Ralat Pampasan Sensor Tekanan

Pampasan kesilapan yang munasabah sebanyakSensor tekananadalah kunci kepada permohonan mereka. Sensor tekanan terutamanya mempunyai ralat sensitiviti, ralat mengimbangi, ralat histerisis, dan ralat linear. Artikel ini akan memperkenalkan mekanisme empat kesilapan ini dan kesannya terhadap keputusan ujian. Pada masa yang sama, ia akan memperkenalkan kaedah penentukuran tekanan dan contoh aplikasi untuk meningkatkan ketepatan pengukuran.

Pada masa ini, terdapat pelbagai sensor di pasaran, yang membolehkan jurutera reka bentuk memilih sensor tekanan yang diperlukan untuk sistem. Sensor ini termasuk kedua-dua transformer yang paling asas dan sensor integrasi tinggi yang lebih kompleks dengan litar cip. Oleh kerana perbezaan ini, jurutera reka bentuk mesti berusaha untuk mengimbangi kesilapan pengukuran dalam sensor tekanan, yang merupakan langkah penting dalam memastikan sensor memenuhi keperluan reka bentuk dan aplikasi. Dalam sesetengah kes, pampasan juga boleh meningkatkan prestasi keseluruhan sensor dalam aplikasi.

Konsep yang dibincangkan dalam artikel ini boleh digunakan untuk reka bentuk dan penggunaan pelbagai sensor tekanan, yang mempunyai tiga kategori:

1. Penentukuran asas atau tidak dikompensasi;

2. Terdapat penentukuran dan pampasan suhu;

3. Ia mempunyai penentukuran, pampasan, dan penguatan.

Mengimbangi, penentukuran pelbagai, dan pampasan suhu semua boleh dicapai melalui rangkaian perintang filem nipis, yang menggunakan pembetulan laser semasa proses pembungkusan. Sensor ini biasanya digunakan bersempena dengan mikrokontroler, dan perisian tertanam mikrokontroler itu sendiri menetapkan model matematik sensor. Selepas mikrokontroler membaca voltan output, model boleh menukar voltan ke dalam nilai pengukuran tekanan melalui transformasi penukar analog-ke-digital.

Model matematik yang paling mudah untuk sensor ialah fungsi pemindahan. Model ini boleh dioptimumkan sepanjang proses penentukuran keseluruhan, dan kematangannya akan meningkat dengan peningkatan titik penentukuran.

Dari perspektif metrologi, ralat pengukuran mempunyai definisi yang agak ketat: ia mencirikan perbezaan antara tekanan yang diukur dan tekanan sebenar. Walau bagaimanapun, biasanya tidak mungkin untuk mendapatkan tekanan sebenar secara langsung, tetapi ia boleh dianggarkan dengan menggunakan piawaian tekanan yang sesuai. Ahli metrologi biasanya menggunakan instrumen dengan ketepatan sekurang -kurangnya 10 kali lebih tinggi daripada peralatan yang diukur sebagai piawaian pengukuran.

Disebabkan hakikat bahawa sistem yang tidak diselaraskan hanya boleh menukar voltan output kepada tekanan menggunakan sensitiviti biasa dan nilai offset.

Kesilapan awal yang tidak diselaraskan ini terdiri daripada komponen berikut:

1. Kesalahan sensitiviti: Besarnya ralat yang dihasilkan adalah berkadar dengan tekanan. Jika sensitiviti peranti lebih tinggi daripada nilai tipikal, ralat sensitiviti akan menjadi fungsi tekanan yang semakin meningkat. Jika sensitiviti lebih rendah daripada nilai tipikal, ralat sensitiviti akan menjadi fungsi tekanan yang semakin berkurangan. Alasan kesilapan ini adalah disebabkan oleh perubahan dalam proses penyebaran.

2. Kesilapan mengimbangi: Oleh kerana mengimbangi menegak yang berterusan di seluruh julat tekanan keseluruhan, perubahan dalam penyebaran transformer dan pembetulan pelarasan laser akan mengakibatkan kesilapan mengimbangi.

3. Kesalahan lag: Dalam kebanyakan kes, kesilapan lag boleh diabaikan sepenuhnya kerana wafer silikon mempunyai kekakuan mekanikal yang tinggi. Umumnya, kesilapan histerisis hanya perlu dipertimbangkan dalam situasi di mana terdapat perubahan yang ketara dalam tekanan.

4. Kesalahan linear: Ini adalah faktor yang mempunyai kesan yang agak kecil terhadap kesilapan awal, yang disebabkan oleh nonlineariti fizikal wafer silikon. Walau bagaimanapun, bagi sensor dengan penguat, nonlinearity penguat juga harus dimasukkan. Keluk ralat linear boleh menjadi lengkung cekung atau lengkung cembung.

