍的壓力和溫度而言，模擬壓力和溫度傳感器15的響應(yīng)是非線性多維函數(shù)。所以，期望至少使用更高次(2或更高)多項(xiàng)式的兩點(diǎn)校正算法。校正算法可以通過使用多項(xiàng)式插值，對于非線性數(shù)據(jù)集來取得。一組數(shù)據(jù)點(diǎn)可以被更換為近似多項(xiàng)式函數(shù)。這要求存儲減少數(shù)量的多項(xiàng)式校正算法系數(shù)和可以由數(shù)字處理設(shè)備實(shí)現(xiàn)的曲線擬合計(jì)算。在一些實(shí)施例中，可以使用二次、三次或者四次多項(xiàng)式。校正算法應(yīng)用可以被編程并安裝在計(jì)算機(jī)終端35中(方法要素52)以及換能器中(方法要素53)。
[0028]方法可以包含下文具體公開的啟動校準(zhǔn)過程(方法要素54)。數(shù)字壓力換能器11可以將傳感器輸出讀數(shù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)終端35(方法要素55)。當(dāng)收到傳感器輸出讀數(shù)(方法要素57 )時(shí)，計(jì)算機(jī)終端35可以出于校準(zhǔn)目的對數(shù)據(jù)應(yīng)用校正算法(方法要素59 )。從應(yīng)用校正算法起，確定了一組校正系數(shù)(方法要素61)。可以識別換能器相關(guān)信息，諸如數(shù)字壓力換能器11的范圍、數(shù)字壓力換能器11的流水號、以及包含在數(shù)字壓力換能器11的固件的版本(方法要素63)。用戶然后可以經(jīng)由計(jì)算機(jī)終端35來指示將校正算法和校正系數(shù)存儲至數(shù)字壓力換能器11 (方法要素65)。數(shù)字壓力換能器11然后可以將算法和校正系數(shù)進(jìn)行存儲(方法要素67)。存儲換能器相關(guān)信息的指令可以經(jīng)由終端35提供(方法要素69)。換能器相關(guān)信息然后可以存儲在數(shù)字壓力換能器11。
[0029]圖3示出的是用于完成校準(zhǔn)過程73的方法的示例。數(shù)字壓力換能器11位于控制的壓力和溫度環(huán)境下，具有的開始傳感器溫度(模擬壓力和溫度傳感器15的溫度)為Tl (方法要素75)以及開始壓力Pl (方法要素77)。溫度可以以預(yù)定的增量從Tl改變至Tn，并且壓力可以以預(yù)定的增量從Pl改變至Pm。初始和終止溫度和壓力由數(shù)字壓力換能器11的可操作范圍確定。數(shù)字壓力換能器11可以提供模擬輸出信號(方法要素79)、以及與該輸出信號關(guān)聯(lián)的數(shù)字值(方法要素81)?？梢源鎯δM輸出信號的值和數(shù)字值(方法要素83)。然后可以做出在被測試的溫度是否是終止溫度Tn的確定(方法要素85)。如果數(shù)字壓力換能器11在被測試的溫度不是Τη，則溫度改變了預(yù)定的增量(方法要素87)，并且做出測量，并且可以記錄用于模擬信號的值和數(shù)字值。如果數(shù)字壓力換能器11在被測試的溫度是終止溫度Τη，則做出在被測試的壓力是否是終止壓力Pm的確定(方法要素89)。如果在被測試的壓力不是最終壓力Pm，則壓力改變了預(yù)定的增量(方法要素91)，并且溫度被重置為初始溫度Tl (方法要素93)。如果在被測試的壓力是最終壓力Pm，則校準(zhǔn)過程終止(方法要素95)。該方法的結(jié)果是將模擬信號輸出在某些溫度與壓力相互關(guān)聯(lián)的表。這些表可以被用于識別對于要與數(shù)字壓力換能器11使用的校正算法的系數(shù)。
[0030]圖4示出的是由與主設(shè)備37結(jié)合的數(shù)字壓力換能器11實(shí)現(xiàn)的方法99的實(shí)施例。主設(shè)備37可以將對于溫度調(diào)節(jié)的數(shù)字壓力值的請求發(fā)送至數(shù)字壓力換能器11 (方法要素100)。模擬信號從模擬壓力和溫度傳感器15產(chǎn)生(方法要素101)，然后可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字壓力和溫度值(方法要素103)。處理器21訪問調(diào)節(jié)應(yīng)用27 (方法要素105)和校正算法系數(shù)(方法要素107)。處理器21然后通過應(yīng)用校準(zhǔn)應(yīng)用和校正算法系數(shù)來計(jì)算壓力值(方法要素109)。結(jié)果的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)然后可以以硬件通信協(xié)議格式化(方法要素111)，并且格式化的數(shù)字值被傳送給主設(shè)備37 (方法要素113)。格式化的數(shù)字值被主設(shè)備37接收，用于進(jìn)一步的處理(方法要素115)。
