Saprātīga kļūdu kompensācijaspiediena sensoriir viņu pieteikuma atslēga. Spiediena sensoriem galvenokārt ir jutības kļūda, nobīdes kļūda, histerēzes kļūda un lineārā kļūda. Šajā rakstā tiks ieviesti šo četru kļūdu mehānismi un to ietekme uz testa rezultātiem. Tajā pašā laikā tas ieviesīs spiediena kalibrēšanas metodes un pielietojuma piemērus, lai uzlabotu mērījumu precizitāti.
Pašlaik tirgū ir plašs sensoru klāsts, kas ļauj dizaina inženieriem izvēlēties sistēmai nepieciešamos spiediena sensorus. Šie sensori ietver gan visvienkāršākos transformatorus, gan sarežģītākos augstas integrācijas sensorus ar mikroshēmu ķēdēm. Sakarā ar šīm atšķirībām projektēšanas inženieriem jācenšas kompensēt mērījumu kļūdas spiediena sensoros, kas ir svarīgs solis, lai nodrošinātu, ka sensori atbilst projektēšanas un pielietojuma prasībām. Dažos gadījumos kompensācija var arī uzlabot sensoru kopējo veiktspēju lietojumos.
Šajā rakstā apskatītie jēdzieni ir piemērojami dažādu spiediena sensoru projektēšanai un pielietošanai, kuriem ir trīs kategorijas:
1. Pamata vai nekompensēta kalibrēšana;
2. Ir kalibrēšana un temperatūras kompensācija;
3. Tam ir kalibrēšana, kompensācija un pastiprināšana.
Visu nobīdi, diapazona kalibrēšanu un temperatūras kompensāciju var panākt, izmantojot plānus plēves rezistoru tīklus, kas iepakojuma procesā izmanto lāzera korekciju. Šo sensoru parasti izmanto kopā ar mikrokontrolleru, un paša mikrokontrollera iegultā programmatūra izveido sensora matemātisko modeli. Pēc tam, kad mikrokontrollers nolasa izejas spriegumu, modelis var pārveidot spriegumu spiediena mērīšanas vērtībā, pārveidojot analogo-digitālo pārveidotāju.
Vienkāršākais sensoru matemātiskais modelis ir pārsūtīšanas funkcija. Modeli var optimizēt visā kalibrēšanas procesā, un tā briedums palielināsies, palielinoties kalibrēšanas punktiem.
No metroloģiskā viedokļa mērījumu kļūdai ir diezgan stingra definīcija: tā raksturo atšķirību starp izmērīto spiedienu un faktisko spiedienu. Tomēr parasti nav iespējams tieši iegūt faktisko spiedienu, bet to var novērtēt, izmantojot atbilstošus spiediena standartus. Metrologi kā mērīšanas standarti parasti izmanto instrumentus ar precizitāti vismaz 10 reizes augstāk nekā izmērītais aprīkojums.
Sakarā ar to, ka nekvalibrētas sistēmas var pārveidot izejas spriegumu tikai spiedienā, izmantojot tipiskas jutības un nobīdes vērtības.
Šī nekvalibrētā sākotnējā kļūda sastāv no šādām sastāvdaļām:
1. Jutīguma kļūda: radītās kļūdas lielums ir proporcionāls spiedienam. Ja ierīces jutība ir augstāka par tipisko vērtību, jutīguma kļūda būs pieaugoša spiediena funkcija. Ja jutība ir zemāka par tipisko vērtību, jutīguma kļūda būs spiediena samazināšanās funkcija. Šīs kļūdas iemesls ir izmaiņas difūzijas procesā.
2. Offseta kļūda: pastāvīgā vertikālā nobīdes dēļ visā spiediena diapazonā transformatora difūzijas un lāzera pielāgošanas korekcijas izmaiņas radīs kļūdas.
3. Lag kļūda: vairumā gadījumu nobīdes kļūdu var pilnībā ignorēt, jo silīcija vafelēm ir augsta mehāniskā stingrība. Parasti histerēzes kļūda ir jāapsver tikai situācijās, kad spiediens ir ievērojamas izmaiņas.
4. Lineārā kļūda: tas ir faktors, kam ir salīdzinoši neliela ietekme uz sākotnējo kļūdu, ko izraisa silīcija vafeles fiziskā nelinearitāte. Tomēr sensoriem ar pastiprinātājiem jāiekļauj arī pastiprinātāja nelinearitāte. Lineārā kļūdas līkne var būt ieliekta līkne vai izliekta līkne.
Kalibrēšana var novērst vai ievērojami samazināt šīs kļūdas, savukārt kompensācijas metodēm parasti ir nepieciešams noteikt sistēmas faktiskās pārsūtīšanas funkcijas parametrus, nevis vienkārši izmantot tipiskas vērtības. Kompensācijas procesā var izmantot potenciometrus, regulējamas rezistorus un citu aparatūru, savukārt programmatūra var elastīgāk ieviest šo kļūdu kompensācijas darbu.
