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,其误差主要包括偏移量、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。随着市场上不同类型的压力传感器不断涌现,设计工程师面临着选择合适传感器以满足系统需求的挑战。在某些情况下,有效地补偿传感器测量上的误差不仅是确保其满足设计要求的手段,也能提升其整体性能。
摩托罗拉公司生产的一系列主流压力传感器,以单片变换式电阻作为核心组件,其产品可分为三类:未进行标定或温度补偿;有标定但只进行温度补偿;以及既有标定又有温度和放大功能。此类薄膜电阻网络在封装过程中可以通过激光修正来实现偏移量、范围及温度补偿。
这些传感器通常与微控制单元(MCU)结合使用,其中MCU自身建立了关于该类数学模型。在读取输出电压后,该模型能够将电压转换成实际的压力值。最基本的数学模型即为相应于整个标定过程优化后的传递函数。
从计量学角度看,测量误差代表了预期值与实际值之间的差异,而我们无法直接获取真实值,但可以通过高精度标准设备加以估算。未经标定的系统只能依赖典型灵敏度和偏移值将输出转换为真正意义上的重力单位,因此所得数据会产生如图1所示样的错误曲线,这一曲线由四个部分组成:
偏移量误差,由于垂直方向保持恒定而引起。
灵敏度误差,与预期比率呈正比关系。
线性誤差,是由于硅片物理非线性的影响。
滞后誤差,在大多数情况下忽略不计,但对于极端变化时需考虑。
为了消除或减少这些错误,本文还讨论了一些常见技术,如自动归零法、一点、二点、三点等方法,以及如何利用硬件和软件实现更精确的校准工作。这一系列措施都旨在确保我们的设备能够提供尽可能高的一致性和准确性,从而使用户得到最佳服务。