წნევის სენსორის შეცდომა

გონივრული შეცდომის ანაზღაურებაწნევის სენსორებიმათი განაცხადის გასაღებია. წნევის სენსორებს ძირითადად აქვთ მგრძნობელობის შეცდომა, ოფსეტური შეცდომა, ჰისტერეზის შეცდომა და ხაზოვანი შეცდომა. ეს სტატია შემოიღებს ამ ოთხივე შეცდომის მექანიზმებს და მათ გავლენას ტესტის შედეგებზე. ამავე დროს, იგი შემოიღებს წნევის კალიბრაციის მეთოდებს და განაცხადის მაგალითებს გაზომვის სიზუსტის გასაუმჯობესებლად.

ამჟამად, ბაზარზე არსებობს სენსორების მრავალფეროვნება, რაც დიზაინის ინჟინრებს საშუალებას აძლევს აირჩიონ სისტემისთვის საჭირო წნევის სენსორები. ამ სენსორებში შედის როგორც ყველაზე ძირითადი ტრანსფორმატორები, ასევე უფრო რთული მაღალი ინტეგრაციის სენსორები ჩიპური სქემებით. ამ განსხვავებების გამო, დიზაინის ინჟინრებმა უნდა შეეცადონ კომპენსაცია მოახდინონ წნევის სენსორებში გაზომვის შეცდომების ანაზღაურება, რაც მნიშვნელოვანი ნაბიჯია იმისთვის, რომ სენსორები დააკმაყოფილონ დიზაინისა და განაცხადის მოთხოვნებს. ზოგიერთ შემთხვევაში, კომპენსაციამ ასევე შეიძლება გააუმჯობესოს სენსორების საერთო შესრულება პროგრამებში.

ამ სტატიაში განხილული ცნებები გამოიყენება სხვადასხვა წნევის სენსორების დიზაინსა და გამოყენებასთან, რომლებსაც აქვთ სამი კატეგორია:

1. ძირითადი ან უკომპენსაციო კალიბრაცია;

2. არსებობს კალიბრაცია და ტემპერატურის ანაზღაურება;

3. მას აქვს კალიბრაცია, კომპენსაცია და გამაძლიერებელი.

ოფსეტური, დიაპაზონის კალიბრაცია და ტემპერატურის ანაზღაურება შესაძლებელია ყველა ფილმის რეზისტორული ქსელების საშუალებით, რომლებიც იყენებენ ლაზერულ კორექტირებას შეფუთვის პროცესში. ეს სენსორი, როგორც წესი, გამოიყენება მიკროკონტროლერთან ერთად, ხოლო მიკროკონტროლერის ჩაშენებული პროგრამა თავად ადგენს სენსორის მათემატიკურ მოდელს. მას შემდეგ, რაც მიკროკონტროლერი კითხულობს გამომავალი ძაბვას, მოდელს შეუძლია ძაბვა გადააქციოს წნევის გაზომვის მნიშვნელობას ანალოგურ-ციფრული გადამყვანი ტრანსფორმაციის გზით.

სენსორების უმარტივესი მათემატიკური მოდელია გადაცემის ფუნქცია. მოდელის ოპტიმიზაცია შესაძლებელია მთელი კალიბრაციის პროცესში, ხოლო მისი სიმწიფე გაიზრდება კალიბრაციის წერტილების გაზრდით.

მეტროლოგიური თვალსაზრისით, გაზომვის შეცდომას აქვს საკმაოდ მკაცრი განმარტება: ის ახასიათებს განსხვავებას გაზომილ წნევასა და ფაქტობრივ წნევას შორის. ამასთან, როგორც წესი, შეუძლებელია ფაქტობრივი წნევის პირდაპირ მოპოვება, მაგრამ მისი შეფასება შესაძლებელია შესაბამისი წნევის სტანდარტების გამოყენებით. მეტროლოგები, როგორც წესი, იყენებენ ინსტრუმენტებს სიზუსტით მინიმუმ 10 -ჯერ მეტი ვიდრე გაზომვის სტანდარტები.

გამომდინარე იქიდან, რომ არაკალიბრირებულ სისტემებს შეუძლიათ მხოლოდ გამომავალი ძაბვის წნევა გადააკეთონ ტიპიური მგრძნობელობისა და ოფსეტური მნიშვნელობების გამოყენებით.

