A nyomásérzékelő hiba kompenzációja

Ésszerű hiba -kompenzációnyomásérzékelőkaz alkalmazásuk kulcsa. A nyomásérzékelőknek elsősorban érzékenységi hibája, eltolási hibája, hiszterézis hibája és lineáris hibája van. Ez a cikk bemutatja e négy hiba mechanizmusait és azok hatását a teszt eredményeire. Ugyanakkor a mérési pontosság javítása érdekében bevezeti a nyomás kalibrációs módszereket és az alkalmazási példákat.

Jelenleg sokféle érzékelő található a piacon, amely lehetővé teszi a tervező mérnökök számára, hogy a rendszerhez szükséges nyomásérzékelőket válasszák. Ezek az érzékelők magukban foglalják mind a legalapvetőbb transzformátorokat, mind a bonyolultabb, nagy integrációs érzékelőket a chip-áramkörökkel. Ezen különbségek miatt a tervezőmérnököknek törekedniük kell a nyomásérzékelők mérési hibáinak kompenzálására, ami fontos lépés annak biztosításában, hogy az érzékelők megfeleljenek a tervezési és alkalmazási követelményeknek. Egyes esetekben a kompenzáció javíthatja az érzékelők általános teljesítményét az alkalmazásokban is.

A cikkben tárgyalt fogalmak alkalmazhatók a különféle nyomásérzékelők tervezésére és alkalmazására, amelyeknek három kategóriája van:

1. Alapvető vagy kompenzált kalibrálás;

2. Kalibrálás és hőmérsékleti kompenzáció van;

3. Kalibrálás, kompenzáció és amplifikáció van.

Az eltolás, a tartomány kalibrálása és a hőmérséklet -kompenzáció mind vékonyréteg -ellenállási hálózatokon keresztül érhető el, amelyek a csomagolási folyamat során lézeres korrekciót használnak. Ezt az érzékelőt általában egy mikrovezérlővel együtt használják, és maga a mikrovezérlő beágyazott szoftvere meghatározza az érzékelő matematikai modelljét. Miután a mikrokontroller elolvassa a kimeneti feszültséget, a modell az analóg-digitális konverter átalakításával képes nyomásmérési értékré konvertálni.

Az érzékelők legegyszerűbb matematikai modellje az átviteli funkció. A modell a teljes kalibrációs folyamat során optimalizálható, és érettsége növekszik a kalibrációs pontok növekedésével.

Metrológiai szempontból a mérési hibának meglehetősen szigorú meghatározása van: jellemzi a mért nyomás és a tényleges nyomás közötti különbséget. Általában azonban nem lehet közvetlenül megszerezni a tényleges nyomást, de a megfelelő nyomásszabályok felhasználásával becsülhető meg. A metrológusok általában legalább tízszer magasabb pontosságú műszereket használnak, mint a mért berendezés mérési szabványokként.

Annak a ténynek köszönhetően, hogy a nem analibrált rendszerek csak a kimeneti feszültséget nyomásra konvertálhatják tipikus érzékenység és eltolási értékek felhasználásával.

Ez a nem analibrált kezdeti hiba a következő összetevőkből áll:

1. érzékenységi hiba: A generált hiba nagysága arányos a nyomással. Ha az eszköz érzékenysége magasabb, mint a tipikus érték, akkor az érzékenységi hiba a nyomás növekvő funkciója lesz. Ha az érzékenység alacsonyabb, mint a tipikus érték, akkor az érzékenységi hiba a nyomás csökkenő függvénye lesz. Ennek a hibának az oka a diffúziós folyamat változásai.

2. eltolási hiba: Az állandó függőleges eltolás miatt a teljes nyomástartományban a transzformátor diffúziójának és a lézer beállításának korrekciójának változásai eltolási hibákat eredményeznek.

3. késési hiba: A legtöbb esetben a késési hibát teljesen figyelmen kívül lehet hagyni, mivel a szilícium ostyák nagy mechanikai merevséggel bírnak. Általában a hiszterézis hibát csak olyan helyzetekben kell figyelembe venni, amikor a nyomás jelentős változása van.

4. Lineáris hiba: Ez egy olyan tényező, amely viszonylag csekély hatással van a kezdeti hibára, amelyet a szilícium ostya fizikai nemlinearitása okoz. Az erősítőkkel rendelkező érzékelők esetében azonban az erősítő nemlinearitását is be kell vonni. A lineáris hibagörbe lehet konkáv görbe vagy domború görbe.

