Разумно компенсация на грешки насензори за наляганее ключът към тяхното приложение. Сензорите за налягане имат основно грешка в чувствителността, грешка в компенсиране, грешка в хистерезис и линейна грешка. Тази статия ще въведе механизмите на тези четири грешки и тяхното въздействие върху резултатите от тестовете. В същото време той ще въведе методи за калибриране на налягането и примери за приложение, за да подобри точността на измерване.
Понастоящем на пазара има голямо разнообразие от сензори, което позволява на дизайнерските инженери да избират сензорите за налягане, необходими за системата. Тези сензори включват както най-основните трансформатори, така и по-сложни сензори за висока интеграция с вериги на чип. Поради тези разлики, дизайнерските инженери трябва да се стремят да компенсират грешките в измерването в сензорите за налягане, което е важна стъпка за гарантиране, че сензорите отговарят на изискванията за проектиране и приложение. В някои случаи компенсацията може да подобри и общата производителност на сензорите в приложенията.
Концепциите, обсъдени в тази статия, са приложими за проектирането и прилагането на различни сензори за налягане, които имат три категории:
1. Основно или некомпенсирано калибриране;
2. Има компенсация на калибриране и температура;
3. Той има калибриране, компенсация и усилване.
Отместването, калибрирането на обхвата и компенсацията на температурата могат да бъдат постигнати чрез тънки филмови резисторни мрежи, които използват лазерна корекция по време на процеса на опаковане. Този сензор обикновено се използва заедно с микроконтролер, а вграденият софтуер на самия микроконтролер установява математическия модел на сензора. След като микроконтролерът чете изходното напрежение, моделът може да преобразува напрежението в стойност на измерване на налягането чрез трансформация на аналогово-цифровия преобразувател.
Най -простият математически модел за сензорите е функцията за прехвърляне. Моделът може да бъде оптимизиран през целия процес на калибриране и неговата зрялост ще се увеличи с увеличаването на точките за калибриране.
От метрологична гледна точка грешката в измерването има доста строга дефиниция: тя характеризира разликата между измереното налягане и действителното налягане. Обикновено обаче не е възможно директно да се получи действителното налягане, но може да бъде оценено чрез използване на подходящи стандарти за налягане. Метролозите обикновено използват инструменти с точност поне 10 пъти по -високи от измереното оборудване като стандарти за измерване.
Поради факта, че нехалибрираните системи могат да преобразуват изходното напрежение само в налягане, използвайки типична чувствителност и стойности на компенсиране.
Тази нецилибрирана първоначална грешка се състои от следните компоненти:
1. Грешка на чувствителността: величината на генерираната грешка е пропорционална на налягането. Ако чувствителността на устройството е по -висока от типичната стойност, грешката на чувствителността ще бъде нарастваща функция на налягането. Ако чувствителността е по -ниска от типичната стойност, грешката на чувствителността ще бъде намаляваща функция на налягането. Причината за тази грешка се дължи на промени в процеса на дифузия.
2. Грешка в компенсиране: Поради постоянното вертикално компенсиране в целия диапазон на налягането промените в дифузията на трансформатора и корекцията на регулиране на лазера ще доведат до грешки в компенсиране.
3. Грешка в изоставането: В повечето случаи грешката в изоставането може да бъде напълно игнорирана, тъй като силиконовите вафли имат висока механична коравина. По принцип грешката в хистерезис трябва да се разглежда само в ситуации, когато има значителна промяна в налягането.
4. Линейна грешка: Това е фактор, който има сравнително малко влияние върху първоначалната грешка, която се причинява от физическата нелинейност на силициевата вафла. Въпреки това, за сензори с усилватели обаче трябва да се включи и нелинейността на усилвателя. Линейната крива на грешка може да бъде вдлъбнато крива или изпъкнала крива.
Калибрирането може да премахне или значително да намали тези грешки, докато техниките за компенсация обикновено изискват определяне на параметрите на действителната функция за прехвърляне на системата, а не просто да използват типични стойности. Потенциометри, регулируеми резистори и друг хардуер могат да бъдат използвани в процеса на компенсация, докато софтуерът може по -гъвкаво да внедри тази работа за компенсация на грешки.
Методът за калибриране с една точка може да компенсира грешките на компенсиране чрез елиминиране на дрейфа в нулевата точка на функцията за прехвърляне и този тип метод за калибриране се нарича автоматично нула. Калибрирането на компенсиране обикновено се извършва при нулево налягане, особено при диференциални сензори, тъй като диференциалното налягане обикновено е 0 при номинални условия. За чистите сензори калибрирането на компенсиране е по -трудно, тъй като или изисква система за отчитане на налягането, за да се измери неговата калибрирана стойност на налягането при атмосферни условия на атмосферно налягане или контролер на налягане, за да се получи желаното налягане.
Калибрирането на нулевото налягане на диференциалните сензори е много точно, тъй като налягането на калибриране е строго нулево. От друга страна, точността на калибриране, когато налягането не е нула, зависи от работата на контролера на налягането или измервателната система.
Изберете налягане в калибриране
Изборът на налягане в калибриране е много важен, тъй като определя диапазона на налягане, който постига най -добра точност. Всъщност, след калибриране, действителната грешка на отместването е сведена до минимум в точката на калибриране и остава на малка стойност. Следователно, точката на калибриране трябва да бъде избрана въз основа на обхвата на целевото налягане и диапазонът на налягането може да не е съобразен с работния диапазон.
За да се преобразува изходното напрежение в стойност на налягането, типичната чувствителност обикновено се използва за калибриране на единична точка в математически модели, тъй като действителната чувствителност често е неизвестна.
След извършване на офсет калибриране (PCAL = 0), кривата на грешки показва вертикално изместване спрямо черната крива, представляваща грешката преди калибриране.
Този метод за калибриране има по -строги изисквания и по -високи разходи за изпълнение в сравнение с метода за калибриране с една точка. Въпреки това, в сравнение с метода за калибриране на точките, този метод може значително да подобри точността на системата, тъй като не само калибрира отместването, но и калибрира чувствителността на сензора. Следователно при изчисляване на грешки действителните стойности на чувствителност могат да се използват вместо нетипични стойности.
Тук калибрирането се извършва при условия от 0-500 мегапаскали (пълен мащаб). Тъй като грешката в точките за калибриране е близо до нула, е особено важно правилно да се зададат тези точки, за да се получи минималната грешка в измерването в рамките на очаквания диапазон на налягане.
Някои приложения изискват да се поддържа висока точност в целия диапазон на налягането. В тези приложения методът за калибриране с много точки може да се използва за получаване на най-идеални резултати. В многоточковия метод за калибриране се вземат предвид не само компенсиране и грешки в чувствителността, но и повечето линейни грешки се вземат предвид. Използваният тук математически модел е абсолютно същият като двуетапното калибриране за всеки интервал на калибриране (между две точки за калибриране).
Триточково калибриране
Както бе споменато по -рано, линейната грешка има последователна форма и кривата на грешки съответства на кривата на квадратично уравнение, с предвидим размер и форма. Това важи особено за сензорите, които не използват усилватели, тъй като нелинейността на сензора се основава фундаментално на механични причини (причинено от налягането на тънките филми на силициевата вафла).
Описанието на линейните характеристики на грешките може да бъде получено чрез изчисляване на средната линейна грешка на типичните примери и определяне на параметрите на полиномната функция (A × 2+Bx+C). Моделът, получен след определяне на A, B и C, е ефективен за сензори от същия тип. Този метод може ефективно да компенсира линейните грешки, без да е необходима трета точка на калибриране.
Време за публикация: 27-2025 февруари