Description
Les capteurs d'inclinaison électrolytiques sont des dispositifs à base de fluide, ce qui rend leur sortie sensible aux variations de température. L'objectif de cette note d'application est d'expliquer comment la compensation en température de la sortie du capteur d'inclinaison électrolytique peut être réalisée pour produire une mesure angulaire de la plus haute précision.
Compensation de température
La compensation de température d'un capteur d'inclinaison électrolytique comporte deux éléments :
- Compensation de température nulle
- Compensation de la température de l'échelle (ou de la sensibilité)
La compensation de la température nulle est réalisée avec un coefficient de température nul. C'est un facteur qui varie d'un capteur à l'autre et qui doit donc être calibré individuellement pour chaque capteur. Les unités de ce facteur varient en fonction du type de sortie. Par exemple, certains capteurs ont une sortie analogique de 0 à 5 V alors que d'autres auront une sortie décimale ASCII de l'angle d'inclinaison actuel.
La compensation de la température de l'échelle est réalisée à l'aide d'un coefficient de température de l'échelle. C'est un facteur qui est uniforme entre tous les capteurs du même type. Il est exprimé en pourcentage de la sortie par degré C ou en %/°C.
La seule autre exigence pour la compensation de température est la capacité de lire la température actuelle. Cette fonction est disponible sur tous les circuits conditionneurs de signaux TFC grâce à l'utilisation du MCP9700 de Microchip.
Compensation de température nulle
Afin d'obtenir une compensation de température nulle, il faut d'abord calculer un coefficient de température nul (parce que le coefficient varie pour chaque capteur individuel, le TFC ne peut pas le fournir). Pour ce faire, il faut faire tourner le capteur dans la plage souhaitée et enregistrer la sortie pendant que le capteur reste immobile à zéro (inclinaison de 0°). Au TFC, nous effectuons généralement un étalonnage en 3 points à -20° C, +20° C et +50° C.
Supposons que nous ayons un capteur d'inclinaison à deux axes 0717-4318-99 TFC à large plage de mesure, situé à zéro à +20° C et piloté par un conditionneur de signal numérique TFC avec une sortie de 16 bits (0 à 65535). Nous effectuons une lecture et enregistrons la sortie suivante :
Production à +20° C = 32768
Nous réduisons ensuite la température à -20° C et laissons le capteur atteindre la température ambiante. Nous effectuons une nouvelle lecture et enregistrons la sortie suivante :
Production à -20° C = 32738
Nous augmentons ensuite la température jusqu'à +50° C et laissons à nouveau le capteur atteindre la température ambiante. Nous effectuons une nouvelle lecture et enregistrons la sortie suivante :
Production à +50° C = 32798
Nous pouvons maintenant calculer un coefficient de température pour les températures comprises entre -20° C et +20° C et un autre pour les températures comprises entre +20° C et +50° C en utilisant la formule suivante :
Coefficient de température = (sortie à 20° C - sortie à la température actuelle)/(20 - température actuelle)
En complétant les calculs pour l'exemple ci-dessus, nous trouvons les deux coefficients de température suivants :
Coefficient de température entre -20° C et +20° C = (32768 - 32738)/ (20° C - (-20° C)) = 30/40 = 0,75 points/°C
Coefficient de température entre +20° C et +50° C = (32768 - 32798)/(20° C - 50° C) = (-30)/(-30) = 1 compte/°C
Une fois les coefficients de température nuls calculés, la compensation de température nulle peut être obtenue en utilisant les coefficients avec la formule suivante :
Sortie compensée nulle = (20 - température actuelle)*(coefficient de température nul) + sortie actuelle
Supposons que nous ayons le même capteur ci-dessus à un endroit inconnu où sa sortie indique 35000 à une température de +40°C. Nous pouvons utiliser la formule de la sortie compensée pour effectuer les calculs suivants :
Sortie compensée = (20° C - 40° C)*(1 compte/°C) + 35000 = -20 + 35000 = 34980
Il est important de noter que le décalage nul dû à la température produira un décalage, et donc une erreur, sur toute la gamme du capteur s'il n'est pas compensé.
