合理進(jìn)行壓力傳感器的過錯(cuò)補(bǔ)償是其運(yùn)用的要害。壓力傳感器首要有偏移量過錯(cuò)、靈敏度過錯(cuò)、線性過錯(cuò)和滯后過錯(cuò)，這篇文章將介紹這四種過錯(cuò)發(fā)生的機(jī)理和對(duì)查驗(yàn)作用的影響，一同將介紹為行進(jìn)丈量精度的壓力標(biāo)定辦法以及運(yùn)用實(shí)例。
現(xiàn)在市場(chǎng)上傳感器品種豐富多樣，這使得方案工程師能夠挑選體系所需的壓力傳感器。這些傳感器既包含zui根柢的變換器，也包含更為凌亂的帶有片上電路的高集成度傳感器。因?yàn)榇嬖谶@些區(qū)別，方案工程師有必要盡可能夠補(bǔ)償壓力傳感器的丈量過錯(cuò)，這是保證傳感器滿意方案和運(yùn)用央求的首要進(jìn)程。在某些狀況下，補(bǔ)償還能行進(jìn)傳感器在運(yùn)用中的全體功用。
這篇文章以摩托羅拉公司的壓力傳感器為例，所觸及的概念適用于各種壓力傳感器的方案運(yùn)用。
摩托羅拉公司出產(chǎn)的干流壓力傳感器是一種單片壓阻器材，該器材具有3類：
1. 根柢的或未加補(bǔ)償標(biāo)定；
2. 有標(biāo)定并進(jìn)行溫度補(bǔ)償；
3. 有標(biāo)定、補(bǔ)償和拓展。
偏移量、方案標(biāo)定以及溫度補(bǔ)償均能夠經(jīng)過薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)束，這種薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)在封裝進(jìn)程中選用激光修改。
該傳感器一般與微控制器聯(lián)絡(luò)運(yùn)用，而微控制器的嵌入軟件本身建立了傳感器數(shù)學(xué)模型。微控制器讀取了輸出電壓后，經(jīng)過模數(shù)變換器的變換，該模型能夠?qū)㈦妷毫孔儞Q為壓力丈量值。
傳感器zui簡(jiǎn)略的數(shù)學(xué)模型即為傳遞函數(shù)。該模型可在全部標(biāo)定進(jìn)程中進(jìn)行優(yōu)化，而且模型的成熟度將隨標(biāo)定點(diǎn)的添加而添加。
從計(jì)量學(xué)的視點(diǎn)看，丈量過錯(cuò)具有恰當(dāng)嚴(yán)重的定義：它表征了丈量壓力與實(shí)習(xí)壓力之間的區(qū)別。而一般無法直接得到實(shí)習(xí)壓力，但能夠經(jīng)過選用恰當(dāng)?shù)膲毫σ?guī)范加以估量，計(jì)量人員一般選用那些精度比被測(cè)設(shè)備高出zui少10倍的儀器作為丈量規(guī)范。
這種未經(jīng)標(biāo)定的初始過錯(cuò)由以下幾個(gè)有些構(gòu)成：
a. 偏移量過錯(cuò)。因?yàn)樵谌繅毫Ψ桨竷?nèi)垂直偏移堅(jiān)持安穩(wěn)，因而變換器松散和激光調(diào)度修改的改動(dòng)將發(fā)生偏移量過錯(cuò)。
b. 靈敏度過錯(cuò)，發(fā)生過錯(cuò)巨細(xì)與壓力成正比。假定設(shè)備的靈敏度高于典型值，靈敏度過錯(cuò)將是壓力的遞加函數(shù)(見圖1)。假定靈敏度低于典型值，那么靈敏度過錯(cuò)將是壓力的遞減函數(shù)。該過錯(cuò)的發(fā)生緣由在于松散進(jìn)程的改動(dòng)。
c. 線性過錯(cuò)。這是一個(gè)對(duì)初始過錯(cuò)影響較小的要素，該過錯(cuò)的發(fā)生緣由在于硅片的物理非線性，但關(guān)于帶拓展器的傳感器，還應(yīng)包含拓展器的非線性。線性過錯(cuò)曲線能夠是凹形曲線，也能夠是凸形曲線。
d. 滯后過錯(cuò)：在大多數(shù)表象中，滯后過錯(cuò)完夠忽略不計(jì)，因?yàn)楣杵哂泻芨叩臋C(jī)械剛度。一般只需在壓力改動(dòng)很大的表象中思考滯后過錯(cuò)。
標(biāo)定可消除或極大地減小這些過錯(cuò)，而補(bǔ)償技能一般央求斷定體系實(shí)習(xí)傳遞函數(shù)的參數(shù)，而不是簡(jiǎn)略的運(yùn)用典型值。電位計(jì)、可調(diào)電阻以及別的硬件均可在補(bǔ)償進(jìn)程中選用，而軟件則能更靈敏地結(jié)束這種過錯(cuò)補(bǔ)償作業(yè)。
