Slėgio jutiklio klaidų kompensacija

Pagrįsta klaidų kompensacijaslėgio jutikliaiyra raktas į jų taikymą. Slėgio jutikliai daugiausia turi jautrumo paklaidą, poslinkio paklaidą, histerezės paklaidą ir linijinę paklaidą. Šiame straipsnyje bus pateikiami šių keturių klaidų mechanizmai ir jų poveikis bandymo rezultatams. Tuo pačiu metu jis pateiks slėgio kalibravimo metodus ir taikymo pavyzdžius, kad pagerintų matavimo tikslumą.

Šiuo metu rinkoje yra daugybė jutiklių, kurie leidžia projektavimo inžinieriams pasirinkti sistemai reikalingų slėgio jutiklius. Šie jutikliai apima ir pačius pagrindinius transformatorius, ir sudėtingesnius aukšto integracijos jutiklius su lusto grandinėmis. Dėl šių skirtumų projektavimo inžinieriai turi stengtis kompensuoti slėgio jutiklių matavimo klaidas, o tai yra svarbus žingsnis užtikrinant, kad jutikliai atitiktų projektavimo ir taikymo reikalavimus. Kai kuriais atvejais kompensacija taip pat gali pagerinti bendrą jutiklių veikimą programose.

Šiame straipsnyje aptartos sąvokos yra taikomos kuriant ir pritaikant įvairius slėgio jutiklius, turinčius tris kategorijas:

1. Pagrindinis arba nekompensuotas kalibravimas;

2. Yra kalibravimas ir temperatūros kompensacija;

3. Jis turi kalibravimą, kompensaciją ir amplifikaciją.

Pristatymo, diapazono kalibravimo ir temperatūros kompensaciją galima pasiekti naudojant plonus plėvelės rezistorių tinklus, kurie pakavimo proceso metu naudoja lazerio korekciją. Šis jutiklis paprastai naudojamas kartu su mikrovaldikliu, o paties mikrokontrolerio įterpta programinė įranga nustato matematinį jutiklio modelį. Po to, kai mikrovaldiklis nuskaito išėjimo įtampą, modelis gali paversti įtampą į slėgio matavimo vertę, transformuojant analoginį-skaitmeninį keitiklį.

Paprasčiausias jutiklių matematinis modelis yra perdavimo funkcija. Modelis gali būti optimizuotas per visą kalibravimo procesą, o jo brandumas padidės padidėjus kalibravimo taškams.

Žvelgiant iš metrologinės perspektyvos, matavimo paklaida turi gana griežtą apibrėžimą: tai apibūdina skirtumą tarp išmatuoto slėgio ir faktinio slėgio. Tačiau paprastai neįmanoma tiesiogiai gauti faktinio slėgio, tačiau jį galima įvertinti naudojant atitinkamus slėgio standartus. Metrologai paprastai naudoja instrumentus, kurių tikslumas yra ne mažiau kaip 10 kartų didesnis nei išmatuota įranga kaip matavimo standartai.

Dėl to, kad nekalibruotos sistemos gali konvertuoti tik išėjimo įtampą į slėgį, naudojant tipinį jautrumą ir poslinkio vertes.

Ši nekalibruota pradinė klaida susideda iš šių komponentų:

1. Jautrumo klaida: sugeneruotos klaidos dydis yra proporcingas slėgiui. Jei prietaiso jautrumas yra didesnis už tipinę vertę, jautrumo paklaida bus didėjanti slėgio funkcija. Jei jautrumas yra mažesnis už tipinę vertę, jautrumo paklaida bus mažėjanti slėgio funkcija. Šios klaidos priežastis atsirado dėl difuzijos proceso pokyčių.

2. Pasirašymo klaida: Dėl pastovaus vertikalaus poslinkio visame slėgio diapazone transformatoriaus difuzijos ir lazerio reguliavimo korekcijos pokyčiai sukels poslinkių klaidas.

3. Vėlytės klaida: Daugeliu atvejų atsilikimo paklaidą galima visiškai ignoruoti, nes silicio plokštelės turi aukštą mechaninį standumą. Paprastai histerezės paklaidą reikia atsižvelgti tik tais atvejais, kai pastebimai pasikeitė slėgis.

4. Linijinė klaida: Tai yra veiksnys, turintis palyginti nedidelį poveikį pradinei paklaidai, kurią sukelia fizinis silicio plokštelės netiesiškumas. Tačiau jutikliams su stiprintuvais taip pat reikia įtraukti stiprintuvo netiesiškumą. Linijinės paklaidos kreivė gali būti įgaubta kreivė arba išgaubta kreivė.

