压力传感器论文传感器技术及其应用之双翼

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。文章将详细分析偏移量、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,并介绍用于提高测量精度的标定方法及实际应用案例。

摩托罗拉公司生产的一系列主流压力传感器属于单片变阻器件,其产品分为三类:未经标定或仅有基本标定;具有温度补偿功能;以及具备标定、补偿和放大功能。这些传感器通过薄膜电阻网络实现偏移量、范围和温度补偿,其中薄膜电阻网络在封装过程中利用激光修正。

这些传感器通常与微控制系统结合使用,微控制系统内嵌软件建立了传感器数学模型。在读取输出电压后,该模型通过模数转换将电压信号转换为可读取的压力数据。最简单的数学模型即为传递函数,这个模型可以在整个标定过程中进行优化,并随着增加标定的点而增强其成熟度。

从计量学角度看,测量误差是指实际测得值与真实值之间的差异,而我们无法直接获取真实值,但可以通过高精度标准仪表来估算。在没有进行适当标定的情况下,只能依赖典型灵敏度和偏移值将输出电压转换为pressure,因此得到如图1所示错误曲线。这类初始错误由以下几部分组成:

a. 偏移量误差,由于在整个pressure范围内垂直偏移保持恒定,因此变换器扩散和激光调节修正引起变化。

b. 灵敏度误差,与pressure成正比,如果设备灵敏度高于典型值,则会出现Pressure递增(见图1);如果低于,则出现Pressure递减。

c. 线性误差,由硅片物理非线性的原因引起,对带放大者的影响更大,还包括放大者的非线性。

d. 滞后误错,在绝大多数情况下可以忽略不计,但对于极端条件可能需要考虑。

通过适当地进行一阶、二阶、三阶等级别标定的技术,可以消除或显著降低这些错误,而硬件方面则采用可调电阻、电子互连等方式实施软硬结合,以优化系统性能。此外,一些特定的环境要求也需考虑到相关参数调整以达到最佳效果。此篇文章旨在提供一种全面的理解关于如何选择并实施针对不同需求场景下的最合适解决方案,从而提升整体效率并满足各种复杂要求。

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