Compensation d'erreur raisonnable decapteurs de pressionest la clé de leur application. Les capteurs de pression ont principalement une erreur de sensibilité, une erreur de décalage, une erreur d'hystérésis et une erreur linéaire. Cet article présentera les mécanismes de ces quatre erreurs et leur impact sur les résultats des tests. Dans le même temps, il introduira les méthodes d'étalonnage de pression et les exemples d'application pour améliorer la précision de la mesure.
À l'heure actuelle, il existe une grande variété de capteurs sur le marché, ce qui permet aux ingénieurs de conception de choisir les capteurs de pression requis pour le système. Ces capteurs incluent à la fois les transformateurs les plus élémentaires et les capteurs d'intégration élevée plus complexes avec des circuits sur puce. En raison de ces différences, les ingénieurs de conception doivent s'efforcer de compenser les erreurs de mesure dans les capteurs de pression, ce qui est une étape importante pour garantir que les capteurs répondent aux exigences de conception et d'application. Dans certains cas, la compensation peut également améliorer les performances globales des capteurs dans les applications.
Les concepts discutés dans cet article sont applicables à la conception et à l'application de divers capteurs de pression, qui ont trois catégories:
1. Calibrage fondamental ou non compensé;
2. Il y a un étalonnage et une compensation de température;
3. Il a un étalonnage, une compensation et une amplification.
Le décalage, l'étalonnage de la plage et la compensation de température peuvent tous être réalisés via des réseaux de résistances à couches minces, qui utilisent la correction du laser pendant le processus d'emballage. Ce capteur est généralement utilisé en conjonction avec un microcontrôleur, et le logiciel intégré du microcontrôleur lui-même établit le modèle mathématique du capteur. Une fois que le microcontrôleur a lu la tension de sortie, le modèle peut convertir la tension en une valeur de mesure de pression par la transformation du convertisseur analogique-numérique.
Le modèle mathématique le plus simple pour les capteurs est la fonction de transfert. Le modèle peut être optimisé tout au long du processus d'étalonnage, et sa maturité augmentera avec l'augmentation des points d'étalonnage.
D'un point de vue métrologique, l'erreur de mesure a une définition assez stricte: elle caractérise la différence entre la pression mesurée et la pression réelle. Cependant, il n'est généralement pas possible d'obtenir directement la pression réelle, mais il peut être estimé en utilisant des normes de pression appropriées. Les métrologues utilisent généralement des instruments avec une précision d'au moins 10 fois plus élevé que l'équipement mesuré comme normes de mesure.
En raison du fait que les systèmes non calibrés ne peuvent convertir la tension de sortie qu'en pression en utilisant des valeurs de sensibilité et de décalage typiques.
Cette erreur initiale non calibrée se compose des composants suivants:
1. Erreur de sensibilité: l'amplitude de l'erreur générée est proportionnelle à la pression. Si la sensibilité de l'appareil est supérieure à la valeur typique, l'erreur de sensibilité sera une fonction croissante de la pression. Si la sensibilité est inférieure à la valeur typique, l'erreur de sensibilité sera une fonction décroissante de la pression. La raison de cette erreur est due à des changements dans le processus de diffusion.
2. Erreur de décalage: En raison du décalage vertical constant sur toute la plage de pression, les modifications de la diffusion du transformateur et de la correction de réglage du laser entraîneront des erreurs de décalage.
3. Erreur de décalage: Dans la plupart des cas, l'erreur de décalage peut être complètement ignorée car les plaquettes de silicium ont une rigidité mécanique élevée. Généralement, l'erreur d'hystérésis ne doit être prise en compte que dans les situations où il y a un changement significatif de pression.
4. Erreur linéaire: il s'agit d'un facteur qui a un impact relativement faible sur l'erreur initiale, qui est causée par la non-linéarité physique de la tranche de silicium. Cependant, pour les capteurs avec des amplificateurs, la non-linéarité de l'amplificateur doit également être incluse. La courbe d'erreur linéaire peut être une courbe concave ou une courbe convexe.
