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微型压力传感器的精度误差补偿方法

来源:http://www.ligentcn.com/news/572.html发布时间:2017-12-23

文章导读:你知道微型压力传感器的精度误差补偿方法?随着自动化行业的发展,测力传感器生产厂家也逐步提高新技术,目前很多企业对测力传感器的使用也越来越重视,那么,你对微型压力传感器的精度误差补偿方法有所了解吗?如果你还不清楚,接下来,我们一起来看看深圳市力准传感技术有有限公司的销售工程师如何介绍微型压力传感器的精度误差补偿方法。

【深圳力准传感】传感器生产厂家简单描述微型压力传感器的精度误差补偿方法:

压力传感器精度高,要求误差合理,在进行压力传感器的误差补偿就是其应用的关键。压力传感器主要就是有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差以及滞后误差,本文就会介绍这四种误差产生的机理以及对测试结果的影响,于此同时还会介绍为了提高测量精度的压力标定方法和应用实例。

微型压力传感器

现在市场上传感器种类丰富多样,这就使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。这些传感器既包括了最基本的变换器,也可以包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器。因为存在这些差异,设计工程师必须尽可能够补偿压力传感器的测量误差,这就保证传感器满足设计以及应用要求的重要步骤。就在某些情况下,补偿还能提高传感器在应用中的整体性能。

偏移量、范围标定和温度补偿均可以通过薄膜电阻网络实现,这类型薄膜电阻网络在封装过程中采用激光修正。

该传感器通常以及微控制器结合使用,然而微控制器的嵌入软件本身建立了传感器数学模型。微控制器读取了输出电压后,通过模数转换器的变换,这种模型可以把电压量转换为压力测量值。

传感器最简单的数学模型也就为传递函数。这种模型可在整个标定过程中进行优化,而且模型的成熟度将随标定点的增加而增加。

在计量学的角度看,测量误差包含有相当严格的定义:它表征了测量压力与实际压力之间的差异。而通常无法直接得到实际压力,但可以通过采用适当的压力标准加以估计,计量人员通常采用那些精度比被测设备高出至少 10 倍的仪器作为测量标准。

由于未经标定的系统只能使用典型的灵敏度以及偏移值将输出电压转换为压力,测得的压力将产生如图 1 所示的误差。

这种没有经标定的初始误差由以下几个部分组成:

a. 偏移量误差。因为在整个压力范围内垂直偏移保持恒定,所以变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。

b. 灵敏度误差,产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值,灵敏度误差将是压力的递增函数。如果灵敏度低于典型值,那么灵敏度误差将是压力的递减函数。这种误差的产生原因在于扩散过程的变化。

c. 线性误差。这是一个对初始误差影响较小的因素,该误差的产生原因在于硅片的物理非线性,不过对于带放大器的传感器,还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线,也可以是凸形曲线。

d. 滞后误差:在大多数情形中,滞后误差完全可以忽略不计,因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。

标定可以消除或极大地减小这些误差,而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数,而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用,然而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。

一点标定法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差,这类型标定方法称为自动归零。

偏移量标定通常在零压力下进行,特别是在差动传感器中,因为在标称条件下差动压力通常为 0 。对于纯传感器,偏移量标定则要困难一些,因此它要么需要一个压力读取系统,用在测量其在环境大气压力条件下的标定压力值,要么需要获取期望压力的压力控制器。

变动传感器的零压力标定非常精确,所以标定压力严格为 0 。还有一方面,压力不为 0 时的标定精确度取决于压力控制器或测量系统的性能。

选择标定压力

标定压力的选取非常重要,因为其决定了获取最佳精度的压力范围。实际上,经过标定后实际的偏移量误差在标定点处最小并一直保持较小的值。所以,标定点必须根据目标压力范围加以选择,而压力范围可以不与工作范围相一致。

为了把输出电压转换为压力值,因为实际的灵敏度往往是未知,所以在数学模型中通常采用典型灵敏度进行单点标定。

红色曲线表示进行偏移量标定( PCAL=0 )后的误差曲线,可以发现误差曲线相对于表示标定前误差的黑色曲线产生了垂直偏移。

这类型的标定方法和一点标定法相比要求更为严格,实现成本也更高。然而与一点标定法相比,这种方法可显著提高系统的精度,因为该方法不仅标定了偏移量,还标定了传感器的灵敏度。因此在误差计算中可以使用灵敏度实际值,而非典型值。

绿色曲线表示精度提高。就在这里,标定是在 0 至 500 兆巴(满标度)条件下进行。因为在标定点上误差接近于 0 ,所以为了在期望的压力范围内得到最小的测量误差,正确地设定这些点就显得尤为重要。某些应用中要求在整个压力范围内保持较高的精确度。在这些应用中,可以采用多点标定法来得到最理想的结果。在多点标定法中,不仅考虑了偏移量和灵敏度误差,还考虑了大部分的线性误差,紫红色曲线所示。这儿用的数学模型与每个标定间距(在两个标定点之间)的两级标定完全一样。

三点标定

如前所述,线性误差含有一致的形式,而且误差曲线符合二次方程的曲线,具有可预测的大小和形状。对于未采用放大器的传感器更是如此,因为传感器的非线性从本质上是基于机械原因(这是由硅片的薄膜压力引起)。

线性误差特性的描述可以通过计算典型实例的平均线性误差,确定多项式函数( a × 2+bx+c )的参数而得到。确定了 a 、 b 以及 c 后得到的模型对于相同类型的传感器都是有效的。这种方法能在无需第 3 个标定点的情况下有效地补偿线性误差。

这个误差补偿方法只需两点标定也就可以将低成本传感器改进为高性能器件(误差小于满标度的 0.05% )。

温馨提示:相信大家对称重测力传感器哪些环境下影响精度和性能有了一定的了解,希望在你的工作中有一定的帮助,如果你对以上还有什么疑问?你可以通过我们的热线电话或者在线进行咨询,我们的客户人员会在第一时间与你进行联系,感谢您的支持!


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