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应用于医疗中的硅压阻式传感器的误差问题

时间:2021-04-07 点击次数:

压阻式智能传感器在医疗行业的误差问题:

校准SPRT传感器的主要难点是误差范围广,采用不同技术生产的SPRT传感器有不同类型的误差和误差范围。同一厂家提供的同一型号传感器的误差范围也有轻微差异。SPRT传感器的误差因素包括偏信号随温度变化的强非线性(高达1%ok)大初始失调(满偏100%以上)和失调随温度的强漂移等。在一定的限度内,这些缺陷可以通过电子电路进行补偿。


静态扭矩传感器LT-06

在一定温度下,SPRT桥梁电阻(Vcc与地面等效电阻)可以在较宽的压力范围内保持相当一定,但随着温度的提高,桥梁电阻显着增加,如果桥梁由恒流源驱动,则桥梁电压(指Vcc与地面等效电阻与恒流源输出电流的乘积)增加。随着温度的提高,桥梁电压的灵敏度也会增加。另一方面,如果桥梁电压保持一定,SPRT的压力敏感度会随着温度的提高而降低。

因此,SPRT的压力敏感度受到两个对立因素的影响:温度和桥面电压。这种桥面电阻或桥面电压的变化可以通过现代信号调节电路IC来纠正SPRT灵敏度在温度范围内的误差。值得注意的是,这种信号调节电路IC可以根据桥面电阻的变化修正灵敏度随温度的变化而变化。通过对SPRT产生误差的主要因素的分析,可以有针对性地进行校正和补偿。下面为大家介绍一下目前常用的传统修改、现代修改和简化补偿方法。

五是传统的校正方法。

可以将SPRT精度补偿到适当的水平,调节SPRT失调、失调的温度漂移和SPRT敏感度的温度漂移。与SPRT敏感温度漂移有关的是全部榆树(FSO)的温度漂移,这两个参数(指SPRT敏感温度漂移与全部榆树的温度漂移)的温度特性成正比。电路中的零阻力Rjz用于补偿室温下传感器的失调电压,温度敏感阻力Rts和Rtz(或Rtz)用于校正温度误差。前面提到,桥梁阻力随着温度的升高而增加,传感器两端的电压Vo+Vo-()也增加,这种增加的电压△Vo+Vo-会提高传感器的灵敏度,也就是说在给定的压力下输出更高的电压。

然而,如果传感器两端的电压保持不变,则传感器的灵敏度会随着温度的升高而降低(或称为负向灵敏度系数),但当它受到温度的影响而增加时,它的灵敏度的正向变化系数大于负向灵敏度系数,因此满偏输出(FSO)倾向于随着温度的升高而增加。当温度升高时,阻力Rts可以切断桥梁电流的一部分,从而抵消上述效果。类似地,Rtz或Rtz可以纠正不平衡的漂移。电路中Rts的选择还是Rtz取决于不平衡的温度漂移方向。

这种传统的修改方法的优点是程序简单便宜,但主要问题是各补偿元件相互影响,修改非常困难,限制了可以达到的精度,这种修改技术也不方便电子调整。

6.现代校正-补偿技术。

由于SPRT的误差范围很广,所以必须通过现代化和简化补偿法来校准。目前,现代校正-补偿技术是MAX145新信号调节芯片和SPRT的组合,即智能传感器和技术。

一个信号调节MAXl457集成电路,驱动呼吸监控器硅压阻传感器(SPRT),校正传感器误差。MAXl457具有驱动传感器的控制电流源和采样传感器桥路电压的ADC(模块转换器)。

MAXl457还包括一个可编程增益功放(PGA),用于扩大传感器的差异输出;还有5个数字数字数字数字转换器,用于校正各种传感器的误差。由于传感器输出弱信号,PGA输出电压不足以驱动ADC。因此,MAXl457的内置功放可以用来将PGA的输出提高到适当的水平。

由于桥梁电压随着温度的升高而升高,这种温度相关性可用于补偿全偏输出的温度误差。对于恒流源激励桥架来说,满偏输出(FSO)随着温度的升高而降低,导致满偏输出的温度相关误差(FSOTC)。但是,如果桥梁的电压根据温度以一定的速度上升,正好根据温度下降全部敏感度,全部偏差输出(FSO)将保持一定。

1)MAXl457如何用这种方法校正温度引起的全输出误差?

首先,通过ADC量化桥梁电压,根据量化结果,找出预计的四个校正系数(保存在EEPROM中),并将其送到FSOTCDAC。然后DAC输出电压调整桥梁激励电流,调整后的激励电流改变桥梁电压,补偿特定温度下传感器灵敏度变化引起的全偏差输出误差。

为了实现平滑校正,桥梁电压作为FSOTCDAC的参考输入,在相邻的两个数字补偿点(ADC提供给EEPROM)之间进行模拟补偿。用同样的方法补偿不平衡的温度漂移(OFFSETTC),不同的是OFFSETCDAC的输出电压对PGA输出端的要求和节点(而不是MAX1457的电流源)。

2)上述四个温度校正系数的计算步骤。

首先将传感器和MAXl457放在最低温度,获取不同压力下的传感器数据,然后将传感器和MAXl457放在最高温度下,获取不同压力下的传感器数据。

利用这些极限温度点数据,专为MAXl457设计的应用软件可以计算四个校准系数:满输出(FSO)、满输出温度相关误差(FSOTC)、偏差-失调(Offset)、失调温度偏差(OFFSETC),可以修改SPRT的一级误差。

为了获得0.1%的精度,MAXl457允许在特定温度下进行补偿,只需按规定温度计算FSOTC和OFFSETC,用户就可以确定校准点的数量(最多120点)。如果传感器误差具有良好的重复性,SPRT和MAXl457的组合精度可达0.1%以上。

与传统方法相比,MAXl457的补偿技术具有明显的优势。MAXl457消除了补偿部件之间的相互影响,由于相互独立的失调和满度调节:失调在PGA输出端得到补偿,FSO通过电流源得到补偿。另一个优点是,对不同的温度点进行特定的修正,可以获得更高的精度。这种方法本质上优于外部电阻,因为后者无法在特定温度点精确补偿传感器。

MAX1457提供的精度远远高于呼吸监视器的要求,因此选择它主要是因为内部有额外的运输,可以扩大呼吸监视器传感器的低电平信号。由于MAX1457可以使监控器在宽温度范围内工作,SPRT和MAX1457的组合可以获得优异的精度,因此可以应用于空间探测和潜水呼吸器。

深圳市力准传感技术有限公司是测力传感器、扭矩传感器、称重传感器、柱式传感器的专业制造商,也是集生产、销售、售后为一体的综合性技 术型企业。

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