导语: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关键性。压力传感器存在偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差,本文将详细介绍这些错误产生机制及其对测试结果的影响,同时阐述提高测量精度的标定方法以及实际应用案例。市场上现有多种类型的传感器,使得设计工程师可以根据系统需求选择合适的压力传感器,这些包括简单变换器和集成片上电路的复杂型号。为了确保传感器满足设计和应用要求,必须尽可能地补偿其测量错误。在某些情况下,这样的补偿还能提升在应用中的整体性能。本文通过分析摩托罗拉公司生产的一款主流单片式压阻转换器件来阐述所涉及概念,其特点是具有三类:未加标定或仅进行温度补偿、带有标定并进行温度补偿,以及带有标定、补偿和放大。
摩托罗拉公司生产的这款主流单片式压阻转换器件主要由薄膜电阻网络组成,该网络在封装过程中采用激光修正实现范围标定以及温度补偿。此外,该传感器通常与微控制处理单元(MCU)结合使用,其中MCU嵌入软件建立了传感器数学模型。当微读取输出电压后,可以通过模数转换(ADC)将输出信号转换为数字形式,并利用这个模型将数字数据转化为准确的压力测量值。
从计量学角度看,测量错误被定义为实际与理论之间差异。而我们无法直接获取到实际值,但可以通过使用更高精度仪表作为参照标准来估算计量人员通常会采用比被测设备至少高出10倍以上精度仪表作为标准。这意味着未经标定的系统只能依靠典型灵敏度和偏移值将输出电压转化为对应的预期价值,从而导致如图1所示这种初始不准确性的四种类型:
偏移量误差,由于整个工作范围内垂直偏移保持恒定,因此扩散变化与激光修正都会引起偏移。
灵敏度误差,它随着工作条件增加而增加,如果设备灵敏度高于典型,则曲线向右移动;如果低于则向左移动。
线性误差,由硅片物理非线性引起,对带放大功能更大的影响。
滞后效应,在许多情况下忽略不计,只在极端条件下考虑。
通过正确执行一系列操作,即可消除或显著减少这些错误,如自动归零法用于消除偏移,而硬件或者软件均可用来调整系统,以最小化其他三种类型的问题。
对于每个项目,都需要一个明智地选择哪个方法以获得最佳精度,因为不同环境下的性能需求可能会有所不同。此外,还需要注意的是,不同环境下的性能需求也会影响到具体采用的技术方案。因此,在确定是否采用何种技术之前,我们应该仔细评估当前环境下的具体需求,以便做出最合适的人工智能决策。