Розумна компенсація помилокдатчики тискує ключем до їх програми. Датчики тиску в основному мають помилку чутливості, помилка компенсації, помилка гістерезису та лінійна помилка. Ця стаття введе механізми цих чотирьох помилок та їх вплив на результати тестів. У той же час він введе методи калібрування тиску та приклади застосування для підвищення точності вимірювання.
В даний час на ринку є широкий спектр датчиків, що дозволяє інженерам дизайну вибирати датчики тиску, необхідні для системи. Ці датчики включають як найосновніші трансформатори, так і складніші датчики високої інтеграції з ланцюгами на мікросхемі. Завдяки цим відмінностям інженери дизайну повинні прагнути компенсувати помилки вимірювання в датчиках тиску, що є важливим кроком у забезпеченні того, щоб датчики відповідали вимогам дизайну та застосувань. У деяких випадках компенсація також може покращити загальну продуктивність датчиків у програмах.
Поняття, обговорені в цій статті, застосовуються до проектування та застосування різних датчиків тиску, які мають три категорії:
1. Основна або некомпенсована калібрування;
2. Існує калібрування та компенсація температури;
3. Він має калібрування, компенсацію та посилення.
Зсув, калібрування дальності та компенсація температури можуть бути досягнуті за допомогою тонких мереж резисторів плівки, які використовують лазерну корекцію під час процесу упаковки. Цей датчик зазвичай використовується спільно з мікроконтролером, і вбудоване програмне забезпечення самого мікроконтролера встановлює математичну модель датчика. Після того, як мікроконтролер зчитує вихідну напругу, модель може перетворити напругу в значення вимірювання тиску за допомогою перетворення аналого-цифрового перетворювача.
Найпростіша математична модель для датчиків - це функція передачі. Модель може бути оптимізована протягом усього процесу калібрування, і її зрілість збільшиться зі збільшенням точок калібрування.
З метрологічної точки зору, похибка вимірювання має досить суворе визначення: воно характеризує різницю між вимірюваним тиском та фактичним тиском. Однак зазвичай неможливо безпосередньо отримати фактичний тиск, але його можна оцінити за допомогою відповідних стандартів тиску. Метрологи зазвичай використовують інструменти з точністю щонайменше в 10 разів вище, ніж вимірюване обладнання як стандарти вимірювання.
Через те, що не калібровані системи можуть перетворити лише вихідну напругу в тиск, використовуючи типові значення чутливості та зміщення.
Ця непалібрована початкова помилка складається з таких компонентів:
1. Помилка чутливості: Величина створеної помилки пропорційна тиску. Якщо чутливість пристрою вище типового значення, помилка чутливості буде зростаючою функцією тиску. Якщо чутливість нижча за типове значення, помилка чутливості буде зменшувальною функцією тиску. Причина цієї помилки обумовлена змінами процесу дифузії.
2. Помилка зміщення: Завдяки постійному вертикальному зміщенню протягом усього діапазону тиску зміни дифузії трансформатора та корекції регулювання лазера призведуть до помилок компенсації.
3. Помилка відставання: У більшості випадків помилку відставання можна повністю ігнорувати, оскільки кремнієві вафлі мають високу механічну жорсткість. Як правило, помилку гістерезису потрібно враховувати лише в ситуаціях, коли спостерігається значна зміна тиску.
4. Лінійна помилка: Це фактор, який має відносно невеликий вплив на початкову помилку, що викликається фізичною нелінійністю кремнієвої пластини. Однак для датчиків з підсилювачами також слід включити нелінійність підсилювача. Крива лінійної помилки може бути увігнутою кривою або опуклою кривою.
Калібрування може усунути або значно зменшити ці помилки, тоді як методи компенсації зазвичай вимагають визначення параметрів фактичної функції передачі системи, а не просто використання типових значень. Потенціометри, регульовані резистори та інше обладнання можуть бути використані в процесі компенсації, тоді як програмне забезпечення може більш гнучко реалізувати цю роботу з компенсації помилок.
Метод калібрування однієї точки може компенсувати помилки зміщення шляхом усунення дрейфу в нульовій точці функції передачі, і цей тип методу калібрування називається автоматичним нульом. Калібрування зміщення зазвичай проводиться при нульовому тиску, особливо в диференціальних датчиках, оскільки диференціальний тиск зазвичай 0 в номінальних умовах. Для чистих датчиків калібрування компенсації складніше, оскільки воно вимагає системи зчитування тиску для вимірювання її каліброваного значення тиску в умовах атмосферного тиску атмосферного тиску, або контролер тиску для отримання потрібного тиску.
Нульовий калібрування тиску диференціальних датчиків є дуже точним, оскільки тиск калібрування суворо нульова. З іншого боку, точність калібрування, коли тиск не дорівнює нулю, залежить від продуктивності контролера тиску або вимірювальної системи.
Виберіть тиск калібрування
Вибір тиску калібрування дуже важливий, оскільки він визначає діапазон тиску, який досягає найкращої точності. Насправді, після калібрування фактична помилка зміщення мінімізується в точці калібрування і залишається за невеликим значенням. Тому точка калібрування повинна бути обрана на основі діапазону цільового тиску, а діапазон тиску може не відповідати робочому діапазоні.
Для того, щоб перетворити вихідну напругу в значення тиску, типова чутливість зазвичай використовується для калібрування одиночної точки в математичних моделях, оскільки фактична чутливість часто невідома.
Після виконання калібрування зміщення (PCAL = 0) крива помилок показує вертикальне зміщення відносно чорної кривої, що представляє помилку перед калібруванням.
Цей метод калібрування має більш жорсткі вимоги та більш високі витрати на впровадження порівняно з методом калібрування однієї точки. Однак, порівняно з методом калібрування точки, цей метод може значно підвищити точність системи, оскільки він не тільки калібрує зміщення, але й калібрує чутливість датчика. Тому при обчисленні помилок значення фактичної чутливості можуть використовуватися замість нетипових значень.
Тут калібрування проводиться в умовах 0-500 мегапаскалів (повномасштабний). Оскільки помилка в точках калібрування близька до нуля, особливо важливо правильно встановити ці точки, щоб отримати мінімальну помилку вимірювання в межах очікуваного діапазону тиску.
Деякі програми вимагають підтримки високої точності протягом усього діапазону тиску. У цих додатках для отримання найбільш ідеальних результатів може бути використаний метод калібрування багатоточкової калібрування. У методі багатоточкової калібрування враховуються не лише помилки компенсації та чутливості, але й більшість лінійних помилок враховуються. Математична модель, що використовується тут, точно така ж, як і двоступенева калібрування для кожного інтервалу калібрування (між двома точками калібрування).
Три точки калібрування
Як було сказано раніше, лінійна помилка має послідовну форму, і крива помилок відповідає кривій квадратичного рівняння з передбачуваним розміром та формою. Особливо це стосується датчиків, які не використовують підсилювачі, оскільки нелінійність датчика принципово заснована на механічних причинах (викликана тонким плівковим тиском пластину кремнію).
Опис характеристик лінійної помилки можна отримати шляхом обчислення середньої лінійної помилки типових прикладів та визначення параметрів поліномної функції (A × 2+Bx+C). Модель, отримана після визначення A, B і C, є ефективною для датчиків одного типу. Цей метод може ефективно компенсувати лінійні помилки без необхідності третьої точки калібрування.
Час посади: 27-2025 лютого