ეს არაკალიბრირებული საწყისი შეცდომა შედგება შემდეგი კომპონენტებისგან:

1. მგრძნობელობის შეცდომა: წარმოქმნილი შეცდომის სიდიდე პროპორციულია წნევისგან. თუ მოწყობილობის მგრძნობელობა უფრო მაღალია, ვიდრე ტიპიური მნიშვნელობა, მგრძნობელობის შეცდომა იქნება წნევის მზარდი ფუნქცია. თუ მგრძნობელობა უფრო დაბალია, ვიდრე ტიპიური მნიშვნელობა, მგრძნობელობის შეცდომა იქნება წნევის შემცირების ფუნქცია. ამ შეცდომის მიზეზი არის დიფუზიის პროცესში ცვლილებების გამო.

2. ოფსეტური შეცდომა: მუდმივი ვერტიკალური კომპენსაციის გამო, მთელი წნევის დიაპაზონში, ტრანსფორმატორის დიფუზიის და ლაზერული კორექტირების კორექტირების ცვლილებები გამოიწვევს ოფსეტური შეცდომების შეცდომებს.

3. LAG შეცდომა: უმეტეს შემთხვევაში, LAG შეცდომა შეიძლება მთლიანად უგულებელყო, რადგან სილიკონის ძაფებს აქვთ მაღალი მექანიკური სიმტკიცე. საერთოდ, ჰისტერესეზის შეცდომა მხოლოდ ისეთ სიტუაციებში უნდა იქნას განხილული, როდესაც წნევის მნიშვნელოვანი ცვლილებაა.

4. ხაზოვანი შეცდომა: ეს არის ფაქტორი, რომელსაც შედარებით მცირე გავლენა აქვს საწყის შეცდომაზე, რაც გამოწვეულია სილიკონის ვაფლის ფიზიკური არაწრფივით. ამასთან, გამაძლიერებლების სენსორებისთვის, ასევე უნდა შეიცავდეს გამაძლიერებლის არაწრფივი. ხაზოვანი შეცდომის მრუდი შეიძლება იყოს ჩაზნექილი მრუდი ან ამოზნექილი მრუდი.

კალიბრაციას შეუძლია აღმოფხვრას ან მნიშვნელოვნად შეამციროს ეს შეცდომები, ხოლო კომპენსაციის ტექნიკა, როგორც წესი, მოითხოვს სისტემის ფაქტობრივი გადაცემის ფუნქციის პარამეტრების განსაზღვრას, ვიდრე უბრალოდ ტიპური მნიშვნელობების გამოყენებას. პოტენომეტრები, რეგულირებადი რეზისტორები და სხვა აპარატურა შეიძლება გამოყენებულ იქნას კომპენსაციის პროცესში, ხოლო პროგრამულ უზრუნველყოფას შეუძლია უფრო მოქნილად განახორციელოს ამ შეცდომის კომპენსაციის სამუშაოები.

ერთი წერტილის კალიბრაციის მეთოდს შეუძლია ანაზღაურდეს ოფსეტური შეცდომები გადაცემის ფუნქციის ნულოვან წერტილში დრიფტის აღმოფხვრის გზით, ხოლო ამ ტიპის კალიბრაციის მეთოდს ეწოდება ავტომატური ნულოვანი. ოფსეტური კალიბრაცია ჩვეულებრივ ხორციელდება ნულოვანი წნევით, განსაკუთრებით დიფერენციალურ სენსორებში, რადგან დიფერენციალური წნევა, როგორც წესი, 0 ნომინალურ პირობებშია. სუფთა სენსორებისთვის, ოფსეტური კალიბრაცია უფრო რთულია, რადგან ის ან მოითხოვს წნევის კითხვის სისტემას, რომ გაზომოს მისი კალიბრირებული წნევის მნიშვნელობა ატმოსფერული წნევის პირობებში, ან წნევის კონტროლერი სასურველი წნევის მისაღებად.

დიფერენციალური სენსორების ნულოვანი წნევის კალიბრაცია ძალიან ზუსტია, რადგან კალიბრაციის წნევა მკაცრად ნულოვანია. მეორეს მხრივ, კალიბრაციის სიზუსტე, როდესაც წნევა არ არის ნულოვანი, დამოკიდებულია წნევის კონტროლერის ან გაზომვის სისტემის შესრულებაზე.

