Compensació d’error raonable deSensors de pressióés la clau de la seva aplicació. Els sensors de pressió tenen principalment un error de sensibilitat, error de compensació, error d’histèresi i error lineal. Aquest article introduirà els mecanismes d’aquests quatre errors i el seu impacte en els resultats de les proves. Al mateix temps, introduirà mètodes de calibració de pressió i exemples d’aplicació per millorar la precisió de la mesura.
Actualment, hi ha una gran varietat de sensors al mercat, cosa que permet als enginyers de disseny triar els sensors de pressió necessaris per al sistema. Aquests sensors inclouen tant els transformadors més bàsics com els sensors d’integració d’alta manera més complexos amb circuits en xip. A causa d’aquestes diferències, els enginyers de disseny s’han d’esforçar per compensar els errors de mesura en els sensors de pressió, cosa que és un pas important per assegurar que els sensors compleixin els requisits de disseny i aplicació. En alguns casos, la compensació també pot millorar el rendiment global dels sensors en les aplicacions.
Els conceptes discutits en aquest article són aplicables al disseny i a l’aplicació de diversos sensors de pressió, que tenen tres categories:
1. Calibració bàsica o no compensada;
2. Hi ha calibració i compensació de temperatura;
3. Té calibració, compensació i amplificació.
Desplaçament, calibració de rang i compensació de temperatura es poden aconseguir mitjançant xarxes de resistència de pel·lícula fina, que utilitzen la correcció làser durant el procés d’envasament. Aquest sensor s’utilitza generalment conjuntament amb un microcontrolador i el programari incrustat del propi microcontrolador estableix el model matemàtic del sensor. Després que el microcontrolador llegeixi la tensió de sortida, el model pot convertir la tensió en un valor de mesura de pressió mitjançant la transformació del convertidor analògic a digital.
El model matemàtic més senzill per als sensors és la funció de transferència. El model es pot optimitzar durant tot el procés de calibració i la seva maduresa augmentarà amb l’augment dels punts de calibració.
Des d’una perspectiva metrològica, l’error de mesurament té una definició força estricta: caracteritza la diferència entre la pressió mesurada i la pressió real. Tot i això, normalment no és possible obtenir directament la pressió real, però es pot estimar mitjançant els estàndards de pressió adequats. Els metròlegs solen utilitzar instruments amb una precisió com a mínim 10 vegades superior als equips mesurats com a estàndards de mesura.
Degut al fet que els sistemes no calibrats només poden convertir la tensió de sortida a la pressió mitjançant valors típics de sensibilitat i compensació.
Aquest error inicial no exalibrat consisteix en els components següents:
1. Error de sensibilitat: la magnitud de l’error generat és proporcional a la pressió. Si la sensibilitat del dispositiu és superior al valor típic, l’error de sensibilitat serà una funció creixent de pressió. Si la sensibilitat és inferior al valor típic, l’error de sensibilitat serà una funció decreixent de la pressió. El motiu d’aquest error es deu als canvis en el procés de difusió.
2. Error de compensació: a causa de la compensació vertical constant a tot el rang de pressió, els canvis en la difusió del transformador i la correcció d’ajustament del làser produiran errors de desplaçament.
3. Error de retard: En la majoria dels casos, es pot ignorar completament l’error de retard perquè les hòsties de silici tenen una alta rigidesa mecànica. Generalment, l’error d’histèresi només s’ha de considerar en situacions en què hi ha un canvi significatiu en la pressió.
4. Error lineal: es tracta d’un factor que té un impacte relativament reduït en l’error inicial, causat per la no -linealitat física de l’hòstia de silici. No obstant això, per a sensors amb amplificadors, també s'ha d'incloure la no linealitat de l'amplificador. La corba d’error lineal pot ser una corba còncava o una corba convexa.
