English
中文
Français
Deutsch
Italiano
Español
Português
Nederlandse
Ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
Indonesia
Tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
Polski
Явление температурного дрейфа датчиков давления может вызывать колебания показаний до тех пор, пока система не достигнет рабочей температуры. Эта ситуация обычно оказывает небольшое влияние. Однако в медицинском оборудовании, таком как аппараты искусственной вентиляции легких, устройства для исследования функции легких и неонатальные мониторы, требующие непрерывной высокой точности, этот температурный дрейф неприемлем. Проверка базового пьезорезистивного датчика давления помогает понять влияние дрейфа при предварительном нагреве.
Этот датчик состоит из основного корпуса (т. е. «чипа») и тонкой кремниевой диафрагмы с четырьмя пьезорезистивными торсионными структурами на ее поверхности. Пьезорезистивные элементы изменяют свои значения сопротивления при изменении напряжения, и они обычно расположены в мостовой структуре и точно установлены на поверхности диафрагмы для усиления реакции на деформацию диафрагмы. Эта конструкция может эффективно улучшить чувствительность отклика при изменении разницы давлений по обе стороны диафрагмы.
Существует два основных источника дрейфа при предварительном нагреве в базовых датчиках давления. Один из них - смещение при предварительном нагреве чувствительного элемента. Когда система достигает рабочей температуры, трубка, температура поверхности и возникающие горячие точки (вклад поверхности) вызывают дисбаланс в мостовом сопротивлении на чипе и поверхности диафрагмы. Повышение температуры чувствительного элемента сопротивления пропорционально рассеиваемой мощности и, следовательно, пропорционально квадрату напряжения возбуждения датчика (ΔTαV2).
Поэтому, когда напряжение возбуждения уменьшается вдвое, повышение температуры чувствительного элемента уменьшится в четыре раза, тем самым уменьшив состояние предварительного нагрева поверхности в четыре раза. Поскольку уровень сигнала датчика также уменьшится в четыре раза в обоих случаях (с уменьшенным напряжением питания), общий эффект заключается в уменьшении ошибки предварительного нагрева из-за вклада поверхности вдвое. Однако снижение питания датчика окажет неблагоприятное воздействие на уровень электронного шума системы.
Другим предпочтительным решением является регулировка напряжения питания датчика в соответствии с требованиями к полосе пропускания системы. В частности, датчик питается только при необходимости. Эта конструкция регулирует время включения питания датчика до среднего рабочего цикла (т. е. рабочего цикла), эффективно подавляя явление теплового дрейфа при запуске. Хотя механизм реализации этого метода немного сложнее, он обеспечивает отличную производительность, не влияя на уровень шума системы.
Здесь период p между импульсами питания приложения относится ко времени, когда питание выключено, плюс время, когда питание включено. Это время, необходимое для стабилизации всех сигналов и для снятия показаний датчиком.
Например, рассмотрим устройство, которому необходимо снимать показания каждые 500 мс, со временем стабилизации 4 мс и временем сбора сигнала 1 мс. По сравнению с немодулированной системой, средняя мощность датчика составляет всего 1% от приложенной мощности ((1 мс + 4 мс) / 500 мс). Конечно, этот период времени зависит от требований к выборке приложения. Из-за влияния поверхностных зарядов постоянство p и времени t очень важно. Однако, учитывая преимущества регулирования питания датчика, это вторичное ограничение.
Технология температурной компенсации
Другая основная причина дрейфа при предварительном нагреве на самом деле больше связана с характеристиками чувствительности, которая тесно связана с технологией температурной компенсации системы. Такие системы обычно оснащены внешними датчиками температуры для калибровки датчика давления, чтобы устранить влияние температуры. В системе с двумя датчиками между внешним устройством и поверхностью диафрагмы будет генерироваться градиент температуры. Время, необходимое для стабилизации этого градиента температуры, будет восприниматься как явление дрейфа при предварительном нагреве.
Используя сопротивление датчика (сопротивление моста, которое изменяется с температурой) в качестве чувствительного к температуре элемента, это влияние можно свести к минимуму. Здесь мост датчика давления заменяет термистор (резистор, используемый для измерения изменений температуры), обычно используемый в цепи, эффективно формируя мост Уитстона. Мост датчика имеет относительно высокий положительный температурный коэффициент (TCR), поэтому повышение температуры постепенно приведет к тому, что выходное напряжение сигнала (Vt) части схемы мониторинга температуры покажет отрицательное изменение. Изменение Vt относительно опорного напряжения (Vref) на самом деле является эффективным измерением самой температуры датчика. Электроника системы использует это измерение в качестве калибровочного температурного эталона для датчика давления. Поскольку нет необходимости полагаться на внешний датчик температуры, в системе нет градиента температуры, что устраняет так называемое явление дрейфа при предварительном нагреве. Что еще более приятно, сочетая регулирование мощности и методы температурной компенсации, влияние дрейфа при предварительном нагреве можно почти полностью устранить.
