प्रेशर सेन्सरची त्रुटी भरपाई

वाजवी त्रुटी भरपाईप्रेशर सेन्सरत्यांच्या अनुप्रयोगाची गुरुकिल्ली आहे. प्रेशर सेन्सरमध्ये प्रामुख्याने संवेदनशीलता त्रुटी, ऑफसेट त्रुटी, हिस्टरेसिस त्रुटी आणि रेषीय त्रुटी असते. हा लेख या चार त्रुटींच्या यंत्रणेची आणि चाचणी निकालांवर त्यांचा प्रभाव सादर करेल. त्याच वेळी, हे मोजमाप अचूकता सुधारण्यासाठी प्रेशर कॅलिब्रेशन पद्धती आणि अनुप्रयोगांची उदाहरणे सादर करेल.

सध्या, बाजारात विविध प्रकारचे सेन्सर आहेत, जे डिझाइन अभियंत्यांना सिस्टमसाठी आवश्यक असलेले प्रेशर सेन्सर निवडण्याची परवानगी देते. या सेन्सरमध्ये सर्वात मूलभूत ट्रान्सफॉर्मर्स आणि ऑन-चिप सर्किटसह अधिक जटिल उच्च एकत्रीकरण सेन्सर समाविष्ट आहेत. या मतभेदांमुळे, डिझाइन अभियंत्यांनी प्रेशर सेन्सरमधील मोजमाप त्रुटींची भरपाई करण्यासाठी प्रयत्न करणे आवश्यक आहे, जे सेन्सर डिझाइन आणि अनुप्रयोग आवश्यकता पूर्ण करतात याची खात्री करण्यासाठी एक महत्त्वपूर्ण पाऊल आहे. काही प्रकरणांमध्ये, नुकसान भरपाईमुळे अनुप्रयोगांमधील सेन्सरची एकूण कामगिरी देखील सुधारू शकते.

या लेखात चर्चा केलेल्या संकल्पना विविध प्रेशर सेन्सरच्या डिझाइन आणि अनुप्रयोगास लागू आहेत, ज्यात तीन श्रेणी आहेत:

1. मूलभूत किंवा बिनधास्त कॅलिब्रेशन;

2. कॅलिब्रेशन आणि तापमान भरपाई आहे;

3. यात कॅलिब्रेशन, नुकसान भरपाई आणि प्रवर्धन आहे.

ऑफसेट, श्रेणी कॅलिब्रेशन आणि तापमान नुकसान भरपाई सर्व पातळ फिल्म रेझिस्टर नेटवर्कद्वारे प्राप्त केली जाऊ शकते, जे पॅकेजिंग प्रक्रियेदरम्यान लेसर सुधारणेचा वापर करतात. हा सेन्सर सामान्यत: मायक्रोकंट्रोलरच्या संयोगाने वापरला जातो आणि मायक्रोकंट्रोलरचे स्वतःच एम्बेड केलेले सॉफ्टवेअर सेन्सरचे गणिती मॉडेल स्थापित करते. मायक्रोकंट्रोलर आउटपुट व्होल्टेज वाचल्यानंतर, मॉडेल व्होल्टेजला अ‍ॅनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टरच्या परिवर्तनाद्वारे दबाव मापन मूल्यात रूपांतरित करू शकते.

सेन्सरसाठी सर्वात सोपा गणिती मॉडेल हे हस्तांतरण कार्य आहे. संपूर्ण कॅलिब्रेशन प्रक्रियेमध्ये मॉडेल ऑप्टिमाइझ केले जाऊ शकते आणि कॅलिब्रेशन पॉईंट्सच्या वाढीसह त्याची परिपक्वता वाढेल.

मेट्रोलॉजिकल दृष्टीकोनातून, मोजमाप त्रुटीची बर्‍यापैकी कठोर व्याख्या असते: हे मोजलेले दबाव आणि वास्तविक दबाव यांच्यातील फरक दर्शवते. तथापि, प्रत्यक्ष दबाव थेट मिळविणे सहसा शक्य नसते, परंतु योग्य दबाव मानकांचा वापर करून याचा अंदाज लावला जाऊ शकतो. मेट्रोलॉजिस्ट सामान्यत: मोजमाप मानक म्हणून मोजलेल्या उपकरणांपेक्षा कमीतकमी 10 पट जास्त अचूकतेसह साधने वापरतात.

अनलिब्रेटेड सिस्टम केवळ विशिष्ट संवेदनशीलता आणि ऑफसेट मूल्ये वापरुन केवळ आउटपुट व्होल्टेजला दबावात रूपांतरित करू शकतात या वस्तुस्थितीमुळे.