A kalibrálás kiküszöbölheti vagy jelentősen csökkentheti ezeket a hibákat, míg a kompenzációs technikák általában a rendszer tényleges átviteli funkciójának paramétereinek meghatározását igénylik, ahelyett, hogy egyszerűen a tipikus értékeket használnák. A potentiométerek, az állítható ellenállások és más hardverek mind felhasználhatók a kompenzációs folyamatban, míg a szoftver rugalmasabban végrehajthatja ezt a hiba -kompenzációs munkát.

Az egypontos kalibrációs módszer kompenzálhatja az eltolási hibákat azáltal, hogy kiküszöböli a sodródást az átviteli funkció nulla pontján, és az ilyen típusú kalibrációs módszert automatikus nullázásnak nevezzük. Az eltolás kalibrálását általában nulla nyomáson hajtják végre, különösen a differenciálérzékelőknél, mivel a differenciálnyomás általában 0 névleges körülmények között. A tiszta érzékelők esetében az eltolás kalibrálása nehezebb, mivel vagy nyomásolvasó rendszert igényel a kalibrált nyomásérték mérésére környezeti légköri nyomás körülmények között, vagy egy nyomásszabályozást a kívánt nyomás eléréséhez.

A differenciálérzékelők nulla nyomás -kalibrálása nagyon pontos, mivel a kalibrációs nyomás szigorúan nulla. Másrészt a kalibrációs pontosság, ha a nyomás nem nulla, a nyomásszabályozó vagy a mérési rendszer teljesítményétől függ.

Válassza ki a kalibrációs nyomást

A kalibrációs nyomás kiválasztása nagyon fontos, mivel meghatározza a legjobb pontosságot elérő nyomástartományt. Valójában a kalibrálás után a tényleges eltolási hibát a kalibrációs ponton minimalizálják, és kis értéken maradnak. Ezért a kalibrálási pontot a célnyomás tartománya alapján kell kiválasztani, és a nyomástartomány nem felel meg a működési tartománynak.

Annak érdekében, hogy a kimeneti feszültséget nyomásértékré alakítsák, általában a tipikus érzékenységet használják a matematikai modellekben egypontos kalibráláshoz, mivel a tényleges érzékenység gyakran ismeretlen.

Az ofszet kalibrálás elvégzése után (PCAL = 0) a hiba görbe függőleges eltolódást mutat a kalibrálás előtti hibát ábrázoló fekete görbéhez viszonyítva.

Ennek a kalibrációs módszernek szigorúbb követelményei és magasabb végrehajtási költségei vannak az One Point kalibrációs módszerhez képest. A pont kalibrációs módszeréhez képest azonban ez a módszer jelentősen javíthatja a rendszer pontosságát, mivel nemcsak kalibrálja az eltolást, hanem kalibrálja az érzékelő érzékenységét is. Ezért a hiba kiszámításakor a tényleges érzékenységi értékek használhatók az atipikus értékek helyett.

Itt a kalibrálást 0-500 megapascals (teljes skála) körülmények között hajtják végre. Mivel a kalibrációs pontok hibája nullához közel áll, különösen fontos ezeket a pontokat helyesen beállítani annak érdekében, hogy a minimális mérési hibát a várt nyomástartományon belül elérjük.

Egyes alkalmazásoknak nagy pontosságot igényelnek a teljes nyomástartományban. Ezekben az alkalmazásokban a többpontos kalibrációs módszer használható a legideálisabb eredmények elérésére. A többpontos kalibrációs módszerben nemcsak az eltolási és érzékenységi hibákat veszik figyelembe, hanem a legtöbb lineáris hibát is figyelembe veszik. Az itt alkalmazott matematikai modell pontosan megegyezik az egyes kalibrációs intervallumok kétlépcsős kalibrálásával (két kalibrációs pont között).

Hárompontos kalibrálás

Mint korábban említettük, a lineáris hiba következetes formája van, és a hibagörbe megfelel a kvadratikus egyenlet görbéjének, kiszámítható méretű és alakú. Ez különösen igaz azokra az érzékelőkre, amelyek nem használnak erősítőket, mivel az érzékelő nemlinearitása alapvetően mechanikai okokon alapul (a szilícium ostya vékony fóliájának nyomása).

A lineáris hibajellemzők leírása a tipikus példák átlagos lineáris hibájának kiszámításával és a polinomiális függvény paramétereinek meghatározásával (A × 2+BX+C). Az A, B és C meghatározása után kapott modell hatékony az azonos típusú érzékelők számára. Ez a módszer hatékonyan kompenzálhatja a lineáris hibákat anélkül, hogy harmadik kalibrációs pontot kellene.