關(guān)于壓力傳感器的誤差分析
市面上所有的產(chǎn)品只要有用到測(cè)量?jī)x器,那么就一定會(huì)存在相應(yīng)的誤差。對(duì)于具體應(yīng)用而言,即使有誤差,從某種意義上來(lái)說(shuō)卻也是相對(duì)的。只要誤差在允許的范圍之內(nèi),都是可以被接受的了,并且專業(yè)的用戶一般在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)遵循“適用,優(yōu)選”的原則來(lái)選擇傳感器。那么壓力傳感器在應(yīng)用中,其關(guān)注的特性包括但不限于以下幾種特征:
1、壓力測(cè)量范圍:FSO-kPa(差壓/靜壓,表壓/密封表壓,絕壓)
2、壓力測(cè)量誤差:±kPa
3、測(cè)量分辨率:kPa/bit
4、工作電壓/電流
5、存儲(chǔ)、工作溫度范圍,測(cè)量介質(zhì)
6、壓力測(cè)量響應(yīng)特性,重復(fù)性,長(zhǎng)期穩(wěn)定性
關(guān)于誤差分析,以下內(nèi)容將針對(duì)硅壓阻方式的壓力傳感器進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
在上圖中,列舉了當(dāng)前在各個(gè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的基于硅壓阻壓力傳感器從裸片到若干封裝的幾個(gè)典型形式。產(chǎn)品類型中有的僅作外部封裝,有的將對(duì)應(yīng)量程輸出模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和校準(zhǔn),可以進(jìn)行互換操作的;有的進(jìn)一步將模擬信號(hào)放大處理的,及進(jìn)一步數(shù)字化處理后輸出;有的進(jìn)行數(shù)字化校準(zhǔn)后使用相應(yīng)的接口協(xié)議在工業(yè)界廣泛應(yīng)用的壓力變送器形式的,以及在汽車,醫(yī)療等行業(yè)的應(yīng)用中,集成其它諸如溫度或者氣體等傳感器的成為一種綜合形式的模塊。當(dāng)然也有利用待測(cè)介質(zhì)的壓力特性測(cè)量其它對(duì)應(yīng)的物理量,比如用于呼吸機(jī)等領(lǐng)域的基于低差壓傳感器的流量傳感器等。
一般而言在未經(jīng)數(shù)字化處理之前的壓力傳感器,多會(huì)在產(chǎn)品的特性欄中描述遲滯(壓力、溫度)及線性度、溫度系數(shù)等特征參數(shù)。而經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后的壓力傳感器或者變送器,在描述輸出信號(hào)特性的時(shí)候,大多不再描述這些參數(shù)指標(biāo),而是提供總體的測(cè)量精度等參數(shù)。這種差異并不是因?yàn)閿?shù)字化可以消除類似遲滯等特性,而是數(shù)字化處理后很難再區(qū)分是因?yàn)閭鞲衅髟臏y(cè)量信號(hào)還是固件處理本身引起的某些類似遲滯等特性。因此一般均把遲滯、溫度特性等引起的元件測(cè)量誤差和量化處理誤差綜合成為了產(chǎn)品最終的測(cè)量精度、誤差及長(zhǎng)期穩(wěn)定性的描述上更為合理。
數(shù)字調(diào)理往往較少對(duì)傳感器電橋的對(duì)稱性進(jìn)行處理。如果考慮到硅阻壓力傳感器在0負(fù)載點(diǎn)輸出的偏差(Offset)分布對(duì)于前端放大電路增益的影響,以及后續(xù)ADC部分對(duì)有效信號(hào)(FSO)因增益的變化導(dǎo)致的分辨率變化,則需要統(tǒng)籌考慮。數(shù)字化后的輸出除非需要,否則Offset都從指定的0點(diǎn)計(jì)算。
模擬補(bǔ)償和校準(zhǔn),可以在ADC參與處理之前通過(guò)改善對(duì)稱性(0點(diǎn)Offset輸出接近于0V輸出)、溫度敏感性及輸出一致性等方面,使得產(chǎn)品的互換性方面有明顯的提升。因此兩種方式均有各自的特點(diǎn),這里我們?cè)诜治鰤毫鞲衅鞯恼`差時(shí),將不會(huì)對(duì)數(shù)字化之后的壓力產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步分析,而僅限于利用電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行溫補(bǔ)和校準(zhǔn)后的壓力產(chǎn)品。
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