Compensación razoable de erro desensores de presióné a clave da súa aplicación. Os sensores de presión teñen principalmente erro de sensibilidade, erro de compensación, erro de histéresis e erro lineal. Este artigo introducirá os mecanismos destes catro erros e o seu impacto nos resultados das probas. Ao mesmo tempo, introducirá métodos de calibración de presión e exemplos de aplicación para mellorar a precisión da medición.
Na actualidade hai unha gran variedade de sensores no mercado, o que permite aos enxeñeiros de deseño escoller os sensores de presión necesarios para o sistema. Estes sensores inclúen os transformadores máis básicos como os sensores de alta integración máis complexos con circuítos de chip. Debido a estas diferenzas, os enxeñeiros de deseño deben esforzarse por compensar os erros de medición dos sensores de presión, o que é un paso importante para garantir que os sensores cumpran os requisitos de deseño e aplicación. Nalgúns casos, a compensación tamén pode mellorar o rendemento global dos sensores nas aplicacións.
Os conceptos discutidos neste artigo son aplicables ao deseño e aplicación de varios sensores de presión, que teñen tres categorías:
1. Calibración básica ou non compensada;
2. Hai calibración e compensación de temperatura;
3. Ten calibración, compensación e amplificación.
Pódense conseguir todas as compensacións, calibración de rango e compensación de temperatura a través de redes de resistencias de películas finas, que usan a corrección do láser durante o proceso de envasado. Este sensor adoita usarse xunto cun microcontrolador e o software incrustado do propio microcontrolador establece o modelo matemático do sensor. Despois de que o microcontrolador le a tensión de saída, o modelo pode converter a tensión nun valor de medición da presión mediante a transformación do convertedor analóxico a dixital.
O modelo matemático máis sinxelo para sensores é a función de transferencia. O modelo pódese optimizar ao longo de todo o proceso de calibración e a súa madurez aumentará co aumento dos puntos de calibración.
Desde unha perspectiva metrolóxica, o erro de medición ten unha definición bastante estrita: caracteriza a diferenza entre a presión medida e a presión real. Non obstante, normalmente non é posible obter directamente a presión real, pero pódese estimar empregando estándares de presión apropiados. Os metrólogos adoitan usar instrumentos con precisión polo menos 10 veces superiores aos equipos medidos como estándares de medida.
Debido a que os sistemas non calibrados só poden converter a tensión de saída á presión mediante sensibilidade típica e valores de compensación.
Este erro inicial non calibrado consiste nos seguintes compoñentes:
1. Erro de sensibilidade: a magnitude do erro xerado é proporcional á presión. Se a sensibilidade do dispositivo é superior ao valor típico, o erro de sensibilidade será unha función crecente de presión. Se a sensibilidade é inferior ao valor típico, o erro de sensibilidade será unha función decrecente de presión. A razón deste erro débese a cambios no proceso de difusión.
2. Erro de compensación: Debido á compensación vertical constante en todo o rango de presión, os cambios na difusión do transformador e a corrección de axuste do láser producirán erros de compensación.
3. Erro de retraso: Na maioría dos casos, o erro de retraso pódese ignorar completamente porque as obleas de silicio teñen alta rixidez mecánica. Xeralmente, o erro de histéresis só debe considerarse en situacións nas que hai un cambio significativo na presión.
4. Erro lineal: Este é un factor que ten un impacto relativamente pequeno no erro inicial, o que é causado pola non linealidade física da oblea de silicio. Non obstante, para sensores con amplificadores, tamén se debe incluír a non linealidade do amplificador. A curva de erro lineal pode ser unha curva cóncava ou unha curva convexa.
A calibración pode eliminar ou reducir enormemente estes erros, mentres que as técnicas de compensación necesitan normalmente determinar os parámetros da función de transferencia real do sistema, en lugar de simplemente usar valores típicos. Os potenciómetros, resistencias axustables e outro hardware pódense usar no proceso de compensación, mentres que o software pode implementar máis flexible este traballo de compensación de erros.
O método de calibración dun punto pode compensar os erros de compensación eliminando a deriva no punto cero da función de transferencia, e este tipo de método de calibración chámase cero automático. A calibración compensada normalmente realízase a presión cero, especialmente en sensores diferenciais, xa que a presión diferencial é normalmente 0 en condicións nominais. Para os sensores puros, a calibración compensada é máis difícil porque require un sistema de lectura de presión para medir o seu valor de presión calibrado en condicións de presión atmosférica ambiental ou un controlador de presión para obter a presión desexada.
A calibración de presión cero de sensores diferenciais é moi precisa porque a presión de calibración é estrictamente cero. Por outra banda, a precisión da calibración cando a presión non é cero depende do rendemento do controlador de presión ou do sistema de medición.
Seleccione Presión de calibración
A selección da presión de calibración é moi importante xa que determina o rango de presión que consegue a mellor precisión. De feito, despois da calibración, o erro de compensación real minimízase no punto de calibración e permanece nun pequeno valor. Polo tanto, o punto de calibración debe seleccionarse en función do rango de presión obxectivo e pode que o rango de presión non sexa coherente co rango de traballo.
Para converter a tensión de saída nun valor de presión, a sensibilidade típica úsase normalmente para a calibración dun só punto en modelos matemáticos porque a sensibilidade real adoita ser descoñecida.
Despois de realizar a calibración de compensación (PCAL = 0), a curva de erro mostra unha compensación vertical en relación á curva negra que representa o erro antes da calibración.
Este método de calibración ten requisitos máis estritos e maiores custos de implementación en comparación co método de calibración dun punto. Non obstante, en comparación co método de calibración puntual, este método pode mellorar significativamente a precisión do sistema porque non só calibra a compensación, senón que tamén calibra a sensibilidade do sensor. Polo tanto, no cálculo de erros, pódense usar valores de sensibilidade real en lugar de valores atípicos.
Aquí, a calibración realízase en condicións de 0-500 megapascals (escala completa). Dado que o erro nos puntos de calibración é preto de cero, é especialmente importante establecer correctamente estes puntos para obter o erro de medición mínimo dentro do rango de presión esperado.
Algunhas aplicacións requiren que se manteña unha alta precisión en todo o rango de presión. Nestas aplicacións, pódese usar o método de calibración de varios puntos para obter os resultados máis ideais. No método de calibración de varios puntos, non só se consideran erros de compensación e sensibilidade, senón que tamén se teñen en conta os erros lineais. O modelo matemático usado aquí é exactamente o mesmo que a calibración en dúas etapas para cada intervalo de calibración (entre dous puntos de calibración).
Calibración de tres puntos
Como se mencionou anteriormente, o erro lineal ten unha forma consistente e a curva de erro axústase á curva dunha ecuación cuadrática, con tamaño e forma previsible. Isto é especialmente certo para os sensores que non usan amplificadores, xa que a non linealidade do sensor baséase fundamentalmente en razóns mecánicas (causadas pola presión fina da película da oblea de silicio).
A descrición de características de erro lineais pódese obter calculando o erro lineal medio dos exemplos típicos e determinando os parámetros da función polinómica (A × 2+BX+C). O modelo obtido despois de determinar A, B e C é eficaz para sensores do mesmo tipo. Este método pode compensar eficazmente os erros lineais sen necesidade dun terceiro punto de calibración.
Tempo de publicación: FEB-27-2025