Razumna kompenzacija greškeSenzori pritiskaje ključ njihove primjene. Senzori pod pritiskom uglavnom imaju grešku osjetljivosti, offset grešku, hystesereze grešku i linearnu grešku. Ovaj članak će uvesti mehanizme ove četiri pogreške i njihov utjecaj na rezultate ispitivanja. Istovremeno će uvesti metode kalibracije tlaka i primjere primjene za poboljšanje tačnosti mjerenja.
Trenutno na tržištu postoji širok izbor senzora na tržištu, što omogućava inženjerima dizajna da odaberu senzore pritiska potrebne za sustav. Ovi senzori uključuju i najosnovnije transformatore i složenije senzore visoke integracije sa krugovima na čipu. Zbog ovih razlika, inženjeri dizajna moraju nastojati nadoknaditi mjerne greške u senzorima pritiska, što je važan korak u osiguravanju da senzori ispunjavaju zahtjeve za dizajn i primjenu. U nekim slučajevima nadoknada može poboljšati ukupne performanse senzora u aplikacijama.
Koncepti koji su razgovarani u ovom članku primjenjivi su na dizajn i primjenu različitih senzora pritiska, koji imaju tri kategorije:
1. Osnovna ili nekompenzirana kalibracija;
2. Postoji kalibracija i kompenzacija temperature;
3. Ima kalibraciju, kompenzaciju i pojačanje.
Offset, kalibracija raspona i kompenzacija temperature mogu se postići kroz mreže tankih filmskih otpornika, koje koriste lasersku ispravku tokom procesa ambalaže. Ovaj senzor se obično koristi u kombinaciji sa mikrokontrolerom, a ugrađeni softver samog mikrokontrolera uspostavlja matematički model senzora. Nakon što mikrokontroler čita izlazni napon, model može pretvoriti napon u vrijednost mjerenja tlaka putem transformacije analognog digitalnog pretvarača.
Najjednostavniji matematički model za senzore je funkcija prijenosa. Model se može optimizirati u cijelom procesu kalibracije, a njegova će zrelost povećati uz povećanje kalibracijskih točaka.
Iz metrološke perspektive, greška mjerenja ima prilično strogu definiciju: karakterizira razliku između izmjerenog pritiska i stvarnog pritiska. Međutim, obično nije moguće izravno dobiti stvarni pritisak, ali može se procijeniti primjenom odgovarajućih standarda tlaka. Metrolozi obično koriste instrumente s tačnošću najmanje 10 puta veći od izmjerene opreme kao standarda mjerenja.
Zbog činjenice da se neizbrani sustavi mogu pretvoriti samo izlazni napon na pritisak pomoću tipične osjetljivosti i ofsetnih vrijednosti.
Ova neusklađena početna greška sastoji se od sljedećih komponenti:
1. Greška osjetljivosti: Veličina generiranog greške proporcionalna je pritisku. Ako je osjetljivost uređaja veća od tipične vrijednosti, greška osjetljivosti bit će sve veća funkcija pritiska. Ako je osjetljivost niža od tipične vrijednosti, greška osjetljivosti bit će smanjena funkcija pritiska. Razlog za ovu grešku rezultat je promjena u postupku difuzije.
2. Pogreška: Zbog konstantnog vertikalnog pomaknog pomak u cijelom rasponu tlaka, promjene u difuziji transformatora i korekcije laserskog podešavanja rezultirat će pogreškama za nadoknadu.
3. Greška LAG-a: U većini slučajeva Greška LAG-a može se u potpunosti zanemariti jer silicijske vafle imaju visoku mehaničku krutost. Općenito, porođaj histereze treba uzeti u obzir samo u situacijama u kojima postoji značajna promjena pritiska.
4. Linearna greška: Ovo je faktor koji ima relativno mali utjecaj na početnu grešku, što je uzrokovano fizičkom nelinearnošću silikonskog vafla. Međutim, za senzore sa pojačalama, nelinearnost pojačala takođe treba biti uključena. Krivulja linearne greške može biti konkavna krivulja ili konveksna krivulja.
