导言:本文以摩托罗拉公司的压力传感器为例,探讨了其设计应用中的误差补偿策略。压力传感器在实际应用中不可避免地存在四种主要类型的误差: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试结果的影响,并且会涉及提高测量精度的标定方法以及实用案例。随着市场上不同类型的压力传感器种类日益丰富,设计工程师可以根据系统需求选择合适的设备。这使得在保证性能和满足设计要求的情况下,对于各种不确定因素进行补偿变得至关重要。在某些情况下,有效补偿能够显著提升传感器在实际应用中的整体表现。
摩托罗拉公司生产的一系列主流压力传感器是单片变阻型,这些传感器分为三大类:
基本或未经标定的版本
包含标定并进行温度补偿
包括标定、补偿和放大的高集成度版本
偏移量、范围标定以及温度补偿均可通过薄膜电阻网络实现,而这类网络在封装过程中采用激光修正。此外,该技术通常与微控制软件相结合,其中软件建立了关于电子模型转换输出电压到物理单位(如帕斯卡)的数学模型。
从计量学角度来看,测量误差代表了测量值与真实值之间所存在的大致差异。而为了获得更准确的人工标准化数据,我们需要使用那些比被测设备更为精确至少10倍以上的仪表作为参照。由于未经校准系统只能依赖其典型灵敏度和零点位数将输出电压转换为气候条件,因此所得数据会带有图一所示形式的一般性错误。
这个原始错误由以下几个部分构成:
a. 偏移量误差,由于整个气候范围内垂直偏移保持恒定,所以扩散过程改变导致边缘修正而引起偏移。
b. 灵敏度误差,它是一个随气候呈正比增加或减少的情形。如果灵敏度高于典型值,那么它是递增函数;如果低于,则为递减函数。
c. 线性误差,是硅片物理非线性的一个方面,但对于带有放大功能的振荡器,还应考虑放大效果。
d. 滞后效应,在许多情境下可以忽略,因为硅片具有很高机械刚性,只需考虑当气候变化巨大的时候才可能出现滞后效应。
通过校准,可以消除或极大地降低这些错误,而补偿技术则要求确定系统现有的特征参数而不是仅依靠典型值。硬件如电位计、可调式变阻元件等都能用于这一过程,而软件提供了一种更加灵活的手段来实施此类调整工作。
自动归零是一种常见方法,用以消除零点漂移,从而对抗偏移之错。在没有任何外部参考时,将其放在空气密闭环境下的状态,以便获取最佳最小化前提下的指令设定。但对于纯粹无任何其他附加输入信号直接驱动的情况,则难以执行这样的操作,因为需要一个读取系统来识别环境上的标准条件,以及预先设定的目标期望值。而对于简易版检测仪来说,其工作方式基于参考装置,即使用一种能够达到相同精确性的独立评估工具,以便进一步改进出色的检测能力,如图一显示出的相关曲线表示如此做法后的结果。
选择正确的一个校准点非常关键,因为它决定了得到最高精度时该监控区域内最小化剩余残留错误。因此,不同目标监控区域应该分别选取不同的校准点,而且监控区域并不必然与工作区完全重叠。此外,由于实际生效率往往无法知晓,因此我们通常利用典型级别替代计算公式中的生效率水平。这就意味着不论何时如何,都能从给定的输入功率转换出对应具体生命状况信息(即Pa)。
红色曲线展示了执行初始位置设置(PCAL=0)前的调整后的曲线,使得该曲线较之前黑色曲线向上移动,说明两者间有一明显刻画之间关系清晰可见之趋势。在这种方法相较单一点校准法具备更严格要求,同时成本也更昂贵,但相比较之后,它们能提供更多利益,因它们既包括处理失真同时也涵盖了解析各个要素之超越一般普遍规则。此事物还使得我们的推算包含每次采样周期中最大可能价值表达式出来,更好地处理所有潜在问题解决方案所以利用多个参考地点查找最优解仍然十分重要因为这样我们能够覆盖全方位求解所有可能性并找到完美解决方案尽可能多地保护我们的目标安全防护措施也是不可或缺的一环任务之一所以我们必须继续努力寻找新的机会去发展我们的技能知识储备以准备面对未来挑战。