Разумна компензација на грешка насензори за притисоке клучот за нивната апликација. Сензорите за притисок главно имаат грешка во чувствителноста, грешка во неутрализирање, грешка во хистереза и линеарна грешка. Оваа статија ќе ги воведе механизмите на овие четири грешки и нивното влијание врз резултатите од тестот. Во исто време, ќе воведе методи за калибрација на притисок и примери на примена за подобрување на точноста на мерењето.
Во моментов, на пазарот има широк спектар на сензори, што им овозможува на инженерите за дизајн да ги изберат сензорите за притисок потребни за системот. Овие сензори вклучуваат и најосновни трансформатори и посложени сензори за висока интеграција со кола на чипови. Поради овие разлики, инженерите за дизајн мора да се обидат да ги компензираат грешките во мерењето во сензорите за притисок, што е важен чекор во обезбедувањето на сензорите да ги исполнуваат барањата за дизајн и примена. Во некои случаи, компензацијата може да ги подобри и целокупните перформанси на сензорите во апликациите.
Концептите дискутирани во овој напис се применуваат за дизајнирање и примена на разни сензори за притисок, кои имаат три категории:
1. Основна или некомплицирана калибрација;
2. Постои калибрација и компензација на температурата;
3. Има калибрација, компензација и засилување.
Офсет, калибрација на опсегот и компензација на температурата може да се постигнат преку мрежите со тенки филмови, кои користат ласерска корекција за време на процесот на пакување. Овој сензор обично се користи во комбинација со микроконтролер, а вградениот софтвер на самиот микроконтролер го воспоставува математичкиот модел на сензорот. Откако микроконтролерот го прочита излезниот напон, моделот може да го претвори напонот во вредност за мерење на притисок преку трансформација на аналогно-дигиталниот конвертор.
Наједноставниот математички модел за сензори е функцијата за трансфер. Моделот може да се оптимизира во текот на целиот процес на калибрација, а неговата зрелост ќе се зголеми со зголемувањето на точките за калибрација.
Од метролошка перспектива, грешката во мерењето има прилично строга дефиниција: ја карактеризира разликата помеѓу измерениот притисок и реалниот притисок. Сепак, обично не е можно директно да се добие вистинскиот притисок, но може да се процени со употреба на соодветни стандарди за притисок. Метролозите обично користат инструменти со точност најмалку 10 пати поголема од измерената опрема како стандарди за мерење.
Поради фактот дека некалибрираните системи можат да го претворат излезниот напон во притисок користејќи типична чувствителност и вредности на неутрализирање.
Оваа нелибрирана почетна грешка се состои од следниве компоненти:
1. Грешка во чувствителноста: Големината на генерираната грешка е пропорционална со притисокот. Ако чувствителноста на уредот е поголема од типичната вредност, грешката во чувствителноста ќе биде зголемена функција на притисок. Ако чувствителноста е помала од типичната вредност, грешката во чувствителноста ќе биде намалена функција на притисок. Причината за оваа грешка се должи на промените во процесот на дифузија.
2.
3. Општо, грешката во хистерезата само треба да се земе предвид во ситуации кога има значителна промена во притисокот.
4. Линеарна грешка: Ова е фактор што има релативно мало влијание врз почетната грешка, што е предизвикано од физичката нелинеарност на силиконскиот нафора. Сепак, за сензорите со засилувачи, треба да биде вклучена и нелинеарност на засилувачот. Линеарната крива на грешка може да биде конкавна крива или конвексна крива.
Калибрацијата може да ги елиминира или во голема мерка да ги намали овие грешки, додека техниките за компензација обично бараат одредување на параметрите на вистинската функција за пренесување на системот, наместо едноставно да се користат типични вредности. Потенциометрите, прилагодливите отпорници и другиот хардвер може да се користат во процесот на компензација, додека софтверот може пофлексибилно да ја спроведе оваа работа за компензација на грешки.
Методот за калибрација на една точка може да ги компензира грешките во неутрализирање со елиминирање на наносот на нулта точка на функцијата за трансфер, а овој вид метод на калибрација се нарекува автоматско нулта. Калибрацијата на неутрализирање обично се изведува при нула притисок, особено кај диференцијалните сензори, бидејќи диференцијалниот притисок е обично 0 под номинални услови. За чистите сензори, калибрацијата на неутрализирање е потешка затоа што или бара систем за читање на притисок за мерење на неговата калибрирана вредност на притисокот под услови на амбиентален атмосферски притисок или контролер на притисок за да се добие посакуваниот притисок.
Калибрацијата на нулта притисок на диференцијалните сензори е многу точна затоа што притисокот на калибрација е строго нула. Од друга страна, точноста на калибрацијата кога притисокот не е нула зависи од перформансите на контролорот на притисок или системот за мерење.
Изберете притисок за калибрација
Изборот на притисок за калибрација е многу важен бидејќи го одредува опсегот на притисок што ја постигнува најдобрата точност. Всушност, по калибрацијата, вистинската грешка во офсет е минимизирана на точката на калибрација и останува со мала вредност. Затоа, точката на калибрација мора да биде избрана врз основа на опсегот на целниот притисок, а опсегот на притисок може да не биде во согласност со работниот опсег.
Со цел да се претвори излезниот напон во вредност на притисок, типичната чувствителност обично се користи за калибрација на единечна точка кај математички модели затоа што вистинската чувствителност е често непозната.
По извршувањето на калибрацијата на офсет (PCAL = 0), кривата на грешка покажува вертикално неутрализирање во однос на црната крива што ја претставува грешката пред калибрацијата.
Овој метод на калибрација има построги барања и повисоки трошоци за имплементација во споредба со методот на калибрација на една точка. Како и да е, во споредба со методот на калибрација на точката, овој метод може значително да ја подобри точноста на системот затоа што не само што го калибрира неутрализирањето, туку и ја калибрира чувствителноста на сензорот. Затоа, во пресметката на грешки, може да се користат вистински вредности на чувствителност наместо атипични вредности.
Овде, калибрацијата се изведува под услови од 0-500 мегапаскали (целосен обем). Бидејќи грешката во точките за калибрација е близу до нула, особено е важно правилно да се постават овие точки со цел да се добие минимална грешка во мерењето во очекуваниот опсег на притисок.
Некои апликации бараат голема прецизност да се одржува во текот на целиот опсег на притисок. Во овие апликации, методот за калибрација на повеќе точки може да се користи за да се добијат најидеални резултати. Во методот на калибрација на повеќе точки, не само што се разгледуваат грешките во неутрализирање и чувствителност, туку се земени предвид и повеќето линеарни грешки. Математичкиот модел што се користи овде е точно ист како и двостепената калибрација за секој интервал на калибрација (помеѓу две точки на калибрација).
Калибрација на три точки
Како што споменавме порано, линеарната грешка има конзистентна форма, а кривата на грешка е во согласност со кривата на квадратната равенка, со предвидлива големина и форма. Ова е особено точно за сензорите кои не користат засилувачи, бидејќи нелинеарноста на сензорот е фундаментално заснована на механички причини (предизвикано од тенкиот филм притисок на силиконскиот нафта).
Описот на линеарните карактеристики на грешка може да се добие со пресметување на просечната линеарна грешка на типични примери и одредување на параметрите на полиномската функција (× 2+Bx+C). Моделот добиен по утврдувањето на A, B и C е ефикасен за сензори од ист тип. Овој метод може ефикасно да ги компензира линеарните грешки без потреба од трета точка за калибрација.
Време на објавување: февруари-27-2025 година