English
中文
Français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
Português
Nederlandse
Ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
Indonesia
ไทย
বাংলা
فارسی
Polski
Hiện tượng trôi nhiệt độ của cảm biến áp suất có thể gây ra sự dao động trong kết quả đọc cho đến khi hệ thống đạt đến nhiệt độ làm việc. Tình huống này thường ít ảnh hưởng. Tuy nhiên, trong các thiết bị y tế như máy thở bệnh viện, thiết bị kiểm tra chức năng phổi và máy theo dõi trẻ sơ sinh, vốn yêu cầu độ chính xác cao liên tục, thì sự trôi nhiệt độ này là không thể chấp nhận được. Việc kiểm tra cảm biến áp suất điện trở áp điện cơ bản giúp hiểu rõ tác động của sự trôi khi khởi động.
Cảm biến này bao gồm một thân chính (tức là "chip") và một màng silicon mỏng với bốn cấu trúc xoắn điện trở áp điện trên bề mặt. Các phần tử điện trở áp điện thay đổi giá trị điện trở của chúng theo sự thay đổi của ứng suất, và chúng thường được sắp xếp theo cấu trúc cầu và được lắp đặt chính xác trên bề mặt màng để tăng cường phản ứng với sự biến dạng của màng. Thiết kế này có thể cải thiện hiệu quả độ nhạy phản hồi khi chênh lệch áp suất ở cả hai mặt của màng thay đổi.
Có hai nguồn chính gây ra sự trôi khi khởi động trong các cảm biến áp suất cơ bản. Một là độ lệch khi khởi động của phần tử cảm biến. Khi hệ thống đạt đến nhiệt độ hoạt động, ống, nhiệt độ bề mặt và các điểm nóng (đóng góp bề mặt) kết quả gây ra sự mất cân bằng trong cầu điện trở trên chip và bề mặt màng. Sự tăng nhiệt độ của phần tử cảm biến điện trở tỷ lệ thuận với công suất tiêu tán và do đó tỷ lệ thuận với bình phương của điện áp kích thích cảm biến (ΔTαV2).
Do đó, khi điện áp kích thích giảm một nửa, sự tăng nhiệt độ của phần tử cảm biến sẽ giảm đi một phần tư, do đó làm giảm điều kiện bề mặt khi khởi động bốn lần. Vì mức tín hiệu cảm biến cũng sẽ giảm đi một phần tư trong cả hai trường hợp (với điện áp cung cấp giảm), hiệu ứng tổng thể là giảm một nửa lỗi khởi động do đóng góp bề mặt. Tuy nhiên, việc giảm nguồn cung cấp cho cảm biến sẽ có tác động bất lợi đến mức ồn điện tử của hệ thống.
Một giải pháp ưa thích khác là điều chỉnh điện áp cung cấp cho cảm biến theo yêu cầu băng thông của hệ thống. Cụ thể, cảm biến chỉ được cấp nguồn khi cần thiết. Thiết kế này điều chỉnh thời gian bật nguồn của cảm biến theo chu kỳ làm việc trung bình (tức là chu kỳ hoạt động), ngăn chặn hiệu quả hiện tượng trôi khi khởi động nhiệt. Mặc dù cơ chế triển khai của phương pháp này phức tạp hơn một chút, nhưng nó mang lại hiệu suất tuyệt vời mà không ảnh hưởng đến mức ồn của hệ thống.
Ở đây, chu kỳ p giữa các xung nguồn của ứng dụng đề cập đến thời gian khi tắt nguồn cộng với thời gian khi bật nguồn. Đây là thời gian cần thiết để tất cả các tín hiệu ổn định và cảm biến thực hiện các phép đo.
Ví dụ, hãy xem xét một thiết bị cần thực hiện các phép đo cứ sau 500 ms, với thời gian ổn định là 4 ms và thời gian thu thập tín hiệu là 1 ms. So với một hệ thống không điều chế, công suất trung bình của cảm biến chỉ bằng 1% công suất được áp dụng ((1 ms + 4 ms) / 500 ms). Tất nhiên, khoảng thời gian này phụ thuộc vào yêu cầu lấy mẫu của ứng dụng. Do ảnh hưởng của điện tích bề mặt, sự ổn định của p và thời gian t là rất quan trọng. Tuy nhiên, khi xem xét những lợi ích của việc điều chỉnh nguồn cung cấp cho cảm biến, đây là một hạn chế thứ cấp.
Công nghệ bù nhiệt độ
Một nguyên nhân gốc rễ khác của sự trôi khi khởi động thực sự liên quan nhiều hơn đến các đặc tính cảm biến, có liên quan chặt chẽ đến công nghệ bù nhiệt độ của hệ thống. Các hệ thống như vậy thường được trang bị các cảm biến nhiệt độ bên ngoài để hiệu chỉnh cảm biến áp suất nhằm loại bỏ ảnh hưởng của nhiệt độ. Trong một hệ thống cảm biến kép, một gradient nhiệt độ sẽ được tạo ra giữa thiết bị bên ngoài và bề mặt màng. Thời gian cần thiết để gradient nhiệt độ này ổn định sẽ được cảm nhận như hiện tượng trôi khi khởi động.
Bằng cách sử dụng điện trở của cảm biến (điện trở cầu thay đổi theo nhiệt độ) làm phần tử cảm biến nhiệt độ, ảnh hưởng này có thể được giảm thiểu. Ở đây, cầu cảm biến áp suất thay thế thermistor (một điện trở được sử dụng để đo sự thay đổi nhiệt độ) thường được sử dụng trong mạch, tạo thành một cầu Wheatstone một cách hiệu quả. Cầu cảm biến có hệ số nhiệt độ dương (TCR) tương đối cao, vì vậy sự tăng nhiệt độ sẽ dần dần làm cho điện áp đầu ra tín hiệu (Vt) của phần theo dõi nhiệt độ của mạch cho thấy sự thay đổi âm. Sự thay đổi của Vt so với điện áp tham chiếu (Vref) thực sự là một phép đo hiệu quả về nhiệt độ của chính cảm biến. Thiết bị điện tử của hệ thống sử dụng phép đo này làm tham chiếu hiệu chuẩn nhiệt độ cho cảm biến áp suất. Vì không cần phải dựa vào cảm biến nhiệt độ bên ngoài, nên không có gradient nhiệt độ trong hệ thống, do đó loại bỏ hiện tượng gọi là trôi khi khởi động. Thậm chí còn thú vị hơn, bằng cách kết hợp các kỹ thuật điều chỉnh nguồn và bù nhiệt độ, ảnh hưởng của sự trôi khi khởi động có thể được loại bỏ gần như hoàn toàn.
