压力传感器原理与应用对偶

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误差补偿的关键性。压力传感器的误差主要包括偏移量、灵敏度、线性和滞后误差,本文将详细阐述这些误差产生的机理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践案例。随着市场上各种类型传感器种类繁多,设计工程师能够根据系统需求选择合适的压力传感器。这不仅包括基本型变换器,还包括集成电路更为复杂的高集成度传感器。在某些情况下,正确补偿可以显著提升在应用中的性能。本文通过摩托罗拉公司生产的一种单片式变阻压力传感器作为示例,分析了其设计与应用。

摩托罗拉公司提供三类主流产品:未标定或未进行温度补偿;已标定并带有温度补偿;以及既有标定又带有放大功能。这些所需调整参数,如偏移量、范围标定和温度补偿,都可通过薄膜电阻网络实现,该网络在封装过程中使用激光修正。此外,这些微控制单元通常嵌入软件模型,使得读取输出电压后,可转换为实际压力的测量值。

为了评估计量学准确性,我们需要考虑到实际测量值与标准值之间存在差异,即称之为“计量误差”。这可以通过使用具有至少10倍精度比被测试设备高于该设备用于参考标准来估算。而对于未经校准系统,只能依赖典型灵敏度和偏移来将输出电压转换为相应单位下的数值,从而导致图1所示初始误差曲线。

这种初步错误由以下四个部分组成:

a. 偏移错误,由于整个工作范围内垂直位移保持不变,因此扩散变化和激光调节修正会引起此类错误。

b. 灵敏度错误,它是由扩散过程变化引起且与工作单位呈正比关系。

c. 线性错误,是由于硅片物理非线性的影响,但对于带放大功能的事物还需考虑放大非线性的效应。

d. 滞后错误,在绝大多数情况下,可以忽略,因为硅片机械刚度极高,但在极端条件下可能需要考虑。

针对上述问题,通过有效校准技术,如自动归零法等,可以消除或极大的减少这些错誤,而采用硬件(如电位计)或软件(如微处理单元)的方式进行操作,以获得最佳效果。一点校准法利用消除零点漂移以纠正偏移数量,而两点校准则是在0至500兆巴满标尺条件下进行,以优化系统性能。此外,对于某些特定的要求较高精确性的环境,也可以采用多点校验方法以达到最好的结果。在这个过程中,不仅考察了偏离和灵敏度,以及几乎所有线性失真都被涵盖了紫红色曲线所示,这里用的数学模型完全相同每个间隔两个级别检查完毕之后再用二次方程拟合得到最终结果。这使得我们能够从理论角度出发理解为什么一些具体实例,比如MPX2300血液监控温室气候过滤机之类的情况特别重要,并且如何使它们成为一致有效解答的问题解决方案。

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