Kohtuullinen virhekompensaatiopaineanturiton avain heidän sovellukseensa. Paine -antureissa on pääasiassa herkkyysvirhe, siirtymävirhe, hystereesivirhe ja lineaarinen virhe. Tämä artikkeli esittelee näiden neljän virheen mekanismit ja niiden vaikutukset testituloksiin. Samanaikaisesti se tuo paineen kalibrointimenetelmät ja sovellusesimerkit mittaustarkkuuden parantamiseksi.
Tällä hetkellä markkinoilla on laaja valikoima antureita, joiden avulla suunnittelijat voivat valita järjestelmään tarvittavat paineanturit. Nämä anturit sisältävät sekä perusmuuntajat että monimutkaisemmat korkean integraatioanturit, joissa on sirupiirit. Näiden erojen vuoksi suunnittelun insinöörien on pyrittävä kompensoimaan paineantureiden mittausvirheitä, mikä on tärkeä askel varmistaakseen, että anturit täyttävät suunnittelu- ja sovellusvaatimukset. Joissakin tapauksissa kompensointi voi myös parantaa anturien yleistä suorituskykyä sovelluksissa.
Tässä artikkelissa käsitellyt käsitteet voidaan soveltaa erilaisten paineanturien suunnitteluun ja soveltamiseen, joilla on kolme luokkaa:
1. Perus- tai korvaamaton kalibrointi;
2. Kalibrointi ja lämpötilan kompensointi on;
3. Siinä on kalibrointi, kompensointi ja monistus.
Siirtymä, etäisyyskalibrointi ja lämpötilan kompensointi voidaan kaikki saavuttaa ohutkalvovastusverkkojen avulla, jotka käyttävät laserkorjausta pakkausprosessin aikana. Tätä anturia käytetään yleensä yhdessä mikrokontrollerin kanssa, ja itse mikrokontrollerin sulautettu ohjelmisto muodostaa anturin matemaattisen mallin. Kun mikrokontrolleri on lukenut lähtöjännitteen, malli voi muuntaa jännitteen paineen mittausarvoksi muuttamalla analogia-digitaalimuunninta.
Anturien yksinkertaisin matemaattinen malli on siirtofunktio. Malli voidaan optimoida koko kalibrointiprosessin ajan, ja sen kypsyys kasvaa kalibrointipisteiden lisääntyessä.
Metrologisesta näkökulmasta mittausvirheellä on melko tiukka määritelmä: se kuvaa eroa mitatun paineen ja todellisen paineen välillä. Todellista painetta ei yleensä ole mahdollista saada suoraan, mutta se voidaan arvioida käyttämällä sopivia painistandardeja. Metrologit käyttävät yleensä instrumentteja, joiden tarkkuus on vähintään 10 kertaa korkeampi kuin mitatut laitteet mittausstandardeina.
Koska kalibroimattomat järjestelmät voivat muuntaa lähtöjännitteen vain paineeseen tyypillisellä herkkyydellä ja siirtymäarvoilla.
Tämä kalibroimaton alkuvirhe koostuu seuraavista komponenteista:
1. Herkkyysvirhe: syntyneen virheen suuruus on verrannollinen paineeseen. Jos laitteen herkkyys on korkeampi kuin tyypillinen arvo, herkkyysvirhe on kasvava paineen funktio. Jos herkkyys on alhaisempi kuin tyypillinen arvo, herkkyysvirhe on paineen vähentyvä funktio. Syy tähän virheeseen johtuu diffuusioprosessin muutoksista.
2. Siirtymävirhe: Vakio pystysuuntaisen siirtymän vuoksi koko painealueella muuttuu muuntajan diffuusiossa ja laserin säätökorjauksessa johtavat korvausvirheisiin.
3. LAG -VIRHE: Useimmissa tapauksissa viivevirhe voidaan jättää kokonaan huomiotta, koska piikiekkoilla on korkea mekaaninen jäykkyys. Yleensä hystereesivirhe on otettava huomioon vain tilanteissa, joissa paine muuttuu merkittävästi.
4. Lineaarinen virhe: Tämä on tekijä, jolla on suhteellisen pieni vaikutus alkuperäiseen virheen, joka johtuu piikiekon fyysisestä epälineaarisuudesta. Vahvistimien anturille on kuitenkin myös oltava myös vahvistimen epälineaarisuus. Lineaarinen virhekäyrä voi olla kovera käyrä tai kupera käyrä.