या अनियंत्रित प्रारंभिक त्रुटीमध्ये खालील घटकांचा समावेश आहे:

1. संवेदनशीलता त्रुटी: व्युत्पन्न केलेल्या त्रुटीची परिमाण दाबाच्या प्रमाणात आहे. जर डिव्हाइसची संवेदनशीलता ठराविक मूल्यापेक्षा जास्त असेल तर संवेदनशीलता त्रुटी दबावाचे वाढते कार्य असेल. जर संवेदनशीलता ठराविक मूल्यापेक्षा कमी असेल तर संवेदनशीलता त्रुटी दबावाचे घटते कार्य असेल. या त्रुटीचे कारण प्रसार प्रक्रियेतील बदलांमुळे आहे.

2. ऑफसेट त्रुटी: संपूर्ण दबाव श्रेणीमध्ये स्थिर अनुलंब ऑफसेटमुळे, ट्रान्सफॉर्मर डिफ्यूजन आणि लेसर समायोजन सुधारणेतील बदलांमुळे ऑफसेट त्रुटी उद्भवू शकतात.

. सामान्यत: हिस्टरेसिस त्रुटी केवळ अशा परिस्थितीतच विचार करणे आवश्यक आहे जेथे दबावात महत्त्वपूर्ण बदल होतो.

4. रेखीय त्रुटी: हा एक घटक आहे ज्याचा प्रारंभिक त्रुटीवर तुलनेने लहान प्रभाव पडतो, जो सिलिकॉन वेफरच्या शारीरिक नॉनलाइनरिटीमुळे होतो. तथापि, एम्पलीफायर्ससह सेन्सरसाठी, एम्पलीफायरच्या नॉनलाइनरिटीचा देखील समावेश केला पाहिजे. रेखीय त्रुटी वक्र अवतल वक्र किंवा बहिर्गोल वक्र असू शकते.

कॅलिब्रेशन या त्रुटी दूर किंवा मोठ्या प्रमाणात कमी करू शकते, तर नुकसान भरपाईच्या तंत्रामध्ये सामान्यत: विशिष्ट मूल्ये वापरण्याऐवजी सिस्टमच्या वास्तविक हस्तांतरण कार्याचे पॅरामीटर्स निश्चित करणे आवश्यक असते. पोटेंटीओमीटर, समायोज्य प्रतिरोधक आणि इतर हार्डवेअर सर्व नुकसान भरपाई प्रक्रियेमध्ये वापरले जाऊ शकतात, तर सॉफ्टवेअर या त्रुटी नुकसान भरपाईच्या कार्याची अधिक लवचिकपणे अंमलबजावणी करू शकते.

एक बिंदू कॅलिब्रेशन पद्धत ट्रान्सफर फंक्शनच्या शून्य बिंदूवर वाहून नेऊन ऑफसेट त्रुटींची भरपाई करू शकते आणि या प्रकारच्या कॅलिब्रेशन पद्धतीस स्वयंचलित शून्य म्हणतात. ऑफसेट कॅलिब्रेशन सहसा शून्य दाबाने केले जाते, विशेषत: भिन्न सेन्सरमध्ये, कारण भिन्न दबाव सामान्यत: नाममात्र परिस्थितीत 0 असतो. शुद्ध सेन्सरसाठी, ऑफसेट कॅलिब्रेशन अधिक अवघड आहे कारण त्यास एकतर वातावरणीय वातावरणीय दबाव परिस्थितीत त्याचे कॅलिब्रेटेड प्रेशर मूल्य मोजण्यासाठी प्रेशर रीडिंग सिस्टम किंवा इच्छित दाब प्राप्त करण्यासाठी प्रेशर कंट्रोलर आवश्यक आहे.

विभेदक सेन्सरचे शून्य प्रेशर कॅलिब्रेशन अगदी अचूक आहे कारण कॅलिब्रेशन प्रेशर काटेकोरपणे शून्य आहे. दुसरीकडे, दबाव शून्य नसताना कॅलिब्रेशन अचूकता प्रेशर कंट्रोलर किंवा मोजमाप प्रणालीच्या कामगिरीवर अवलंबून असते.

कॅलिब्रेशन प्रेशर निवडा

कॅलिब्रेशन प्रेशरची निवड खूप महत्वाची आहे कारण ती उत्तम अचूकता प्राप्त करणारी दबाव श्रेणी निश्चित करते. खरं तर, कॅलिब्रेशननंतर, वास्तविक ऑफसेट त्रुटी कॅलिब्रेशन पॉईंटवर कमी केली जाते आणि लहान मूल्यावर राहते. म्हणून, लक्ष्य दबाव श्रेणीच्या आधारे कॅलिब्रेशन पॉईंट निवडले जाणे आवश्यक आहे आणि दबाव श्रेणी कार्यरत श्रेणीशी सुसंगत असू शकत नाही.