一點(diǎn)標(biāo)定法可經(jīng)過消除傳遞函數(shù)零點(diǎn)處的漂移來補(bǔ)償偏移量過錯(cuò)，這類標(biāo)定辦法稱為主動(dòng)歸零。
偏移量標(biāo)定一般在零壓力下進(jìn)行，特別是在差動(dòng)傳感器中，因?yàn)樵跇?biāo)稱條件下差動(dòng)壓力一般為0。關(guān)于純傳感器，偏移量標(biāo)定則要困難一些，因?yàn)樗葱枨笠粋€(gè)壓力讀取體系，用以丈量其在環(huán)境大氣壓力條件下的標(biāo)定壓力值，要么需求獲取希望壓力的壓力控制器。
差動(dòng)的零壓力標(biāo)定非常準(zhǔn)確，因?yàn)闃?biāo)定壓力嚴(yán)重為0。另一方面，壓力不為0時(shí)的標(biāo)定準(zhǔn)確度取決于壓力控制器或丈量體系的功用。
挑選標(biāo)定壓力
標(biāo)定壓力的挑選非常首要，因其挑選了獲取精度的壓力方案。實(shí)習(xí)上，經(jīng)過標(biāo)定后實(shí)習(xí)的偏移量過錯(cuò)在標(biāo)定點(diǎn)處zui小并一向堅(jiān)持較小的值。因而，標(biāo)定點(diǎn)有必要根據(jù)方針壓力方案加以挑選，而壓力方案能夠不與作業(yè)方案相一同。
為了將輸出電壓變換為壓力值，因?yàn)閷?shí)習(xí)的靈敏度往往是不知道，因而在數(shù)學(xué)模型中一般選用典型靈敏度進(jìn)行單點(diǎn)標(biāo)定。
這種標(biāo)定辦法與一點(diǎn)標(biāo)定法比照央求更為嚴(yán)重，結(jié)束本錢也更高。然而與一點(diǎn)標(biāo)定法比照，該辦法可顯著行進(jìn)體系的精度，因?yàn)樵撧k法不只標(biāo)定了偏移量，還標(biāo)定了傳感器的靈敏度。因而在過錯(cuò)核算中能夠運(yùn)用靈敏度實(shí)習(xí)值，而非典型值。
某些運(yùn)用中央求在全部壓力方案內(nèi)堅(jiān)持較高的準(zhǔn)確度。在這些運(yùn)用中，能夠選用多點(diǎn)標(biāo)定法來得到的作用。在多點(diǎn)標(biāo)定法中，不只思考了偏移量和靈敏度過錯(cuò)，還思考了大有些的線性過錯(cuò)，如圖2紫紅色曲線所示。這兒用的數(shù)學(xué)模型與每個(gè)標(biāo)定間隔(在兩個(gè)標(biāo)定點(diǎn)之間)的兩級(jí)標(biāo)定*一樣。
三點(diǎn)標(biāo)定
如前所述，線性過錯(cuò)具有一同的辦法，且過錯(cuò)曲線契合二次方程的曲線，具有可猜想的巨細(xì)和形狀。關(guān)于未選用拓展器的傳感器更是如此，因?yàn)閭鞲衅鞯姆蔷€性從本質(zhì)上是根據(jù)機(jī)械緣由(這是由硅片的薄膜壓力致使)。
線性過錯(cuò)特性的描寫能夠經(jīng)過核算典型實(shí)例的均勻線性過錯(cuò)，斷定多項(xiàng)式函數(shù)(a×2+bx+c)的參數(shù)而得到。斷定了a、b和c后得到的模型關(guān)于一樣類型的傳感器都是有用的。該辦法能在無需第3個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的狀況下有用地補(bǔ)償線性過錯(cuò)。
摩托羅拉MPX2300的補(bǔ)償實(shí)例，MPX2300是一種首要運(yùn)用于血壓丈量的溫度補(bǔ)償傳感器。多項(xiàng)式模型可由10個(gè)傳感器的均勻線性過錯(cuò)得到，補(bǔ)償后的過錯(cuò)約為zui大初始線性過錯(cuò)的十至二非常之一，如圖3虛線所示。
該過錯(cuò)補(bǔ)償辦法只需兩點(diǎn)標(biāo)定即可將低本錢傳感器改善為高功用器材(過錯(cuò)小于滿標(biāo)度的0.05%)。
當(dāng)然方案工程師要根據(jù)實(shí)習(xí)運(yùn)用的準(zhǔn)確度央求，挑選的標(biāo)定辦法，此外還需求思考體系本錢。因?yàn)橛卸喾N集成度和補(bǔ)償技能可供挑選，方案工程師可根據(jù)不一樣的方案央求挑選恰當(dāng)?shù)霓k法。 | 
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