Redelijke foutcompensatie vandruksensorenis de sleutel tot hun toepassing. Druksensoren hebben voornamelijk gevoeligheidsfout, offset -fout, hysteresisfout en lineaire fout. Dit artikel introduceert de mechanismen van deze vier fouten en hun impact op testresultaten. Tegelijkertijd zal het drukkalibratiemethoden en toepassingsvoorbeelden introduceren om de meetnauwkeurigheid te verbeteren.
Momenteel zijn er een breed scala aan sensoren op de markt, waarmee ontwerpingenieurs de druksensoren kunnen kiezen die nodig zijn voor het systeem. Deze sensoren omvatten zowel de meest elementaire transformatoren als meer complexe hoge integratiesensoren met on-chip circuits. Vanwege deze verschillen moeten ontwerpingenieurs ernaar streven om meetfouten in druksensoren te compenseren, wat een belangrijke stap is om ervoor te zorgen dat de sensoren voldoen aan ontwerp- en toepassingsvereisten. In sommige gevallen kan compensatie ook de algehele prestaties van sensoren in toepassingen verbeteren.
De in dit artikel besproken concepten zijn van toepassing op het ontwerp en de toepassing van verschillende druksensoren, die drie categorieën hebben:
1. Basis of niet -gecompenseerde kalibratie;
2. Er is kalibratie- en temperatuurcompensatie;
3. Het heeft kalibratie, compensatie en versterking.
Offset, bereikkalibratie en temperatuurcompensatie kunnen allemaal worden bereikt via dunne filmweerstandnetwerken, die lasercorrectie gebruiken tijdens het verpakkingsproces. Deze sensor wordt meestal gebruikt in combinatie met een microcontroller en de ingebedde software van de microcontroller zelf vestigt het wiskundige model van de sensor. Nadat de microcontroller de uitgangsspanning heeft gelezen, kan het model de spanning omzetten in een drukmeetwaarde door de transformatie van de analoog-naar-digitale converter.
Het eenvoudigste wiskundige model voor sensoren is de overdrachtsfunctie. Het model kan gedurende het gehele kalibratieproces worden geoptimaliseerd en de looptijd ervan zal toenemen met de toename van de kalibratiepunten.
Vanuit een metrologisch perspectief heeft meetfout een vrij strikte definitie: het karakteriseert het verschil tussen gemeten druk en werkelijke druk. Het is echter meestal niet mogelijk om de werkelijke druk direct te verkrijgen, maar het kan worden geschat met behulp van de juiste drukstandaarden. Metrologen gebruiken meestal instrumenten met een nauwkeurigheid die ten minste 10 keer hoger is dan de gemeten apparatuur als meetnormen.
Vanwege het feit dat niet -gekalibreerde systemen alleen de uitgangsspanning kunnen omzetten in druk met behulp van typische gevoeligheid en offsetwaarden.
Deze niet -gekalibreerde initiële fout bestaat uit de volgende componenten:
1. Gevoeligheidsfout: de grootte van de gegenereerde fout is evenredig met de druk. Als de gevoeligheid van het apparaat hoger is dan de typische waarde, is de gevoeligheidsfout een toenemende functie van druk. Als de gevoeligheid lager is dan de typische waarde, is de gevoeligheidsfout een afnemende functie van druk. De reden voor deze fout is te wijten aan veranderingen in het diffusieproces.
2. Offset -fout: vanwege de constante verticale offset gedurende het gehele drukbereik, zullen veranderingen in transformatordiffusie en laseraanpassingscorrectie resulteren in offset -fouten.
3. Lagfout: in de meeste gevallen kan de lag -fout volledig worden genegeerd omdat siliciumwafels een hoge mechanische stijfheid hebben. Over het algemeen hoeft hysteresefout alleen te worden overwogen in situaties waarin een significante verandering in druk is.
4. Lineaire fout: dit is een factor die een relatief kleine impact heeft op de initiële fout, die wordt veroorzaakt door de fysieke niet -lineariteit van de siliciumwafel. Voor sensoren met versterkers moet echter ook de niet -lineariteit van de versterker worden opgenomen. De lineaire foutcurve kan een concave curve of een convexe curve zijn.
