Razumna nadoknada pogrešakasenzori tlakaje ključ njihove prijave. Senzori tlaka uglavnom imaju pogrešku osjetljivosti, pogrešku u odstupanju, pogrešku histereze i linearnu pogrešku. Ovaj će članak uvesti mehanizme ove četiri pogreške i njihov utjecaj na rezultate ispitivanja. Istodobno će uvesti metode umjeravanja tlaka i primjere primjene za poboljšanje točnosti mjerenja.
Trenutno na tržištu postoji širok izbor senzora, što omogućava inženjerima dizajna da odaberu senzore tlaka potrebne za sustav. Ovi senzori uključuju i najosnovnije transformatore i složenije senzore visoke integracije s krugovima na čipu. Zbog tih razlika, inženjeri dizajna moraju nastojati nadoknaditi pogreške mjerenja u senzorima tlaka, što je važan korak u osiguravanju da senzori ispune zahtjeve za dizajnom i primjenom. U nekim slučajevima kompenzacija također može poboljšati ukupne performanse senzora u aplikacijama.
Koncepti razmatrani u ovom članku primjenjivi su na dizajn i primjenu različitih senzora tlaka koji imaju tri kategorije:
1. osnovna ili nekompenzirana kalibracija;
2. postoji kompenzacija kalibracije i temperature;
3. Ima kalibraciju, kompenzaciju i pojačavanje.
Pomak, kalibracija raspona i kompenzacija temperature mogu se postići mrežom tankih filmskih otpornika, koje koriste korekciju lasera tijekom postupka pakiranja. Ovaj senzor obično se koristi zajedno s mikrokontrolerom, a ugrađeni softver samog mikrokontrolera uspostavlja matematički model senzora. Nakon što mikrokontroler očita izlazni napon, model može pretvoriti napon u vrijednost mjerenja tlaka kroz transformaciju analogno-digitalnog pretvarača.
Najjednostavniji matematički model senzora je funkcija prijenosa. Model se može optimizirati tijekom cijelog postupka kalibracije, a njegova zrelost će se povećati s povećanjem kalibracijskih točaka.
Iz metrološke perspektive, pogreška mjerenja ima prilično strogu definiciju: karakterizira razliku između izmjerenog tlaka i stvarnog tlaka. Međutim, obično nije moguće izravno dobiti stvarni tlak, ali može se procijeniti korištenjem odgovarajućih tlačnih standarda. Metrolozi obično koriste instrumente s točnošću najmanje 10 puta većim od izmjerene opreme kao mjernih standarda.
Zbog činjenice da nekolibrirani sustavi mogu samo pretvoriti izlazni napon u tlak koristeći tipične vrijednosti osjetljivosti i pomaka.
Ova nekolibrirana početna pogreška sastoji se od sljedećih komponenti:
1. Pogreška osjetljivosti: Jačina generirane pogreške proporcionalna je tlaku. Ako je osjetljivost uređaja veća od tipične vrijednosti, pogreška osjetljivosti bit će sve veća funkcija tlaka. Ako je osjetljivost niža od tipične vrijednosti, pogreška osjetljivosti bit će smanjena funkcija tlaka. Razlog ove pogreške je zbog promjena u procesu difuzije.
2. Pogreška odstupanja: Zbog konstantnog vertikalnog pomaka u cijelom rasponu tlaka, promjene u difuziji transformatora i korekcija laserskog podešavanja rezultirat će pogreškama od nadoknade.
3. Pogreška zaostajanja: U većini slučajeva pogreška zaostajanja može se u potpunosti zanemariti jer silicijski rezine imaju visoku mehaničku krutost. Općenito, pogrešku histereze treba razmotriti samo u situacijama kada postoji značajna promjena tlaka.
4. Linearna pogreška: Ovo je faktor koji ima relativno mali utjecaj na početnu pogrešku, što je uzrokovano fizičkom nelinearnošću silikonskog reza. Međutim, za senzore s pojačalima također bi trebala biti uključena nelinearnost pojačala. Linearna krivulja pogreške može biti konkavna krivulja ili konveksna krivulja.
