합리적인 오류 보상압력 센서응용 프로그램의 열쇠입니다. 압력 센서에는 주로 감도 오류, 오프셋 오류, 히스테리시스 오류 및 선형 오류가 있습니다. 이 기사는이 네 가지 오류의 메커니즘과 테스트 결과에 미치는 영향을 소개합니다. 동시에 측정 정확도를 향상시키기 위해 압력 교정 방법 및 응용 예제를 도입합니다.
현재 시장에는 다양한 센서가있어 설계 엔지니어가 시스템에 필요한 압력 센서를 선택할 수 있습니다. 이 센서에는 가장 기본적인 변압기와 온칩 회로가있는 더 복잡한 고 통합 센서가 모두 포함됩니다. 이러한 차이로 인해 설계 엔지니어는 압력 센서의 측정 오류를 보상하기 위해 노력해야합니다. 이는 센서가 설계 및 응용 프로그램 요구 사항을 충족하도록하는 중요한 단계입니다. 경우에 따라 보상은 응용 분야에서 센서의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있습니다.
이 기사에서 논의 된 개념은 세 가지 범주가있는 다양한 압력 센서의 설계 및 적용에 적용됩니다.
1. 기본 또는 보상되지 않은 교정;
2. 교정 및 온도 보상이 있습니다.
3. 교정, 보상 및 증폭이 있습니다.
포장 과정에서 레이저 보정을 사용하는 박막 저항 네트워크를 통해 오프셋, 범위 교정 및 온도 보상을 모두 달성 할 수 있습니다. 이 센서는 일반적으로 마이크로 컨트롤러와 함께 사용되며 마이크로 컨트롤러 자체의 내장 된 소프트웨어는 센서의 수학적 모델을 설정합니다. 마이크로 컨트롤러가 출력 전압을 읽은 후, 모델은 아날로그-디지털 변환기의 변환을 통해 전압을 압력 측정 값으로 변환 할 수 있습니다.
센서의 가장 간단한 수학적 모델은 전송 기능입니다. 모델은 전체 교정 프로세스에서 최적화 될 수 있으며 교정 지점의 증가에 따라 성숙도가 증가합니다.
대도체 관점에서 측정 오류는 상당히 엄격한 정의를 가지고 있습니다. 측정 압력과 실제 압력의 차이를 특성화합니다. 그러나 일반적으로 실제 압력을 직접 얻는 것은 불가능하지만 적절한 압력 표준을 사용하여 추정 할 수 있습니다. 계측 학자들은 일반적으로 측정 표준으로 측정 된 장비보다 적어도 10 배 높은 정확도를 가진 악기를 사용합니다.
비교되지 않은 시스템이 일반적인 감도 및 오프셋 값을 사용하여 출력 전압 만 압력으로 만 변환 할 수 있기 때문입니다.
이 교정되지 않은 초기 오차는 다음 구성 요소로 구성됩니다.
1. 감도 오차 : 생성 된 오차의 크기는 압력에 비례합니다. 장치의 감도가 일반적인 값보다 높으면 감도 오류는 압력의 기능이 증가합니다. 감도가 일반 값보다 낮 으면 감도 오차는 압력의 감소 기능이됩니다. 이 오류의 이유는 확산 과정의 변화 때문입니다.
2. 오프셋 오류 : 전체 압력 범위의 일정한 수직 오프셋으로 인해 변압기 확산 및 레이저 조정 보정의 변화로 인해 오류가 발생합니다.
3. 지연 오류 : 대부분의 경우 실리콘 웨이퍼의 기계적 강성이 높기 때문에 지연 오류를 완전히 무시할 수 있습니다. 일반적으로, 히스테리시스 오류는 압력이 중대한 변화가있는 상황에서만 고려되기 만하면됩니다.
4. 선형 오류 : 이것은 실리콘 웨이퍼의 물리적 비선형 성으로 인한 초기 오류에 상대적으로 작은 영향을 미치는 요소입니다. 그러나 앰프가있는 센서의 경우 앰프의 비선형 성도 포함되어야합니다. 선형 오차 곡선은 오목 곡선 또는 볼록 곡선 일 수 있습니다.
