Makul hata telafisibasınç sensörleriuygulamalarının anahtarıdır. Basınç sensörleri esas olarak duyarlılık hatası, ofset hatası, histerezis hatası ve doğrusal hataya sahiptir. Bu makale bu dört hatanın mekanizmalarını ve bunların test sonuçları üzerindeki etkilerini sunacaktır. Aynı zamanda, ölçüm doğruluğunu artırmak için basınç kalibrasyon yöntemleri ve uygulama örnekleri getirecektir.
Şu anda, piyasada tasarım mühendislerinin sistem için gerekli basınç sensörlerini seçmesine izin veren çok çeşitli sensörler var. Bu sensörler hem en temel transformatörleri hem de çip üstü devreli daha karmaşık yüksek entegrasyon sensörlerini içerir. Bu farklılıklar nedeniyle, tasarım mühendisleri basınç sensörlerindeki ölçüm hatalarını telafi etmeye çalışmalıdır, bu da sensörlerin tasarım ve uygulama gereksinimlerini karşılamasını sağlamada önemli bir adımdır. Bazı durumlarda, tazminat uygulamalardaki sensörlerin genel performansını da artırabilir.
Bu makalede tartışılan kavramlar, üç kategorisi olan çeşitli basınç sensörlerinin tasarımı ve uygulanması için geçerlidir:
1. temel veya telafi edilmemiş kalibrasyon;
2. Kalibrasyon ve sıcaklık telafisi vardır;
3. Kalibrasyon, tazminat ve amplifikasyona sahiptir.
Ofset, menzil kalibrasyonu ve sıcaklık telafisi, ambalaj işlemi sırasında lazer düzeltmesi kullanan ince film direnç ağları aracılığıyla elde edilebilir. Bu sensör genellikle bir mikrodenetleyici ile birlikte kullanılır ve mikrodenetleyicinin gömülü yazılımı, sensörün matematiksel modelini oluşturur. Mikrodenetleyici çıkış voltajını okuduktan sonra, model analog-dijital dönüştürücünün dönüşümü yoluyla voltajı bir basınç ölçüm değerine dönüştürebilir.
Sensörler için en basit matematiksel model aktarım işlevidir. Model tüm kalibrasyon işlemi boyunca optimize edilebilir ve kalibrasyon noktalarının artmasıyla olgunluğu artacaktır.
Metrolojik açıdan bakıldığında, ölçüm hatası oldukça katı bir tanıma sahiptir: ölçülen basınç ve gerçek basınç arasındaki farkı karakterize eder. Bununla birlikte, genellikle gerçek basıncı doğrudan elde etmek mümkün değildir, ancak uygun basınç standartları kullanılarak tahmin edilebilir. Metroologlar genellikle ölçüm standartları olarak ölçülen ekipmandan en az 10 kat daha yüksek bir doğrulukla kullanırlar.
Kalibre edilmemiş sistemlerin sadece tipik hassasiyet ve ofset değerleri kullanarak çıkış voltajını basınca dönüştürebilmesi nedeniyle.
Bu kalibre edilmemiş başlangıç hatası aşağıdaki bileşenlerden oluşur:
1. Duyarlılık Hatası: Üretilen hatanın büyüklüğü basınçla orantılıdır. Cihazın hassasiyeti tipik değerden daha yüksekse, duyarlılık hatası artan basınç fonksiyonu olacaktır. Duyarlılık tipik değerden daha düşükse, duyarlılık hatası basınçın azalan bir fonksiyonu olacaktır. Bu hatanın nedeni, difüzyon işlemindeki değişikliklerden kaynaklanmaktadır.
2. Ofset hatası: Tüm basınç aralığı boyunca sabit dikey ofset nedeniyle, transformatör difüzyonundaki ve lazer ayar düzeltmesindeki değişiklikler ofset hatalarına neden olacaktır.
3. Gecikme Hatası: Çoğu durumda, silikon gofretlerin yüksek mekanik sertliğe sahip olduğu için gecikme hatası tamamen göz ardı edilebilir. Genel olarak, histerezis hatası sadece basınçta önemli bir değişiklik olduğu durumlarda dikkate alınmalıdır.
4. Doğrusal hata: Bu, silikon gofretin fiziksel doğrusal olmamasının neden olduğu başlangıç hatası üzerinde nispeten küçük bir etkiye sahip bir faktördür. Bununla birlikte, amplifikatörleri olan sensörler için amplifikatörün doğrusal olmaması da dahil edilmelidir. Doğrusal hata eğrisi içbükey bir eğri veya dışbükey bir eğri olabilir.
Kalibrasyon bu hataları ortadan kaldırabilir veya büyük ölçüde azaltabilirken, telafi teknikleri tipik olarak sadece tipik değerler kullanmak yerine sistemin gerçek aktarım fonksiyonunun parametrelerinin belirlenmesini gerektirir. Potansiyometreler, ayarlanabilir dirençler ve diğer donanımların hepsi telafi işleminde kullanılabilirken, yazılım bu hata telafi çalışmasını daha esnek bir şekilde uygulayabilir.
