Разумная ошибка компенсациядатчики давленияявляется ключом к их применению. Датчики давления в основном имеют ошибку чувствительности, ошибку смещения, ошибку гистерезиса и линейную ошибку. Эта статья представит механизмы этих четырех ошибок и их влияние на результаты теста. В то же время он введет методы калибровки давления и примеры применения для повышения точности измерения.
В настоящее время на рынке существует широкий спектр датчиков, которые позволяют инженерам -разработчикам выбирать датчики давления, необходимые для системы. Эти датчики включают как самые основные трансформаторы, так и более сложные датчики высокой интеграции с наборными цепями. Из -за этих различий инженеры -проектировщики должны стремиться компенсировать ошибки измерения в датчиках давления, что является важным шагом в обеспечении того, чтобы датчики соответствовали требованиям проектирования и применения. В некоторых случаях компенсация также может улучшить общую производительность датчиков в приложениях.
Концепции, обсуждаемые в этой статье, применимы к проектированию и применению различных датчиков давления, которые имеют три категории:
1. Основная или некомпенсированная калибровка;
2. Существует калибровка и температурная компенсация;
3. Он имеет калибровку, компенсацию и усиление.
Смещение, калибровка диапазона и компенсация температуры может быть достигнута с помощью тонкопленочных сетей резисторов, которые используют лазерную коррекцию во время процесса упаковки. Этот датчик обычно используется в сочетании с микроконтроллером, а встроенное программное обеспечение самого микроконтроллера устанавливает математическую модель датчика. После того, как микроконтроллер считывает выходное напряжение, модель может преобразовать напряжение в значение измерения давления посредством преобразования аналого-цифрового преобразователя.
Самая простая математическая модель для датчиков - это трансферная функция. Модель может быть оптимизирована на протяжении всего процесса калибровки, и ее зрелость увеличится с увеличением точек калибровки.
С метрологической точки зрения ошибка измерения имеет довольно строгое определение: она характеризует разницу между измеренным давлением и фактическим давлением. Однако обычно невозможно напрямую получить фактическое давление, но его можно оценить с помощью соответствующих стандартов давления. Метрологи обычно используют инструменты с точностью, по крайней мере, в 10 раз выше, чем измеренное оборудование в качестве стандартов измерения.
В связи с тем, что некалиброванные системы могут преобразовать выходное напряжение только в давление, используя типичную чувствительность и значения смещения.
Эта непрерывная начальная ошибка состоит из следующих компонентов:
1. Ошибка чувствительности: величина генерируемой ошибки пропорциональна давлению. Если чувствительность устройства выше типичного значения, ошибка чувствительности будет увеличивающейся функцией давления. Если чувствительность ниже типичного значения, ошибка чувствительности будет уменьшающейся функцией давления. Причина этой ошибки связана с изменениями в процессе диффузии.
2. Ошибка смещения: из -за постоянного вертикального смещения во всем диапазоне давления изменения в диффузии трансформатора и коррекции лазерной корректировки приведут к ошибкам смещения.
3. Ошибка отставания: в большинстве случаев ошибка задержки можно полностью игнорировать, потому что кремниевые пластины имеют высокую механическую жесткость. Как правило, ошибка гистерезиса должна рассматриваться только в ситуациях, когда существует значительное изменение давления.
4. Линейная ошибка: это фактор, который оказывает относительно небольшое влияние на начальную ошибку, которая вызвана физической нелинейностью кремниевой пластины. Однако для датчиков с усилителями также должна быть включена нелинейность усилителя. Линейная кривая ошибок может быть вогнутой кривой или выпуклой кривой.
Калибровка может устранить или значительно уменьшить эти ошибки, в то время как методы компенсации обычно требуют определения параметров фактической трансферной функции системы, а не просто использования типичных значений. Потенциометры, регулируемые резисторы и другое оборудование могут использоваться в процессе компенсации, в то время как программное обеспечение может более гибко реализовать эту работу по компенсации ошибок.
Метод калибровки с одной точкой может компенсировать ошибки смещения путем устранения дрейфа в нулевой точке трансферной функции, и этот тип метода калибровки называется автоматическим нолью. Калибровка смещения обычно выполняется при нулевом давлении, особенно в дифференциальных датчиках, так как дифференциальное давление обычно 0 в номинальных условиях. Для чистых датчиков калибровка смещения сложнее, потому что она требует либо системы считывания давления для измерения его калиброванного значения давления в условиях атмосферного давления окружающей среды, либо контроллер давления для получения желаемого давления.
Калибровка нулевого давления дифференциальных датчиков очень точна, потому что давление калибровки составляет строго нулевого. С другой стороны, точность калибровки, когда давление не равна нулю, зависит от производительности контроллера давления или системы измерения.
Выберите давление калибровки
Выбор давления калибровки очень важен, поскольку он определяет диапазон давления, который достигает наилучшей точности. Фактически, после калибровки фактическая ошибка смещения минимизируется в точке калибровки и остается на небольшом значении. Следовательно, точка калибровки должна быть выбрана на основе диапазона целевого давления, и диапазон давления может не соответствовать рабочим диапазону.
Чтобы преобразовать выходное напряжение в значение давления, типичная чувствительность обычно используется для калибровки одной точки в математических моделях, поскольку фактическая чувствительность часто неизвестна.
После выполнения калибровки смещения (pcal = 0) кривая ошибки показывает вертикальное смещение относительно черной кривой, представляющей ошибку перед калибровкой.
Этот метод калибровки имеет более строгие требования и более высокие затраты на реализацию по сравнению с методом калибровки единой точки. Однако, по сравнению с методом калибровки точек, этот метод может значительно повысить точность системы, поскольку он не только калибрует смещение, но и калибрует чувствительность датчика. Следовательно, в расчете ошибки, вместо нетипичных значений могут использоваться фактические значения чувствительности.
Здесь калибровка выполняется в условиях 0-500 мегапаскалов (полная масштаба). Поскольку ошибка в точках калибровки близка к нулю, особенно важно правильно установить эти точки, чтобы получить минимальную ошибку измерения в ожидаемом диапазоне давления.
Некоторые приложения требуют высокой точности, чтобы поддерживать во всем диапазоне давления. В этих приложениях метод многоточечной калибровки может быть использован для получения наиболее идеальных результатов. В методе многоточечной калибровки рассматриваются не только ошибки смещения и чувствительности, но и большинство линейных ошибок принимаются во внимание. Математическая модель, используемая здесь, точно такая же, как двухэтапная калибровка для каждого калибровочного интервала (между двумя точками калибровочной системы).
Три точка калибровки
Как упоминалось ранее, линейная ошибка имеет согласованную форму, и кривая ошибки соответствует кривой квадратичного уравнения с предсказуемым размером и формой. Это особенно верно для датчиков, которые не используют усилители, поскольку нелинейность датчика в основном основана на механических причинах (вызванных тонким пленкой давления кремния пластины).
Описание характеристик линейной ошибки может быть получено путем расчета средней линейной ошибки типичных примеров и определения параметров полиномиальной функции (A × 2+BX+C). Модель, полученная после определения A, B и C, эффективна для датчиков того же типа. Этот метод может эффективно компенсировать линейные ошибки без необходимости третьей точки калибровки.
Время публикации: 27-2025 февраля