आउटपुट व्होल्टेजला प्रेशर व्हॅल्यूमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी, विशिष्ट संवेदनशीलता सामान्यत: गणिताच्या मॉडेल्समध्ये सिंगल पॉईंट कॅलिब्रेशनसाठी वापरली जाते कारण वास्तविक संवेदनशीलता बर्‍याचदा अज्ञात असते.

ऑफसेट कॅलिब्रेशन (पीसीएएल = 0) केल्यानंतर, त्रुटी वक्र कॅलिब्रेशनपूर्वी त्रुटीचे प्रतिनिधित्व करणार्‍या काळ्या वक्रांशी संबंधित अनुलंब ऑफसेट दर्शवते.

एका बिंदू कॅलिब्रेशन पद्धतीच्या तुलनेत या कॅलिब्रेशन पद्धतीत कठोर आवश्यकता आणि जास्त अंमलबजावणीची किंमत आहे. तथापि, पॉईंट कॅलिब्रेशन पद्धतीच्या तुलनेत, ही पद्धत सिस्टमची अचूकता लक्षणीयरीत्या सुधारू शकते कारण ती केवळ ऑफसेटच कॅलिब्रेट करत नाही तर सेन्सरच्या संवेदनशीलतेचे कॅलिब्रेट देखील करते. म्हणून, त्रुटी गणनामध्ये, वास्तविक संवेदनशीलता मूल्ये एटिपिकल मूल्यांऐवजी वापरली जाऊ शकतात.

येथे, कॅलिब्रेशन 0-500 मेगापास्कल्स (पूर्ण प्रमाणात) च्या परिस्थितीत केले जाते. कॅलिब्रेशन पॉइंट्सवरील त्रुटी शून्याच्या जवळ असल्याने, अपेक्षित दबाव श्रेणीतील किमान मोजमाप त्रुटी मिळविण्यासाठी हे गुण योग्यरित्या सेट करणे विशेषतः महत्वाचे आहे.

काही अनुप्रयोगांना संपूर्ण दबाव श्रेणीमध्ये उच्च सुस्पष्टता राखण्यासाठी आवश्यक असते. या अनुप्रयोगांमध्ये, मल्टी-पॉइंट कॅलिब्रेशन पद्धत सर्वात आदर्श परिणाम प्राप्त करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. मल्टी-पॉइंट कॅलिब्रेशन पद्धतीत, केवळ ऑफसेट आणि संवेदनशीलता त्रुटींचा विचार केला जातो, परंतु बहुतेक रेषात्मक त्रुटी देखील विचारात घेतल्या जातात. येथे वापरलेले गणिती मॉडेल प्रत्येक कॅलिब्रेशन मध्यांतर (दोन कॅलिब्रेशन पॉइंट्स दरम्यान) साठी दोन-चरण कॅलिब्रेशनसारखेच आहे.

तीन बिंदू कॅलिब्रेशन

आधी नमूद केल्याप्रमाणे, रेषीय त्रुटीचा सुसंगत फॉर्म आहे आणि त्रुटी वक्र अंदाजे आकार आणि आकारासह चतुर्भुज समीकरणाच्या वक्रांशी अनुरुप आहे. हे विशेषतः सेन्सरसाठी खरे आहे जे एम्पलीफायर्स वापरत नाहीत, कारण सेन्सरची नॉनलाइनरिटी मूलभूतपणे यांत्रिक कारणांवर आधारित आहे (सिलिकॉन वेफरच्या पातळ फिल्म प्रेशरमुळे).

रेखीय त्रुटी वैशिष्ट्यांचे वर्णन ठराविक उदाहरणांच्या सरासरी रेषीय त्रुटीची गणना करून आणि बहुपदी फंक्शनचे पॅरामीटर्स (ए × 2+बीएक्स+सी) निश्चित करून प्राप्त केले जाऊ शकते. ए, बी आणि सी निश्चित केल्यानंतर प्राप्त केलेले मॉडेल त्याच प्रकारच्या सेन्सरसाठी प्रभावी आहे. ही पद्धत तिसर्‍या कॅलिब्रेशन पॉईंटच्या आवश्यकतेशिवाय रेषात्मक त्रुटींची प्रभावीपणे भरपाई करू शकते.