εταιρικά νέα για Πώς να Ελαχιστοποιήσετε τη Μετατόπιση Προθέρμανσης των Αισθητήρων Πίεσης

Το φαινόμενο μετατόπισης θερμοκρασίας των αισθητήρων πίεσης μπορεί να προκαλέσει διακυμάνσεις στις ενδείξεις μέχρι το σύστημα να φτάσει στη θερμοκρασία λειτουργίας. Αυτή η κατάσταση συνήθως έχει μικρή επίδραση. Ωστόσο, σε ιατρικό εξοπλισμό όπως αναπνευστήρες νοσοκομείου, συσκευές ελέγχου πνευμονικής λειτουργίας και οθόνες νεογνών που απαιτούν συνεχή υψηλή ακρίβεια, αυτή η μετατόπιση θερμοκρασίας είναι απαράδεκτη. Η εξέταση του βασικού πιεζοαντιστατικού αισθητήρα πίεσης βοηθά στην κατανόηση της επίδρασης της μετατόπισης κατά την προθέρμανση.

Αυτός ο αισθητήρας αποτελείται από ένα κύριο σώμα (δηλαδή, το "τσιπ") και ένα λεπτό διάφραγμα πυριτίου με τέσσερις πιεζοαντιστατικές δομές στρέψης στην επιφάνειά του. Τα πιεζοαντιστατικά στοιχεία αλλάζουν τις τιμές της αντίστασής τους με τις αλλαγές τάσης και συνήθως διατάσσονται σε μια δομή γέφυρας και εγκαθίστανται με ακρίβεια στην επιφάνεια του διαφράγματος για να ενισχύσουν την απόκριση στην παραμόρφωση του διαφράγματος. Αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την ευαισθησία απόκρισης όταν η διαφορά πίεσης και στις δύο πλευρές του διαφράγματος αλλάζει.

Υπάρχουν δύο κύριες πηγές μετατόπισης κατά την προθέρμανση σε βασικούς αισθητήρες πίεσης. Η μία είναι η μετατόπιση κατά την προθέρμανση του αισθητήριου στοιχείου. Όταν το σύστημα φτάσει στη θερμοκρασία λειτουργίας, ο σωλήνας, η θερμοκρασία της επιφάνειας και τα προκύπτοντα θερμά σημεία (συνεισφορά επιφάνειας) προκαλούν ανισορροπία στη γέφυρα αντίστασης στο τσιπ και στην επιφάνεια του διαφράγματος. Η αύξηση της θερμοκρασίας του στοιχείου ανίχνευσης αντίστασης είναι ανάλογη με την διαλυμένη ισχύ και επομένως ανάλογη με το τετράγωνο της τάσης διέγερσης του αισθητήρα (ΔTαV2).

Επομένως, όταν η τάση διέγερσης μειωθεί στο μισό, η αύξηση της θερμοκρασίας του αισθητήριου στοιχείου θα μειωθεί κατά ένα τέταρτο, μειώνοντας έτσι την κατάσταση προθέρμανσης της επιφάνειας κατά τέσσερις φορές. Δεδομένου ότι το επίπεδο σήματος του αισθητήρα θα μειωθεί επίσης κατά ένα τέταρτο και στις δύο περιπτώσεις (με τη μειωμένη τάση τροφοδοσίας), το συνολικό αποτέλεσμα είναι η μείωση του σφάλματος προθέρμανσης λόγω της συνεισφοράς της επιφάνειας κατά το ήμισυ. Ωστόσο, η μείωση της τροφοδοσίας του αισθητήρα θα έχει δυσμενή επίδραση στο επίπεδο ηλεκτρονικού θορύβου του συστήματος.

Μια άλλη προτιμώμενη λύση είναι η ρύθμιση της τάσης τροφοδοσίας του αισθητήρα σύμφωνα με τις απαιτήσεις εύρους ζώνης του συστήματος. Συγκεκριμένα, ο αισθητήρας τροφοδοτείται μόνο όταν χρειάζεται. Αυτός ο σχεδιασμός προσαρμόζει τον χρόνο ενεργοποίησης του αισθητήρα στον μέσο κύκλο λειτουργίας (δηλαδή, τον κύκλο εργασίας), καταστέλλοντας αποτελεσματικά το φαινόμενο θερμικής εκκίνησης. Αν και ο μηχανισμός υλοποίησης αυτής της μεθόδου είναι ελαφρώς πιο περίπλοκος, προσφέρει εξαιρετική απόδοση χωρίς να επηρεάζει το επίπεδο θορύβου του συστήματος.

