数字压力表冬天读数偏、夏天又回不来,是 ADC 的问题吗?

"同一块数字压力表,冬天和夏天读数差好几个字,是不是里面的 ADC 不行?采样快慢按什么定?"这类问题几乎都出在信号链的温漂与采样设置上,而非某个器件失效。

一、Δ-Σ ADC 在压力表里的角色

敏感元件输出的是毫伏级或皮法级信号。Δ-Σ 型 ADC 的结构是:调制器把输入变成高速一位比特流,再由数字抽取滤波器低通抽取,输出多位结果。它用过采样率 OSR 换分辨率:OSR 提高,量化噪声被整形到高频段并被滤掉,有效位数上升,但刷新率同步下降。

二、标称位数不等于有效位数

  • 标称位数是输出码宽,真正可用的是有效位数 ENOB 或无噪声分辨率,受 PGA 增益、参考电压噪声、抽取率共同影响
  • 提高 PGA 增益可压低 ADC 自身噪声,但会压缩输入范围,需重新核算满量程与过载余量
  • 抽取率决定刷新率:压力表常用几 SPS 到几十 SPS,OSR 过高时只能得到个位数 SPS

三、温漂的三个来源

  1. 参考电压温漂:单位是 ppm/℃,它按比例直接反映在读数上
  2. 敏感元件本身的灵敏度温漂与零点温漂:由材料与工艺决定,属固有项
  3. ADC 输入失调温漂:Δ-Σ 调制器失调本身较小,配合斩波稳零可进一步压低失调及其温漂

四、工程上的处理办法

  • 比例测量(ratiometric)结构:激励桥路与 ADC 参考取自同一基准源,参考电压自身的漂移在比值中被抗衡
  • 内置温度传感器做补偿:常温、低温、高温多点标定后,用分段线性或多项式修正零点与灵敏度
  • 工频抑制:把输出速率设为 50 Hz 或 60 Hz 的整数分频,利用抽取滤波器的陷波点压低工频串扰

五、采样率的权衡

稳态压力测量追求低噪声,可牺牲刷新率;脉动或冲击压力则需足够的采样率,否则峰值会被平滑掉。工程上按被测压力的变化频率选择输出速率,必要时配合外部高速采样与软件平均。检定依据 JJG 875《数字压力计》检定规程,周期一般不超过一年。通用原则:按介质、精度等级与工作温度范围确定仪表类型与补偿方案。