La calibració pot eliminar o reduir molt aquests errors, mentre que les tècniques de compensació normalment requereixen determinar els paràmetres de la funció de transferència real del sistema, en lloc de simplement utilitzar valors típics. Els potenciòmetres, resistències regulables i altres maquinari es poden utilitzar en el procés de compensació, mentre que el programari pot implementar de manera més flexible aquest treball de compensació d’errors.
El mètode de calibració d’un punt pot compensar els errors de compensació eliminant la deriva al punt zero de la funció de transferència, i aquest tipus de mètode de calibració s’anomena zero automàtic. La calibració de desplaçament es realitza generalment a pressió zero, especialment en sensors diferencials, ja que la pressió diferencial és normalment 0 en condicions nominals. Per als sensors purs, la calibració de compensació és més difícil perquè requereix un sistema de lectura de pressió per mesurar el seu valor de pressió calibrat en condicions de pressió atmosfèrica ambient o un controlador de pressió per obtenir la pressió desitjada.
La calibració de pressió zero dels sensors diferencials és molt precisa perquè la pressió de calibració és estrictament zero. D'altra banda, la precisió de la calibració quan la pressió no és zero depèn del rendiment del controlador de pressió o del sistema de mesurament.
Seleccioneu la pressió de calibració
La selecció de la pressió de calibració és molt important, ja que determina el rang de pressió que aconsegueix la millor precisió. De fet, després de la calibració, l’error de compensació real es minimitza al punt de calibració i es manté a un valor reduït. Per tant, el punt de calibració s’ha de seleccionar en funció del rang de pressió objectiu i és possible que l’interval de pressió no sigui coherent amb el rang de treball.
Per tal de convertir la tensió de sortida en un valor de pressió, la sensibilitat típica s’utilitza normalment per a la calibració d’un sol punt en models matemàtics perquè sovint es desconeix la sensibilitat real.
Després de realitzar calibració de desplaçament (PCAL = 0), la corba d’error mostra un desplaçament vertical respecte a la corba negra que representa l’error abans de la calibració.
Aquest mètode de calibració té requisits més estrictes i costos d’implementació més elevats en comparació amb el mètode de calibració d’un punt. Tot i això, en comparació amb el mètode de calibració de punts, aquest mètode pot millorar significativament la precisió del sistema perquè no només calibra la compensació, sinó que també calibra la sensibilitat del sensor. Per tant, en el càlcul d’errors, es poden utilitzar valors de sensibilitat reals en lloc de valors atípics.
Aquí, la calibració es realitza en condicions de 0-500 megapascals (escala completa). Com que l’error als punts de calibració s’aproxima a zero, és particularment important establir aquests punts correctament per obtenir l’error de mesurament mínim dins del rang de pressió previst.
Algunes aplicacions requereixen una alta precisió per mantenir -se durant tot el rang de pressió. En aquestes aplicacions, es pot utilitzar el mètode de calibració multi-punt per obtenir els resultats més ideals. En el mètode de calibració multi-punt, no només es consideren errors de desplaçament i sensibilitat, sinó que també es tenen en compte la majoria dels errors lineals. El model matemàtic que s’utilitza aquí és exactament el mateix que la calibració de dues etapes per a cada interval de calibració (entre dos punts de calibració).
Calibració de tres punts
Com s'ha esmentat anteriorment, l'error lineal té una forma consistent i la corba d'error s'ajusta a la corba d'una equació quadràtica, amb una mida i una forma previsibles. Això és especialment cert per als sensors que no utilitzen amplificadors, ja que la no linealitat del sensor es basa fonamentalment en raons mecàniques (causada per la fina pressió de pel·lícula de la hòstia de silici).
La descripció de les característiques d’error lineal es pot obtenir calculant l’error lineal mitjà d’exemples típics i determinant els paràmetres de la funció polinòmica (A × 2+bx+c). El model obtingut després de determinar A, B i C és eficaç per a sensors del mateix tipus. Aquest mètode pot compensar eficaçment els errors lineals sense necessitat d’un tercer punt de calibració.
Posat Post: 27 de febrer de 2015