Compensarea rezonabilă a erorilor desenzori de presiuneeste cheia aplicației lor. Senzorii de presiune au în principal eroare de sensibilitate, eroare de compensare, eroare de histereză și eroare liniară. Acest articol va introduce mecanismele acestor patru erori și impactul acestora asupra rezultatelor testelor. În același timp, va introduce metode de calibrare a presiunii și exemple de aplicare pentru a îmbunătăți precizia măsurării.
În prezent, există o mare varietate de senzori pe piață, ceea ce permite inginerilor de proiectare să aleagă senzorii de presiune necesari pentru sistem. Acești senzori includ atât cei mai de bază transformatori, cât și senzori mai complexi de integrare ridicată cu circuite pe cip. Datorită acestor diferențe, inginerii de proiectare trebuie să se străduiască să compenseze erorile de măsurare la senzorii de presiune, ceea ce este un pas important în asigurarea faptului că senzorii îndeplinesc cerințele de proiectare și aplicație. În unele cazuri, compensația poate îmbunătăți, de asemenea, performanța generală a senzorilor în aplicații.
Conceptele discutate în acest articol sunt aplicabile proiectării și aplicării diverșilor senzori de presiune, care au trei categorii:
1. Calibrare de bază sau necompensată;
2. Există compensare de calibrare și temperatură;
3. Are calibrare, compensare și amplificare.
Offset, calibrarea intervalului și compensarea temperaturii pot fi obținute prin intermediul rețelelor de rezistență la film subțire, care utilizează corecția laser în timpul procesului de ambalare. Acest senzor este de obicei utilizat împreună cu un microcontroler, iar software -ul încorporat al microcontrolerului în sine stabilește modelul matematic al senzorului. După ce microcontrolerul citește tensiunea de ieșire, modelul poate transforma tensiunea într-o valoare de măsurare a presiunii prin transformarea convertorului analog-digital.
Cel mai simplu model matematic pentru senzori este funcția de transfer. Modelul poate fi optimizat pe întregul proces de calibrare, iar maturitatea acestuia va crește odată cu creșterea punctelor de calibrare.
Dintr -o perspectivă metrologică, eroarea de măsurare are o definiție destul de strictă: caracterizează diferența dintre presiunea măsurată și presiunea reală. Cu toate acestea, de obicei nu este posibilă obținerea directă a presiunii reale, dar poate fi estimată prin utilizarea standardelor de presiune adecvate. Metrologii folosesc de obicei instrumente cu o precizie de cel puțin 10 ori mai mare decât echipamentul măsurat ca standarde de măsurare.
Datorită faptului că sistemele necalibrate pot converti tensiunea de ieșire doar la presiune folosind sensibilitate tipică și valori compensate.
Această eroare inițială necalibrată constă din următoarele componente:
1. Eroare de sensibilitate: Mărimea erorii generate este proporțională cu presiunea. Dacă sensibilitatea dispozitivului este mai mare decât valoarea tipică, eroarea de sensibilitate va fi o funcție din ce în ce mai mare a presiunii. Dacă sensibilitatea este mai mică decât valoarea tipică, eroarea de sensibilitate va fi o funcție în scădere a presiunii. Motivul acestei erori se datorează modificărilor procesului de difuzie.
2. Eroare de compensare: Datorită compensării verticale constante pe întregul interval de presiune, modificările în difuzarea transformatorului și la corecția de ajustare a laserului vor duce la erori de compensare.
3. Eroare lag: În cele mai multe cazuri, eroarea de lag poate fi ignorată complet, deoarece napolitane de siliciu au o rigiditate mecanică ridicată. În general, eroarea de histereză trebuie luată în considerare doar în situațiile în care există o modificare semnificativă a presiunii.
4. Eroare liniară: Acesta este un factor care are un impact relativ mic asupra erorii inițiale, care este cauzată de neliniaritatea fizică a plafonului de siliciu. Cu toate acestea, pentru senzorii cu amplificatoare, ar trebui să fie inclusă și neliniaritatea amplificatorului. Curba de eroare liniară poate fi o curbă concavă sau o curbă convexă.
