説明
電解チルトセンサは流体デバイスであるため、その出力は温度変化の影響を受けやすい。このアプリケーションノートの目的は、電解チルトセンサーの出力を温度補正することで、最高精度の角度計測を実現する方法を説明することです。
温度補償
電解傾斜センサの温度補償には2つの成分があります。
- ヌル温度補償
- スケール（または感度）温度補正
ヌル温度補正はヌル温度係数を用いて行われます。これはセンサーごとに異なるため、各センサーごとに個別に校正する必要があります。この係数の単位は、出力のタイプによって異なります。例えば、いくつかのセンサーは0～5Vのアナログ出力を持っていますが、他のセンサーは現在の傾斜角度のASCII 10進数出力を持っています。
スケール温度補正は、スケール温度係数を用いて行われます。これは、同じタイプのすべてのセンサ間で均一な係数です。これは、度Cまたは%/°Cあたりの出力のパーセンテージの単位を持っています。
温度補償のために他に必要なのは、現在の温度を読み取る機能だけです。この機能は、マイクロチップ社のMCP9700を使用することにより、すべてのTFCシグナルコンディショナー回路で使用することができます。
ヌル温度補償
ヌル温度補正を行うためには、まずヌル温度係数を計算する必要があります（係数はセンサごとに異なるため、TFCでは提供できません）。これは、センサーを希望の範囲で温度サイクルさせ、センサーがヌル（傾き0°）で静止している間に出力を記録することで達成されます。TFCでは通常、-20°C、+20°C、+50°Cの3点校正を行います。
ここでは、16 ビット（0～65535）出力の TFC デジタル信号コンディショナで駆動される 0717-4318-99 TFC 広範囲 2 軸傾斜センサが +20°C でヌル状態にあるとします。読み取りを行い、以下の出力を記録します。
20°Cでの出力 = 32768
その後、温度を-20℃まで下げ、センサーが周囲温度に達するようにします。もう一度測定を行い、以下の出力を記録します。
出力 @ -20°C = 32738
その後、温度を+50°Cまで上昇させ、再びセンサーが周囲温度に達するようにします。再び測定を行い、以下の出力を記録します。
50℃での出力 = 32798
これで、次の式を用いて、-20°Cと+20°Cの間の温度についての温度係数と、+20°Cと+50°Cの間の温度についての別の温度係数を計算することができるようになりました。
温度係数＝（２０℃での出力-現在の温度での出力）／（２０-現在の温度
上記の例の計算を完了すると、以下の2つの温度係数が得られます。
20℃～+20℃の温度係数＝(32768 - 32738)/(20℃-(-20℃)) = 30/40 = 0.75カウント/°C
20℃～50℃の間の温度係数＝(32768 - 32798)/(20℃～50℃) = (-30)/(-30) = 1カウント/℃
ヌル温度係数が計算されたら、次の式と共に係数を使用することでヌル温度補正を行うことができます。
ヌル補償出力＝（20-電流温度）＊（ヌル温度係数）＋電流出力
40℃の温度で出力が35000を読み取る未知の位置に上記の同じセンサーがあるとします。補正された出力の式を使用して、以下の計算を完了させることができます。
補償出力 = (20℃-40℃)*(1カウント/℃) + 35000 = -20 + 35000 = 34980
温度によるヌルオフセットが補正されていないと、センサの全範囲にわたってオフセットが発生し、その結果誤差が生じることに注意することが重要です。
スケール温度補償
スケール温度補正は、TFCが提供するスケール温度係数を次の式に沿って使用することで実現することができます。
スケール補償出力=1.5倍
(電流出力)*(20-電流温度)*(-スケール温度係数)+電流出力
0703-1602-99 TFCミッドレンジ単軸電解傾斜センサがあるとします。このセンサのスケール温度係数は 0.075%/℃です。さて、現在のセンサ出力が-20°Cの温度で5°の傾きであると仮定してみましょう。
(5°傾斜)*(20°C - (-20°C))*(-0.00075) = (5°傾斜)*(40°C)*(-0.00075) = -0.15°傾斜
5°チルト＋（-0.15°チルト）＝4.85°チルト
4.85°は温度補正された角度位置測定です。
ここにもう一つの例があります。今回は、温度40℃で電流センサの出力が-5°傾斜しているとします。
(-5°傾斜)*(20°C - 40°C)*(-0.00075) = (-5°傾斜)*(-20°C)*(-0.00075) = -0.075°傾斜
-5度の傾き＋（-0.075度の傾き）＝-5.075度の傾き
従って、-5.075°は温度補正された角度位置測定です。
スケール温度補償の計算を行う際には、現在の出力の符号に注意することが重要です。0～65535の16ビット出力を持つTFCシグナルコンディショニングボードを使用している場合、この出力はまず0が中間点になるようにシフトする必要があります（これは32768を引くことで簡単に実現できます）。
完全な温度補償
温度補償を適切に適用するためには、温度補償の両方のコンポーネントを使用する必要があります。
を合わせて使用します。これは、ヌル補償出力を使用してスケール補償出力を計算することによって行われます。
補償出力
= (ヌル補償出力 * (20 - 電流温度) * -スケール係数)
+ ヌル補償出力
ヌル温度補償の例と同じ 0717-4318-99 二軸センサがあるとします。
上の図を参照してください。40℃の温度でセンサを未知の位置に保持した場合、ヌル補正された出力は 34890 であったことを思い出してください。この測定の温度補償は、スケール温度補償を適用して終わりにしましょう。
まず、生の値をずらして、スケール温度係数が正しく計算されているかどうかを確認します。
34890 − 32768 = 2122
0717-4318-99のスケール温度係数は0.1%/℃です。これとヌル補償出力を使用すると
上述のようにスケール温度補正を適用します。
2122 * (20℃ – 40℃) * 0.001 = 2122 * -20℃ * -0.001 = 42.44
補償出力 = 2122 + 42.44 = 2164.44 = 2164
最後に、先ほど引いたオフセットに加算して、最終的な符号なし 16 ビットの結果を得ます。
2164 + 32768 = 34932
計算では、温度補償の両方のコンポーネントを使用するようにすることが重要です。のみを使用する場合
1つのコンポーネントが予測できない結果をもたらすことがあり、その結果、測定が補償されていない出力よりも精度が低くなることがあります。