Kompensasi kesalahan yang masuk akalsensor tekananadalah kunci aplikasi mereka. Sensor tekanan terutama memiliki kesalahan sensitivitas, kesalahan offset, kesalahan histeresis, dan kesalahan linier. Artikel ini akan memperkenalkan mekanisme keempat kesalahan ini dan dampaknya pada hasil tes. Pada saat yang sama, itu akan memperkenalkan metode kalibrasi tekanan dan contoh aplikasi untuk meningkatkan akurasi pengukuran.
Saat ini, ada berbagai macam sensor di pasaran, yang memungkinkan insinyur desain untuk memilih sensor tekanan yang diperlukan untuk sistem. Sensor-sensor ini mencakup transformator paling dasar dan sensor integrasi tinggi yang lebih kompleks dengan sirkuit on-chip. Karena perbedaan ini, insinyur desain harus berusaha untuk mengimbangi kesalahan pengukuran pada sensor tekanan, yang merupakan langkah penting dalam memastikan bahwa sensor memenuhi persyaratan desain dan aplikasi. Dalam beberapa kasus, kompensasi juga dapat meningkatkan kinerja keseluruhan sensor dalam aplikasi.
Konsep yang dibahas dalam artikel ini berlaku untuk desain dan penerapan berbagai sensor tekanan, yang memiliki tiga kategori:
1. Kalibrasi dasar atau tidak dikompensasi;
2. Ada kompensasi kalibrasi dan suhu;
3. Ia memiliki kalibrasi, kompensasi, dan amplifikasi.
Offset, kisaran kalibrasi, dan kompensasi suhu semuanya dapat dicapai melalui jaringan resistor film tipis, yang menggunakan koreksi laser selama proses pengemasan. Sensor ini biasanya digunakan bersama dengan mikrokontroler, dan perangkat lunak tertanam dari mikrokontroler itu sendiri menetapkan model matematika sensor. Setelah mikrokontroler membaca tegangan output, model dapat mengubah tegangan menjadi nilai pengukuran tekanan melalui transformasi konverter analog ke digital.
Model matematika paling sederhana untuk sensor adalah fungsi transfer. Model ini dapat dioptimalkan di seluruh proses kalibrasi, dan kematangannya akan meningkat dengan meningkatnya titik kalibrasi.
Dari perspektif metrologis, kesalahan pengukuran memiliki definisi yang cukup ketat: ini mencirikan perbedaan antara tekanan yang diukur dan tekanan aktual. Namun, biasanya tidak mungkin untuk secara langsung mendapatkan tekanan aktual, tetapi dapat diperkirakan dengan menggunakan standar tekanan yang sesuai. Ahli metrologi biasanya menggunakan instrumen dengan akurasi setidaknya 10 kali lebih tinggi dari peralatan yang diukur sebagai standar pengukuran.
Karena fakta bahwa sistem yang tidak dikalibrasi hanya dapat mengonversi tegangan output menjadi tekanan menggunakan sensitivitas khas dan nilai offset.
Kesalahan awal yang tidak dikalibrasi ini terdiri dari komponen berikut:
1. Kesalahan Sensitivitas: Besarnya kesalahan yang dihasilkan sebanding dengan tekanan. Jika sensitivitas perangkat lebih tinggi dari nilai khas, kesalahan sensitivitas akan menjadi fungsi tekanan yang meningkat. Jika sensitivitas lebih rendah dari nilai khas, kesalahan sensitivitas akan menjadi fungsi penurunan tekanan. Alasan kesalahan ini adalah karena perubahan dalam proses difusi.
2. Kesalahan Offset: Karena offset vertikal konstan di seluruh rentang tekanan, perubahan difusi transformator dan koreksi penyesuaian laser akan menghasilkan kesalahan offset.
3. Kesalahan lag: Dalam kebanyakan kasus, kesalahan lag dapat sepenuhnya diabaikan karena wafer silikon memiliki kekakuan mekanik yang tinggi. Secara umum, kesalahan histeresis hanya perlu dipertimbangkan dalam situasi di mana ada perubahan tekanan yang signifikan.
4. Kesalahan linier: Ini adalah faktor yang memiliki dampak yang relatif kecil pada kesalahan awal, yang disebabkan oleh nonlinier fisik wafer silikon. Namun, untuk sensor dengan amplifier, nonlinier penguat juga harus dimasukkan. Kurva kesalahan linier dapat berupa kurva cekung atau kurva cembung.
