压力传感器之三大作用感知测量与控制的双刃剑

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。压力传感器在实际应用中存在多种类型和误差,包括偏移量、灵敏度、线性和滞后误差。本文将详细介绍这些误差产生的原因及其对测量结果的影响,并提出提高测量精度的标定方法及实用案例。

摩托罗拉公司生产的一类主流压力传感器是一种单片微机电系统(MEMS)式压阻变换器,该产品分为三个主要类型:未进行标定或仅有温度补偿、有标定但不带放大功能以及具备标定、补偿和放大的高集成型版本。这些产品通常采用薄膜电阻网络实现偏移量和范围标定的过程,而微控制器则负责通过模数转换读取输出信号并计算出准确的压力值。

为了评估计量学上的测量精度,我们需要定义一个严格的标准,即与实际值之间的差异。这要求使用比被测设备更高精度至少10倍以上的参考仪器来校准测量结果。在未经标定的状态下,由于无法直接获得实际压力,所得数据将包含如图1所示各种形式的初始误差,这些错误主要由偏移量、灵敏度以及线性非线性的变化引起。

为了消除或减少这些误差,本文提出了自动归零法作为一种有效的手段,其中通过消除零点漂移来调整偏移量。此外,还可以采用其他硬件组件,如电位计或可调电阻,以及软件算法来进一步优化传感器性能。

选择合适的心理点是另一个关键因素,因为这会决定最终获取最佳精度范围内数据的情况。在数学模型中,我们通常使用典型值进行单点标定,但这种方法可能导致较大的误差。而通过多点或三点标定的方式,可以获得更为精确且具有预见性的模型,从而减小线性非线性的影响。

最后,本文还提供了摩托罗拉MPX2300温度补偿传感器的一个具体案例分析,其利用多项式模型成功降低了最初最大初步线性误差到十至二十分之一,这使得该产品成为血液压监测领域中的首选选择。总之,设计工程师在选择合适的编程策略时应考虑到成本效益平衡,并根据不同的需求情况从众多集成技术中做出最佳决策。

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