교정은 이러한 오류를 제거하거나 크게 줄일 수있는 반면, 보상 기술은 일반적으로 단순히 일반적인 값을 사용하지 않고 시스템의 실제 전송 기능의 매개 변수를 결정해야합니다. 전위차계, 조정 가능한 저항기 및 기타 하드웨어는 모두 보상 프로세스에서 사용할 수 있지만 소프트웨어는이 오류 보상 작업을보다 유연하게 구현할 수 있습니다.
One Point Calibration 방법은 전송 기능의 0 지점에서 드리프트를 제거하여 오프셋 오류를 보상 할 수 있으며이 유형의 교정 방법을 자동 제로 연결이라고합니다. 오프셋 교정은 일반적으로 공칭 조건에서 전압이 일반적으로 0이므로 일반적으로 제로 압력, 특히 차동 센서에서 수행됩니다. 순수한 센서의 경우, 주변 대기압 조건에서 교정 압력 값을 측정하기 위해 압력 판독 시스템 또는 원하는 압력을 얻기 위해 압력 컨트롤러가 필요하기 때문에 오프셋 교정이 더 어렵습니다.
차정 압력이 엄격하게 0이기 때문에 차동 센서의 제로 압력 교정은 매우 정확합니다. 반면, 압력이 0이 아닌 교정 정확도는 압력 컨트롤러 또는 측정 시스템의 성능에 따라 다릅니다.
교정 압력을 선택하십시오
교정 압력 선택은 최상의 정확도를 달성하는 압력 범위를 결정하므로 매우 중요합니다. 실제로, 교정 후, 실제 오프셋 오류는 교정 지점에서 최소화되고 작은 값으로 유지됩니다. 따라서, 교정 지점은 목표 압력 범위에 따라 선택해야하며, 압력 범위는 작업 범위와 일치하지 않을 수 있습니다.
출력 전압을 압력 값으로 변환하기 위해 일반적인 감도는 일반적으로 실제 감도가 알려지지 않기 때문에 수학 모델에서 단일 포인트 교정에 일반적으로 사용됩니다.
오프셋 캘리브레이션 (PCAL = 0)을 수행 한 후 오류 곡선은 교정 전 오류를 나타내는 검은 색 곡선에 대한 수직 오프셋을 보여줍니다.
이 캘리브레이션 방법은 One Point Calibration 방법과 비교하여 더 엄격한 요구 사항과 더 높은 구현 비용을 갖습니다. 그러나 포인트 캘리브레이션 방법과 비교 하여이 방법은 오프셋을 교정 할뿐만 아니라 센서의 감도를 교정하기 때문에 시스템의 정확도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서 오류 계산에서 비정형 값 대신 실제 감도 값을 사용할 수 있습니다.
여기서, 교정은 0-500 megapascals (풀 스케일)의 조건에서 수행됩니다. 교정 지점의 오차는 0에 가깝기 때문에 예상 압력 범위 내에서 최소 측정 오차를 얻기 위해 이러한 점을 올바르게 설정하는 것이 특히 중요합니다.
일부 응용 프로그램은 전체 압력 범위에서 높은 정밀도를 유지해야합니다. 이러한 응용 분야에서 멀티 포인트 캘리브레이션 방법을 사용하여 가장 이상적인 결과를 얻을 수 있습니다. 멀티 포인트 캘리브레이션 방법에서는 오프셋 및 감도 오류뿐만 아니라 대부분의 선형 오류도 고려됩니다. 여기에 사용 된 수학적 모델은 각 교정 간격에 대한 2 단계 교정과 정확히 동일합니다 (두 교정 지점 사이).
3 점 교정
앞에서 언급 한 바와 같이, 선형 오차는 일관된 형태를 가지며, 오차 곡선은 예측 가능한 크기와 모양을 갖는 2 차 방정식의 곡선을 준수합니다. 센서의 비선형 성은 기본적으로 기계적 이유 (실리콘 웨이퍼의 박막 압력으로 인해)에 기초하여 기본적으로 앰프를 사용하지 않는 센서의 경우 특히 그렇습니다.
선형 오차 특성에 대한 설명은 일반적인 예제의 평균 선형 오차를 계산하고 다항식 함수의 매개 변수 (a × 2+bx+c)를 결정함으로써 얻을 수 있습니다. A, B 및 C를 결정한 후 얻은 모델은 동일한 유형의 센서에 효과적입니다. 이 방법은 세 번째 교정 지점없이 선형 오류를 효과적으로 보상 할 수 있습니다.
시간 후 : 2 월 27-2025 년