[0031]圖5示出的是對于數(shù)字壓力換能器11的重新校準(zhǔn)方法119，數(shù)字壓力換能器11可以使用計(jì)算機(jī)終端35或者主設(shè)備37實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，重新校準(zhǔn)在現(xiàn)場執(zhí)行。重新校準(zhǔn)應(yīng)用可以在計(jì)算機(jī)終端35或者主設(shè)備37中啟動(方法要素121)。可以在應(yīng)用中設(shè)置安全性，并且可以給用戶呈現(xiàn)對于密碼的請求(方法要素123)。當(dāng)收到密碼(方法要素125)時(shí)，檢查密碼(方法要素127)，并且重新校準(zhǔn)指令可以或者通過計(jì)算機(jī)終端35、或者通過主設(shè)備37 (請求重新校準(zhǔn)的外部設(shè)備)發(fā)送至讀/寫端口 31 (方法要素129)。數(shù)字壓力換能器經(jīng)由讀/寫端口 31接收重新校準(zhǔn)指令，并且可以將數(shù)字壓力值提供至與已知壓力關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)終端35 (或者主設(shè)備37)(方法要素133)。由計(jì)算機(jī)終端35或者主設(shè)備37接收壓力值(方法要素135)，并且計(jì)算一個(gè)或更多調(diào)節(jié)值(方法要素137)。可以使用已知的重新校準(zhǔn)方法來計(jì)算調(diào)節(jié)值。例如，單點(diǎn)重新校準(zhǔn)可以提供補(bǔ)償來對壓力值進(jìn)行校正。當(dāng)2個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)被用于包圍將被測量的值的范圍時(shí)，可以使用諸如兩點(diǎn)重新校準(zhǔn)(包圍校準(zhǔn))的另一個(gè)方法。兩點(diǎn)重新校準(zhǔn)可以要求一些插值函數(shù)產(chǎn)生調(diào)節(jié)值。調(diào)節(jié)值發(fā)送至換能器讀/寫端口31 (方法要素139)，并且被換能器接收(方法要素141)。調(diào)節(jié)值然后可以存儲到存儲器23(方法要素143)?？蛇x地，調(diào)節(jié)值可以由數(shù)字壓力換能器11中的處理器21計(jì)算。另外，可以識別其他重新校準(zhǔn)參考信息，諸如用戶識別、以及重新校準(zhǔn)的日期和時(shí)間(方法要素145)，并且指令提供至數(shù)字壓力換能器11，將重新校準(zhǔn)參考信息存儲至重新校準(zhǔn)記錄(方法要素147)。指令將由數(shù)字壓力換能器11接收，其中，重新校準(zhǔn)參考信息將存儲在重新校準(zhǔn)記錄中(方法要素149)。之后，數(shù)字壓力換能器11將應(yīng)用調(diào)節(jié)值(方法要素151)。附加的可選的要素可以在該方法中采用。例如，處理器21可以被編程為允許有限數(shù)量的條目(重新校準(zhǔn))。如果到達(dá)限制，則將不會許可重新校準(zhǔn)，直至該記錄被下載至計(jì)算機(jī)終端35。在這樣的情況下，下載的事件登記在重新校準(zhǔn)記錄中用于追溯。
[0032]各種實(shí)施例的方法可以實(shí)施為一個(gè)或更多計(jì)算機(jī)程序。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，本文說明的本發(fā)明可以使用范圍廣泛的編程技術(shù)以及通用硬件系統(tǒng)或者專用的控制器，以很多不同方式實(shí)現(xiàn)。此外，用于上述方法的很多步驟、如果不是所有步驟是可選的，或者可以在一個(gè)或更多替代順序或者序列中組合或執(zhí)行，而沒有脫離本發(fā)明的范圍，并且權(quán)利要求不應(yīng)該解釋為被任何特定順序或者序列限制，除非明確指明。
[0033]數(shù)字壓力換能器11的實(shí)施例的配置用來輸送可以在主設(shè)備37外檢定的數(shù)字壓力值。該值可以發(fā)送至不連接至主設(shè)備37的計(jì)算機(jī)終端35。因此，重新校準(zhǔn)可以由主設(shè)備37或者分離的計(jì)算機(jī)終端35完成。數(shù)字壓力換能器11的實(shí)施例的配置還使用壓力和溫度傳感組件13的溫度，提供要由數(shù)字壓力換能器11而非主設(shè)備37執(zhí)行的溫度校正。
[0034]數(shù)字壓力換能器11的實(shí)施例的配置用來維持?jǐn)?shù)字壓力換能器11從主設(shè)備37分離。校正系數(shù)可以存儲在數(shù)字壓力換能器11中，并且校正處理可以在數(shù)字壓力換能器11中實(shí)現(xiàn)。在數(shù)字壓力換能器11故障的情形下，不需要更換主設(shè)備。
[0035]數(shù)字壓力換能器11的配置提供附加的功能，諸如例如通過經(jīng)由讀/寫端口 31連接計(jì)算機(jī)終端35來檢查數(shù)字壓力換能器11的能力。溫度補(bǔ)償?shù)膲毫χ等缓罂梢猿尸F(xiàn)在計(jì)算機(jī)終端35的屏幕。另外，數(shù)字壓力換能器11的配置提供周期檢查校正算法系數(shù)是否已被(有意地或者并非由于控制的原因、例如電磁輻射)改變的能力。方法之一可以是循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)。還可以使用任何其他方法，諸如校驗(yàn)函數(shù)。校驗(yàn)函數(shù)取出從任意數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生的值，并將其與重新計(jì)算的值比較。如果校驗(yàn)不匹配，則數(shù)據(jù)已被更改。CRC值可以存儲在數(shù)字壓力換能器11中，并且如果新計(jì)算的值不匹配之前存儲的值，則設(shè)定為數(shù)字壓力換能器故障。檢查校準(zhǔn)可以以周期基礎(chǔ)完成(例如每一個(gè)小時(shí))。