Calibrarea poate elimina sau reduce considerabil aceste erori, în timp ce tehnicile de compensare necesită de obicei determinarea parametrilor funcției de transfer efective a sistemului, mai degrabă decât să folosească valori tipice. Potențiometre, rezistențe reglabile și alte hardware pot fi utilizate în procesul de compensare, în timp ce software -ul poate implementa mai flexibil această lucrare de compensare a erorilor.
Metoda de calibrare a unui punct poate compensa erorile de compensare prin eliminarea derivării în punctul zero al funcției de transfer, iar acest tip de metodă de calibrare se numește zero automat. Calibrarea compensării este de obicei efectuată la presiune zero, în special în senzorii diferențiali, deoarece presiunea diferențială este de obicei 0 în condiții nominale. Pentru senzorii puri, calibrarea compensării este mai dificilă, deoarece fie necesită un sistem de citire a presiunii pentru a măsura valoarea presiunii calibrate în condiții de presiune atmosferică ambientală, fie un regulator de presiune pentru a obține presiunea dorită.
Calibrarea presiunii zero a senzorilor diferențiali este foarte exactă, deoarece presiunea de calibrare este strict zero. Pe de altă parte, precizia de calibrare atunci când presiunea nu este zero depinde de performanța regulatorului de presiune sau a sistemului de măsurare.
Selectați presiunea de calibrare
Selecția presiunii de calibrare este foarte importantă, deoarece determină intervalul de presiune care atinge cea mai bună precizie. De fapt, după calibrare, eroarea de compensare reală este minimizată la punctul de calibrare și rămâne la o valoare mică. Prin urmare, punctul de calibrare trebuie selectat pe baza intervalului de presiune țintă, iar intervalul de presiune poate să nu fie în concordanță cu intervalul de lucru.
Pentru a converti tensiunea de ieșire într -o valoare de presiune, sensibilitatea tipică este de obicei utilizată pentru calibrarea unui singur punct la modelele matematice, deoarece sensibilitatea reală este adesea necunoscută.
După efectuarea calibrării compensării (pcal = 0), curba de eroare arată o compensare verticală în raport cu curba neagră reprezentând eroarea înainte de calibrare.
Această metodă de calibrare are cerințe mai stricte și costuri de implementare mai mari în comparație cu metoda de calibrare a unui punct. Cu toate acestea, în comparație cu metoda de calibrare a punctului, această metodă poate îmbunătăți semnificativ precizia sistemului, deoarece nu numai că calibrează compensarea, dar calibrează sensibilitatea senzorului. Prin urmare, în calculul erorilor, valorile de sensibilitate reale pot fi utilizate în loc de valori atipice.
Aici, calibrarea este efectuată în condiții de 0-500 megapascali (scară completă). Deoarece eroarea la punctele de calibrare este aproape de zero, este deosebit de important să setați corect aceste puncte pentru a obține eroarea de măsurare minimă în intervalul de presiune preconizat.
Unele aplicații necesită o precizie ridicată pentru a fi menținută pe întregul interval de presiune. În aceste aplicații, metoda de calibrare cu mai multe puncte poate fi utilizată pentru a obține cele mai ideale rezultate. În metoda de calibrare cu mai multe puncte, nu numai că sunt luate în considerare erorile de compensare și sensibilitate, dar, de asemenea, sunt luate în considerare majoritatea erorilor liniare. Modelul matematic utilizat aici este exact același cu calibrarea în două etape pentru fiecare interval de calibrare (între două puncte de calibrare).
Calibrare în trei puncte
Așa cum am menționat anterior, eroarea liniară are o formă consecventă, iar curba de eroare se conformează curbei unei ecuații cvadratice, cu dimensiunea și forma previzibilă. Acest lucru este valabil mai ales pentru senzorii care nu folosesc amplificatoare, deoarece neliniaritatea senzorului se bazează fundamental pe motive mecanice (cauzate de presiunea subțire a filmului a plafonului de siliciu).
Descrierea caracteristicilor de eroare liniară poate fi obținută calculând eroarea liniară medie a exemplelor tipice și determinarea parametrilor funcției polinomiale (A × 2+Bx+C). Modelul obținut după determinarea A, B și C este eficient pentru senzorii de același tip. Această metodă poate compensa eficient erorile liniare, fără a fi nevoie de un al treilea punct de calibrare.
Timpul post: 27-2025 februarie