Invoering: We gebruiken veel druksensoren, En we zien vaak dat druksensoren zullen afdrijven na een periode van gebruik. Wat ervoor zorgt dat de druksensor afdrijft? Hoe kunnen we de druksensorafwijking tijdens het ontwerp elimineren?
Oorzaken van sensorafwijking
Sensorafwijking verwijst naar het fenomeen dat de uitvoerwaarde van de sensor in de loop van de tijd verandert. Deze drift kan onjuiste resultaten van de sensormeet veroorzaken, de betrouwbaarheid en stabiliteit in praktische toepassingen beïnvloeden. Er zijn veel redenen voor sensorafwijking, die hieronder één voor één zal worden geïntroduceerd.
Temperatuurverandering: Temperatuurverandering is een van de veel voorkomende oorzaken van sensorafwijking. Temperatuurveranderingen kunnen de expansie en samentrekking van het materiaal in het sensorelement veroorzaken, die op zijn beurt de mechanische structuur en elektrische kenmerken van de sensor beïnvloedt, waardoor de uitvoerwaarde afdrijft. Bijvoorbeeld, Een temperatuurstijging zal de weerstandswaarde van een weerstandssensor verhogen, resulterend in een hogere uitgangswaarde.
Stroomvoorziening veranderingen: De uitgangswaarde van de sensor wordt beïnvloed door de voedingsspanning. Wanneer de voedingsspanning verandert, De uitvoerwaarde van de sensor zal ook veranderen. Dit komt omdat veranderingen in de voedingsspanning ervoor zorgen dat de werkstatus van het interne circuit van de sensor verandert, die op zijn beurt de amplitude en stabiliteit van het uitgangssignaal beïnvloedt.
Langdurig gebruik: Langdurig gebruik is ook een belangrijke oorzaak van sensorafwijking. Tijdens gebruik, De sensor kan worden beïnvloed door mechanisch, chemische of thermische expansie- en contractiefactoren, Veranderingen in zijn interne structuur veroorzaken, die op zijn beurt de uitvoerwaarde veroorzaakt die afdrijft. In aanvulling, De sensor kan ook worden beïnvloed door externe omgevingsfactoren zoals trillingen en impact, het drift -fenomeen verder verergeren.
Sensor veroudering: Na verloop van tijd, De prestaties van de sensor kunnen geleidelijk dalen en drijft kan optreden. Dit komt omdat de materialen en componenten in de sensor verouderen met de toename van de gebruikstijd, waardoor de fysieke eigenschappen veranderen. Bijvoorbeeld, De elektrolyt in de sensor zal geleidelijk weglopen, waardoor zijn gevoeligheid en stabiliteit afnemen, die op zijn beurt de uitvoerwaarde veroorzaakt die afdrijft.
Milieu -invloed: De drift van de sensor kan ook worden beïnvloed door omgevingsfactoren. Bijvoorbeeld, Veranderingen in omgevingsfactoren zoals luchtdruk, vochtigheid, en licht kan ervoor zorgen dat de sensoruitgangswaarde afdrijft. Dit komt omdat veranderingen in omgevingsfactoren de interactie tussen de sensor en het te gemeten object zullen veranderen, waardoor de meetnauwkeurigheid en stabiliteit van de sensor wordt beïnvloed.
In de begindagen van de ontwikkeling van druksensoren, Glaspoeder werd gebruikt om de diffuse siliciumchip en de metalen basis af te sluiten. Het nadeel was dat er een grote spanning rond de drukchip was, En zelfs na het gloeien, De stress kon niet volledig worden geëlimineerd. Wanneer de temperatuur verandert, Vanwege de verschillende thermische expansiecoëfficiënten van metaal, Glas- en diffuse siliciumchips, Er worden thermische spanning gegenereerd, waardoor het nulpunt van de sensor drijft. Dit is de reden waarom de thermische drift van de sensor veel groter is dan de thermische drift van de nulpunt van de chip. Als zilverpasta en terminallassen niet correct worden afgehandeld, Het is gemakkelijk om onstabiele contactweerstand te veroorzaken. Vooral wanneer de temperatuur verandert, De contactweerstand zal eerder veranderen. Deze factoren zijn de redenen voor de grote nulpuntafwijking en temperatuurafwijking van de sensor.
Semiconductortheorie analyse van de oorzaak van nulpunt thermische drift: Alleen wanneer de dopingconcentratie en weerstandswaarde van de weerstand consistent zijn, kan de nulpuntuitgangsspanning van de brug klein zijn en de thermische drift met nulpunt is ook klein, wat zeer gunstig is voor het verbeteren van de prestaties van de sensor. Echter, Het is niet eenvoudig om een uniforme dopingverdeling te bereiken tijdens diffusie, Dus de varistorstrips moeten zo dicht mogelijk en zo kort mogelijk zijn.
