传感器的差错
只需有丈量就必定存在差错。关于详细运用而言,即便有差错,从某种意义上来讲,差错却也是相对的,只需差错在答应的规模之内,就能够被承受,而且专业的用户一般在实践运用中会遵从“适用,优选”的准则来挑选传感器。压力传感器在运用中,其注重的特性包含但不限于以下几种特征:
·压力丈量规模:FSO-kPa(差压/静压,表压/密封表压,绝压)
·压力丈量差错:±kPa
·丈量分辨率:kPa/bit
·作业电压/电流
·存储、作业温度规模,丈量介质
·压力丈量呼应特性,重复性,长时间安稳性
在这些压力参数之下,掩藏着一颗将压力转换为电信号的压力传感器芯体或许模块。丈量压力有多种原理方法,但不是每种原理都能够包括一切的压力类型及压力规模:
·硅压阻
·溅射薄膜
·硅谐振
·电容式
·电涡流
·力平衡熔石英波登管
·应变片…
关于差错剖析,以下内容将针对硅压阻方法的压力传感器进行一个简略的阐明。
图-1硅阻压力传感器从硅片到各型封装运用
在图-1中,罗列了当时在各个范畴中广泛运用的根据硅压阻压力传感器从裸片到若干封装的几个典型方法。产品类型中有的仅作外部封装,有的将对应量程输出模仿信号通过温度补偿和校准,能够进行交换操作的,有的进一步将模仿信号扩大处理的,及进一步数字化处理后输出,有的进行数字化校准后运用相应的接口协议在工业界广泛运用的压力变送器方法的,以及在轿车,医疗等职业的运用中,集成其它比方温度或许气体等传感器的成为一种归纳方法的模块。当然,也有运用待测介质的压力特性丈量其它对应的物理量,比方用于呼吸机等范畴的根据低差压传感器的流量传感器等。
一般来说,在未经数字化处理之前的压力传感器,多会在产品的特性栏中描绘迟滞(压力、温度)及线性度、温度系数等特征参数,而通过数字化处理后的压力传感器或许变送器,在描绘输出信号特性的时分,大多不再描绘这些参数目标,而是供给整体的丈量精度等参数。这种差异并不是由于数字化能够消除相似迟滞等特性,而是数字化处理后很难再区别是由于传感器元件的丈量信号仍是固件处理自身引起的某些相似迟滞等特性,因而一般均把迟滞、温度特性等引起的元件丈量差错和量化处理差错综组成为了产品终究的丈量精度、差错及长时间安稳性的描绘上更为合理。
数字调度往往较少对传感器电桥的对称性进行处理。假如考虑到硅阻压力传感器在0负载点输出的差错 (Offset)散布关于前端扩大电路增益的影响,以及后续ADC部分对有用信号(FSO)因增益的改变导致的分辨率改变,则需求统筹考虑。数字化后的输出除非需求,不然Offset都从指定的0点核算。
模仿补偿和校准,能够在ADC参加处理之前通过改进对称性(0点Offset输出接近于0V输出)、温度敏感性及输出一致性等方面,使得产品的交换性方面有显着的提高。因而两种方法均有各自的特色,这里在剖析压力传感器的差错时,将不会对数字化之后的压力产品进行进一步剖析,而仅限于运用电阻网络进行温补和校准后的压力产品。
根据硅阻压力传感器的特性,其差错处理时,一般分为两种类型的差错:
·可补偿差错(一般为温度影响所造成的,具重复性)
·不行补偿差错(一般为压力、温度及封装应力等所造成的,不行重复)
当然,即便是可补偿部分的差错,也会由于不同的补偿处理方法取得不同精度的差错抵消。
为后续差错剖析,在图-2中,展现了硅阻压力传感器一般的输出特性。图中所示术语如下:
·Zero: 抱负参阅零点
·Offset: 实践零负载输出差错,即施加0负载压力时的输出电压信号
·FSO:满量程输出,从施加满量程压力时输出到零点输出信号差
·BFSLNL:相对最佳拟合直线的非线性度 (Non-Linearity/Best Fit Straight Line)
传感器的特征值及差错剖析
以下就Amphenol NOVA的一款中压100kPaG硅阻压力传感器进行封装、校准温补之后的316L不锈钢硅油阻隔性产品NPI-19-101G进行开始剖析。核算中并不触及周边扩大电路及信号处理部分。
表-1:NPI-19VC-101G压力传感器参数表(1)
表-2:差错核算从25℃到70℃
1.可补偿是指能够通过温补和压力校准之后进一步缩小规模和巨细的差错特性
2.一般长时间安稳性包容在短期安稳性特性中,所以核算差错运用短期安稳性即可
·5μV/V×10V×0.001/100mV=0.05%
·0.1μV/V×10V×0.001/100mV=0.001%
3.Offset和FSO差错所造成的差错核算:(±1mV/100mV×100)=1%
4.Error_1 R.S.S.Max = √(1^2+1^2+〖0.2〗^2+〖0.75〗^2 )(%FSO)
5.Error_2 R.S.S.Max = √(〖0.05〗^2+〖0.2〗^2+〖0.05〗^2 〖+0.05〗^2 )(%FSO)
6.归纳最大差错=√(〖(Error_1)〗^2+〖(Error_2)〗^2 )(%FSO)
7.传感器电桥固有的热噪声包容在以上各项测验参数中
从最终成果来看,很难幻想这个硅压传感器在校准之前相同情况下的差错能够到达±10%FSO以上。
跋文
假如有爱好,我们能够比照一下硅阻压力传感器温补校准前后的参数特性,通过专业的操作,看起来天马行空的产品也能够被征服安稳牢靠,精度满意各种运用。小小天地,大有文章。当时安费诺传感器技能集团(ASTG)旗下有多个全球品牌引领压力传感器的研制、出产和运用。
(1) ASTG NOVA NPI-19VC Specification
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