В общем, Перед цифровой обработкой, датчики давления часто описывают такие особенности, как гистерезис (давление, температура), линейность, температурный коэффициент, и другие характерные параметры в спецификациях продукта. Однако, После цифровой обработки, Датчики давления или передатчики обычно больше не описывают эти показатели параметров при детализации характеристик выходного сигнала; вместо, Они обеспечивают общую параметры точности измерения. Эта разница не связана с тем, что цифровая обработка может устранить такие характеристики, как гистерезис, Но потому что после цифровой обработки становится трудно различать, вызваны ли определенные характеристики, такие как гистерезис, сигнал измерения датчика или сама обработка прошивки.. Поэтому, Как правило, более разумно объединить ошибки измерения, вызванные гистерезис, температурные характеристики, и процесс квантования в конечную точность измерения, ошибка, и характеристики долгосрочной стабильности продукта.
Каталог
Ошибки датчиков
Пока есть измерение, неизбежно будут ошибки. Для конкретных приложений, Даже если ошибки существуют, Они относительны в определенном смысле. Пока ошибка находится в приемлемого диапазона, это можно терпеть, и профессиональные пользователи, как правило, следуют принципу “достаточность, затем предпочтение” При выборе датчиков. В применении датчика давления, Характеристики беспокойства включают, но не ограничиваются, следующее:
- Диапазон измерения давления: FSO-KPA (дифференциальное давление/статическое давление, давление давления/герметичного давления, абсолютное давление)
· Ошибка измерения давления: ± кПа
· Разрешение измерения: KPA/бит
· Рабочее напряжение/ток
· Диапазон хранения и рабочих температур, измерение среды
· Характеристики отклика давления, повторяемость, долгосрочная стабильность
Под этими параметрами давления лежат ядро или модуль датчика, которые могут преобразовать давление в электрический сигнал. Есть несколько принципов для измерения давления, Но не каждый принцип может охватывать все типы и диапазоны давления. Эти принципы включают:
- Пьезорезист
- Разбрызгивая тонкая пленка
- Силиконовый резонанс
- Емкостный
- Вихревый ток
- Сильный баланс, Растопленная кварц Бурдон Труб
- Датчик напряжения …
Ниже приведен краткий анализ ошибок для датчиков давления на основе пьезорезистивный принцип.
Фигура-1: От кремниевый чип к Различные упаковочные приложения из Пьезорезизитивные датчики давления
На рисунке-1, перечислены несколько типичных форм, которые широко используются в различных областях на основе Пьезорезизитивные датчики давления От голой до нескольких типов упаковки. Некоторые типы продуктов имеют только внешнюю упаковку; Некоторые имеют аналоговые выходные данные в соответствующем диапазоне, которые компенсируются температурой и калиброваны для взаимозаменяемости; Некоторые еще больше усиливают аналоговый сигнал; и другие выполняют цифровую обработку перед выводом. Есть также передатчики давления, которые, После цифровой калибровки, Используйте соответствующие протоколы интерфейса, которые широко применяются в промышленности, а также интегрированные модули, которые включают другие датчики, такие как температура или газовые датчики для автомобилей, медицинский, и другие отрасли. Кроме того, Некоторые устройства используют характеристики давления среды, измеряемой для определения других физических величин, например, датчики потока на основе низкого Датчики дифференциального давления используется в вентиляторах.
Вообще говоря, Перед цифровой обработкой, датчики давления часто описывают такие особенности, как гистерезис (давление, температура), линейность, и температурный коэффициент В их спецификационных разделах. После цифровой обработки, однако, Датчики давления или передатчики обычно не описывают эти показатели при детализации характеристик выходного сигнала, но вместо этого обеспечивают в целом Точность измерения параметры. Эта разница не связана с тем, что цифровая обработка может устранить характеристики, такие как гистерезис, Но потому что после цифровой обработки становится трудно различать характеристики (НАПРИМЕР., гистерезис) вызваны сигналом измерения датчика или самой обработкой прошивки. Поэтому, ошибки измерения, вызванные гистерезис и температурные характеристики, наряду с ошибками квантования, обычно объединяются в конечные спецификации продукта для Точность измерения, ошибка, и долгосрочная стабильность.
