【導(dǎo)讀】壓力傳感器精度高，要求誤差合理，進(jìn)行壓力傳感器的誤差補(bǔ)償是其應(yīng)用的關(guān)鍵。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(jī)理和對(duì)測試結(jié)果的影響，同時(shí)將介紹為提高測量精度的壓力標(biāo)定方法以及應(yīng)用實(shí)例。
壓力傳感器精度高，要求誤差合理，進(jìn)行壓力傳感器的誤差補(bǔ)償是其應(yīng)用的關(guān)鍵。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(jī)理和對(duì)測試結(jié)果的影響，同時(shí)將介紹為提高測量精度的壓力標(biāo)定方法以及應(yīng)用實(shí)例。
目前市場上傳感器種類豐富多樣，這使得設(shè)計(jì)工程師可以選擇系統(tǒng)所需的壓力傳感器。這些傳感器既包括最基本的變換器，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(jì)工程師必須盡可能夠補(bǔ)償壓力傳感器的測量誤差，這是保證傳感器滿足設(shè)計(jì)和應(yīng)用要求的重要步驟。在某些情況下，補(bǔ)償還能提高傳感器在應(yīng)用中的整體性能。
傳感器最簡單的數(shù)學(xué)模型即為傳遞函數(shù)。該模型可在整個(gè)標(biāo)定過程中進(jìn)行優(yōu)化，并且模型的成熟度將隨標(biāo)定點(diǎn)的增加而增加。
從計(jì)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(shí)際壓力之間的差異。而通常無法直接得到實(shí)際壓力，但可以通過采用適當(dāng)?shù)膲毫?biāo)準(zhǔn)加以估計(jì)，計(jì)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，測得的壓力的誤差。這種未經(jīng)標(biāo)定的初始誤差由以下幾個(gè)部分組成：
偏移量誤差
由于在整個(gè)壓力范圍內(nèi)垂直偏移保持恒定，因此變換器擴(kuò)散和激光調(diào)節(jié)修正的變化將產(chǎn)生偏移量誤差。
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(kuò)散過程的變化。
線性誤差
這是一個(gè)對(duì)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(duì)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。
滯后誤差
在大多數(shù)情形中，滯后誤差完全可以忽略不計(jì)，因?yàn)楣杵哂泻芨叩臋C(jī)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(bǔ)償技術(shù)通常要求確定系統(tǒng)實(shí)際傳遞函數(shù)的參數(shù)，而不是簡單的使用典型值。電位計(jì)、可調(diào)電阻以及其他硬件均可在補(bǔ)償過程中采用，而軟件則能更靈活地實(shí)現(xiàn)這種誤差補(bǔ)償工作。
壓力傳感器的標(biāo)定方法：
一點(diǎn)標(biāo)定法
這種標(biāo)定方法可通過消除傳遞函數(shù)零點(diǎn)處的漂移來補(bǔ)償偏移量誤差，這類標(biāo)定方法通常稱為自動(dòng)歸零。偏移量標(biāo)定通常在零壓力下進(jìn)行，特別是在差動(dòng)傳感器中，因?yàn)樵跇?biāo)稱條件下差動(dòng)壓力通常為0。
選擇標(biāo)定壓力
標(biāo)定壓力的選取決定其獲取最佳精度的壓力范圍，標(biāo)定點(diǎn)必須根據(jù)目標(biāo)壓力范圍加以選擇，而壓力范圍可以不與工作范圍相一致。 而靈敏度標(biāo)定在數(shù)學(xué)模型中通常采用單點(diǎn)標(biāo)定法進(jìn)行。
三點(diǎn)標(biāo)定法
線性誤差通常都具有一致的形式，它可以通過計(jì)算典型實(shí)例的平均線性誤差，確定多項(xiàng)式函數(shù)（a×2+bx+c）的參數(shù)而得到。確定了a、b和c后得到的模型對(duì)于相同類型的傳感器都是有效的。該方法能在無需第3個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的情況下有效地補(bǔ)償線性誤差。