Kalibracija može eliminirati ili uvelike smanjiti ove greške, dok tehnike kompenzacije obično zahtijevaju određivanje parametara stvarnog prenosa sistema, a ne jednostavno koristeći tipične vrijednosti. Potenciometri, podesivi otpornici i drugi hardver mogu se koristiti u procesu kompenzacije, dok softver može fleksibilniji implementirati ovu pogrešku.
Jedna metoda kalibracije mogu komplikovati greške u offset eliminaciji na tipkoj točki funkcije prijenosa, a ova vrsta kalibracijske metode naziva se automatski nultiranje. Kalibracija offset obično se izvodi na nulti tlaku, posebno u diferencijalnim senzorima, jer je diferencijalni tlak obično 0 pod nominalnim uvjetima. Za čiste senzore, ofset kalibracija je teže jer zahtijeva ili sustav za čitanje pritiska za mjerenje svoje kalibrirane vrijednosti tlaka pod uvjetima tlaka u ambijentalnoj atmosferi ili kontroleru tlaka za dobivanje željenog tlaka.
ZERO TOPLY kalibracija diferencijalnih senzora vrlo je precizna jer je tlak kalibracije strogo nula. S druge strane, tačnost kalibracije kada pritisak nije nula ovisi o performansama regulatora tlaka ili mjernog sustava.
Odaberite pritisak kalibracije
Izbor pritiska kalibracije vrlo je važan jer određuje raspon tlaka koji postiže najbolju tačnost. U stvari, nakon kalibracije, stvarna greška naften minimizira se na kalibracijskoj točki i ostaje na manjioj vrijednosti. Stoga se tačka kalibracija mora biti odabrana na osnovu ciljanog raspona tlaka, a raspon tlaka možda nije u skladu s radnom rasponom.
Da bi se izlazni napon pretvorio u vrijednost tlaka, tipična osjetljivost se obično koristi za kalibraciju s jednim bodovima u matematičkim modelima, jer stvarna osjetljivost često nije poznata.
Nakon izvedbe odreklog kalibracije (PCAL = 0), krivulja pogreške prikazuje vertikalni pomak u odnosu na crna krivulja koja predstavlja grešku prije kalibracije.
Ova metoda kalibracije ima strože zahtjeve i veće troškove implementacije u odnosu na metodu kalibracije u jednoj tački. Međutim, u usporedbi s metodom kalibracije tačke, ova metoda može značajno poboljšati tačnost sustava jer ne samo kalibrira pomak, već kalibrira osjetljivost senzora. Stoga se u proračunu pogreške mogu koristiti stvarne vrijednosti osjetljivosti umjesto atipičnih vrijednosti.
Ovdje se kalibracija vrši u uvjetima od 0-500 megapascasa (puna skala). Budući da je greška u kalibracijskim točkama blizu nule, posebno je važno ispravno postaviti ove točke kako bi se dobila minimalna greška mjerenja unutar očekivanog raspona tlaka.
Neke aplikacije zahtijevaju održavanje visoke preciznosti u cijelom rasponu tlaka. U tim aplikacijama metoda kalibracije s više tačaka može se koristiti za dobivanje najidealnih rezultata. U metodi kalibracije s više tačaka ne razmatraju se samo pomak i nedostaci osjetljivosti, već i većina linearnih grešaka uzimaju se u obzir. Matematički model koji se ovdje koristi potpuno je isti kao i dvostepena kalibracija za svaki interval kalibracije (između dvije talibracijske točke).
Kalibracija tri točke
Kao što je spomenuto ranije, linearna greška ima dosljedan oblik, a krivulja greške u skladu je s krivuljom kvadratne jednadžbe, s predvidljivošću veličine i oblika. To se posebno odnosi na senzore koji ne koriste pojačala, jer se nelinearnost senzora u osnovi temelji na mehaničkim razlozima (uzrokovana tankim pritiskom filma Silikonskog remena).
Opis linearnih karakteristika greške može se dobiti izračunavanjem prosječne linearne pogreške tipičnih primjera i određivanje parametara polinomne funkcije (A × 2 + BX + C). Model dobiven nakon određivanja A, B i C efikasan je za senzore iste vrste. Ova metoda može učinkovito nadoknaditi linearne pogreške bez potrebe za trećom tačkom kalibracije.
Pošta: Feb-27-2025