Kalibrasi dapat menghilangkan atau sangat mengurangi kesalahan ini, sementara teknik kompensasi biasanya memerlukan menentukan parameter fungsi transfer aktual sistem, daripada hanya menggunakan nilai -nilai tipikal. Potensiometer, resistor yang dapat disesuaikan, dan perangkat keras lainnya semuanya dapat digunakan dalam proses kompensasi, sementara perangkat lunak dapat lebih fleksibel mengimplementasikan pekerjaan kompensasi kesalahan ini.
Metode kalibrasi satu titik dapat mengkompensasi kesalahan offset dengan menghilangkan penyimpangan pada titik nol fungsi transfer, dan jenis metode kalibrasi ini disebut nol otomatis. Kalibrasi offset biasanya dilakukan pada tekanan nol, terutama pada sensor diferensial, karena tekanan diferensial biasanya 0 dalam kondisi nominal. Untuk sensor murni, kalibrasi offset lebih sulit karena membutuhkan sistem pembacaan tekanan untuk mengukur nilai tekanan yang dikalibrasi di bawah kondisi tekanan atmosfer ambien, atau pengontrol tekanan untuk mendapatkan tekanan yang diinginkan.
Kalibrasi tekanan nol sensor diferensial sangat akurat karena tekanan kalibrasi benar -benar nol. Di sisi lain, akurasi kalibrasi ketika tekanan tidak nol tergantung pada kinerja pengontrol tekanan atau sistem pengukuran.
Pilih tekanan kalibrasi
Pemilihan tekanan kalibrasi sangat penting karena menentukan rentang tekanan yang mencapai akurasi terbaik. Bahkan, setelah kalibrasi, kesalahan offset aktual diminimalkan pada titik kalibrasi dan tetap pada nilai kecil. Oleh karena itu, titik kalibrasi harus dipilih berdasarkan rentang tekanan target, dan rentang tekanan mungkin tidak konsisten dengan rentang kerja.
Untuk mengubah tegangan output menjadi nilai tekanan, sensitivitas tipikal biasanya digunakan untuk kalibrasi titik tunggal dalam model matematika karena sensitivitas aktual sering tidak diketahui.
Setelah melakukan kalibrasi offset (PCAL = 0), kurva kesalahan menunjukkan vertikal offset relatif terhadap kurva hitam yang mewakili kesalahan sebelum kalibrasi.
Metode kalibrasi ini memiliki persyaratan yang lebih ketat dan biaya implementasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan metode kalibrasi satu titik. Namun, dibandingkan dengan metode kalibrasi titik, metode ini dapat secara signifikan meningkatkan akurasi sistem karena tidak hanya mengkalibrasi offset, tetapi juga mengkalibrasi sensitivitas sensor. Oleh karena itu, dalam perhitungan kesalahan, nilai sensitivitas aktual dapat digunakan sebagai pengganti nilai atipikal.
Di sini, kalibrasi dilakukan dalam kondisi 0-500 megapascal (skala penuh). Karena kesalahan pada titik kalibrasi mendekati nol, sangat penting untuk mengatur titik -titik ini dengan benar untuk mendapatkan kesalahan pengukuran minimum dalam kisaran tekanan yang diharapkan.
Beberapa aplikasi membutuhkan presisi tinggi untuk dipertahankan di seluruh rentang tekanan. Dalam aplikasi ini, metode kalibrasi multi-titik dapat digunakan untuk mendapatkan hasil yang paling ideal. Dalam metode kalibrasi multi-titik, tidak hanya kesalahan offset dan sensitivitas dipertimbangkan, tetapi juga sebagian besar kesalahan linier diperhitungkan. Model matematika yang digunakan di sini persis sama dengan kalibrasi dua tahap untuk setiap interval kalibrasi (antara dua titik kalibrasi).
Kalibrasi tiga titik
Seperti disebutkan sebelumnya, kesalahan linier memiliki bentuk yang konsisten, dan kurva kesalahan sesuai dengan kurva persamaan kuadratik, dengan ukuran dan bentuk yang dapat diprediksi. Ini terutama berlaku untuk sensor yang tidak menggunakan amplifier, karena nonlinier sensor pada dasarnya didasarkan pada alasan mekanis (disebabkan oleh tekanan film tipis wafer silikon).
Deskripsi karakteristik kesalahan linier dapat diperoleh dengan menghitung kesalahan linier rata -rata dari contoh -contoh khas dan menentukan parameter fungsi polinomial (A × 2+BX+C). Model yang diperoleh setelah menentukan A, B, dan C efektif untuk sensor dari jenis yang sama. Metode ini dapat secara efektif mengkompensasi kesalahan linier tanpa perlu titik kalibrasi ketiga.
Waktu posting: Feb-27-2025