导言:本文以摩托罗拉公司的压力传感器为例,探讨了其设计与应用中的误差补偿策略。合理处理压力传感器的误差是实现精确测量的关键。文章将详细介绍偏移量、灵敏度、线性和滞后四种主要误差产生机制及其对测量结果的影响,并阐述如何通过标定方法提高测量精度以及实际应用案例。
摩托罗拉公司生产的一款主流单片式压阻型传感器,其产品分类包括:未进行标定且不含温度补偿;具有标定但未进行温度补偿;以及具备标定、温度补偿和放大功能。这些特性的实现通常依赖于薄膜电阻网络在封装过程中通过激光修正。此外,该传感器通常与微控制器结合使用,后者内置了用于建立传感器数学模型的嵌入软件。在输出电压被读取并转换成模数后,该模型能够将电压值转化为可靠的压力测量值。
从计量学角度看,测量误差是指所得数据与真实值之间的偏离,而我们通常无法直接获取真实值,只能借助高精度标准设备进行估算。在未经标定的状态下,由于只能利用典型灵敏度和偏移来计算输出电压对应的压力,因此得到图1所示初始误差曲线,这个曲线由四部分组成:
a. 偏移误差,由于整个范围内垂直偏移保持恒定,因此变换过程中的扩散及激光调节引起变化。
b. 灵敏度误差,与实际工作条件下的系统灵敏度有关,对应的是图1中递增或递减函数。
c. 线性誤差,是由于硅片物理非线性导致,但对于带有放大功能的传感器,还需考虑放大环路非线性。
d. 滞後誤差,在绝大多数情况下可以忽略,因为硅片机械刚度很高,只在极端条件下才需要考虑。
通过适当的手动或自动校准程序,我们可以消除或显著降低这些错误。此外,硬件如电位计、可调阻抗等,以及软件技术,都能有效地完成这一任务。自动归零是一种常见的手动校准方法,它消除了零点漂移,从而减少了偏移错误。
选择合适的地基点对于获得最佳效率至关重要。在某些情况下,即使没有达到预期工作区间,也会选择一个地基点,以保证最小化在预期区域内所有其他测试点时出现最大可能错误。这一点尤其重要,因为许多工程项目都要求在整个操作范围内维持一致、高质量的事务性能。
为了更好地理解如何从理论到实践,将我们的研究集中到现有的应用场景上,如血液循环监控等,我们还将探索不同的解决方案来优化当前技术,并展示它们如何帮助我们迈向更加先进和精确的人工智能时代。