दबाव संवेदक की त्रुटि मुआवजा

उचित त्रुटि मुआवजादबाव सेंसरउनके आवेदन की कुंजी है। प्रेशर सेंसर में मुख्य रूप से संवेदनशीलता त्रुटि, ऑफसेट त्रुटि, हिस्टैरिसीस त्रुटि और रैखिक त्रुटि होती है। यह लेख इन चार त्रुटियों के तंत्र और परीक्षण के परिणामों पर उनके प्रभाव को पेश करेगा। इसी समय, यह माप सटीकता में सुधार के लिए दबाव अंशांकन विधियों और अनुप्रयोग उदाहरणों को पेश करेगा।

वर्तमान में, बाजार पर कई तरह के सेंसर हैं, जो डिजाइन इंजीनियरों को सिस्टम के लिए आवश्यक दबाव सेंसर चुनने की अनुमति देता है। इन सेंसर में ऑन-चिप सर्किट के साथ सबसे बुनियादी ट्रांसफार्मर और अधिक जटिल उच्च एकीकरण सेंसर दोनों शामिल हैं। इन अंतरों के कारण, डिजाइन इंजीनियरों को दबाव सेंसर में माप त्रुटियों की भरपाई करने का प्रयास करना चाहिए, जो यह सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण कदम है कि सेंसर डिजाइन और अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। कुछ मामलों में, मुआवजा अनुप्रयोगों में सेंसर के समग्र प्रदर्शन में भी सुधार कर सकता है।

इस लेख में चर्चा की गई अवधारणाएं विभिन्न दबाव सेंसर के डिजाइन और अनुप्रयोग पर लागू होती हैं, जिनकी तीन श्रेणियां हैं:

1। बुनियादी या असम्बद्ध अंशांकन;

2। अंशांकन और तापमान मुआवजा है;

3। इसमें अंशांकन, मुआवजा और प्रवर्धन है।

ऑफसेट, रेंज अंशांकन, और तापमान मुआवजा सभी को पतली फिल्म रोकनेवाला नेटवर्क के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है, जो पैकेजिंग प्रक्रिया के दौरान लेजर सुधार का उपयोग करते हैं। यह सेंसर आमतौर पर एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है, और माइक्रोकंट्रोलर का एम्बेडेड सॉफ्टवेयर ही सेंसर के गणितीय मॉडल को स्थापित करता है। माइक्रोकंट्रोलर आउटपुट वोल्टेज पढ़ने के बाद, मॉडल वोल्टेज को एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर के परिवर्तन के माध्यम से एक दबाव माप मूल्य में बदल सकता है।

सेंसर के लिए सबसे सरल गणितीय मॉडल स्थानांतरण फ़ंक्शन है। मॉडल को पूरे अंशांकन प्रक्रिया में अनुकूलित किया जा सकता है, और इसकी परिपक्वता अंशांकन बिंदुओं की वृद्धि के साथ बढ़ेगी।

एक मेट्रोलॉजिकल दृष्टिकोण से, माप त्रुटि की एक काफी सख्त परिभाषा है: यह मापा दबाव और वास्तविक दबाव के बीच अंतर को दर्शाता है। हालांकि, आमतौर पर वास्तविक दबाव प्राप्त करना संभव नहीं है, लेकिन उचित दबाव मानकों का उपयोग करके इसका अनुमान लगाया जा सकता है। मेट्रोलॉजिस्ट आमतौर पर माप मानकों के रूप में मापा उपकरण की तुलना में कम से कम 10 गुना अधिक सटीकता के साथ उपकरणों का उपयोग करते हैं।

इस तथ्य के कारण कि अनलिब्रेटेड सिस्टम केवल आउटपुट वोल्टेज को विशिष्ट संवेदनशीलता और ऑफसेट मानों का उपयोग करके दबाव में बदल सकते हैं।

इस अनियंत्रित प्रारंभिक त्रुटि में निम्नलिखित घटक होते हैं:

1। संवेदनशीलता त्रुटि: उत्पन्न त्रुटि का परिमाण दबाव के लिए आनुपातिक है। यदि डिवाइस की संवेदनशीलता विशिष्ट मान से अधिक है, तो संवेदनशीलता त्रुटि दबाव का एक बढ़ता कार्य होगा। यदि संवेदनशीलता विशिष्ट मान से कम है, तो संवेदनशीलता त्रुटि दबाव का घटता कार्य होगा। इस त्रुटि का कारण प्रसार प्रक्रिया में परिवर्तन के कारण है।

2। ऑफसेट त्रुटि: पूरे दबाव रेंज में निरंतर ऊर्ध्वाधर ऑफसेट के कारण, ट्रांसफार्मर प्रसार में परिवर्तन और लेजर समायोजन सुधार के परिणामस्वरूप ऑफसेट त्रुटियां होंगी।

3। अंतराल त्रुटि: ज्यादातर मामलों में, अंतराल त्रुटि को पूरी तरह से नजरअंदाज किया जा सकता है क्योंकि सिलिकॉन वेफर्स में उच्च यांत्रिक कठोरता होती है। आम तौर पर, हिस्टैरिसीस त्रुटि को केवल उन स्थितियों में विचार करने की आवश्यकता होती है जहां दबाव में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन होता है।

4। रैखिक त्रुटि: यह एक ऐसा कारक है जिसका प्रारंभिक त्रुटि पर अपेक्षाकृत कम प्रभाव पड़ता है, जो सिलिकॉन वेफर की भौतिक गैर -रेखीयता के कारण होता है। हालांकि, एम्पलीफायरों के साथ सेंसर के लिए, एम्पलीफायर की गैर -स्पष्टता को भी शामिल किया जाना चाहिए। रैखिक त्रुटि वक्र एक अवतल वक्र या उत्तल वक्र हो सकता है।

अंशांकन इन त्रुटियों को समाप्त या बहुत कम कर सकता है, जबकि मुआवजा तकनीकों को आमतौर पर केवल विशिष्ट मानों का उपयोग करने के बजाय सिस्टम के वास्तविक हस्तांतरण फ़ंक्शन के मापदंडों का निर्धारण करने की आवश्यकता होती है। पोटेंशियोमीटर, एडजस्टेबल रेसिस्टर्स, और अन्य हार्डवेयर सभी का उपयोग मुआवजा प्रक्रिया में किया जा सकता है, जबकि सॉफ्टवेयर इस त्रुटि मुआवजे के काम को अधिक लचीले ढंग से लागू कर सकता है।

एक बिंदु अंशांकन विधि स्थानांतरण फ़ंक्शन के शून्य बिंदु पर बहाव को समाप्त करके ऑफसेट त्रुटियों के लिए क्षतिपूर्ति कर सकती है, और इस प्रकार की अंशांकन विधि को स्वचालित शून्य कहा जाता है। ऑफसेट अंशांकन आमतौर पर शून्य दबाव में किया जाता है, विशेष रूप से अंतर सेंसर में, क्योंकि अंतर दबाव आमतौर पर नाममात्र स्थितियों के तहत 0 होता है। शुद्ध सेंसर के लिए, ऑफसेट अंशांकन अधिक कठिन है क्योंकि इसे या तो परिवेशी वायुमंडलीय दबाव की स्थिति के तहत इसके कैलिब्रेटेड दबाव मूल्य को मापने के लिए एक दबाव पढ़ने की प्रणाली की आवश्यकता होती है, या वांछित दबाव प्राप्त करने के लिए एक दबाव नियंत्रक।

विभेदक सेंसर का शून्य दबाव अंशांकन बहुत सटीक है क्योंकि अंशांकन दबाव सख्ती से शून्य है। दूसरी ओर, जब दबाव शून्य नहीं होता है तो अंशांकन सटीकता दबाव नियंत्रक या माप प्रणाली के प्रदर्शन पर निर्भर करती है।

