اخبار شرکت چگونه انحراف پیش‌گرمایش حسگرهای فشار را به حداقل برسانیم

پدیده رانش دما در حسگرهای فشار می‌تواند باعث نوسانات در خواندن‌ها شود تا زمانی که سیستم به دمای کارکرد برسد. این وضعیت معمولاً تأثیر کمی دارد. با این حال، در تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های تنفس مصنوعی بیمارستانی، دستگاه‌های تست عملکرد ریه و مانیتورهای نوزادان که به دقت بالای مداوم نیاز دارند، این رانش دما غیرقابل قبول است. بررسی حسگر فشار پیزورزیستیو پایه به درک تأثیر رانش پیش‌گرمایش کمک می‌کند.

این حسگر از یک بدنه اصلی (یعنی «تراشه») و یک دیافراگم سیلیکونی نازک با چهار ساختار پیچشی پیزورزیستیو بر روی سطح آن تشکیل شده است. عناصر پیزورزیستیو مقادیر مقاومت خود را با تغییرات تنش تغییر می‌دهند و معمولاً در یک ساختار پل چیده شده و با دقت بر روی سطح دیافراگم نصب می‌شوند تا پاسخ به تغییر شکل دیافراگم را افزایش دهند. این طراحی می‌تواند به طور موثری حساسیت پاسخ را در هنگام تغییر اختلاف فشار در دو طرف دیافراگم بهبود بخشد.

دو منبع اصلی رانش پیش‌گرمایش در حسگرهای فشار پایه وجود دارد. یکی، آفست پیش‌گرمایش عنصر حسگر است. هنگامی که سیستم به دمای کارکرد می‌رسد، لوله، دمای سطح و نقاط داغ حاصل (سهم سطح) باعث عدم تعادل در پل مقاومت روی تراشه و سطح دیافراگم می‌شود. افزایش دما در عنصر حسگر مقاومت متناسب با توان تلف شده است و بنابراین متناسب با مربع ولتاژ تحریک حسگر (ΔTαV2) است.

بنابراین، هنگامی که ولتاژ تحریک نصف می‌شود، افزایش دمای عنصر حسگر یک چهارم کاهش می‌یابد و در نتیجه، وضعیت پیش‌گرمایش سطح چهار برابر کاهش می‌یابد. از آنجایی که سطح سیگنال حسگر نیز در هر دو حالت (با ولتاژ تغذیه کاهش یافته) یک چهارم کاهش می‌یابد، تأثیر کلی این است که خطای پیش‌گرمایش به دلیل سهم سطح به نصف کاهش یابد. با این حال، کاهش منبع تغذیه حسگر تأثیر نامطلوبی بر سطح نویز الکترونیکی سیستم خواهد داشت.

یک راه‌حل ترجیحی دیگر، تنظیم ولتاژ تغذیه حسگر با توجه به الزامات پهنای باند سیستم است. به طور خاص، حسگر فقط در صورت نیاز تغذیه می‌شود. این طراحی زمان روشن شدن حسگر را با چرخه وظیفه متوسط (یعنی چرخه کار) تنظیم می‌کند و به طور موثری پدیده رانش راه‌اندازی حرارتی را سرکوب می‌کند. اگرچه مکانیسم پیاده‌سازی این روش کمی پیچیده‌تر است، اما عملکرد عالی را بدون تأثیر بر سطح نویز سیستم ارائه می‌دهد.

در اینجا، دوره p بین پالس‌های توان برنامه به زمانی اشاره دارد که توان خاموش است و به علاوه زمانی که توان روشن است. این زمانی است که برای تثبیت تمام سیگنال‌ها و برای اینکه حسگر خوانش‌ها را انجام دهد، لازم است.

به عنوان مثال، دستگاهی را در نظر بگیرید که نیاز دارد هر 500 میلی‌ثانیه خوانش‌ها را انجام دهد، با زمان تثبیت 4 میلی‌ثانیه و زمان جمع‌آوری سیگنال 1 میلی‌ثانیه. در مقایسه با یک سیستم غیر مدوله، توان متوسط حسگر تنها 1٪ از توان اعمال شده است ((1 میلی‌ثانیه + 4 میلی‌ثانیه) / 500 میلی‌ثانیه). البته، این دوره زمانی به الزامات نمونه‌برداری برنامه بستگی دارد. با توجه به تأثیر بارهای سطحی، ثبات p و زمان t بسیار مهم است. با این حال، با در نظر گرفتن مزایای تنظیم منبع تغذیه حسگر، این یک محدودیت ثانویه است.

فناوری جبران دما

یکی دیگر از علل اصلی رانش پیش‌گرمایش در واقع بیشتر به ویژگی‌های حسگر مربوط می‌شود که ارتباط نزدیکی با فناوری جبران دما سیستم دارد. این سیستم‌ها معمولاً به حسگرهای دمای خارجی مجهز هستند تا حسگر فشار را کالیبره کنند تا تأثیر دما را از بین ببرند. در یک سیستم دو حسگری، یک گرادیان دما بین دستگاه خارجی و سطح دیافراگم ایجاد می‌شود. زمانی که برای تثبیت این گرادیان دما لازم است، به عنوان پدیده رانش پیش‌گرمایش درک می‌شود.

با استفاده از مقاومت حسگر (مقاومت پل که با دما تغییر می‌کند) به عنوان عنصر حسگر دما، این تأثیر را می‌توان به حداقل رساند. در اینجا، پل حسگر فشار جایگزین ترمیستور (یک مقاومت که برای اندازه‌گیری تغییرات دما استفاده می‌شود) می‌شود که معمولاً در مدار استفاده می‌شود و به طور موثری یک پل وتستون را تشکیل می‌دهد. پل حسگر دارای ضریب دمای مثبت نسبتاً بالایی (TCR) است، بنابراین افزایش دما به تدریج باعث می‌شود ولتاژ خروجی سیگنال (Vt) قسمت نظارت بر دمای مدار تغییر منفی نشان دهد. تغییر Vt نسبت به ولتاژ مرجع (Vref) در واقع یک اندازه‌گیری مؤثر از خود دمای حسگر است. الکترونیک سیستم از این اندازه‌گیری به عنوان مرجع دمای کالیبراسیون برای حسگر فشار استفاده می‌کند. از آنجایی که نیازی به تکیه بر یک حسگر دمای خارجی نیست، هیچ گرادیان دمایی در سیستم وجود ندارد و در نتیجه پدیده به اصطلاح رانش پیش‌گرمایش از بین می‌رود. حتی خوشایندتر، با ترکیب تنظیم توان و تکنیک‌های جبران دما، تأثیر رانش پیش‌گرمایش تقریباً به طور کامل از بین می‌رود.