[0036]數(shù)字壓力換能器11的配置關(guān)于重新使用主設(shè)備37提供附加的功能。例如，終端用戶可以決定該主設(shè)備37 (例如體積校正器或者流量計(jì)算機(jī))應(yīng)該被用于另一個(gè)安裝。在該事件下，即使其他安裝中的壓力不同，新的數(shù)字壓力換能器可以與重新使用的主設(shè)備37安裝，而不需要計(jì)量檢定。其原因在于，數(shù)字壓力換能器11的精度在安裝之前被檢定。
[0037]與本文公開的實(shí)施例聯(lián)系說明的方法或者算法的步驟可以在硬件中、在固件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或者在其任何實(shí)際組合中實(shí)施。軟件模塊可以駐留在RAM存儲器、閃存存儲器、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動磁盤、⑶ROM、或者本領(lǐng)域已知的任何其他形式的存儲介質(zhì)中。就此而言,存儲器23可以耦接至處理器21，使得處理單元處理器21可以從存儲器23讀出信息，并寫入信息到存儲器23。在替代中，存儲器23可以集成到處理器21。
[0038]該書面說明使用包含優(yōu)選模式的示例公開了本發(fā)明，另外能使本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)踐本發(fā)明，包含制造并使用任何設(shè)備或系統(tǒng)并執(zhí)行任何整合的方法。本發(fā)明的可專利的范圍由權(quán)利要求定義，并可以包含本領(lǐng)域的技術(shù)人員能想到的其他示例。如果該其他示例具有沒有不同于權(quán)利要求的字面語言的構(gòu)成要素，或者如果其包含與權(quán)利要求的字面語言具有非實(shí)質(zhì)差異的等同構(gòu)成要素，則該其他示例落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字壓力換能器，包括: 至少一個(gè)傳感器，提供與壓力傳感元件的壓力和溫度相關(guān)的模擬輸出信號； 至少一個(gè)存儲器組件，存儲校正算法和在對于特定數(shù)字壓力換能器的校準(zhǔn)過程期間獲得的一組系數(shù)； 至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的輸出信號； 微處理器； 至少一個(gè)應(yīng)用，使用所述校正算法和在校準(zhǔn)過程期間獲得的系數(shù)，將所述數(shù)字化的輸出信號轉(zhuǎn)換為壓力值； 至少一個(gè)讀/寫端口，適于與計(jì)算機(jī)終端和主設(shè)備通信； 至少一個(gè)只讀端口，適于與所述主設(shè)備通信；以及 電源。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字壓力換能器，其中，所述只讀端口適于以電子組件層通信協(xié)議與主設(shè)備通信。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字壓力換能器，其中，所述主設(shè)備是體積校正器。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字壓力換能器，其中，所述讀/寫端口包括USB端口。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字壓力換能器，還包括配置為從所述主設(shè)備接收調(diào)節(jié)值的應(yīng)用。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)字壓力換能器，其中，配置為接收調(diào)節(jié)值的所述應(yīng)用基于所述調(diào)節(jié)值來調(diào)節(jié)所述壓力值。
7.如權(quán)利要求6所述的數(shù)字壓力換能器，還包括重新校準(zhǔn)記錄。
8.一種重新校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的方法，包括: 經(jīng)由所述換能器中的讀/寫端口接收重新校準(zhǔn)指令； 經(jīng)由所述讀/寫端口將數(shù)字壓力值發(fā)送至計(jì)算機(jī)終端； 經(jīng)由所述讀/寫端口接收調(diào)節(jié)值；以及 應(yīng)用所述調(diào)節(jié)值。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括: 經(jīng)由所述讀/寫端口接收重新校準(zhǔn)參考信息；以及 將所述重新校準(zhǔn)參考信息存儲在重新校準(zhǔn)記錄中。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述重新校準(zhǔn)信息包括用戶識別、以及重新校準(zhǔn)的日期和時(shí)間。