अंशांकन दबाव का चयन करें

अंशांकन दबाव का चयन बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दबाव सीमा को निर्धारित करता है जो सबसे अच्छी सटीकता प्राप्त करता है। वास्तव में, अंशांकन के बाद, वास्तविक ऑफसेट त्रुटि को अंशांकन बिंदु पर कम से कम किया जाता है और एक छोटे से मूल्य पर रहता है। इसलिए, अंशांकन बिंदु को लक्ष्य दबाव सीमा के आधार पर चुना जाना चाहिए, और दबाव सीमा कार्य सीमा के अनुरूप नहीं हो सकती है।

आउटपुट वोल्टेज को एक दबाव मूल्य में बदलने के लिए, विशिष्ट संवेदनशीलता का उपयोग आमतौर पर गणितीय मॉडल में एकल बिंदु अंशांकन के लिए किया जाता है क्योंकि वास्तविक संवेदनशीलता अक्सर अज्ञात होती है।

ऑफसेट अंशांकन (PCAL = 0) करने के बाद, त्रुटि वक्र अंशांकन से पहले त्रुटि का प्रतिनिधित्व करने वाले काले वक्र के सापेक्ष एक ऊर्ध्वाधर ऑफसेट दिखाता है।

इस अंशांकन विधि में एक बिंदु अंशांकन विधि की तुलना में सख्त आवश्यकताएं और उच्च कार्यान्वयन लागत हैं। हालांकि, बिंदु अंशांकन विधि के साथ तुलना में, यह विधि सिस्टम की सटीकता में काफी सुधार कर सकती है क्योंकि यह न केवल ऑफसेट को कैलिब्रेट करती है, बल्कि सेंसर की संवेदनशीलता को भी कैलिब्रेट करती है। इसलिए, त्रुटि गणना में, वास्तविक संवेदनशीलता मानों का उपयोग एटिपिकल मूल्यों के बजाय किया जा सकता है।

यहां, अंशांकन 0-500 मेगापस्कल्स (पूर्ण पैमाने) की शर्तों के तहत किया जाता है। चूंकि अंशांकन बिंदुओं पर त्रुटि शून्य के करीब है, इसलिए अपेक्षित दबाव सीमा के भीतर न्यूनतम माप त्रुटि प्राप्त करने के लिए इन बिंदुओं को सही ढंग से सेट करना विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

कुछ अनुप्रयोगों को पूरे दबाव रेंज में बनाए रखने के लिए उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता होती है। इन अनुप्रयोगों में, बहु-बिंदु अंशांकन विधि का उपयोग सबसे आदर्श परिणाम प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। बहु-बिंदु अंशांकन विधि में, न केवल ऑफसेट और संवेदनशीलता त्रुटियों पर विचार किया जाता है, बल्कि अधिकांश रैखिक त्रुटियों को भी ध्यान में रखा जाता है। यहां इस्तेमाल किया गया गणितीय मॉडल बिल्कुल वैसा ही है जैसा कि प्रत्येक अंशांकन अंतराल (दो अंशांकन बिंदुओं के बीच) के लिए दो-चरण अंशांकन है।

तीन बिंदु अंशांकन

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, रैखिक त्रुटि का एक सुसंगत रूप है, और त्रुटि वक्र एक द्विघात समीकरण के वक्र के अनुरूप है, जो कि पूर्वानुमानित आकार और आकार के साथ है। यह उन सेंसर के लिए विशेष रूप से सच है जो एम्पलीफायरों का उपयोग नहीं करते हैं, क्योंकि सेंसर की गैर -रेखीयता मौलिक रूप से यांत्रिक कारणों (सिलिकॉन वेफर की पतली फिल्म दबाव के कारण) पर आधारित है।

रैखिक त्रुटि विशेषताओं का विवरण विशिष्ट उदाहरणों की औसत रैखिक त्रुटि की गणना करके और बहुपद फ़ंक्शन (ए × 2+बीएक्स+सी) के मापदंडों का निर्धारण करके प्राप्त किया जा सकता है। ए, बी, और सी का निर्धारण करने के बाद प्राप्त मॉडल एक ही प्रकार के सेंसर के लिए प्रभावी है। यह विधि तीसरे अंशांकन बिंदु की आवश्यकता के बिना रैखिक त्रुटियों के लिए प्रभावी रूप से क्षतिपूर्ति कर सकती है।