회사 소식 압력 센서의 예열 드리프트 최소화 방법

압력 센서의 온도 드리프트 현상은 시스템이 작동 온도를 달성할 때까지 판독값 변동을 유발할 수 있습니다. 이 상황은 일반적으로 큰 영향을 미치지 않습니다. 그러나 지속적인 고정밀도를 요구하는 병원 인공호흡기, 폐 기능 검사 장치, 신생아 모니터와 같은 의료 장비에서는 이러한 온도 드리프트가 용납될 수 없습니다. 기본 압전 저항 압력 센서를 확인하면 예열 드리프트의 영향을 이해하는 데 도움이 됩니다.

이 센서는 본체(즉, "칩")와 표면에 4개의 압전 저항 토션 구조가 있는 얇은 실리콘 다이어프램으로 구성됩니다. 압전 저항 소자는 응력 변화에 따라 저항값이 변하며, 일반적으로 브리지 구조로 배열되어 다이어프램 표면에 정밀하게 설치되어 다이어프램 변형에 대한 응답을 향상시킵니다. 이 설계는 다이어프램 양쪽의 압력 차이가 변할 때 응답 감도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

기본 압력 센서의 예열 드리프트에는 두 가지 주요 원인이 있습니다. 하나는 감지 소자의 예열 오프셋입니다. 시스템이 작동 온도에 도달하면 튜브, 표면 온도 및 그로 인한 핫 스폿(표면 기여)이 칩 및 다이어프램 표면의 저항 브리지 불균형을 유발합니다. 저항 감지 소자의 온도 상승은 소산 전력에 비례하므로 센서 여기 전압의 제곱에 비례합니다(ΔTαV2).

따라서 여기 전압을 절반으로 줄이면 감지 소자의 온도 상승이 1/4로 줄어들어 예열 표면 상태가 4배 감소합니다. 센서 신호 레벨도 두 경우 모두 1/4로 감소하므로(공급 전압 감소), 전체 효과는 표면 기여로 인한 예열 오류를 절반으로 줄이는 것입니다. 그러나 센서 전원 공급 장치를 줄이면 시스템 전자 노이즈 레벨에 부정적인 영향을 미칩니다.

또 다른 선호되는 해결책은 시스템 대역폭 요구 사항에 따라 센서 공급 전압을 조정하는 것입니다. 구체적으로, 센서는 필요할 때만 전원이 공급됩니다. 이 설계는 센서의 전원 켜짐 시간을 평균 듀티 사이클(즉, 작동 주기)로 조정하여 열 시동 드리프트 현상을 효과적으로 억제합니다. 이 방법의 구현 메커니즘은 약간 더 복잡하지만 시스템 노이즈 레벨에 영향을 미치지 않고 뛰어난 성능을 제공합니다.

여기서, 애플리케이션의 전력 펄스 사이의 기간 p는 전원이 꺼진 시간과 전원이 켜진 시간을 의미합니다. 이것은 모든 신호가 안정화되고 센서가 판독값을 얻는 데 필요한 시간입니다.

예를 들어, 500ms마다 판독값을 얻어야 하는 장치를 고려해 보겠습니다. 안정화 시간은 4ms이고 신호 획득 시간은 1ms입니다. 비변조 시스템과 비교하여 센서의 평균 전력은 적용된 전력의 1%에 불과합니다((1ms + 4ms) / 500ms). 물론, 이 기간은 애플리케이션의 샘플링 요구 사항에 따라 다릅니다. 표면 전하의 영향으로 인해 p와 시간 t의 일정함이 매우 중요합니다. 그러나 센서 전원 공급 장치 조절의 이점을 고려하면 이는 부차적인 제한 사항입니다.

온도 보상 기술

예열 드리프트의 또 다른 근본 원인은 실제로 감지 특성과 더 관련이 있으며, 이는 시스템의 온도 보상 기술과 밀접하게 관련되어 있습니다. 이러한 시스템에는 일반적으로 온도 영향을 제거하기 위해 압력 센서를 보정하기 위한 외부 온도 센서가 장착되어 있습니다. 이중 센서 시스템에서는 외부 장치와 다이어프램 표면 사이에 온도 구배가 생성됩니다. 이 온도 구배가 안정화되는 데 필요한 시간은 예열 드리프트 현상으로 인식됩니다.

센서 저항(온도에 따라 변하는 브리지 저항)을 온도 감지 소자로 사용함으로써 이러한 영향을 최소화할 수 있습니다. 여기서 압력 센서 브리지는 일반적으로 회로에 사용되는 서미스터(온도 변화를 측정하는 데 사용되는 저항)를 대체하여 효과적으로 휘트스톤 브리지를 형성합니다. 센서 브리지는 비교적 높은 양의 온도 계수(TCR)를 가지므로 온도가 상승하면 회로의 온도 모니터링 부분의 신호 출력 전압(Vt)이 점차적으로 음의 변화를 나타냅니다. 기준 전압(Vref)에 대한 Vt의 변화는 실제로 센서 자체의 온도를 효과적으로 측정하는 것입니다. 시스템 전자는 이 측정을 압력 센서의 보정 온도 기준으로 사용합니다. 외부 온도 센서에 의존할 필요가 없으므로 시스템에 온도 구배가 없어 소위 예열 드리프트 현상이 제거됩니다. 더욱 기쁘게도, 전력 조절 및 온도 보상 기술을 결합하여 예열 드리프트의 영향을 거의 완전히 제거할 수 있습니다.