Rimelig feilkompensasjon avtrykksensorerer nøkkelen til søknaden deres. Trykksensorer har hovedsakelig følsomhetsfeil, forskyvningsfeil, hysteresefeil og lineær feil. Denne artikkelen vil introdusere mekanismene til disse fire feilene og deres innvirkning på testresultatene. Samtidig vil den introdusere trykkkalibreringsmetoder og applikasjonseksempler for å forbedre målingens nøyaktighet.
For tiden er det et bredt utvalg av sensorer på markedet, som lar designingeniører velge trykksensorer som kreves for systemet. Disse sensorene inkluderer både de mest grunnleggende transformatorene og mer komplekse høyintegrasjonssensorer med kretsløp på chip. På grunn av disse forskjellene, må designingeniører strebe etter å kompensere for målefeil i trykksensorer, noe som er et viktig skritt for å sikre at sensorene oppfyller design- og applikasjonskrav. I noen tilfeller kan kompensasjon også forbedre den samlede ytelsen til sensorer i applikasjoner.
Konseptene som er omtalt i denne artikkelen, gjelder utforming og anvendelse av forskjellige trykksensorer, som har tre kategorier:
1. Grunnleggende eller ukompensert kalibrering;
2. Det er kalibrering og temperaturkompensasjon;
3. Det har kalibrering, kompensasjon og forsterkning.
Offset, rekkevidde kalibrering og temperaturkompensasjon kan alle oppnås gjennom tynnfilmmotstandsnettverk, som bruker laserkorreksjon under emballasjeprosessen. Denne sensoren brukes vanligvis i forbindelse med en mikrokontroller, og den innebygde programvaren til mikrokontrolleren etablerer selve den matematiske modellen til sensoren. Etter at mikrokontrolleren har lest utgangsspenningen, kan modellen konvertere spenningen til en trykkmålingsverdi gjennom transformasjonen av den analog-til-digitale omformeren.
Den enkleste matematiske modellen for sensorer er overføringsfunksjonen. Modellen kan optimaliseres gjennom hele kalibreringsprosessen, og dens modenhet vil øke med økningen av kalibreringspunktene.
Fra et metrologisk perspektiv har målefeil en ganske streng definisjon: den kjennetegner forskjellen mellom målt trykk og faktisk trykk. Imidlertid er det vanligvis ikke mulig å direkte oppnå det faktiske trykket, men det kan estimeres ved å bruke passende trykkstandarder. Metrologer bruker vanligvis instrumenter med en nøyaktighet minst 10 ganger høyere enn det målte utstyret som målestandarder.
På grunn av det faktum at ukalibrerte systemer bare kan konvertere utgangsspenningen til trykk ved bruk av typisk følsomhet og forskyvningsverdier.
Denne ukalibrerte innledende feilen består av følgende komponenter:
1. Følsomhetsfeil: Størrelsen på feilen som genereres er proporsjonal med trykket. Hvis følsomheten til enheten er høyere enn den typiske verdien, vil følsomhetsfeilen være en økende funksjon av trykket. Hvis følsomheten er lavere enn den typiske verdien, vil følsomhetsfeilen være en synkende funksjon av trykket. Årsaken til denne feilen skyldes endringer i diffusjonsprosessen.
2. Offsetfeil: På grunn av den konstante vertikale forskyvningen i hele trykkområdet, vil endringer i transformatordiffusjon og laserjusteringskorrigering resultere i forskyvningsfeil.
3. Lagfeil: I de fleste tilfeller kan forsinkelsesfeil ignoreres fullstendig fordi silisiumskiver har høy mekanisk stivhet. Generelt må hysteresefeil bare vurderes i situasjoner der det er en betydelig endring i press.
4. Lineær feil: Dette er en faktor som har en relativt liten innvirkning på den første feilen, som er forårsaket av den fysiske ikke -lineariteten til silisiumskiven. For sensorer med forsterkere, bør imidlertid ikke -lineariteten til forsterkeren inkluderes. Den lineære feilkurven kan være en konkav kurve eller en konveks kurve.