Εδώ, η περίοδος p μεταξύ των παλμών ισχύος της εφαρμογής αναφέρεται στον χρόνο κατά τον οποίο η ισχύς είναι απενεργοποιημένη συν τον χρόνο κατά τον οποίο η ισχύς είναι ενεργοποιημένη. Αυτός είναι ο χρόνος που απαιτείται για τη σταθεροποίηση όλων των σημάτων και για τον αισθητήρα να λάβει μετρήσεις.

Για παράδειγμα, σκεφτείτε μια συσκευή που πρέπει να λαμβάνει μετρήσεις κάθε 500 ms, με χρόνο σταθεροποίησης 4 ms και χρόνο απόκτησης σήματος 1 ms. Σε σύγκριση με ένα μη διαμορφωμένο σύστημα, η μέση ισχύς του αισθητήρα είναι μόνο το 1% της εφαρμοζόμενης ισχύος ((1 ms + 4 ms) / 500 ms). Φυσικά, αυτή η χρονική περίοδος εξαρτάται από τις απαιτήσεις δειγματοληψίας της εφαρμογής. Λόγω της επίδρασης των επιφανειακών φορτίων, η σταθερότητα του p και του χρόνου t είναι πολύ σημαντική. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη τα οφέλη της ρύθμισης της τροφοδοσίας του αισθητήρα, αυτός είναι ένας δευτερεύων περιορισμός.

Τεχνολογία αντιστάθμισης θερμοκρασίας

Μια άλλη βασική αιτία της μετατόπισης κατά την προθέρμανση σχετίζεται στην πραγματικότητα περισσότερο με τα χαρακτηριστικά ανίχνευσης, τα οποία σχετίζονται στενά με την τεχνολογία αντιστάθμισης θερμοκρασίας του συστήματος. Τέτοια συστήματα είναι συνήθως εξοπλισμένα με εξωτερικούς αισθητήρες θερμοκρασίας για τη βαθμονόμηση του αισθητήρα πίεσης για την εξάλειψη της επίδρασης της θερμοκρασίας. Σε ένα σύστημα διπλού αισθητήρα, θα δημιουργηθεί μια διαβάθμιση θερμοκρασίας μεταξύ της εξωτερικής συσκευής και της επιφάνειας του διαφράγματος. Ο χρόνος που απαιτείται για τη σταθεροποίηση αυτής της διαβάθμισης θερμοκρασίας θα γίνει αντιληπτός ως το φαινόμενο μετατόπισης κατά την προθέρμανση.

Χρησιμοποιώντας την αντίσταση του αισθητήρα (την αντίσταση γέφυρας που ποικίλλει με τη θερμοκρασία) ως το στοιχείο ανίχνευσης θερμοκρασίας, αυτή η επίδραση μπορεί να ελαχιστοποιηθεί. Εδώ, η γέφυρα του αισθητήρα πίεσης αντικαθιστά το θερμίστορ (μια αντίσταση που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των αλλαγών θερμοκρασίας) που χρησιμοποιείται συνήθως στο κύκλωμα, σχηματίζοντας αποτελεσματικά μια γέφυρα Wheatstone. Η γέφυρα του αισθητήρα έχει ένα σχετικά υψηλό θετικό θερμικό συντελεστή (TCR), οπότε μια αύξηση της θερμοκρασίας θα προκαλέσει σταδιακά την τάση εξόδου σήματος (Vt) του τμήματος παρακολούθησης θερμοκρασίας του κυκλώματος να δείξει μια αρνητική αλλαγή. Η αλλαγή του Vt σε σχέση με την τάση αναφοράς (Vref) είναι στην πραγματικότητα μια αποτελεσματική μέτρηση της ίδιας της θερμοκρασίας του αισθητήρα. Τα ηλεκτρονικά του συστήματος χρησιμοποιούν αυτή τη μέτρηση ως τη θερμοκρασία βαθμονόμησης αναφοράς για τον αισθητήρα πίεσης. Εφόσον δεν υπάρχει ανάγκη να βασιστούμε σε έναν εξωτερικό αισθητήρα θερμοκρασίας, δεν υπάρχει διαβάθμιση θερμοκρασίας στο σύστημα, εξαλείφοντας έτσι το λεγόμενο φαινόμενο μετατόπισης κατά την προθέρμανση. Ακόμη πιο ευχάριστο, συνδυάζοντας τις τεχνικές ρύθμισης ισχύος και αντιστάθμισης θερμοκρασίας, η επίδραση της μετατόπισης κατά την προθέρμανση μπορεί να εξαλειφθεί σχεδόν πλήρως.