Kalibracija može eliminirati ili uvelike smanjiti ove pogreške, dok tehnike kompenzacije obično zahtijevaju određivanje parametara stvarne funkcije prijenosa sustava, a ne jednostavno koristeći tipične vrijednosti. Potenciometri, podesivi otpornici i drugi hardver mogu se koristiti u procesu kompenzacije, dok softver može fleksibilnije implementirati ovaj rad na kompenzaciji pogreške.
Metoda kalibracije u jednoj točki može nadoknaditi pogreške u kompenzaciji uklanjanjem nagiba na nuli točke prijenosne funkcije, a ova vrsta metode kalibracije naziva se automatskom nulinom. Kalibracija odstupanja obično se izvodi pri nultom tlaku, posebno kod diferencijalnih senzora, jer je diferencijalni tlak obično 0 u nominalnim uvjetima. Za čiste senzore, kalibracija pomaka je teža jer zahtijeva ili sustav za čitanje tlaka za mjerenje njegove kalibrirane vrijednosti tlaka u uvjetima atmosferskog tlaka u atmosferi ili kontroler tlaka da bi se dobio željeni tlak.
Kalibracija nultog tlaka diferencijalnih senzora je vrlo točna jer je kalibracijski tlak strogo nula. S druge strane, točnost kalibracije kada tlak nije nula ovisi o performansama regulatora tlaka ili sustava mjerenja.
Odaberite kalibracijski tlak
Odabir kalibracijskog tlaka vrlo je važan jer određuje raspon tlaka koji postiže najbolju točnost. U stvari, nakon umjeravanja, stvarna pogreška pomaka minimizira se na točki kalibracije i ostaje na maloj vrijednosti. Stoga se točka kalibracije mora odabrati na temelju ciljanog raspona tlaka, a raspon tlaka možda nije u skladu s radnim rasponom.
Da bi se izlazni napon pretvorio u vrijednost tlaka, tipična osjetljivost obično se koristi za umjeravanje jednostruke točke u matematičkim modelima jer je stvarna osjetljivost često nepoznata.
Nakon izvođenja kalibracije pomaka (PCAL = 0), krivulja pogreške prikazuje vertikalni pomak u odnosu na crnu krivulju koja predstavlja pogrešku prije umjeravanja.
Ova metoda kalibracije ima strože zahtjeve i veće troškove provedbe u usporedbi s metodom kalibracije jedne točke. Međutim, u usporedbi s metodom kalibracije točke, ova metoda može značajno poboljšati točnost sustava jer ne samo kalibrira pomak, već i kalibrira osjetljivost senzora. Stoga se u izračunavanju pogrešaka mogu koristiti stvarne vrijednosti osjetljivosti umjesto atipičnih vrijednosti.
Ovdje se kalibracija izvodi u uvjetima od 0-500 megapaskala (puna razmjera). Budući da je pogreška na točke kalibracije blizu nule, posebno je važno ispravno postaviti ove točke kako bi se dobila minimalna pogreška mjerenja u očekivanom rasponu tlaka.
Neke aplikacije zahtijevaju da se održava velika preciznost u cijelom rasponu tlaka. U tim se aplikacijama za dobivanje najidealnijih rezultata može koristiti metoda kalibracije u više točaka. U metodi kalibracije u više točaka ne uzimaju se u obzir ne samo pogreške pomaka i osjetljivosti, već se uzima u obzir i većina linearnih pogrešaka. Matematički model koji se ovdje koristi potpuno je isti kao dvostupanjski kalibracija za svaki interval kalibracije (između dvije točke kalibracije).
Tri točke umjeravanja
Kao što je ranije spomenuto, linearna pogreška ima dosljedan oblik, a krivulja pogreške u skladu je s krivuljom kvadratne jednadžbe, s predvidljivom veličinom i oblikom. To se posebno odnosi na senzore koji ne koriste pojačala, jer se nelinearnost senzora u osnovi temelji na mehaničkim razlozima (uzrokovano tlakom tankog filma silicijskog reza).
Opis linearnih karakteristika pogreške može se dobiti izračunavanjem prosječne linearne pogreške tipičnih primjera i određivanjem parametara polinomne funkcije (a × 2+bx+c). Model dobiven nakon utvrđivanja A, B i C učinkovit je za senzore iste vrste. Ova metoda može učinkovito nadoknaditi linearne pogreške bez potrebe za trećom kalibracijskom točkom.
Post Vrijeme: veljače-27-2025