English
中文
Français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
Português
Nederlandse
Ελληνικά
日本語
한국
हिन्दी
Türkçe
Indonesia
Tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
Polski
يمكن أن تتسبب ظاهرة انحراف درجة حرارة مستشعرات الضغط في تقلبات القراءات حتى يصل النظام إلى درجة حرارة التشغيل. عادةً ما يكون لهذا الوضع تأثير ضئيل. ومع ذلك، في المعدات الطبية مثل أجهزة التنفس الصناعي في المستشفيات، وأجهزة اختبار وظائف الرئة، وأجهزة مراقبة حديثي الولادة التي تتطلب دقة عالية مستمرة، يكون هذا الانحراف في درجة الحرارة غير مقبول. يساعد فحص مستشعر الضغط المقاوم للضغط الأساسي على فهم تأثير الانحراف قبل التسخين.
يتكون هذا المستشعر من جسم رئيسي (أي "الشريحة") وغشاء سيليكون رقيق مع أربع هياكل التواء مقاومة للضغط على سطحه. تغير العناصر المقاومة للضغط قيم مقاومتها مع تغيرات الإجهاد، وعادة ما يتم ترتيبها في هيكل جسري وتثبيتها بدقة على سطح الغشاء لتعزيز الاستجابة لتشوه الغشاء. يمكن لهذا التصميم أن يحسن بشكل فعال حساسية الاستجابة عندما يتغير فرق الضغط على جانبي الغشاء.
هناك مصدران رئيسيان للانحراف قبل التسخين في مستشعرات الضغط الأساسية. الأول هو إزاحة التسخين المسبق لعنصر الاستشعار. عندما يصل النظام إلى درجة حرارة التشغيل، يتسبب الأنبوب ودرجة حرارة السطح والبقع الساخنة الناتجة (مساهمة السطح) في اختلال في الجسر المقاوم على الشريحة وسطح الغشاء. يتناسب ارتفاع درجة حرارة عنصر استشعار المقاومة طرديًا مع الطاقة المبددة وبالتالي يتناسب طرديًا مع مربع جهد إثارة المستشعر (ΔTαV2).
لذلك، عند خفض جهد الإثارة إلى النصف، سيتم تقليل ارتفاع درجة حرارة عنصر الاستشعار بمقدار الربع، وبالتالي تقليل حالة السطح قبل التسخين بأربعة أضعاف. نظرًا لأن مستوى إشارة المستشعر سينخفض أيضًا بمقدار الربع في كلتا الحالتين (مع انخفاض جهد الإمداد)، فإن التأثير العام هو تقليل خطأ التسخين المسبق بسبب مساهمة السطح بمقدار النصف. ومع ذلك، فإن تقليل مصدر طاقة المستشعر سيكون له تأثير سلبي على مستوى الضوضاء الإلكترونية للنظام.
الحل المفضل الآخر هو ضبط جهد إمداد المستشعر وفقًا لمتطلبات عرض النطاق الترددي للنظام. على وجه التحديد، يتم تشغيل المستشعر فقط عند الحاجة. يقوم هذا التصميم بضبط وقت تشغيل المستشعر على دورة التشغيل المتوسطة (أي دورة العمل)، مما يؤدي إلى قمع ظاهرة الانحراف الحراري عند بدء التشغيل بشكل فعال. على الرغم من أن آلية تنفيذ هذه الطريقة أكثر تعقيدًا بعض الشيء، إلا أنها توفر أداءً ممتازًا دون التأثير على مستوى ضوضاء النظام.
هنا، تشير الفترة p بين نبضات الطاقة للتطبيق إلى الوقت الذي يتم فيه إيقاف التشغيل بالإضافة إلى الوقت الذي يتم فيه التشغيل. هذا هو الوقت اللازم لاستقرار جميع الإشارات ولكي يلتقط المستشعر القراءات.
على سبيل المثال، ضع في اعتبارك جهازًا يحتاج إلى أخذ قراءات كل 500 مللي ثانية، مع وقت استقرار يبلغ 4 مللي ثانية ووقت الحصول على الإشارة يبلغ 1 مللي ثانية. بالمقارنة مع نظام غير معدل، فإن متوسط طاقة المستشعر يمثل 1٪ فقط من الطاقة المطبقة ((1 مللي ثانية + 4 مللي ثانية) / 500 مللي ثانية). بالطبع، تعتمد هذه الفترة الزمنية على متطلبات أخذ العينات للتطبيق. نظرًا لتأثير الشحنات السطحية، فإن ثبات p والوقت t مهم جدًا. ومع ذلك، بالنظر إلى فوائد تنظيم مصدر طاقة المستشعر، فإن هذا يمثل قيدًا ثانويًا.
تقنية تعويض درجة الحرارة
السبب الجذري الآخر للانحراف قبل التسخين مرتبط في الواقع بشكل أكبر بخصائص الاستشعار، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتقنية تعويض درجة حرارة النظام. عادةً ما تكون هذه الأنظمة مجهزة بمستشعرات درجة حرارة خارجية لمعايرة مستشعر الضغط للقضاء على تأثير درجة الحرارة. في نظام مزدوج المستشعر، سيتم توليد تدرج في درجة الحرارة بين الجهاز الخارجي وسطح الغشاء. سيتم اعتبار الوقت اللازم لاستقرار تدرج درجة الحرارة هذا بمثابة ظاهرة الانحراف قبل التسخين.
باستخدام مقاومة المستشعر (مقاومة الجسر التي تختلف مع درجة الحرارة) كعنصر استشعار درجة الحرارة، يمكن تقليل هذا التأثير. هنا، يحل جسر مستشعر الضغط محل الثرمستور (مقاوم يستخدم لقياس تغيرات درجة الحرارة) المستخدم عادة في الدائرة، مما يشكل بشكل فعال جسر ويتستون. يتمتع جسر المستشعر بمعامل درجة حرارة موجب (TCR) مرتفع نسبيًا، لذا فإن الزيادة في درجة الحرارة ستؤدي تدريجيًا إلى جعل جهد خرج الإشارة (Vt) لجزء مراقبة درجة الحرارة في الدائرة يظهر تغييرًا سلبيًا. يعد تغيير Vt بالنسبة إلى جهد المرجع (Vref) في الواقع قياسًا فعالًا لدرجة حرارة المستشعر نفسه. تستخدم إلكترونيات النظام هذا القياس كمرجع معايرة درجة الحرارة لمستشعر الضغط. نظرًا لعدم وجود حاجة إلى الاعتماد على مستشعر درجة حرارة خارجي، فلا يوجد تدرج في درجة الحرارة في النظام، وبالتالي يتم القضاء على ما يسمى بظاهرة الانحراف قبل التسخين. والأكثر إمتاعًا، من خلال الجمع بين تقنيات تنظيم الطاقة وتعويض درجة الحرارة، يمكن القضاء على تأثير الانحراف قبل التسخين بالكامل تقريبًا.