11.一種重新校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的方法，包括: 啟動外部設(shè)備中的重新校準(zhǔn)應(yīng)用； 提供用戶密碼； 將重新校準(zhǔn)指令發(fā)送至所述數(shù)字壓力換能器中的讀/寫端口； 從所述數(shù)字壓力換能器接收數(shù)字壓力值； 計(jì)算調(diào)節(jié)值；以及 將所述調(diào)節(jié)值發(fā)送至所述數(shù)字壓力換能器中的所述讀/寫端口。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括將重新校準(zhǔn)參考信息發(fā)送至所述數(shù)字壓力換能器中的所述讀/寫端口。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述重新校準(zhǔn)參考信息包括用戶識別、以及重新校準(zhǔn)的日期和時(shí)間。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括將指令發(fā)送至所述數(shù)字壓力換能器，以將所述重新校準(zhǔn)參考信息存儲在重新校準(zhǔn)記錄中。
15.一種校準(zhǔn)數(shù)字壓力換能器的方法，包括: 確定校正算法； 指示將所述校正算法存儲在所述數(shù)字壓力換能器上； 使所述數(shù)字壓力換能器經(jīng)歷已知溫度和壓力的范圍； 從所述數(shù)字壓力換能器接收壓力值； 確定對于所述數(shù)字壓力換能器的校正算法系數(shù)；以及 指示將所述校正算法系數(shù)存儲在所述數(shù)字壓力換能器中。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括指示將換能器信息存儲在所述數(shù)字壓力換能器中。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述校正算法包括多項(xiàng)式插值算法。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述校正算法系數(shù)包括插值多項(xiàng)式系數(shù)。
19.一種系統(tǒng),包括: 主設(shè)備；以及 從所述主設(shè)備分離的數(shù)字壓力換能器，包括: 至少一個(gè)傳感器，提供與流體的壓力和所述傳感器的溫度相關(guān)的模擬輸出信號； 至少一個(gè)存儲器組件，存儲對特定數(shù)字壓力換能器取得的一組校正算法系數(shù)； 至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述模擬輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的輸出信號； 微處理器； 至少一個(gè)應(yīng)用，使用所述校正算法系數(shù)，將所述數(shù)字化的輸出信號轉(zhuǎn)換為壓力值； 至少一個(gè)讀/寫端口 ；以及 至少一個(gè)只讀端口。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述讀/寫端口是USB端口。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)子系統(tǒng)，其指示所述數(shù)字壓力換能器存儲所述校正算法系數(shù)。
22.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)子系統(tǒng)，其重新校準(zhǔn)所述數(shù)字壓力換能器。
23.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)子系統(tǒng)，其使用電子層通信協(xié)議，將所述壓力值傳送給所述主設(shè)備。
24.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述主設(shè)備是體積校正器。
25.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，還包括確定所述校正算法系數(shù)是否已改變的至少一個(gè)應(yīng)用。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，如果所述校正算法系數(shù)由于未受控的原因而已改變，則確定所述校正算法系數(shù)是否已改變的所述應(yīng)用設(shè)定故障。
27.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)傳感器、所述至少一個(gè)存儲器組件、所述至少一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、所述微處理器、所述至少一個(gè)應(yīng)用、所述至少一個(gè)讀/寫端口、以及至少一個(gè)只讀端口中的一個(gè)或更多被集成到單芯片中。
【文檔編號】G01L19/04GK104204759SQ201380010356
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月21日
【發(fā)明者】R.L.阿蒂烏奇, P.S.胡克斯, N.勞 申請人:德萊賽公司