Цифровая кондиционирование часто редко рассматривает симметрию датчика моста. Если рассматривать влияние компенсировать распределение в точке нулевой нагрузки Пьезорезизивный датчик давления При усилении цепи усиления передней части, а также влияние последующего АЦП на эффективный сигнал (FSO) разрешение из -за вариаций усиления, Требуется комплексный подход. После цифровой обработки, Если это необходимо, а компенсировать рассчитывается по указанной нулевой точке.
Аналоговая компенсация и калибровка, До участия в АЦП в обработке, может значительно улучшить взаимозаменяемость продукта путем улучшения симметрии (0-точка компенсировать Вывод приближается к 0В), Чувствительность к температуре, и консистенция вывода. Поэтому, Оба метода имеют свои характеристики. В последующем анализе ошибок датчиков давления, Будут обсуждены только продукты давления, которые подвергались температуре и калибровке с использованием сети резисторов, а не после цифровой обработки.
На основе характеристик Пьезорезизитивные датчики давления, Обработка ошибок обычно делится на два типа:
- Компенсируемые ошибки (обычно вызваны температурными эффектами и повторяются)
- Некомпенсируемые ошибки (обычно вызвано давлением, температура, и стресс упаковки, и неповторимы)
Конечно, Даже для компенсируемой части ошибки, Различные методы компенсации могут достичь различной степени отмены ошибок.
Фигура-2: Сравнение вывода характеристики (зеленый) пьезорезистивного датчика давления в зафиксированный температура с идеальный датчик давления выход (синий)
Для последующего анализа ошибок, На рисунке 2 показаны общие выходные характеристики Пьезорезизивный датчик давления. Условия, используемые на рисунке, следующие:
- Ноль: Идеальная ссылка ноль точка
- Компенсировать: Фактическое отклонение выходного вывода с нулевой нагрузкой, то есть, выходное напряжение при применении нулевой нагрузки
- FSO: Полный вывод, Разница в выходном сигнале от полномасштабного давления до нулевой точки
- Bfslnl: Нелинейность относительно наилучшей прямой линии
Характеристики датчика и анализ ошибок
Следующий, Мы подробно рассмотрим 40 кПа среднего давления. Пьезорезизивный датчик давления от бренда WF. После упаковки, калибровка, и температурная компенсация Использование модуля давления из нержавеющей стали 316L, параметры следующие:
Данные в таблице (например. ± 1% fs, и т. д.) обычно является окончательной точностью, полученной «после калибровки/компенсации», который уже исправлен для большинства повторяемых температурных ошибок, получить ошибки, нулевой предвзятость, и т. д.. Истинное «некалибированное» отклонение часто учитывает различные типы рассеяния, включая начальную нулевую точку, чувствительность, Стресс на упаковке, и т. д., который может легко составить более ± 10% FS.
Истинное «некалибированные«Отклонение часто учитывает различные типы рассеяния, в том числе начальный ноль, чувствительность, Стресс на упаковке, и т. д., который может легко составить более ± 10% FS.
Поэтому, Многие производители только перечисляют калиброванную или компенсированную комбинированную точность (НАПРИМЕР., 1% ФС, 2% ФС) в их «Окончательные спецификации”И не указывайте напрямую в конечном листе продукта, сколько ±% FS ошибка «Оригинал«Может быть.
Ошибка влияет на факторы
Типичные ошибки включают ссылку ошибки напряжения, Ошибки усилителя, Ошибки датчиков, и эффект шум При точности измерения.
(1) Ошибка эталонного напряжения
Опорное напряжение используется для сравнения с фактическим значением измерения, Таким образом, фактическое значение этого эталонного напряжения очень важно, и периодическая калибровка или калибровка программного обеспечения опорного напряжения требуется для исправления этой основной ошибки измерения. Температурный коэффициент 100 PPM/° C при 0 ° C до 25 ° C будет иметь ошибку до до тех пор 2500 ppm, или 0.25% из полного диапазона.
(2) Ошибка усилителя
Операционные усилители могут вводить ошибки из-за их необычного нулевого дрейфа и других причин. Оперативный усилитель входа сигнала датчика, который повлияет на точность измерения. Такие как датчики давления, датчики давления, например, Полномасштабный сигнал 20 мВ будет иметь 5% компенсировать, то есть, 1Входное напряжение ввода MV. Эта ошибка смещения ввода может напрямую снизить точность измерения, С достаточным динамическим диапазоном конвертера A/D можно использовать программное обеспечение для устранения этой ошибки.
