Mõistlik veakompensatsioonrõhuanduridon nende rakenduse võti. Rõhuanduritel on peamiselt tundlikkuse tõrge, nihkeviga, hüstereesi viga ja lineaarne viga. See artikkel tutvustab nende nelja vea mehhanisme ja nende mõju testi tulemustele. Samal ajal tutvustab see mõõtmise täpsuse parandamiseks rõhu kalibreerimismeetodeid ja rakenduse näiteid.
Praegu on turul mitmesuguseid andureid, mis võimaldab disaininseneridel valida süsteemi jaoks vajalikud rõhuandurid. Need andurid hõlmavad nii kõige põhilisemaid trafosid kui ka keerukamaid kõrge integratsiooni andureid, millel on kiibid. Nende erinevuste tõttu peavad disainiinsenerid püüdma kompenseerida rõhuandurite mõõtmisvigasid, mis on oluline samm tagada, et andurid vastavad disaini- ja rakendusnõuetele. Mõnel juhul võib kompensatsioon parandada ka andurite üldist jõudlust rakendustes.
Selles artiklis käsitletud mõisted on rakendatavad erinevate rõhuandurite kujundamisel ja rakendamisel, millel on kolm kategooriat:
1. põhiline või kompenseerimata kalibreerimine;
2. seal on kalibreerimine ja temperatuuri kompenseerimine;
3. sellel on kalibreerimine, kompenseerimine ja võimendus.
Nihke, vahemiku kalibreerimist ja temperatuuri kompenseerimist saab kõik saavutada õhukeste kiletakistide võrkude abil, mis kasutavad pakkimisprotsessi ajal laseri korrektsiooni. Seda andurit kasutatakse tavaliselt koos mikrokontrolleriga ja mikrokontrolleri enda manustatud tarkvara loob anduri matemaatilise mudeli. Pärast seda, kui mikrokontroller loeb väljundpinge, saab mudel teisendada pinge rõhu mõõtmise väärtuseks analoog-digitaalmuunduri muundamise kaudu.
Andurite lihtsaim matemaatiline mudel on ülekandefunktsioon. Mudelit saab optimeerida kogu kalibreerimisprotsessi vältel ja selle küpsus suureneb kalibreerimispunktide suurenemisega.
Metroloogilisest vaatenurgast on mõõtmisviga üsna range määratlus: see iseloomustab erinevust mõõdetud rõhu ja tegeliku rõhu vahel. Tavaliselt pole tegelikku rõhku otseselt võimalik saada, kuid seda saab hinnata sobivate rõhustandardite abil. Metroloogid kasutavad mõõtestandarditena tavaliselt mõõdetud seadme täpsusega instrumente.
Kuna kalibreerimata süsteemid saavad väljundpinge rõhuks muuta ainult tüüpiliste tundlikkuse ja nihke väärtuste abil.
See kalibreerimata esialgne viga koosneb järgmistest komponentidest:
1. tundlikkuse viga: genereeritud vea suurus on võrdeline rõhuga. Kui seadme tundlikkus on tavalisest väärtusest suurem, on tundlikkuse viga rõhu suurenevaks funktsiooniks. Kui tundlikkus on tavalisest väärtusest madalam, on tundlikkuse viga rõhu väheneva funktsioon. Selle vea põhjuseks on difusiooniprotsessi muutused.
2. Nihkeviga: kogu rõhuvahemiku pideva vertikaalse nihke tõttu põhjustavad trafo difusiooni ja laserkontrolli korrigeerimise muutused nihkevigu.
3. Veaga viga: enamikul juhtudel võib viivitusviga täielikult tähelepanuta jätta, kuna räni vahvlitel on kõrge mehaaniline jäikus. Üldiselt tuleb hüstereesi viga kaaluda ainult olukordades, kus survemuutus on oluline.
4. lineaarne viga: see on tegur, millel on suhteliselt väike mõju esialgsele veale, mille põhjustab räni vahvli füüsiline mittelineaarsus. Võimenditega andurite puhul tuleks siiski lisada ka võimendi mittelineaarsus. Lineaarne veakõver võib olla nõgus kõver või kumer kõver.
Kalibreerimine võib neid vigu kõrvaldada või vähendada, samas kui kompensatsioonitehnikad nõuavad tavaliselt süsteemi tegeliku ülekandefunktsiooni parameetrite määramist, selle asemel et lihtsalt tüüpilisi väärtusi kasutada. Potentsiomeetreid, reguleeritavaid takistid ja muud riistvara saab kõik kompensatsiooniprotsessis kasutada, samal ajal kui tarkvara saab seda veakompensatsiooni paindlikumalt rakendada.