Kalibrering kan eliminere eller redusere disse feilene kraftig, mens kompensasjonsteknikker vanligvis krever å bestemme parametrene for den faktiske overføringsfunksjonen til systemet, i stedet for bare å bruke typiske verdier. Potensiometre, justerbare motstander og annen maskinvare kan alle brukes i kompensasjonsprosessen, mens programvare mer fleksibelt kan implementere dette feilkompensasjonsarbeidet.
Den ene punktkalibreringsmetoden kan kompensere for forskyvningsfeil ved å eliminere drift ved nullpunktet for overføringsfunksjonen, og denne typen kalibreringsmetode kalles automatisk null. Offset kalibrering utføres vanligvis ved null trykk, spesielt i differensialsensorer, da differensialtrykk typisk er 0 under nominelle forhold. For rene sensorer er forskyvningskalibrering vanskeligere fordi det enten krever et trykkavlesningssystem for å måle dets kalibrerte trykkverdi under omgivende atmosfæriske trykkforhold, eller en trykkkontroller for å oppnå ønsket trykk.
Nulltrykkskalibreringen av differensialsensorer er veldig nøyaktig fordi kalibreringstrykket er strengt null. På den annen side avhenger kalibreringsnøyaktigheten når trykket ikke er null av ytelsen til trykkkontrolleren eller målesystemet.
Velg kalibreringstrykk
Valget av kalibreringstrykk er veldig viktig, da det bestemmer trykkområdet som oppnår den beste nøyaktigheten. Faktisk, etter kalibrering, minimeres den faktiske forskyvningsfeilen ved kalibreringspunktet og forblir til en liten verdi. Derfor må kalibreringspunktet velges basert på måltrykksområdet, og trykkområdet er kanskje ikke i samsvar med arbeidsområdet.
For å konvertere utgangsspenningen til en trykkverdi, brukes typisk følsomhet vanligvis for kalibrering av enkeltpunkt i matematiske modeller fordi den faktiske følsomheten ofte er ukjent.
Etter å ha utført forskyvning av kalibrering (PCAL = 0), viser feilkurven en vertikal forskyvning i forhold til den svarte kurven som representerer feilen før kalibrering.
Denne kalibreringsmetoden har strengere krav og høyere implementeringskostnader sammenlignet med den ene punktkalibreringsmetoden. Sammenlignet med punktkalibreringsmetoden, kan denne metoden imidlertid forbedre nøyaktigheten til systemet fordi den ikke bare kalibrerer forskyvningen, men også kalibrerer sensorenes følsomhet. Derfor, i feilberegning, kan faktiske følsomhetsverdier brukes i stedet for atypiske verdier.
Her utføres kalibrering under forhold på 0-500 megapascals (full skala). Siden feilen ved kalibreringspunktene er nær null, er det spesielt viktig å sette disse punktene riktig for å oppnå minimums målefeil innenfor det forventede trykkområdet.
Noen applikasjoner krever høy presisjon for å opprettholdes gjennom hele trykkområdet. I disse applikasjonene kan flerpunkts kalibreringsmetoden brukes til å oppnå de mest ideelle resultatene. I flerpunkts kalibreringsmetoden blir ikke bare forskyvnings- og følsomhetsfeil vurdert, men også de fleste lineære feil tas i betraktning. Den matematiske modellen som brukes her er nøyaktig den samme som totrinns kalibrering for hvert kalibreringsintervall (mellom to kalibreringspunkter).
Tre punkts kalibrering
Som nevnt tidligere har lineær feil en jevn form, og feilkurven samsvarer med kurven for en kvadratisk ligning, med forutsigbar størrelse og form. Dette gjelder spesielt for sensorer som ikke bruker forsterkere, da sensoren ikke -lineariteten er grunnleggende basert på mekaniske årsaker (forårsaket av det tynne filmtrykket til silisiumskiven).
Beskrivelsen av lineære feilegenskaper kan oppnås ved å beregne den gjennomsnittlige lineære feilen til typiske eksempler og bestemme parametrene for polynomfunksjonen (A × 2+BX+C). Modellen oppnådd etter å ha bestemt A, B og C er effektiv for sensorer av samme type. Denne metoden kan effektivt kompensere for lineære feil uten behov for et tredje kalibreringspunkt.
Post Time: Feb-27-2025