L'étalonnage peut éliminer ou réduire considérablement ces erreurs, tandis que les techniques de compensation nécessitent généralement de déterminer les paramètres de la fonction de transfert réelle du système, plutôt que d'utiliser simplement des valeurs typiques. Les potentiomètres, les résistances réglables et autres matériels peuvent tous être utilisés dans le processus de compensation, tandis que les logiciels peuvent implémenter de manière plus flexible ce travail de compensation d'erreur.
La méthode d'étalonnage à un point peut compenser les erreurs de décalage en éliminant la dérive au point zéro de la fonction de transfert, et ce type de méthode d'étalonnage est appelé zéro automatique. L'étalonnage du décalage est généralement effectué à la pression nulle, en particulier dans les capteurs différentiels, car la pression différentielle est généralement 0 dans des conditions nominales. Pour les capteurs purs, l'étalonnage du décalage est plus difficile car il nécessite un système de lecture de pression pour mesurer sa valeur de pression calibrée dans des conditions de pression atmosphérique ambiante, soit un contrôleur de pression pour obtenir la pression souhaitée.
L'étalonnage de pression zéro des capteurs différentiels est très précis car la pression d'étalonnage est strictement nulle. D'un autre côté, la précision d'étalonnage lorsque la pression n'est pas nulle dépend des performances du contrôleur de pression ou du système de mesure.
Sélectionner la pression d'étalonnage
La sélection de la pression d'étalonnage est très importante car elle détermine la plage de pression qui atteint la meilleure précision. En fait, après l'étalonnage, l'erreur de décalage réelle est minimisée au point d'étalonnage et reste à une petite valeur. Par conséquent, le point d'étalonnage doit être sélectionné en fonction de la plage de pression cible, et la plage de pression peut ne pas être cohérente avec la plage de travail.
Afin de convertir la tension de sortie en une valeur de pression, la sensibilité typique est généralement utilisée pour l'étalonnage à point unique dans les modèles mathématiques car la sensibilité réelle est souvent inconnue.
Après avoir effectué l'étalonnage du décalage (PCAL = 0), la courbe d'erreur montre un décalage vertical par rapport à la courbe noire représentant l'erreur avant l'étalonnage.
Cette méthode d'étalonnage a des exigences plus strictes et des coûts de mise en œuvre plus élevés par rapport à la méthode d'étalonnage à un point. Cependant, par rapport à la méthode d'étalonnage ponctuel, cette méthode peut améliorer considérablement la précision du système car elle calibre non seulement le décalage, mais calibre également la sensibilité du capteur. Par conséquent, dans le calcul des erreurs, les valeurs de sensibilité réelles peuvent être utilisées au lieu de valeurs atypiques.
Ici, l'étalonnage est effectué dans des conditions de 0 à 500 mégapascals (pleine échelle). Étant donné que l'erreur aux points d'étalonnage est proche de zéro, il est particulièrement important de définir correctement ces points afin d'obtenir l'erreur de mesure minimale dans la plage de pression attendue.
Certaines applications nécessitent une haute précision à maintenir tout au long de la plage de pression. Dans ces applications, la méthode d'étalonnage multi-points peut être utilisée pour obtenir les résultats les plus idéaux. Dans la méthode d'étalonnage multi-points, non seulement les erreurs de décalage et de sensibilité sont prises en compte, mais la plupart des erreurs linéaires sont également prises en compte. Le modèle mathématique utilisé ici est exactement le même que l'étalonnage en deux étapes pour chaque intervalle d'étalonnage (entre deux points d'étalonnage).
Étalonnage à trois points
Comme mentionné précédemment, l'erreur linéaire a une forme cohérente, et la courbe d'erreur est conforme à la courbe d'une équation quadratique, avec une taille et une forme prévisibles. Cela est particulièrement vrai pour les capteurs qui n'utilisent pas d'amplificateurs, car la non-linéarité du capteur est fondamentalement basée sur des raisons mécaniques (causées par la pression du film mince de la tranche de silicium).
La description des caractéristiques d'erreur linéaire peut être obtenue en calculant l'erreur linéaire moyenne des exemples typiques et en déterminant les paramètres de la fonction polynomiale (a × 2 + bx + c). Le modèle obtenu après avoir déterminé A, B et C est efficace pour les capteurs du même type. Cette méthode peut compenser efficacement les erreurs linéaires sans avoir besoin d'un troisième point d'étalonnage.
Heure du poste: février-27-2025