Compensation de la température de l'échelle
La compensation de la température d'échelle peut être obtenue en utilisant le coefficient de température d'échelle fourni par le TFC avec la formule suivante :
Production compensée par l'échelle =
(sortie de courant)*(20 - température actuelle)*(- coefficient de température de l'échelle) + sortie de courant
Supposons que nous disposions d'un capteur d'inclinaison électrolytique à axe unique 0703-1602-99 TFC de milieu de gamme. Ce capteur a un coefficient de température d'échelle de 0,075%/°C. Supposons maintenant que la sortie actuelle du capteur est une inclinaison de 5° à une température de -20° C. Nous pouvons alors utiliser la formule ci-dessus pour effectuer les calculs suivants :
(inclinaison de 5°)*(20° C - (-20° C))*(-0,00075) = (inclinaison de 5°)*(40° C)*(-0,00075) = -0,15° d'inclinaison
5° d'inclinaison + (-0,15° d'inclinaison) = 4,85° d'inclinaison
4,85° est donc votre mesure de position angulaire compensée en température.
Voici un autre exemple. Cette fois, supposons que la sortie actuelle du capteur est une inclinaison de -5° à une température de 40° C :
(-5° d'inclinaison)*(20° C - 40° C)*(-0.00075) = (-5° d'inclinaison)*(-20° C)*(-0.00075) = -0.075° d'inclinaison
-5° d'inclinaison + (-0,075° d'inclinaison) = -5,075° d'inclinaison
-5,075° est donc votre mesure de position angulaire compensée en température.
Il est important de garder à l'esprit le signe de la sortie de courant lorsque l'on fait des calculs pour la compensation de température de l'échelle. Si vous utilisez une carte de conditionnement du signal TFC qui a une sortie 16 bits de 0 à 65535, cette sortie devra d'abord être décalée de sorte que 0 soit le point médian (ceci est facilement réalisable en soustrayant 32768).
Compensation complète de la température
Pour appliquer correctement la compensation de température, il est nécessaire d'utiliser les deux composantes de la compensation de température
ensemble. Cela se fait en utilisant la sortie compensée nulle pour calculer la sortie compensée à l'échelle :
Production compensée
= (sortie compensée nulle * (20 - température actuelle) * - coefficient d'échelle)
+ sortie compensée nulle
Supposons que nous ayons le même capteur à deux axes 0717-4318-99 de l'exemple de compensation de température nulle
ci-dessus. Rappelons que lorsque le capteur était maintenu dans une position inconnue à une température de +40°C, la sortie compensée nulle était de 34890. Finissons la compensation de température de cette mesure en appliquant la compensation de température de l'échelle.
Tout d'abord, nous devons déplacer la valeur brute pour nous assurer que le coefficient de température de l'échelle est calculé correctement :
34890 − 32768 = 2122
Le 0717-4318-99 a un coefficient de température d'échelle de 0,1 %/°C. En utilisant ce coefficient et la sortie à compensation nulle, nous pouvons
appliquent maintenant la compensation de température de l'échelle comme décrit ci-dessus :
2122 * (20℃ – 40℃) * 0.001 = 2122 * -20℃ * -0.001 = 42.44
Production compensée = 2122 + 42,44 = 2164,44 = 2164
Enfin, nous ajoutons à la compensation que nous avons soustraite précédemment pour obtenir notre résultat final, non signé, en 16 bits.
2164 + 32768 = 34932
Il est important de s'assurer que vous utilisez les deux composantes de la compensation de température dans vos calculs. En utilisant uniquement
une composante peut avoir des résultats imprévisibles, ce qui fait que la mesure devient parfois moins précise que la sortie non compensée.