Compensação de erro razoável desensores de pressãoé a chave para sua aplicação. Os sensores de pressão têm principalmente erro de sensibilidade, erro de deslocamento, erro de histerese e erro linear. Este artigo apresentará os mecanismos desses quatro erros e seu impacto nos resultados dos testes. Ao mesmo tempo, introduzirá métodos de calibração de pressão e exemplos de aplicação para melhorar a precisão da medição.
Atualmente, há uma grande variedade de sensores no mercado, o que permite que os engenheiros de design escolham os sensores de pressão necessários para o sistema. Esses sensores incluem os transformadores mais básicos e sensores de alta integração mais complexos com circuitos no chip. Devido a essas diferenças, os engenheiros de design devem se esforçar para compensar erros de medição nos sensores de pressão, o que é uma etapa importante para garantir que os sensores atendam aos requisitos de design e aplicação. Em alguns casos, a compensação também pode melhorar o desempenho geral dos sensores em aplicações.
Os conceitos discutidos neste artigo são aplicáveis ao design e aplicação de vários sensores de pressão, que têm três categorias:
1. Calibração básica ou não compensada;
2. Há compensação de calibração e temperatura;
3. Possui calibração, compensação e amplificação.
O deslocamento, a calibração do alcance e a compensação de temperatura podem ser alcançados através de redes de resistores de filmes finos, que usam correção a laser durante o processo de embalagem. Esse sensor é geralmente usado em conjunto com um microcontrolador, e o software incorporado do próprio microcontrolador estabelece o modelo matemático do sensor. Depois que o microcontrolador lê a tensão de saída, o modelo pode converter a tensão em um valor de medição de pressão através da transformação do conversor analógico-digital.
O modelo matemático mais simples para sensores é a função de transferência. O modelo pode ser otimizado durante todo o processo de calibração e sua maturidade aumentará com o aumento dos pontos de calibração.
De uma perspectiva metrológica, o erro de medição tem uma definição bastante rigorosa: caracteriza a diferença entre pressão medida e pressão real. No entanto, geralmente não é possível obter diretamente a pressão real, mas pode ser estimada usando padrões de pressão apropriados. Os metrólogos geralmente usam instrumentos com precisão pelo menos 10 vezes maior que o equipamento medido como padrões de medição.
Devido ao fato de que os sistemas não calibrados só podem converter a tensão de saída em pressão usando valores típicos de sensibilidade e deslocamento.
Este erro inicial não calibrado consiste nos seguintes componentes:
1. Erro de sensibilidade: a magnitude do erro gerado é proporcional à pressão. Se a sensibilidade do dispositivo for maior que o valor típico, o erro de sensibilidade será uma função crescente da pressão. Se a sensibilidade for menor que o valor típico, o erro de sensibilidade será uma função decrescente da pressão. O motivo desse erro se deve a alterações no processo de difusão.
2. Erro de deslocamento: devido ao deslocamento vertical constante durante toda a faixa de pressão, as alterações na difusão do transformador e na correção de ajuste do laser resultarão em erros de deslocamento.
3. Erro de atraso: Na maioria dos casos, o erro de atraso pode ser completamente ignorado porque as bolachas de silício têm alta rigidez mecânica. Geralmente, o erro de histerese só precisa ser considerado em situações em que há uma mudança significativa na pressão.
4. Erro linear: esse é um fator que tem um impacto relativamente pequeno no erro inicial, causado pela não linearidade física da bolacha de silício. No entanto, para sensores com amplificadores, a não linearidade do amplificador também deve ser incluída. A curva de erro linear pode ser uma curva côncava ou uma curva convexa.
A calibração pode eliminar ou reduzir bastante esses erros, enquanto as técnicas de remuneração normalmente exigem determinar os parâmetros da função de transferência real do sistema, em vez de simplesmente usar valores típicos. Potenciômetros, resistores ajustáveis e outros hardware podem ser usados no processo de compensação, enquanto o software pode implementar com mais flexibilidade esse trabalho de compensação de erro.
O método de calibração de um ponto pode compensar erros de deslocamento, eliminando o desvio no ponto zero da função de transferência, e esse tipo de método de calibração é chamado de zero automático. A calibração de deslocamento é geralmente realizada a zero pressão, especialmente em sensores diferenciais, pois a pressão diferencial é tipicamente 0 em condições nominais. Para sensores puros, a calibração do deslocamento é mais difícil, porque exige um sistema de leitura de pressão para medir seu valor de pressão calibrado sob condições de pressão atmosférica ambiente ou um controlador de pressão para obter a pressão desejada.
A calibração de pressão zero de sensores diferenciais é muito precisa porque a pressão de calibração é estritamente zero. Por outro lado, a precisão da calibração quando a pressão não é zero depende do desempenho do controlador de pressão ou do sistema de medição.
Selecione pressão de calibração
A seleção da pressão de calibração é muito importante, pois determina a faixa de pressão que atinge a melhor precisão. De fato, após a calibração, o erro de deslocamento real é minimizado no ponto de calibração e permanece em um pequeno valor. Portanto, o ponto de calibração deve ser selecionado com base na faixa de pressão alvo e a faixa de pressão pode não ser consistente com a faixa de trabalho.
Para converter a tensão de saída em um valor de pressão, a sensibilidade típica é geralmente usada para calibração de ponto único em modelos matemáticos, porque a sensibilidade real é frequentemente desconhecida.
Após executar a calibração de deslocamento (PCAL = 0), a curva de erro mostra um deslocamento vertical em relação à curva preta representando o erro antes da calibração.
Esse método de calibração possui requisitos mais rígidos e custos de implementação mais altos em comparação com o método de calibração de um ponto. No entanto, em comparação com o método de calibração de pontos, esse método pode melhorar significativamente a precisão do sistema, pois não apenas calibra o deslocamento, mas também calibra a sensibilidade do sensor. Portanto, no cálculo de erros, os valores reais de sensibilidade podem ser usados em vez de valores atípicos.
Aqui, a calibração é realizada sob condições de 0-500 megapascais (escala completa). Como o erro nos pontos de calibração está próximo de zero, é particularmente importante definir corretamente esses pontos para obter o erro mínimo de medição dentro da faixa de pressão esperada.
Algumas aplicações exigem alta precisão a serem mantidas durante toda a faixa de pressão. Nessas aplicações, o método de calibração de vários pontos pode ser usado para obter os resultados mais ideais. No método de calibração de vários pontos, não apenas os erros de compensação e sensibilidade são considerados, mas também a maioria dos erros lineares é levada em consideração. O modelo matemático usado aqui é exatamente o mesmo que a calibração de dois estágios para cada intervalo de calibração (entre dois pontos de calibração).
Calibração de três pontos
Como mencionado anteriormente, o erro linear tem uma forma consistente, e a curva de erro está em conformidade com a curva de uma equação quadrática, com tamanho e forma previsíveis. Isso é especialmente verdadeiro para sensores que não usam amplificadores, pois a não linearidade do sensor é fundamentalmente baseada em razões mecânicas (causadas pela pressão fina do filme da bolacha de silício).
A descrição das características de erro linear pode ser obtida calculando o erro linear médio dos exemplos típicos e determinando os parâmetros da função polinomial (A × 2+BX+C). O modelo obtido após a determinação de A, B e C é eficaz para sensores do mesmo tipo. Este método pode efetivamente compensar erros lineares sem a necessidade de um terceiro ponto de calibração.
Hora de postagem: fevereiro-27-2025