環(huán)境溫度的變化會(huì)改變
電解液傳感器的機(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(cè)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（ Jewel 電解液傾角計(jì)）的溫度依賴性來(lái)源，并解釋了如何消除這種影響以大限度地提高準(zhǔn)確度。這里介紹的原理也適用于許多其他類型的傾角計(jì)傳感器。
正如電解液傾角計(jì)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(cè)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(kāi)來(lái)的方法。
溫度系數(shù)的來(lái)源
Jewel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1所示）的潤(rùn)溫面積會(huì)增大或減?。ㄈQ于傾斜方向）。這種變化會(huì)導(dǎo)致中心拾取電極和線個(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(cè)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(cè)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(guò)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(méi)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)的最大單一來(lái)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(lái)源．為了盡量減少這種影響，采用了剛性的外殼，井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，我們將傾角傳感麟汽接裝入外殼底座中，完全消除機(jī)械連接，把傳感器和成座變成一個(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)線性溫度系教來(lái)描述，即標(biāo)度變換率溫度系數(shù)Ks和零點(diǎn)漂移溫度系教 K z。這兩個(gè)系教涵蓋了包括傾角計(jì)電子元器件在內(nèi)的所有溫度誤差來(lái)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度-+ 70度），電解液的電導(dǎo)率變化超過(guò) 5 倍。采用比率法側(cè)量傳感器的輸出（將輸出作為輸入的百分比），Jewel公司電解液傾角計(jì)完全消除了這種影響．然而，在將傳感器作為惠斯通電橋的一部分的設(shè)計(jì)中．電解液電鐘書的變化．可能是側(cè)量誤差的主要來(lái)源。
溫度系數(shù)的定義
標(biāo)度變換率是傾角和傾角計(jì)輸出之間的比例常數(shù)。它是在工廠通過(guò)校準(zhǔn)傾角計(jì)來(lái)確定的-旋轉(zhuǎn)傾角計(jì)至一系列己知的角度，并記錄每個(gè)角度下的輸出電壓。根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的較好擬合直線的斜率即為傾角計(jì)校準(zhǔn)證書上所記求的標(biāo)度變換率Scal。實(shí)際上，每個(gè)溫度下的斜率略有不同（如圖 2 所示）。
每單位溫度變化所產(chǎn)生的斜率變化為標(biāo)度變換率溫度系數(shù)：
安裝有傾角計(jì)的結(jié)構(gòu)在沒(méi)有任何真實(shí)傾斜的情況下，溫度變化也會(huì)改變校準(zhǔn)直線的零交叉點(diǎn)（發(fā)生零點(diǎn)漂移）。在圖 2 中，零偏移電仄是Vt，它導(dǎo)致在溫度 T 時(shí)產(chǎn)生一個(gè)表觀傾角。 因此零點(diǎn)偏移電壓等于或，單位溫度變化的零點(diǎn)漂移定義為零點(diǎn)漂移的溫度系效，Kz。
溫度系數(shù)Ks和Kz在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)在兩個(gè)或更多溫度下進(jìn)行校準(zhǔn)來(lái)確定。
如何在沒(méi)有溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下盡量減小溫度引起的測(cè)量誤差？
有幾種方法可以大限度地減少溫度引起的側(cè)量誤差，而且根本不涉及任何數(shù)據(jù)處理。在許多情況下，這些方法消除了對(duì)上述溫度補(bǔ)償程序的需要：
1、減少極端溫度。
如有可能，傳感器應(yīng)當(dāng)安裝在地下或者陰涼處，把出現(xiàn)極端溫度的概率減低。如果溫度沒(méi)有變化，它們就不會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生任何影響。如果您的儀器必須安裝在陽(yáng)光直射的地方，請(qǐng)?jiān)诒３至己猛L(fēng)的同時(shí)設(shè)置遮光罩。
2、選擇淺色。
當(dāng)其他技術(shù)條件相同時(shí)，淺色傳感器的溫度會(huì)更低，因此比深色傳感器更好。
3、確定您的精度要求。
在為您的項(xiàng)目選擇傾角計(jì)之前，確定所需的精度并估計(jì)傳感器將經(jīng)歷的溫度范圍。然后從制造商那里得到需要考慮的傾角計(jì)溫度系數(shù)。按照上一節(jié)的步驟，使用溫度范圍和系數(shù)來(lái)計(jì)算潛在的誤差。如果這些誤差小于您的精度要求，則無(wú)需溫度補(bǔ)償。
4、采用機(jī)械穩(wěn)定性更好的傾角計(jì)設(shè)計(jì)。
選擇這樣一種傾角計(jì)設(shè)計(jì)，它能使傳感器本身的熱彈性變形最小。體積小巧、剛性的外殼比兩端固定的加長(zhǎng)粱設(shè)計(jì)更穩(wěn)定，而且更不容易彎曲或振動(dòng)。此外，內(nèi)部傳感器和外殼之間的機(jī)械連接越少越好。
5、采用機(jī)械穩(wěn)定性更好的安裝方法。
采用熱彈性穩(wěn)定性的安裝方法。三點(diǎn)安裝是較好的安裝方法，因?yàn)樗鼊傂愿?，并且可以防在點(diǎn)安裝中可能出現(xiàn)的彎曲和扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。把傾角計(jì)固定在結(jié)構(gòu)上的安裝螺柱（通常是螺紋桿）應(yīng)盡可能短，并且安裝螺柱的長(zhǎng)度和材料相同。在特殊情況下, 可以使用熱穩(wěn)定好，但更加昂貴的因瓦合金螺柱。
