Rimlig felkompensation avtrycksensorerär nyckeln till deras ansökan. Trycksensorer har huvudsakligen känslighetsfel, kompensationsfel, hysteresfel och linjära fel. Den här artikeln kommer att introducera mekanismerna för dessa fyra fel och deras påverkan på testresultaten. Samtidigt kommer det att införa tryckkalibreringsmetoder och applikationsexempel för att förbättra mätnoggrannheten.
För närvarande finns det ett brett utbud av sensorer på marknaden, som gör det möjligt för designingenjörer att välja de trycksensorer som krävs för systemet. Dessa sensorer inkluderar både de mest grundläggande transformatorerna och mer komplexa höga integrationssensorer med kretsar på chip. På grund av dessa skillnader måste designingenjörer sträva efter att kompensera för mätfel i trycksensorer, vilket är ett viktigt steg för att säkerställa att sensorerna uppfyller design- och applikationskraven. I vissa fall kan kompensation också förbättra den totala prestandan hos sensorer i applikationer.
De koncept som diskuteras i denna artikel är tillämpliga på design och tillämpning av olika trycksensorer, som har tre kategorier:
1. Grundläggande eller okompenserad kalibrering;
2. Det finns kalibrering och temperaturkompensation;
3. Den har kalibrering, kompensation och förstärkning.
Offset, intervallkalibrering och temperaturkompensation kan alla uppnås genom tunna filmmotståndsnätverk, som använder laserkorrigering under förpackningsprocessen. Denna sensor används vanligtvis i samband med en mikrokontroller, och den inbäddade programvaran i mikrokontrollern själv upprättar den matematiska modellen för sensorn. När mikrokontrollern har läst utspänningen kan modellen omvandla spänningen till ett tryckmätningsvärde genom omvandlingen av den analoga till digitala omvandlaren.
Den enklaste matematiska modellen för sensorer är överföringsfunktionen. Modellen kan optimeras under hela kalibreringsprocessen och dess mognad kommer att öka med ökningen av kalibreringspunkter.
Ur ett metrologiskt perspektiv har mätfel en ganska strikt definition: det kännetecknar skillnaden mellan uppmätt tryck och faktiskt tryck. Det är emellertid vanligtvis inte möjligt att direkt erhålla det faktiska trycket, men det kan uppskattas genom att använda lämpliga tryckstandarder. Metrologer använder vanligtvis instrument med en noggrannhet minst 10 gånger högre än den uppmätta utrustningen som mätstandarder.
På grund av det faktum att okalibrerade system endast kan konvertera utgångsspänning till tryck med hjälp av typisk känslighet och offsetvärden.
Detta okalibrerade initiala fel består av följande komponenter:
1. Känslighetsfel: Storleken på det genererade felet är proportionellt mot trycket. Om enhetens känslighet är högre än det typiska värdet kommer känslighetsfelet att vara en ökande funktion av tryck. Om känsligheten är lägre än det typiska värdet kommer känslighetsfelet att vara en minskande funktion av tryck. Anledningen till detta fel beror på förändringar i diffusionsprocessen.
2. Offsetfel: På grund av den konstant vertikala förskjutningen under hela tryckområdet kommer förändringar i transformatordiffusion och laserjusteringskorrigering att resultera i offsetfel.
3. Fördröjningsfel: I de flesta fall kan fördröjningsfel ignoreras helt eftersom kiselskivor har hög mekanisk styvhet. I allmänhet behöver hysteresfel endast övervägas i situationer där det är en betydande tryckförändring.
4. Linjära fel: Detta är en faktor som har en relativt liten inverkan på det första felet, vilket orsakas av den fysiska olinjäriteten hos kiselskivan. För sensorer med förstärkare bör emellertid förstärkarens olinjäritet också inkluderas. Den linjära felkurvan kan vara en konkav kurva eller en konvex kurva.