(3) Ошибка датчика
Датчики вряд ли достигнут идеального состояния из -за обработки, и могут возникнуть ошибки. Может быть трудно исправить ошибки датчиков. Например, В случае датчиков давления, Даже если они линейно откалиброваны в процессе производства, Коэффициент изменений в коэффициенте масштабного шкалы между различными устройствами в приложении все еще остается высоким. Опорное напряжение датчика давления обычно генерируется возбуждением, который производит пропорциональный метод измерения через мост Уистон, что в некоторой степени устраняет ошибку дрейфа, Но все еще будет создано напряжение смещения, потому что мост не может быть полностью симметричным друг для друга. Принятие датчика давления в качестве примера, смещение 1 Датчик низкого давления, Его ошибка смещения в значительной степени вызвана асимметрией моста.
(4) Эффекты шума
Шум имеет много источников, в том числе связанный шум из близлежащих высокоскоростных цифровых логических цепей, питания, Fan Motors, соленоидные клапаны, и RF Emi. Шум может быть уменьшен с помощью правильной конструкции заземления, Методы экранирования и макет платы. Кроме того, могут быть выбраны эксплуатационные усилители, которые минимизируют введенный шум и имеют достаточную полосу пропускания усиления. Оперативные усилители могут быть оценены на основе количества введенного шума, который определяется по измерениям сигналов на неограниченную полосу пропускания (широкая полоса пропускания) или определенная полоса пропускания.
A/D Конвертеры
При использовании конвертера A/D, Фоновый шум является определяющим фактором в доступной точности измерения. Когда устройство оценивается для 24-битного разрешения, Фактическая точность, достигнутая преобразователем, обычно ниже из -за ограничений, вызванных шумом. Здесь необходимо провести различие между эффективным битом и очень низким уровнем шума, где эффективная спецификация битов рассчитывается по значению среднеквадратичного уровня уровня шума, И очень низкое значение шума основано на пиковом значении, который обычно соответствует столь же 6.6 Время статистического среднеквадратичного значения. Поэтому, Спецификация очень низкого шума указывает на эффективное разрешение преобразователя, который остается стабильным на битах LSB выше фонового шума. Особое внимание также должно быть уделено ограничениям в спецификации, такие как эталонное напряжение и диапазон ввода, который может варьироваться от заявления к заявлению, и обещания в таблице данных могут значительно отличаться от фактического соотношения.
Операционные усилители
Усилитель трудно достичь низкого шума и высокого усиления одновременно. Затем необходимо довести уровень шума усилителя в тот же диапазон, что и его ошибка. Все усилители полупроводника имеют шум 1/f, также известный как мерцающий шум, которое является фундаментальным явлением из -за материала. Вопреки частоте, ниже определенной точки перегиба шума, Плотность шума увеличивается в геометрической прогрессии и становится очень большой на низких частотах. Немногие усилители могут реализовать эту комбинацию низкого шума и характеристик высокого усиления в одном чипе при низкой стоимости.
Для достижения низкого шума и высокого усиления, Можно разработать гибридные многоцелевые цепи, Использование комбинации входных усилителей с высоким входным импедансом, Схема коррекции ошибок ввода, и вторая (или третий) усилитель компенсации для достижения желаемой прибыли. Усилители, которые концентрируются на одном параметре, часто представляют серьезные проблемы в других областях.
Последние мысли
Вот почему, в практических приложениях, Если мы напрямую купим Неизвестный голый или Просто упакован пьезорезистивный датчик давления и обрабатывать конструкцию цепи и компенсацию температуры сами, Мы можем столкнуться с значительное начальное смещение. Однако, Если мы купим цифровой компенсации/калибровано Датчик давления или передатчик со встроенной компенсацией, Мы можем напрямую достичь Меньшая общая ошибка (такие как ± 1% fs) указано в таблице данных.
Вышеуказанное введение только царапает поверхность применения технологии датчика давления. Мы будем продолжать изучать различные типы датчиков, используемых в различных продуктах, Как они работают, и их преимущества и недостатки. Если вам нужны подробности о том, что здесь обсуждается, Вы можете проверить связанный контент позже в этом руководстве. Если вас настаивают на время, Вы также можете нажать здесь, чтобы загрузить детали этих руководств Данные датчика давления воздуха PDF.
Для получения дополнительной информации о других сенсорных технологиях, пожалуйста Посетите нашу страницу датчиков.