Ühe punkti kalibreerimismeetod võib kompenseerida nihkevigu, kõrvaldades triivi ülekandefunktsiooni nullpunktis ja seda tüüpi kalibreerimismeetodit nimetatakse automaatseks nulliks. Nihke kalibreerimine toimub tavaliselt nullrõhu korral, eriti diferentsiaalsensorites, kuna diferentsiaalrõhk on nimitingimustes tavaliselt 0. Puhtade andurite puhul on nihke kalibreerimine keerulisem, kuna see nõuab rõhu lugemissüsteemi, et mõõta oma kalibreeritud rõhu väärtust atmosfääri rõhu tingimustes, või soovitud rõhu saamiseks rõhu kontroller.
Diferentsiaalndusandurite nullrõhu kalibreerimine on väga täpne, kuna kalibreerimisrõhk on rangelt null. Teisest küljest sõltub kalibreerimise täpsus, kui rõhk ei ole null, rõhu kontrolleri või mõõtmissüsteemi jõudlusest.
Valige kalibreerimisrõhk
Kalibreerimisrõhu valik on väga oluline, kuna see määrab parima täpsuse saavutatava rõhuvahemiku. Tegelikult minimeeritakse pärast kalibreerimist tegelik nihkeviga kalibreerimispunktis ja jääb väikeseks väärtuseks. Seetõttu tuleb kalibreerimispunkt valida sihtrõhuvahemiku põhjal ja rõhuvahemik ei pruugi olla kooskõlas töövahemikuga.
Väljundpinge rõhu väärtuseks teisendamiseks kasutatakse matemaatiliste mudelite ühepunktilise kalibreerimise jaoks tavaliselt tüüpilist tundlikkust, kuna tegelik tundlikkus pole sageli teada.
Pärast kalibreerimise nihutamist (PCAL = 0) näitab veakõver vertikaalset nihket võrreldes musta kõvera suhtes, mis tähistab viga enne kalibreerimist.
Sellel kalibreerimismeetodil on ühepunktilise kalibreerimismeetodiga võrreldes rangemad nõuded ja kõrgemad rakenduskulud. Võrreldes punktikalibreerimismeetodiga suudab see meetod märkimisväärselt parandada süsteemi täpsust, kuna see mitte ainult ei kalibreeri nihet, vaid ka kalibreerib ka anduri tundlikkust. Seetõttu võib vea arvutamisel kasutada ebatüüpiliste väärtuste asemel tegelikke tundlikkuse väärtusi.
Siin viiakse kalibreerimine läbi tingimustes 0–500 megapaskaali (täisskaala). Kuna viga kalibreerimispunktides on nulli lähedal, on eriti oluline need punktid õigesti seadistada, et saada minimaalne mõõtmisviga eeldatava rõhuvahemikus.
Mõned rakendused nõuavad suure täpsuse säilitamist kogu rõhuvahemikus. Nendes rakendustes saab kõige ideaalseimate tulemuste saamiseks kasutada mitmepunktilist kalibreerimismeetodit. Mitmepunktilises kalibreerimismeetodis ei võeta arvesse mitte ainult nihke- ja tundlikkuse vigu, vaid arvestatakse ka enamikku lineaarseid vigu. Siin kasutatud matemaatiline mudel on täpselt sama kui iga kalibreerimisintervalli kaheastmeline kalibreerimine (kahe kalibreerimispunkti vahel).
Kolmepunktiline kalibreerimine
Nagu varem mainitud, on lineaarsel veail ühtlane vorm ja veakõver vastab kvadraatvõrrandi kõverale, millel on ennustatav suurus ja kuju. See kehtib eriti andurite kohta, mis ei kasuta võimendeid, kuna anduri mittelineaarsus põhineb põhimõtteliselt mehaanilistel põhjustel (põhjustatud räni vahvli õhukest kilesurvest).
Lineaarsete veaomaduste kirjeldust saab tüüpiliste näidete keskmise lineaarse vea arvutamisel ja polünoomi funktsiooni parameetrite määramisel (A × 2+BX+C). Pärast A, B ja C määramist saadud mudel on efektiivne sama tüüpi andurite jaoks. See meetod saab lineaarseid vigu tõhusalt kompenseerida ilma kolmanda kalibreerimispunkti vajaduseta.
Postiaeg:-27-2025