English
中文
Français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
Português
Nederlandse
Ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
Indonesia
Tiếng Việt
বাংলা
فارسی
Polski
ปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของเซ็นเซอร์วัดความดันอาจทำให้ค่าที่อ่านได้ผันผวนจนกว่าระบบจะถึงอุณหภูมิการทำงาน สถานการณ์นี้มักจะมีผลกระทบน้อย อย่างไรก็ตาม ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เครื่องช่วยหายใจในโรงพยาบาล อุปกรณ์ทดสอบการทำงานของปอด และจอภาพทารกแรกเกิดที่ต้องการความแม่นยำสูงอย่างต่อเนื่อง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินี้เป็นสิ่งที่ไม่สามารถยอมรับได้ การตรวจสอบเซ็นเซอร์วัดความดันแบบ piezoresistive พื้นฐานช่วยให้เข้าใจถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงจากการอุ่นเครื่อง
เซ็นเซอร์นี้ประกอบด้วยตัวเครื่องหลัก (เช่น "ชิป") และไดอะแฟรมซิลิคอนบาง ๆ ที่มีโครงสร้างบิดแบบ piezoresistive สี่แบบบนพื้นผิว องค์ประกอบ piezoresistive จะเปลี่ยนค่าความต้านทานเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของความเครียด และมักจะจัดเรียงในโครงสร้างสะพานและติดตั้งอย่างแม่นยำบนพื้นผิวไดอะแฟรมเพื่อเพิ่มการตอบสนองต่อการเสียรูปของไดอะแฟรม การออกแบบนี้สามารถปรับปรุงความไวในการตอบสนองได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อความแตกต่างของความดันทั้งสองด้านของไดอะแฟรมเปลี่ยนแปลง
มีแหล่งที่มาหลักสองประการของการเปลี่ยนแปลงจากการอุ่นเครื่องในเซ็นเซอร์วัดความดันพื้นฐาน ประการหนึ่งคือออฟเซ็ตจากการอุ่นเครื่องขององค์ประกอบการรับรู้ เมื่อระบบถึงอุณหภูมิการทำงาน ท่อ อุณหภูมิพื้นผิว และจุดร้อนที่เกิดขึ้น (การมีส่วนร่วมของพื้นผิว) ทำให้เกิดความไม่สมดุลในสะพานความต้านทานบนชิปและพื้นผิวไดอะแฟรม อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบการรับรู้ความต้านทานเป็นสัดส่วนกับกำลังงานที่กระจายไป ดังนั้นจึงเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้ากระตุ้นของเซ็นเซอร์ (ΔTαV2)
ดังนั้น เมื่อแรงดันไฟฟ้ากระตุ้นลดลงครึ่งหนึ่ง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นขององค์ประกอบการรับรู้จะลดลงหนึ่งในสี่ ซึ่งจะช่วยลดสภาพพื้นผิวจากการอุ่นเครื่องลงสี่เท่า เนื่องจากระดับสัญญาณเซ็นเซอร์จะลดลงหนึ่งในสี่ในทั้งสองกรณี (โดยมีแรงดันไฟฟ้าจ่ายลดลง) ผลกระทบโดยรวมคือการลดข้อผิดพลาดจากการอุ่นเครื่องเนื่องจากการมีส่วนร่วมของพื้นผิวลงครึ่งหนึ่ง อย่างไรก็ตาม การลดแหล่งจ่ายไฟของเซ็นเซอร์จะมีผลเสียต่อระดับเสียงรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ของระบบ
อีกวิธีแก้ปัญหาที่ต้องการคือการปรับแรงดันไฟฟ้าจ่ายของเซ็นเซอร์ตามข้อกำหนดแบนด์วิดท์ของระบบ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เซ็นเซอร์จะได้รับพลังงานเมื่อจำเป็นเท่านั้น การออกแบบนี้จะปรับเวลาเปิดเครื่องของเซ็นเซอร์ให้เป็นรอบการทำงานเฉลี่ย (เช่น รอบการทำงาน) ซึ่งจะช่วยลดปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงจากการเริ่มต้นทำงานด้วยความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ว่ากลไกการใช้งานของวิธีนี้จะซับซ้อนกว่าเล็กน้อย แต่ก็ให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมโดยไม่ส่งผลกระทบต่อระดับเสียงรบกวนของระบบ