Penentukuran boleh menghapuskan atau mengurangkan kesilapan ini, sementara teknik pampasan biasanya memerlukan menentukan parameter fungsi pemindahan sebenar sistem, dan bukan hanya menggunakan nilai tipikal. Potentiometer, perintang laras, dan perkakasan lain boleh digunakan dalam proses pampasan, sementara perisian dapat lebih fleksibel melaksanakan kerja pampasan ralat ini.

Kaedah penentukuran satu titik boleh mengimbangi kesilapan mengimbangi dengan menghapuskan drift pada titik sifar fungsi pemindahan, dan kaedah penentukuran jenis ini dipanggil sifar automatik. Penentukuran mengimbangi biasanya dilakukan pada tekanan sifar, terutamanya dalam sensor pembezaan, kerana tekanan pembezaan biasanya 0 di bawah keadaan nominal. Bagi sensor tulen, penentukuran mengimbangi lebih sukar kerana ia memerlukan sistem bacaan tekanan untuk mengukur nilai tekanan yang dikalibrasi di bawah keadaan tekanan atmosfera ambien, atau pengawal tekanan untuk mendapatkan tekanan yang dikehendaki.

Penentukuran tekanan sifar sensor pembezaan sangat tepat kerana tekanan penentukuran adalah sifar. Sebaliknya, ketepatan penentukuran apabila tekanan tidak sifar bergantung kepada prestasi pengawal tekanan atau sistem pengukuran.

Pilih tekanan penentukuran

Pemilihan tekanan penentukuran sangat penting kerana ia menentukan julat tekanan yang mencapai ketepatan terbaik. Malah, selepas penentukuran, ralat mengimbangi sebenar diminimumkan pada titik penentukuran dan kekal pada nilai yang kecil. Oleh itu, titik penentukuran mesti dipilih berdasarkan julat tekanan sasaran, dan julat tekanan mungkin tidak selaras dengan julat kerja.

Untuk menukar voltan output ke dalam nilai tekanan, sensitiviti tipikal biasanya digunakan untuk penentukuran titik tunggal dalam model matematik kerana kepekaan sebenar sering tidak diketahui.

Selepas melakukan penentukuran offset (pcal = 0), lengkung ralat menunjukkan mengimbangi menegak berbanding dengan lengkung hitam yang mewakili ralat sebelum penentukuran.

Kaedah penentukuran ini mempunyai keperluan yang lebih ketat dan kos pelaksanaan yang lebih tinggi berbanding dengan kaedah penentukuran satu titik. Walau bagaimanapun, berbanding dengan kaedah penentukuran titik, kaedah ini dapat meningkatkan ketepatan sistem dengan ketara kerana ia bukan sahaja menentukur mengimbangi, tetapi juga menentukur sensitiviti sensor. Oleh itu, dalam pengiraan kesilapan, nilai sensitiviti sebenar boleh digunakan dan bukannya nilai -nilai atipikal.

Di sini, penentukuran dilakukan di bawah syarat 0-500 megapascals (skala penuh). Oleh kerana kesilapan di titik penentukuran adalah hampir sifar, sangat penting untuk menetapkan titik ini dengan betul untuk mendapatkan ralat pengukuran minimum dalam julat tekanan yang dijangkakan.

Sesetengah aplikasi memerlukan ketepatan yang tinggi untuk dikekalkan di seluruh julat tekanan. Dalam aplikasi ini, kaedah penentukuran pelbagai titik boleh digunakan untuk mendapatkan hasil yang paling ideal. Dalam kaedah penentukuran pelbagai titik, bukan sahaja mengimbangi dan kesilapan sensitiviti dipertimbangkan, tetapi juga kesilapan linear diambil kira. Model matematik yang digunakan di sini adalah sama dengan penentukuran dua peringkat untuk setiap selang penentukuran (antara dua titik penentukuran).

Tiga titik penentukuran

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ralat linear mempunyai bentuk yang konsisten, dan lengkung ralat mematuhi lengkung persamaan kuadrat, dengan saiz dan bentuk yang boleh diramal. Hal ini terutama berlaku untuk sensor yang tidak menggunakan penguat, kerana ketiadaan sensor secara asasnya berdasarkan sebab -sebab mekanikal (disebabkan oleh tekanan filem nipis wafer silikon).

Keterangan ciri -ciri ralat linear boleh diperolehi dengan mengira kesilapan linear purata contoh biasa dan menentukan parameter fungsi polinomial (A × 2+Bx+C). Model yang diperolehi selepas menentukan A, B, dan C adalah berkesan untuk sensor jenis yang sama. Kaedah ini secara berkesan dapat mengimbangi kesilapan linear tanpa memerlukan titik penentukuran ketiga.