传感器之谜探索压力与知识的对偶

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别:未经标定或仅进行基本标定、有温度补偿功能以及具有额外放大功能。这些传感器通常结合微处理器使用,其嵌入软件建立了数学模型来转换输出电压为真实的压力值。

为了提高测量精度,需要对这些传感器进行适当的误差补偿。在计量学角度看,测量错误是指实际和预期之间所存在差异,而通过高精度标准设备可以估算出实际值。由于未经标定的系统只能依赖于典型灵敏度和偏移值来转换输出电压,因此测得出的数据会出现如图1所示曲线,这些曲线由四种不同类型的错误组成:偏移、灵敏度、非线性以及滞后。

为了消除或减少这些错误,我们可以采用自动归零法等一系列技术手段。此外,还有一点标定法可用于消除漂移,而多点标定则能更好地考虑到非线性问题。通过计算平均非线性误差,我们可以得到一个有效率且不需要第三个参考点即可用的模型。这一方法已经被成功应用于摩托罗拉MPX2300血液监控传感器上,使得其在低成本的情况下达到极高性能(最大初始非线性的十至二十分之一)。

最后,由于各种集成级别和补偿技术可供选择,设计工程师需根据具体需求来决定最合适的手段。本文旨在提供一种全面的视角,以便工程师能够更好地理解并应对在设计过程中可能遇到的挑战,以及如何利用最新技术来优化他们项目中的性能。

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