Kalibrering kan eliminera eller avsevärt minska dessa fel, medan kompensationstekniker vanligtvis kräver bestämning av parametrarna för systemets faktiska överföringsfunktion, snarare än att bara använda typiska värden. Potentiometrar, justerbara motstånd och annan hårdvara kan alla användas i kompensationsprocessen, medan programvara mer flexibelt kan implementera detta felkompensationsarbete.
Enpunktskalibreringsmetoden kan kompensera för offsetfel genom att eliminera drift vid nollpunkten för överföringsfunktionen, och denna typ av kalibreringsmetod kallas automatisk noll. Offsetkalibrering utförs vanligtvis vid nolltryck, särskilt i differentiella sensorer, eftersom differentiellt tryck vanligtvis är 0 under nominella förhållanden. För rena sensorer är kompensationskalibrering svårare eftersom det antingen kräver ett tryckläsningssystem för att mäta dess kalibrerade tryckvärde under omgivande atmosfäriska tryckförhållanden, eller en tryckkontroll för att erhålla önskat tryck.
Nolltryckskalibreringen av differentiella sensorer är mycket exakt eftersom kalibreringstrycket är strikt noll. Å andra sidan beror kalibreringsnoggrannheten när trycket inte är noll på tryckkontrollens eller mätsystemets prestanda.
Välj kalibreringstryck
Valet av kalibreringstryck är mycket viktigt eftersom det bestämmer tryckområdet som uppnår bästa noggrannhet. I själva verket, efter kalibrering, minimeras det faktiska förskjutningsfelet vid kalibreringspunkten och förblir till ett litet värde. Därför måste kalibreringspunkten väljas baserat på måltrycksområdet, och tryckområdet kanske inte överensstämmer med arbetsområdet.
För att konvertera utgångsspänningen till ett tryckvärde används vanligtvis typisk känslighet för kalibrering av en punkt i matematiska modeller eftersom den faktiska känsligheten ofta är okänd.
Efter utfört kompensationskalibrering (PCAL = 0) visar felkurvan en vertikal offset relativt den svarta kurvan som representerar felet före kalibrering.
Denna kalibreringsmetod har strängare krav och högre implementeringskostnader jämfört med en punktkalibreringsmetoden. Jämfört med punktkalibreringsmetoden kan emellertid denna metod förbättra systemets noggrannhet eftersom den inte bara kalibrerar förskjutningen utan också kalibrerar sensorns känslighet. Därför kan i felberäkning faktiska känslighetsvärden användas istället för atypiska värden.
Här utförs kalibrering under förhållanden på 0-500 megapascals (i full skala). Eftersom felet vid kalibreringspunkterna är nära noll är det särskilt viktigt att ställa in dessa punkter korrekt för att erhålla minsta mätfel inom det förväntade tryckområdet.
Vissa applikationer kräver att hög precision upprätthålls i hela tryckområdet. I dessa applikationer kan multipunktkalibreringsmetoden användas för att få de mest ideala resultaten. I multipunktkalibreringsmetoden beaktas inte bara kompensations- och känslighetsfel, utan också de flesta linjära fel beaktas. Den matematiska modellen som används här är exakt densamma som tvåstegs kalibrering för varje kalibreringsintervall (mellan två kalibreringspunkter).
Trepunktskalibrering
Som nämnts tidigare har linjärt fel en konsekvent form, och felkurvan överensstämmer med kurvan för en kvadratisk ekvation, med förutsägbar storlek och form. Detta gäller särskilt för sensorer som inte använder förstärkare, eftersom sensorns olinjäritet är grundläggande baserad på mekaniska skäl (orsakat av kiseltrycket i kiseltrycket).
Beskrivningen av linjära felegenskaper kan erhållas genom att beräkna det genomsnittliga linjära felet för typiska exempel och bestämma parametrarna för polynomfunktionen (A × 2+Bx+C). Modellen erhållen efter bestämning av A, B och C är effektiv för sensorer av samma typ. Denna metod kan effektivt kompensera för linjära fel utan behov av en tredje kalibreringspunkt.
Posttid: feb-27-2025