Viena punkta kalibrēšanas metode var kompensēt nobīdes kļūdas, novēršot novirzi pārneses funkcijas nulles punktā, un šāda veida kalibrēšanas metodi sauc par automātisku nulles noteikšanu. Offseta kalibrēšanu parasti veic ar nulles spiedienu, īpaši diferenciālos sensoros, jo diferenciālais spiediens parasti ir 0 nominālajos apstākļos. Tīriem sensoriem nobīdes kalibrēšana ir grūtāka, jo tai ir nepieciešama spiediena rādīšanas sistēma, lai izmērītu tā kalibrēto spiediena vērtību apkārtējā atmosfēras spiediena apstākļos, vai arī spiediena kontrolieris, lai iegūtu vēlamo spiedienu.
Diferenciālo sensoru nulles spiediena kalibrēšana ir ļoti precīza, jo kalibrēšanas spiediens ir stingri nulle. No otras puses, kalibrēšanas precizitāte, ja spiediens nav nulle, ir atkarīga no spiediena kontroliera vai mērīšanas sistēmas veiktspējas.
Atlasiet kalibrēšanas spiedienu
Kalibrēšanas spiediena izvēle ir ļoti svarīga, jo tā nosaka spiediena diapazonu, kas nodrošina vislabāko precizitāti. Faktiski pēc kalibrēšanas faktiskā nobīdes kļūda tiek samazināta kalibrēšanas vietā un paliek par nelielu vērtību. Tāpēc kalibrēšanas punkts jāizvēlas, pamatojoties uz mērķa spiediena diapazonu, un spiediena diapazons var neatbilst darba diapazonam.
Lai izejas spriegumu pārveidotu spiediena vērtībā, parasti lieto tipisku jutīgumu matemātiskajos modeļos viena punkta kalibrēšanai, jo faktiskā jutība bieži nav zināma.
Pēc nobīdes kalibrēšanas veikšanas (PCAL = 0) kļūdas līkne parāda vertikālu nobīdi attiecībā pret melno līkni, kas attēlo kļūdu pirms kalibrēšanas.
Šai kalibrēšanas metodei ir stingrākas prasības un augstākas ieviešanas izmaksas, salīdzinot ar viena punkta kalibrēšanas metodi. Tomēr, salīdzinot ar punktu kalibrēšanas metodi, šī metode var ievērojami uzlabot sistēmas precizitāti, jo tā ne tikai kalibrē nobīdi, bet arī kalibrē sensora jutīgumu. Tāpēc kļūdu aprēķināšanā netipisko vērtību vietā var izmantot faktiskās jutības vērtības.
Šeit kalibrēšana tiek veikta 0–500 megapascals (pilna mēroga) apstākļos. Tā kā kļūda kalibrēšanas punktos ir tuvu nullei, ir īpaši svarīgi pareizi iestatīt šos punktus, lai iegūtu minimālo mērīšanas kļūdu paredzētajā spiediena diapazonā.
Dažiem lietojumiem ir nepieciešama augsta precizitāte visā spiediena diapazonā. Šajās lietojumprogrammās daudzpunktu kalibrēšanas metodi var izmantot, lai iegūtu ideālākos rezultātus. Daudzpunktu kalibrēšanas metodē tiek ņemtas vērā ne tikai kompensācijas un jutīguma kļūdas, bet arī tiek ņemtas vērā arī lielākā daļa lineāro kļūdu. Šeit izmantotais matemātiskais modelis ir tieši tāds pats kā katra kalibrēšanas intervāla divpakāpju kalibrēšana (starp diviem kalibrēšanas punktiem).
Trīs punktu kalibrēšana
Kā minēts iepriekš, lineārajai kļūdai ir konsekventa forma, un kļūdas līkne atbilst kvadrātiskā vienādojuma līknei ar paredzamu izmēru un formu. Tas jo īpaši attiecas uz sensoriem, kuri neizmanto pastiprinātājus, jo sensora nelinearitāte pamatā ir balstīta uz mehāniskiem iemesliem (ko izraisa silīcija vafeles plānais plēves spiediens).
Lineārās kļūdas raksturlielumu aprakstu var iegūt, aprēķinot tipisko piemēru vidējo lineāro kļūdu un nosakot polinoma funkcijas parametrus (A × 2+BX+C). Modelis, kas iegūts pēc A, B un C noteikšanas, ir efektīvs tāda paša veida sensoriem. Šī metode var efektīvi kompensēt lineāras kļūdas bez nepieciešamības pēc trešā kalibrēšanas punkta.
Pasta laiks: 27.-2025. Februāris