Bir nokta kalibrasyon yöntemi, transfer fonksiyonunun sıfır noktasında sürüklenmeyi ortadan kaldırarak ofset hatalarını telafi edebilir ve bu tür kalibrasyon yöntemine otomatik sıfırlama denir. Ofset kalibrasyonu genellikle nominal koşullar altında diferansiyel basınç tipik olarak 0 olduğundan, özellikle diferansiyel sensörlerde sıfır basınçta gerçekleştirilir. Saf sensörler için ofset kalibrasyonu daha zordur, çünkü ya ortam atmosferik basınç koşulları altında kalibre edilmiş basınç değerini ölçmek için bir basınç okuma sistemi veya istenen basıncı elde etmek için bir basınç kontrolörü gerektirir.
Diferansiyel sensörlerin sıfır basınç kalibrasyonu çok doğrudur çünkü kalibrasyon basıncı kesinlikle sıfırdır. Öte yandan, basınç sıfır olmadığında kalibrasyon doğruluğu, basınç kontrolörünün veya ölçüm sisteminin performansına bağlıdır.
Kalibrasyon basıncını seçin
Kalibrasyon basıncı seçimi, en iyi doğruluğu elde eden basınç aralığını belirlediğinden çok önemlidir. Aslında, kalibrasyondan sonra, gerçek ofset hatası kalibrasyon noktasında en aza indirilir ve küçük bir değerde kalır. Bu nedenle, kalibrasyon noktası hedef basınç aralığına göre seçilmeli ve basınç aralığı çalışma aralığı ile tutarlı olmayabilir.
Çıkış voltajını bir basınç değerine dönüştürmek için, tipik duyarlılık genellikle matematiksel modellerde tek nokta kalibrasyonu için kullanılır, çünkü gerçek hassasiyet genellikle bilinmemektedir.
Ofset kalibrasyonu (PCAL = 0) gerçekleştirdikten sonra, hata eğrisi, kalibrasyondan önce hatayı temsil eden siyah eğriye göre dikey bir ofset gösterir.
Bu kalibrasyon yönteminin, bir nokta kalibrasyon yöntemine kıyasla daha katı gereksinimleri ve daha yüksek uygulama maliyetleri vardır. Bununla birlikte, nokta kalibrasyon yöntemi ile karşılaştırıldığında, bu yöntem sistemin doğruluğunu önemli ölçüde artırabilir, çünkü sadece ofseti kalibre etmekle kalmaz, aynı zamanda sensörün duyarlılığını da kalibre eder. Bu nedenle, hata hesaplamasında, atipik değerler yerine gerçek duyarlılık değerleri kullanılabilir.
Burada kalibrasyon 0-500 megapaskal (tam ölçek) koşulları altında gerçekleştirilir. Kalibrasyon noktalarındaki hata sıfıra yakın olduğundan, beklenen basınç aralığında minimum ölçüm hatasını elde etmek için bu noktaları doğru bir şekilde ayarlamak özellikle önemlidir.
Bazı uygulamalar, tüm basınç aralığı boyunca yüksek hassasiyetin korunmasını gerektirir. Bu uygulamalarda, en ideal sonuçları elde etmek için çok noktalı kalibrasyon yöntemi kullanılabilir. Çok noktalı kalibrasyon yönteminde, sadece ofset ve duyarlılık hataları dikkate alınmaz, aynı zamanda doğrusal hataların çoğu da dikkate alınır. Burada kullanılan matematiksel model, her kalibrasyon aralığı için iki aşamalı kalibrasyonla tamamen aynıdır (iki kalibrasyon noktası arasında).
Üç nokta kalibrasyonu
Daha önce de belirtildiği gibi, doğrusal hata tutarlı bir şekle sahiptir ve hata eğrisi, öngörülebilir boyut ve şekle sahip kuadratik bir denklemin eğrisine uygundur. Bu özellikle amplifikatör kullanmayan sensörler için geçerlidir, çünkü sensörün doğrusal olmaması temelde mekanik nedenlere dayanır (silikon gofretin ince film basıncının neden olduğu).
Doğrusal hata özelliklerinin açıklaması, tipik örneklerin ortalama doğrusal hatası hesaplanarak ve polinom fonksiyonunun parametrelerinin (a x 2+bx+c) belirlenmesi ile elde edilebilir. A, B ve C'nin belirlenmesinden sonra elde edilen model, aynı tipte sensörler için etkilidir. Bu yöntem, üçüncü bir kalibrasyon noktasına ihtiyaç duymadan doğrusal hataları etkili bir şekilde telafi edebilir.
Post süresi: 27 Şub-2025