hakkında şirket haberleri Basınç Algılayıcılarının Önyüklenme Sürüklenmesini Nasıl Minimize Edilebilir?

Basınç sensörlerinin sıcaklık kayması olgusu, sistem çalışma sıcaklığına ulaşana kadar okuma dalgalanmalarına neden olabilir. Bu durum genellikle çok az etkiye sahiptir. Ancak, sürekli yüksek hassasiyet gerektiren hastane ventilatörleri, akciğer fonksiyon test cihazları ve yenidoğan monitörleri gibi tıbbi ekipmanlarda bu sıcaklık kayması kabul edilemezdir. Temel piezorezistif basınç sensörünü kontrol etmek, ön ısıtma kaymasının etkisini anlamaya yardımcı olur.

Bu sensör, bir ana gövdeden (yani "çip") ve yüzeyinde dört piezorezistif burulma yapısına sahip ince bir silikon diyaframdan oluşur. Piezorezistif elemanlar, gerilim değişiklikleriyle direnç değerlerini değiştirir ve genellikle bir köprü yapısında düzenlenir ve diyafram deformasyonuna yanıtı artırmak için diyafram yüzeyine hassas bir şekilde monte edilir. Bu tasarım, diyaframın her iki tarafındaki basınç farkı değiştiğinde yanıt hassasiyetini etkili bir şekilde artırabilir.

Temel basınç sensörlerinde ön ısıtma kaymasının iki ana kaynağı vardır. Birincisi, algılama elemanının ön ısıtma ofsetidir. Sistem çalışma sıcaklığına ulaştığında, tüp, yüzey sıcaklığı ve ortaya çıkan sıcak noktalar (yüzey katkısı), çip ve diyafram yüzeyindeki direnç köprüsünde bir dengesizliğe neden olur. Direnç algılama elemanının sıcaklık artışı, dağıtılan güçle orantılıdır ve bu nedenle sensör uyarma voltajının karesiyle orantılıdır (ΔTαV2).

Bu nedenle, uyarma voltajı yarıya indirildiğinde, algılama elemanının sıcaklık artışı dörtte bir oranında azalacak ve böylece ön ısıtma yüzey koşulu dört kat azaltılacaktır. Sensör sinyal seviyesi de her iki durumda da (azaltılmış besleme voltajı ile) dörtte bir oranında azalacağından, genel etki, yüzey katkısından kaynaklanan ön ısıtma hatasını yarıya indirmektir. Ancak, sensör güç kaynağını azaltmak, sistem elektronik gürültü seviyesi üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olacaktır.

Bir diğer tercih edilen çözüm, sistem bant genişliği gereksinimlerine göre sensör besleme voltajını ayarlamaktır. Özellikle, sensör yalnızca gerektiğinde güç alır. Bu tasarım, sensörün açılma süresini ortalama görev döngüsüne (yani, çalışma döngüsü) ayarlar ve termal başlatma kayması olgusunu etkili bir şekilde bastırır. Bu yöntemin uygulama mekanizması biraz daha karmaşık olsa da, sistem gürültü seviyesini etkilemeden mükemmel performans sunar.

Burada, uygulamanın güç darbeleri arasındaki p periyodu, gücün kapalı olduğu süre artı gücün açık olduğu süreyi ifade eder. Bu, tüm sinyallerin dengelenmesi ve sensörün okuma yapması için gereken süredir.

Örneğin, 500 ms'de bir okuma yapması gereken, 4 ms'lik bir dengeleme süresi ve 1 ms'lik bir sinyal toplama süresi olan bir cihaz düşünün. Modüle edilmemiş bir sistemle karşılaştırıldığında, sensörün ortalama gücü, uygulanan gücün yalnızca %1'idir ((1 ms + 4 ms) / 500 ms). Elbette, bu zaman periyodu uygulamanın örnekleme gereksinimlerine bağlıdır. Yüzey yüklerinin etkisi nedeniyle, p ve t zamanının sabitliği çok önemlidir. Ancak, sensör güç kaynağını düzenlemenin faydaları göz önüne alındığında, bu ikincil bir sınırlamadır.

Sıcaklık kompanzasyon teknolojisi

Ön ısıtma kaymasının bir diğer temel nedeni aslında algılama özellikleri ile daha çok ilgilidir ve sistemin sıcaklık kompanzasyon teknolojisi ile yakından ilişkilidir. Bu tür sistemler genellikle sıcaklığın etkisini ortadan kaldırmak için basınç sensörünü kalibre etmek üzere harici sıcaklık sensörleri ile donatılmıştır. Çift sensörlü bir sistemde, harici cihaz ile diyafram yüzeyi arasında bir sıcaklık gradyanı oluşacaktır. Bu sıcaklık gradyanının dengelenmesi için gereken süre, ön ısıtma kayması olgusu olarak algılanacaktır.

Sensör direncini (sıcaklıkla değişen köprü direnci) sıcaklık algılama elemanı olarak kullanarak, bu etki en aza indirilebilir. Burada, basınç sensör köprüsü, devrede tipik olarak kullanılan termistörün (sıcaklık değişikliklerini ölçmek için kullanılan bir direnç) yerini alır ve etkili bir şekilde bir Wheatstone köprüsü oluşturur. Sensör köprüsü, nispeten yüksek bir pozitif sıcaklık katsayısına (TCR) sahiptir, bu nedenle sıcaklıktaki bir artış, devrenin sıcaklık izleme bölümünün sinyal çıkış voltajının (Vt) kademeli olarak negatif bir değişiklik göstermesine neden olacaktır. Vt'nin referans voltaja (Vref) göre değişimi, aslında sensör sıcaklığının etkili bir ölçümüdür. Sistem elektroniği, bu ölçümü basınç sensörü için kalibrasyon sıcaklık referansı olarak kullanır. Harici bir sıcaklık sensörüne güvenmeye gerek olmadığından, sistemde sıcaklık gradyanı yoktur, böylece sözde ön ısıtma kayması olgusu ortadan kalkar. Daha da memnuniyet verici bir şekilde, güç düzenleme ve sıcaklık kompanzasyon tekniklerini birleştirerek, ön ısıtma kaymasının etkisi neredeyse tamamen ortadan kaldırılabilir.