Kalibratie kan deze fouten elimineren of aanzienlijk verminderen, terwijl compensatietechnieken doorgaans de parameters van de werkelijke overdrachtsfunctie van het systeem moeten bepalen, in plaats van alleen typische waarden te gebruiken. Potentiometers, verstelbare weerstanden en andere hardware kunnen allemaal worden gebruikt in het compensatieproces, terwijl software deze foutcompensatiewerk flexibeler kan implementeren.
De kalibratiemethode voor één punt kan compenseren voor offsetfouten door drift op het nulpunt van de overdrachtsfunctie te elimineren, en dit type kalibratiemethode wordt automatische nuling genoemd. Offset -kalibratie wordt meestal uitgevoerd bij nuldruk, vooral in differentiële sensoren, omdat differentiële druk typisch 0 is onder nominale omstandigheden. Voor zuivere sensoren is offset -kalibratie moeilijker omdat het een druk leessysteem vereist om de gekalibreerde drukwaarde te meten onder omgevingsmosferische drukomstandigheden, of een drukcontroller om de gewenste druk te verkrijgen.
De nul drukkalibratie van differentiële sensoren is zeer nauwkeurig omdat de kalibratiedruk strikt nul is. Aan de andere kant hangt de kalibratienauwkeurigheid wanneer de druk niet nul is, afhankelijk van de prestaties van de drukcontroller of meetsysteem.
Selecteer kalibratiedruk
De selectie van kalibratiedruk is erg belangrijk omdat het het drukbereik bepaalt dat de beste nauwkeurigheid bereikt. Na kalibratie wordt de werkelijke offsetfout zelfs geminimaliseerd op het kalibratiepunt en blijft het op een kleine waarde. Daarom moet het kalibratiepunt worden geselecteerd op basis van het doeldrukbereik en is het drukbereik mogelijk niet consistent met het werkbereik.
Om de uitgangsspanning om te zetten in een drukwaarde, wordt typische gevoeligheid meestal gebruikt voor kalibratie van één punt in wiskundige modellen omdat de werkelijke gevoeligheid vaak onbekend is.
Na het uitvoeren van offset -kalibratie (PCAL = 0) toont de foutcurve een verticale offset ten opzichte van de zwarte curve die de fout weergeeft vóór kalibratie.
Deze kalibratiemethode heeft strengere vereisten en hogere implementatiekosten in vergelijking met de kalibratiemethode van één punt. In vergelijking met de puntkalibratiemethode kan deze methode echter de nauwkeurigheid van het systeem aanzienlijk verbeteren omdat het niet alleen de offset kalibreert, maar ook de gevoeligheid van de sensor kalibreert. Daarom kunnen bij foutberekening werkelijke gevoeligheidswaarden worden gebruikt in plaats van atypische waarden.
Hier wordt kalibratie uitgevoerd onder omstandigheden van 0-500 megapascals (volledige schaal). Omdat de fout op de kalibratiepunten bijna nul is, is het met name belangrijk om deze punten correct in te stellen om de minimale meetfout binnen het verwachte drukbereik te verkrijgen.
Sommige toepassingen vereisen dat een hoge precisie over het gehele drukbereik wordt gehandhaafd. In deze toepassingen kan de multi-point kalibratiemethode worden gebruikt om de meest ideale resultaten te verkrijgen. In de multi-point kalibratiemethode worden niet alleen offset- en gevoeligheidsfouten overwogen, maar ook met de meeste lineaire fouten worden rekening gehouden. Het wiskundige model dat hier wordt gebruikt, is exact hetzelfde als de tweetrapskalibratie voor elk kalibratie-interval (tussen twee kalibratiepunten).
Driepuntkalibratie
Zoals eerder vermeld, heeft lineaire fout een consistente vorm, en de foutcurve voldoet aan de curve van een kwadratische vergelijking, met voorspelbare grootte en vorm. Dit geldt met name voor sensoren die geen versterkers gebruiken, omdat de niet -lineariteit van de sensor fundamenteel is gebaseerd op mechanische redenen (veroorzaakt door de dunne filmdruk van de siliciumwafer).
De beschrijving van lineaire foutkarakteristieken kan worden verkregen door de gemiddelde lineaire fout van typische voorbeelden te berekenen en de parameters van de polynoomfunctie te bepalen (a × 2+bx+c). Het model verkregen na het bepalen van A, B en C is effectief voor sensoren van hetzelfde type. Deze methode kan lineaire fouten effectief compenseren zonder dat een derde kalibratiepunt nodig is.
Posttijd: 27-2025