ในที่นี้ คาบ p ระหว่างพัลส์พลังงานของแอปพลิเคชันหมายถึงเวลาที่ปิดเครื่องรวมกับเวลาที่เปิดเครื่อง นี่คือเวลาที่จำเป็นสำหรับสัญญาณทั้งหมดในการทรงตัวและสำหรับเซ็นเซอร์ในการอ่านค่า
ตัวอย่างเช่น พิจารณาอุปกรณ์ที่ต้องอ่านค่าทุกๆ 500 ms โดยมีเวลาในการทรงตัว 4 ms และเวลาในการรับสัญญาณ 1 ms เมื่อเทียบกับระบบที่ไม่ได้รับการปรับเปลี่ยน พลังงานเฉลี่ยของเซ็นเซอร์มีเพียง 1% ของพลังงานที่ใช้ ((1 ms + 4 ms) / 500 ms) แน่นอนว่าระยะเวลานี้ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการสุ่มตัวอย่างของแอปพลิเคชัน เนื่องจากอิทธิพลของประจุไฟฟ้าบนพื้นผิว ความสม่ำเสมอของ p และเวลา t นั้นสำคัญมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาถึงประโยชน์ของการควบคุมแหล่งจ่ายไฟของเซ็นเซอร์ นี่คือข้อจำกัดรอง
เทคโนโลยีการชดเชยอุณหภูมิ
สาเหตุหลักอีกประการหนึ่งของการเปลี่ยนแปลงจากการอุ่นเครื่องนั้นเกี่ยวข้องกับลักษณะการรับรู้มากกว่า ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับเทคโนโลยีการชดเชยอุณหภูมิของระบบ ระบบดังกล่าวโดยทั่วไปติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิภายนอกเพื่อปรับเทียบเซ็นเซอร์วัดความดันเพื่อขจัดอิทธิพลของอุณหภูมิ ในระบบเซ็นเซอร์คู่ จะเกิดการไล่ระดับอุณหภูมิระหว่างอุปกรณ์ภายนอกและพื้นผิวไดอะแฟรม เวลาที่ต้องใช้สำหรับการไล่ระดับอุณหภูมินี้ในการทรงตัวจะรับรู้ว่าเป็นปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลงจากการอุ่นเครื่อง
โดยใช้ความต้านทานของเซ็นเซอร์ (ความต้านทานสะพานที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ) เป็นองค์ประกอบการรับรู้อุณหภูมิ อิทธิพลนี้สามารถลดลงได้ ที่นี่ สะพานเซ็นเซอร์วัดความดันจะแทนที่เทอร์มิสเตอร์ (ตัวต้านทานที่ใช้ในการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ) ที่ใช้กันทั่วไปในวงจร ซึ่งจะสร้างสะพาน Wheatstone ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สะพานเซ็นเซอร์มีค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวก (TCR) ค่อนข้างสูง ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะค่อยๆ ทำให้แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตสัญญาณ (Vt) ของส่วนตรวจสอบอุณหภูมิของวงจรแสดงการเปลี่ยนแปลงเชิงลบ การเปลี่ยนแปลงของ Vt เทียบกับแรงดันอ้างอิง (Vref) เป็นการวัดอุณหภูมิของเซ็นเซอร์เองอย่างมีประสิทธิภาพ อิเล็กทรอนิกส์ของระบบใช้การวัดนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงการปรับเทียบอุณหภูมิสำหรับเซ็นเซอร์วัดความดัน เนื่องจากไม่จำเป็นต้องพึ่งพาเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิภายนอก จึงไม่มีการไล่ระดับอุณหภูมิในระบบ จึงช่วยขจัดปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงจากการอุ่นเครื่อง ยิ่งไปกว่านั้น ด้วยการรวมเทคนิคการควบคุมพลังงานและการชดเชยอุณหภูมิ อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงจากการอุ่นเครื่องสามารถขจัดออกไปได้เกือบทั้งหมด