Kalibravimas gali pašalinti arba smarkiai sumažinti šias klaidas, o kompensavimo metodams paprastai reikia nustatyti faktinės sistemos perdavimo funkcijos parametrus, o ne paprasčiausiai naudojant tipines vertes. Potenciometrai, reguliuojami rezistoriai ir kita aparatinė įranga gali būti naudojami kompensavimo procese, o programinė įranga gali lanksčiau įgyvendinti šį klaidų kompensavimo darbą.

Vieno taško kalibravimo metodas gali kompensuoti poslinkio klaidas, pašalindamas dreifą nuliniame perdavimo funkcijos taške, o šio tipo kalibravimo metodas vadinamas automatiniu nuliu. Paprastai kalibravimas atliekamas esant nuliniam slėgiui, ypač esant diferenciniams jutikliams, nes diferencinis slėgis paprastai yra 0 nominaliomis sąlygomis. Gryniems jutikliams kompensuoti kalibravimą yra sunkiau, nes jai reikia slėgio skaitymo sistemos, kad būtų galima išmatuoti jo kalibruotą slėgio vertę aplinkos atmosferos slėgio sąlygomis, arba slėgio valdiklį, kad gautumėte norimą slėgį.

Diferencialinių jutiklių slėgio kalibravimas nulis yra labai tikslus, nes kalibravimo slėgis yra griežtai nulis. Kita vertus, kalibravimo tikslumas, kai slėgis nėra nulis, priklauso nuo slėgio valdiklio ar matavimo sistemos veikimo.

Pasirinkite kalibravimo slėgį

Kalibravimo slėgio pasirinkimas yra labai svarbus, nes jis nustato slėgio diapazoną, kuris pasiekia geriausią tikslumą. Tiesą sakant, po kalibravimo tikroji poslinkio paklaida yra sumažinta kalibravimo taške ir išlieka maža vertė. Todėl kalibravimo taškas turi būti pasirinktas atsižvelgiant į tikslinį slėgio diapazoną, o slėgio diapazonas gali neatitikti darbinio diapazono.

Norint paversti išvesties įtampą slėgio verte, tipinis jautrumas paprastai naudojamas vienkartiniam kalibravimui matematiniuose modeliuose, nes tikrasis jautrumas dažnai nežinomas.

Atlikus poslinkio kalibravimą (PCAL = 0), klaidos kreivėje parodytas vertikalus poslinkis, palyginti su juoda kreive, vaizduojančia klaidą prieš kalibravimą.

Šis kalibravimo metodas turi griežtesnius reikalavimus ir didesnes įgyvendinimo išlaidas, palyginti su vieno taško kalibravimo metodu. Tačiau, palyginti su taškinio kalibravimo metodu, šis metodas gali žymiai pagerinti sistemos tikslumą, nes jis ne tik kalibruoja poslinkį, bet ir kalibruoja jutiklio jautrumą. Todėl, apskaičiuojant klaidų, vietoj netipinių verčių gali būti naudojamos faktinės jautrumo vertės.

Čia kalibravimas atliekamas esant 0–500 megapaskalių sąlygoms (visos skalės). Kadangi klaida kalibravimo taškuose yra artimas nuliui, ypač svarbu teisingai nustatyti šiuos taškus, kad būtų galima gauti minimalią matavimo paklaidą numatomame slėgio diapazone.

Kai kurioms programoms reikia labai tiksliai išlaikyti visą slėgio diapazoną. Šiose programose patys idealiausi rezultatai gali būti naudojami kelių taškų kalibravimo metodas. Taikant kelių taškų kalibravimo metodą, atsižvelgiama ne tik į poslinkio ir jautrumo klaidas, bet ir į daugumą linijinių klaidų. Čia naudojamas matematinis modelis yra visiškai toks pat kaip dviejų pakopų kalibravimo kiekvienam kalibravimo intervalui (tarp dviejų kalibravimo taškų).

Trijų taškų kalibravimas

Kaip minėta anksčiau, linijinė paklaida turi nuoseklią formą, o klaidos kreivė atitinka kvadratinės lygties kreivę su nuspėjamu dydžiu ir forma. Tai ypač pasakytina apie jutiklius, kurie nenaudoja stiprintuvų, nes jutiklio netiesiškumas iš esmės yra pagrįstas mechaninėmis priežastys (sukelia ploną silicio vaflinio plėvelės slėgį).

Linijinių paklaidų charakteristikų aprašymą galima gauti apskaičiuojant vidutinę tipinių pavyzdžių tiesinę paklaidą ir nustatant polinominės funkcijos parametrus (A × 2+BX+C). Modelis, gautas nustatant A, B ir C, yra efektyvus to paties tipo jutikliams. Šis metodas gali efektyviai kompensuoti linijines klaidas, nereikalaujant trečiojo kalibravimo taško.