Circuitanalyse van de oorzaak van thermische drift met nulpunt: Ideaal, De weerstandswaarden van de vier diffuse weerstanden die de Wheatstone -brug vormen, moeten gelijk zijn. Zero -punttemperatuurafwijking wordt veroorzaakt door de verandering van diffuse weerstandswaarde met temperatuur. Binnen een bepaald temperatuurbereik, De weerstandswaarde neemt toe met de toename van de temperatuur, dat is, De temperatuurcoëfficiënt R van de diffuse weerstand is positief.
Oplossingen voor problemen met sensorafwijking
Algemeen, De nul driftcompensatie van druksensoren kan in twee richtingen worden verdeeld: Hardwarecompensatie en softwarecompensatie.
Hardware nul compensatiemethode: Geschikte constante weerstandsmethode in serie en parallel op de brugarm: Bridge -arm thermistor compensatiemethode, Brug externe series en parallelle thermistor compensatiemethode, Dubbele brugcompensatietechnologie, transistorcompensatietechnologie, enz.
Optimaliseer circuitontwerp: Redelijk circuitontwerp kan de impact van sensorafwijking verminderen. Bijvoorbeeld, Het gebruik van temperatuurcompensatiecircuit kan de impact van temperatuurveranderingen op de outputwaarden van de sensor corrigeren en de meetnauwkeurigheid en stabiliteit verbeteren. In aanvulling, Circuitontwerpmethoden zoals filteren en versterking kunnen ook worden gebruikt om de impact van stroomvoorzieningsveranderingen en omgevingsinterferentie op sensoren te elimineren.
Softwarecompensatie Zero Drift -methode: In het signaalverwervingsproces, Vanaf het moment dat het triggersignaal niet opkomt in het moment waarop de acquisitie wordt geactiveerd en nadat de acquisitie is voltooid, Het ingangssignaal is nul en het uitgangssignaal is niet nul. Deze verzamelde uitvoergegevens bestaan in de vorm van willekeurige ruis, die zinloos is voor gegevensberekening en -verwerking. We definiëren de signaalwaarde die in deze periode is verzameld als nul drift.
De toegepaste softwaremethoden zijn:
Polynomiale passende specificatiemethode. Sinds in daadwerkelijke meting, de temperatuur, Druk en andere fysieke hoeveelheden gemeten door de druksensor hebben geen strikte lineaire relatie met de uitgangswaarde, De functionele relatie is vaak in de vorm van een polynoom. Polynomen kunnen worden gebruikt om niet -lineaire signalen te passen, en de sleutel is om hun coëfficiënten op te lossen.
RBF neurale netwerkmethode. Basisprincipe: Meestal is de formulemethode in het software-algoritme voor nulpunttemperatuurcompensatie relatief complex, en de passende nauwkeurigheid is vaak beperkt. De kunstmatige neurale netwerkmethode heeft de voordelen van een klein aantal monsters, Een eenvoudig algoritme, het vermogen om willekeurige functies te benaderen, en goede aanvraagperspectieven.
In aanvulling, De softwaremethode bevat ook de tabelopzoekingsmethode, interpolatiemethode, enz.
Om de impact van drift te verminderen, De volgende maatregelen kunnen worden genomen:
Stabiliseer de temperatuur: Houd de sensor zoveel mogelijk in een constante temperatuurstatus om de impact van temperatuurschommelingen te voorkomen.
Gebruik temperatuurcompensatiemaatregelen: Voeg een temperatuursensor in de sensor toe om correctiecompensatie uit te voeren door temperatuurveranderingen te detecteren.
Kies een geschikte substraatverbindingsmethode: Een geschikte substraatbindingsmethode kan de impact van mechanische stress verminderen.
Kies een onafhankelijke versterker: Gebruik een onafhankelijke versterker om het signaal te versterken, die niet wordt beïnvloed door andere externe factoren en driftproblemen kan verminderen.
Gebruik automatische kalibratietechnologie: Door automatische kalibratie, De sensor kan een stabiele uitgang onder verschillende temperatuur behouden, vochtigheid en andere omgevingen.
Kies een zeer nauwkeurige sensor: De drift van een zeer nauwkeurige sensor is klein, die de impact kan verminderen.
Verwerk de driftgegevens: Door gegevens gedurende een bepaalde periode te verzamelen en de driftgegevens te benaderen, De impact van afwijking op de meetresultaten kan worden verminderd.
