解析壓力傳感器的誤差補償

2015年12月24日 11:29:59人氣：2143來源：上海銘控傳感技術(shù)有限公司

壓力傳感器主要有偏移量誤差、靈敏度誤差、線性誤差和滯后誤差，本文將介紹這四種誤差產(chǎn)生的機理和對測試結(jié)果的影響，同時將介紹為提高測量精度的壓力標(biāo)定方法以及應(yīng)用實例。

目前市場上傳感器種類豐富多樣，這使得設(shè)計工程師可以選擇系統(tǒng)所需的壓力傳感器。這些傳感器既包括zui基本的變換器，也包括更為復(fù)雜的帶有片上電路的高集成度傳感器。由于存在這些差異，設(shè)計工程師必須盡可能夠補償壓力傳感器的測量誤差，這是保證傳感器滿足設(shè)計和應(yīng)用要求的重要步驟。在某些情況下，補償還能提高傳感器在應(yīng)用中的整體性能。

偏移量、范圍標(biāo)定以及溫度補償均可以通過薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，這種薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)在封裝過程中采用激光修正。

該傳感器通常與微控制器結(jié)合使用，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，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器的變換，該模型可以將電壓量轉(zhuǎn)換為壓力測量值。

傳感器zui簡單的數(shù)學(xué)模型即為傳遞函數(shù)。該模型可在整個標(biāo)定過程中進行優(yōu)化，并且模型的成熟度將隨標(biāo)定點的增加而增加。

從計量學(xué)的角度看，測量誤差具有相當(dāng)嚴(yán)格的定義：它表征了測量壓力與實際壓力之間的差異。而通常無法直接得到實際壓力，但可以通過采用適當(dāng)?shù)膲毫?biāo)準(zhǔn)加以估計，計量人員通常采用那些精度比被測設(shè)備高出至少 10 倍的儀器作為測量標(biāo)準(zhǔn)。

由于未經(jīng)標(biāo)定的系統(tǒng)只能使用典型的靈敏度和偏移值將輸出電壓轉(zhuǎn)換為壓力，測得的壓力將產(chǎn)生的誤差。

這種未經(jīng)標(biāo)定的初始誤差由以下幾個部分組成：

a. 偏移量誤差。由于在整個壓力范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定，因此變換器擴散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。

b. 靈敏度誤差，產(chǎn)生誤差大小與壓力成正比。如果設(shè)備的靈敏度高于典型值，靈敏度誤差將是壓力的遞增函數(shù)。如果靈敏度低于典型值，那么靈敏度誤差將是壓力的遞減函數(shù)。該誤差的產(chǎn)生原因在于擴散過程的變化。

c. 線性誤差。這是一個對初始誤差影響較小的因素，該誤差的產(chǎn)生原因在于硅片的物理非線性，但對于帶放大器的傳感器，還應(yīng)包括放大器的非線性。線性誤差曲線可以是凹形曲線，也可以是凸形曲線。

d. 滯后誤差：在大多數(shù)情形中，滯后誤差*可以忽略不計，因為硅片具有很高的機械剛度。一般只需在壓力變化很大的情形中考慮滯后誤差。

標(biāo)定可消除或極大地減小這些誤差，而補償技術(shù)通常要求確定系統(tǒng)實際傳遞函數(shù)的參數(shù)，而不是簡單的使用典型值。電位計、可調(diào)電阻以及其他硬件均可在補償過程中采用，而軟件則能更靈活地實現(xiàn)這種誤差補償工作。

關(guān)鍵詞：壓力傳感器微控制器控制器模數(shù)轉(zhuǎn)換器力測量

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