აირჩიეთ კალიბრაციის წნევა

კალიბრაციის წნევის შერჩევა ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის განსაზღვრავს წნევის დიაპაზონს, რომელიც აღწევს საუკეთესო სიზუსტეს. სინამდვილეში, კალიბრაციის შემდეგ, ფაქტობრივი ოფსეტური შეცდომა მინიმუმამდეა დაყვანილი კალიბრაციის წერტილში და რჩება მცირე მნიშვნელობით. ამრიგად, კალიბრაციის წერტილი უნდა შეირჩეს სამიზნე წნევის დიაპაზონის საფუძველზე, ხოლო წნევის დიაპაზონი შეიძლება არ შეესაბამებოდეს სამუშაო დიაპაზონს.

გამომავალი ძაბვის წნევის მნიშვნელობად გადაქცევის მიზნით, ტიპიური მგრძნობელობა ჩვეულებრივ გამოიყენება მათემატიკურ მოდელებში ერთი წერტილის კალიბრაციისთვის, რადგან ფაქტობრივი მგრძნობელობა ხშირად უცნობია.

ოფსეტური კალიბრაციის შესრულების შემდეგ (PCAL = 0), შეცდომის მრუდი აჩვენებს ვერტიკალურ ოფსეტს, ვიდრე შავი მრუდი, რომელიც წარმოადგენს შეცდომას კალიბრაციამდე.

კალიბრაციის ამ მეთოდს აქვს მკაცრი მოთხოვნები და განხორციელების უფრო მაღალი ხარჯები, ვიდრე ერთი წერტილის კალიბრაციის მეთოდთან შედარებით. ამასთან, წერტილოვანი კალიბრაციის მეთოდთან შედარებით, ამ მეთოდს შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს სისტემის სიზუსტე, რადგან ის არა მხოლოდ კალიბრებს ახდენს ოფსეტს, არამედ კალიბრებს სენსორის მგრძნობელობას. ამრიგად, შეცდომების გაანგარიშებით, ფაქტობრივი მგრძნობელობის მნიშვნელობები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ატიპიური მნიშვნელობების ნაცვლად.

აქ, კალიბრაცია ხორციელდება 0-500 მეგაპასკალების პირობებში (სრული მასშტაბით). იმის გამო, რომ კალიბრაციის წერტილებში შეცდომა ახლოს არის ნულთან, განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ამ წერტილების სწორად დაყენება, რათა მიიღოთ მინიმალური გაზომვის შეცდომა მოსალოდნელი წნევის დიაპაზონში.

ზოგიერთი პროგრამა მოითხოვს მაღალი სიზუსტით შენარჩუნებას მთელი წნევის მთელ დიაპაზონში. ამ პროგრამებში, მრავალსაფეხურიანი კალიბრაციის მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ყველაზე იდეალური შედეგის მისაღწევად. მრავალსაფეხურიანი კალიბრაციის მეთოდით, განიხილება არა მხოლოდ ოფსეტური და მგრძნობელობის შეცდომები, არამედ მხედველობაში მიიღება ხაზოვანი შეცდომების უმეტესობა. აქ გამოყენებული მათემატიკური მოდელი ზუსტად იგივეა, რაც ორეტაპიანი კალიბრაცია თითოეული კალიბრაციის ინტერვალისთვის (ორ კალიბრაციის წერტილს შორის).

სამი ქულის კალიბრაცია

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ხაზოვან შეცდომას აქვს თანმიმდევრული ფორმა, ხოლო შეცდომის მრუდი შეესაბამება კვადრატული განტოლების მრუდს, პროგნოზირებადი ზომით და ფორმით. ეს განსაკუთრებით ეხება სენსორებს, რომლებიც არ იყენებენ გამაძლიერებლებს, რადგან სენსორის არაწრფივი ფუნდამენტურად ემყარება მექანიკურ მიზეზებს (გამოწვეულია სილიკონის ძაფის თხელი ფილმის წნევით).

ხაზოვანი შეცდომის მახასიათებლების აღწერა შეგიძლიათ მიიღოთ ტიპიური მაგალითების საშუალო ხაზოვანი შეცდომის გამოანგარიშებით და პოლინომიური ფუნქციის პარამეტრების დადგენის გზით (A × 2+BX+C). A, B და C განსაზღვრის შემდეგ მიღებული მოდელი ეფექტურია იმავე ტიპის სენსორებისთვის. ამ მეთოდს შეუძლია ეფექტურად ანაზღაურდეს ხაზოვანი შეცდომები მესამე კალიბრაციის წერტილის საჭიროების გარეშე.