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压力传感器的精度差错抵偿办法

来源:http://www.ligentcn.com/news/23.html发布时间:2016-05-26

压力传感器的精度差错抵偿办法

压力传感器精度高,请求差错合理,进行压力传感器的差错抵偿是其运用的要害。压力传感器主要有偏移量差错、灵敏度差错、线性差错和滞后差错,这篇文章将先容这四种差错发生的机理和对测试成果的影响,一起将先容为进步丈量精度的压力标定办法以及运用实例。
  目前市场上传感器品种丰厚多样,这使得规划工程师能够挑选体系所需的压力传感器。这些传感器既包含最基本的改换器,也包含更为杂乱的带有片上电路的高集成度传感器。由于存在这些区别,规划工程师有必要尽可能够抵偿压力传感器的丈量差错,这是保证传感器满意规划和运用请求的主要过程。在某些情况下,抵偿还能进步传感器在运用中的全体功能。
  偏移量、规模标定以及温度抵偿均能够通过薄膜电阻网络完成,这种薄膜电阻网络在封装过程中选用激光批改。
  该传感器一般与微控制器联系运用,而微控制器的嵌入App自身建立了传感器数学模型。微控制器读取了输出电压后,通过模数转换器的改换,该模型能够将电压量转换为压力丈量值。
  传感器最简略的数学模型即为传递函数。该模型可在全部标定过程中进行优化,而且模型的成熟度将随标定点的添加而添加。
  从计量学的视点看,丈量差错具有适当严厉的界说:它表征了丈量压力与实践压力之间的区别。而一般无法直接得到实践压力,但能够通过选用适当的压力规范加以估量,计量人员一般选用那些精度比被测设备高出最少 10 倍的仪器作为丈量规范。
  由于未经标定的体系只能运用典型的灵敏度和偏移值将输出电压转换为压力,测得的压力将发生如图 1 所示的差错。
  这种未经标定的初始差错由以下几个有些构成:
  a. 偏移量差错。由于在全部压力规模内笔直偏移坚持恒定,因而改换器分散和激光调理批改的改变将发生偏移量差错。
  b. 灵敏度差错,发生差错巨细与压力成正比。假如设备的灵敏度高于典型值,灵敏度差错将是压力的递增函数。假如灵敏度低于典型值,那么灵敏度差错将是压力的递减函数。该差错的发生要素在于分散过程的改变。
  c. 线性差错。这是一个对初始差错影响较小的要素,该差错的发生要素在于硅片的物理非线性,但关于带放大器的传感器,还应包含放大器的非线性。线性差错曲线能够是凹形曲线,也能够是凸形曲线。
  d. 滞后差错:在大多数景象中,滞后差错完全能够忽略不计,由于硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力改变很大的景象中思考滞后差错。
  标定可消除或极大地减小这些差错,而抵偿技能一般请求断定体系实践传递函数的参数,而不是简略的运用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在抵偿过程中选用,而App则能更灵敏地完成这种差错抵偿作业。
  一点标定法可通过消除传递函数零点处的漂移来抵偿偏移量差错,这类标定办法称为主动归零。
  偏移量标定一般在零压力下进行,特别是在差动传感器中,由于在标称条件下差动压力一般为 0 。关于纯传感器,偏移量标定则要艰难一些,由于它要么需求一个压力读取体系,用以丈量其在环境大气压力条件下的标定压力值,要么需求获取希翼压力的压力控制器。
  变动传感器的零压力标定非常准确,由于标定压力严厉为 0 。另一方面,压力不为 0 时的标定准确度取决于压力控制器或丈量体系的功能。
  挑选标定压力
  标定压力的选择非常主要,因其决议了获取最好精度的压力规模。实践上,通过标定后实践的偏移量差错在标定点处最小并一向坚持较小的值。因而,标定点有必要根据方针压力规模加以挑选,而压力规模能够不与作业规模相共同。
  为了将输出电压转换为压力值,由于实践的灵敏度往往是未知,因而在数学模型中一般选用典型灵敏度进行单点标定。
  红色曲线表明进行偏移量标定( PCAL=0 )后的差错曲线,能够发现差错曲线相关于表明标定前差错的黑色曲线发生了笔直偏移。
  这种标定办法与一点标定法比较请求更为严厉,完成本钱也更高。然而与一点标定法比较,该办法可明显进步体系的精度,由于该办法不只标定了偏移量,还标定了传感器的灵敏度。因而在差错核算中能够运用灵敏度实践值,而非典型值。
  绿色曲线表明精度进步。在这里,标定是在 0 至 500 兆巴(满标度)条件下进行。由于在标定点上差错接近于 0 ,因而为了在希翼的压力规模内得到最小的丈量差错,正确地设定这些点就显得尤为主要。某些运用中请求在全部压力规模内坚持较高的准确度。在这些运用中,能够选用多点标定法来得到最理想的成果。在多点标定法中,不只思考了偏移量和灵敏度差错,还思考了大有些的线性差错,紫红色曲线所示。这儿用的数学模型与每个标定距离(在两个标定点之间)的两级标定完全相同。
  三点标定
  如前所述,线性差错具有共同的方式,且差错曲线契合二次方程的曲线,具有可预测的巨细和形状。关于未选用放大器的传感器更是如此,由于传感器的非线性从本质上是根据机械要素(这是由硅片的薄膜压力导致)。
  线性差错特性的描绘能够通过核算典型实例的均匀线性差错,断定多项式函数( a × 2+bx+c )的参数而得到。断定了 a 、 b 和 c 后得到的模型关于相同类型的传感器都是有效的。该办法能在无需第 3 个标定点的情况下有效地抵偿线性差错。

  该差错抵偿办法只需两点标定即可将低本钱传感器改善为高功能器材(差错小于满标度的 0.05% )。 

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