Kalibrointi voi eliminoida tai vähentää huomattavasti näitä virheitä, kun taas kompensointitekniikat vaativat tyypillisesti järjestelmän todellisen siirtofunktion parametrien määrittämisen sen sijaan, että käyttäisivät vain tyypillisiä arvoja. Potentiometrejä, säädettäviä vastuksia ja muita laitteita voidaan käyttää kaikki korvausprosessissa, kun taas ohjelmistot voivat joustavammin toteuttaa tämän virhekompensaation.
Yhden pisteen kalibrointimenetelmä voi kompensoida siirtymävirheitä poistamalla siirtymisen siirtofunktion nollapisteessä, ja tämän tyyppistä kalibrointimenetelmää kutsutaan automaattiseksi nollaksi. Offset -kalibrointi suoritetaan yleensä nollapaineessa, etenkin erilaisissa antureissa, koska paine on tyypillisesti 0 nimellisolosuhteissa. Puhtaiden anturien offset -kalibrointi on vaikeampaa, koska se joko vaatii paineen lukujärjestelmää sen kalibroidun painearvon mittaamiseksi ympäristön ilmakehän paine -olosuhteissa tai paineenohjaimen halutun paineen saamiseksi.
Differentiaalianturien nollapainekalibrointi on erittäin tarkka, koska kalibrointipaine on tiukasti nolla. Toisaalta kalibrointitarkkuus, kun paine ei ole nolla, riippuu paineenohjaimen tai mittausjärjestelmän suorituskyvystä.
Valitse kalibrointipaine
Kalibrointipaineen valinta on erittäin tärkeä, koska se määrittelee paine -alueen, joka saavuttaa parhaan tarkkuuden. Itse asiassa kalibroinnin jälkeen todellinen siirtymävirhe minimoituu kalibrointipisteessä ja pysyy pienellä arvolla. Siksi kalibrointipiste on valittava kohdepainealueen perusteella, ja painealue ei välttämättä ole yhdenmukainen työalueen kanssa.
Lähtöjännitteen muuttamiseksi painearvoksi tyypillistä herkkyyttä käytetään yleensä yhden pisteen kalibrointiin matemaattisissa malleissa, koska todellista herkkyyttä ei usein tunneta.
Suoritettuaan offset -kalibroinnin (pcal = 0), virhekäyrä näyttää pystysuoran siirtymän verrattuna virheeseen, joka edustaa virhettä ennen kalibrointia.
Tällä kalibrointimenetelmällä on tiukempia vaatimuksia ja korkeammat toteutuskustannukset verrattuna yhden pisteen kalibrointimenetelmään. Verrattuna pistekalibrointimenetelmään, tämä menetelmä voi kuitenkin parantaa järjestelmän tarkkuutta merkittävästi, koska se ei vain kalibroi siirtymistä, vaan myös kalibroi anturin herkkyyttä. Siksi virhelaskelmassa voidaan käyttää todellisia herkkyysarvoja epätyypillisten arvojen sijasta.
Tässä kalibrointi suoritetaan olosuhteissa 0–500 megapascals (koko mittakaava). Koska virhe kalibrointipisteissä on lähellä nollaa, on erityisen tärkeää asettaa nämä pisteet oikein, jotta saadaan vähimmäismittausvirhe odotetulla painealueella.
Jotkut sovellukset vaativat suurta tarkkuutta koko painealueella. Näissä sovelluksissa monipisteen kalibrointimenetelmää voidaan käyttää ihanteellisimpien tulosten saamiseksi. Monipisteen kalibrointimenetelmässä otetaan huomioon vain siirtymä- ja herkkyysvirheet, vaan myös suurin osa lineaarisista virheistä. Tässä käytetty matemaattinen malli on täsmälleen sama kuin kaksivaiheinen kalibrointi kullekin kalibrointivälille (kahden kalibrointipisteen välillä).
Kolmen pisteen kalibrointi
Kuten aiemmin mainittiin, lineaarisella virheellä on tasainen muoto, ja virhekäyrä vastaa neliömäisen yhtälön käyrän, ennustettavissa olevan koon ja muodon kanssa. Tämä pätee erityisesti antureihin, jotka eivät käytä vahvistimia, koska anturin epälineaarisuus perustuu pohjimmiltaan mekaanisiin syihin (piin kiekon ohutkalvopaine).
Lineaaristen virheominaisuuksien kuvaus voidaan saada laskemalla tyypillisten esimerkkien keskimääräinen lineaarinen virhe ja määrittämällä polynomifunktion parametrit (a × 2+bx+c). A, B ja C määrittämisen jälkeen saatu malli on tehokas samantyyppisille antureille. Tämä menetelmä voi tehokkaasti kompensoida lineaarisia virheitä ilman kolmannen kalibrointipisteen tarvetta.
Viestin aika: helmikuu-27-2025