问1:我们如在数据手册中选择精确的数据并将其转换成压力误差值。
答:为了将精确数据转换为压力误差,你必须要知道你所采用的压力传感器的两种特定问题。首先,你必须表示出与电压相关的精确数字。例如,MPX4115A具有1.5% FSS的精度(详见数据手册)。典型的完全刻度间隔为4.590V,因此它的1.5%为69mV。你需要知道的第二件事是器件的敏感度。典型的表示敏感度的单位是mV/kPa,例如上面就产品就是45.9mV/kPa(详见数据手册)。在这一点上,你需要知道以mV为单位的误差和以mV/kPa为单位的敏感度。这就给出一个等式:误差(压力,kPa)=[误差 (mV)] *[(1/敏感度 (mV/kPa)]。在给出的示例中,因此其压力误差为[69 mV]*[1/45.9 mV/kPa] = 1.5 kPa。
问2:什么是传感器的非线性?
答: 传感器(输入/输出关系)的传输功能并不是完全线性的。非线性是输出电压与最佳适配直线(除以器件的敏感度)的最大偏差。这就表示为满标输出的百分比,单位为g s。计算非线性的方法如下:
非线性 = [最大偏差(g)/满标输出(g)] * 100
问3:加速计输出如何随温度变化而变化?
答:加速计输出随着温度变化而变化,在数据手册中指定了偏移为Zero-g [Voff, Ta],并把敏感度指定为敏感度[S, Ta]。选择一个随温度变化有小的输出变化的加速计是保证代误差的关键。选择对于温度变化有小的输出变化的工作环境是降低误差的另外一种方式。然而,控制环境对于便携式手持设备是非常困难的。
温度补偿技术是另一种进一步降低误差的方式。由于在结构方面的细微差别,每个加速计的制造都有唯一的温度特性。由于温度系数的值和标记都各个相同,因此,温度补偿技术不能仅仅的包括放大器反馈电路中的温度传感器。温度传感器是用于在温度变化时对其进行监视的。需要测量加速计的输出并构建一个查找表或公式,以用来计算补偿因数。通常软件用于在系统微控制中构建查找表或公式。
问4: 我们如何将偏移误差最小化?
答:偏移误差是理想的Zero-g输出与传感器所报道的Zero-g输出之间的差。考虑采用它上面的飞思卡尔加速计的绝佳的水平面,如果没有偏移误差,那么传感器输出最理想的读数是X轴和Y轴上0g偏移电压(Vdd/2),Z轴上的+1g输出电压。然而,由于许多因数,包括微调误差、包装压力、老化、温度变化和由于安装与定向产生的外部机械压力等,传感器的读数比绝佳平面上的理想输出不同。测量和消除偏移误差的最简单方式如下:
1. 将器件在+1g和-1g之间进行旋调。最大值为+1g,而最小值为-1g。
2. .假设敏感度从零至正到零至负是均衡的,那么器件的敏感度可以通过除2来计算。
3. 知道了敏感度,可以通过将敏感度回加在最小值上,或通过从最大值上减去敏感度来计算0g偏移值。
4. 这种方法必须要注意三个轴的情况。
5. 记录你的微控制器中EEPROM或闪存的0g偏移值,将其从所有之后的测量中减去,以获得正确的输出。
注意如果自动归零只能进行一次,而偏移数据存储在存储器中,那么在之后存储器经历一个大的温度范围或之后经历一次位移偏动时,TCO偏移误差将不会得到校正。在工作温度上,进行自动归零的校准是明智之举,以补偿TCO,并尽可能频繁的进行自动校准,以动态的对于系统偏移误差进行补偿。
问5: 影响压力传感器的精度的主要误差因素是什么?
答:主要的误差因数是线性、温度和压力滞后、TcSpan以及TcOffset。对于这些误差因数,0.3% VFSS 为线性,0.4% VFSS 是温度迟滞,0.1% VFSS是压力迟滞,0.7% VFSS是TC跨度,1% VFSS 是温度条件下(0 C至85 C)的偏移变化。以上这些均为典型值,具体要取决于所采用的器件。为了将这些因数最小化,我们强烈推荐在静电压力电感那一点之后的任何器件进行再校准/自动归零,并且在测量前完成,即可减少机械压力的问题(并在仪表读数过程中,温度增量是最小的)。敬请参见AN1636了解更多信息。
问6: 加速计的分辨力是多少?What is the resolution of the accelerometer?
答:分辨力是加速计可以检测到的最小增量。加速计带宽决定了测量的分辨力,但是可以采用过渡来降低噪声级并进一步提高分辨率。在加速计中有两类噪声,电子噪声和传感器自身的机械噪声。
有三种电子噪声源,热噪声、起伏噪声、闪变噪声等等,在许多的电子和电气工程课本中都对此进行了详细的讨论。在Freescale加速计产品中的ASIC设计用于尽可能多的降低这些噪声源。传感器的机械噪声来自于热机械噪声和环境的振动噪声。热机械噪声是由于MEMS加速计是由一些小的移动部件组成的缘故。这些小的部件对于由分子振动而引起的机械噪声极为敏感。环境噪声在加速计测量中,行别是在敏感的low-g测量中,是最大的噪声源之一。加速计是测量振动的良好仪器。这也是加速计众多应用中的一种。然而,在大多的手持式应用中,倾斜或简易的线性加速是两个测量的量,而不是您手的振动。您手的振动会使加速计输出出现偏动或应用的跳动变化其它振动。其它振动噪声源可能会是风扇电机、扬声器或磁盘驱动。当在接近这些振动源设备敏感度加速计时需要进行特别留意。可以通过低通滤波来降低加速计输出上的噪声(提高分辨力)。有许许多多不同种类的滤波器电路(Butterworth、Chebyshev和Bessel),它们对于变化频率都用不同的响应。可以创建的最简单的滤波器是一个简易的PC低通滤波器。举例来说,MMA7361L(数据手册中图6)的应用电路就显示了如何将Freescale加速计输出上的电容器互连,以形成一级低通滤波器,每次当频率翻倍时将信号振幅降低一半(约为6dB)。降低带宽的一个负面影响是提高了输出的启动/响应时间。
问7: 我们如何才能测量液体物质的压力呢?
答:Freescale的硅压力传感器不适用于油、煤气、汽油、水或水蒸汽以及其它化学物质。这就意味着我们的客户不能在这些应用中采用我们的压力传感器,因为在这些应用中,传感器可能会与上面提到的这些物质直接接触。
保护采用硅润滑油的压力传感器一定是在苛刻的介质中保护我们产品的最好方式。我们在如何“工业化”地执行这些解决方案方面没有特别多的经验。在真空状态下完成油脂填充以防止产生气炮。通常,是需要进行偏移校准的,因为油脂会带来一些改变偏移值的机械压力。这一解决方案是经过测试并且看来是比较确定的。
Freescale的压力传感器产品用于洗碗机应用中,这些应用一般会将凝胶暴露在潮湿的环境中。在这些应用中,器件位于测试管的顶部,因此水位直接通过用水将收集的空气柱上压到传感器直接进行测量的。正如你们从这些应用中所能看到的,传感器不会与水产生直接接触,而是通过空气柱分开。我们的诚恳的向您推荐下面可供参考的应用指南,在采用我这传感器的这种应用中,应用指南AN1668和AN1950将非常有用。
AN1950: 水位监测
http://www.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN1950.pdf
AN1668: 洗衣机传感器选择
http://www.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN1668.pdf