AN 1001: Температурная компенсация электролитических датчиков наклона

Описание

Электролитические датчики наклона - это устройства на основе жидкости, поэтому их выходной сигнал чувствителен к изменениям температуры. Цель данного руководства по применению - объяснить, как можно обеспечить температурную компенсацию выходного сигнала электролитического датчика наклона для получения максимально точных угловых измерений.

Температурная компенсация

Существует два компонента для температурной компенсации электролитического датчика наклона:

  1. Температурная компенсация Null
  2. Температурная компенсация по шкале (или чувствительности)

Температурная компенсация нуля выполняется с нулевым температурным коэффициентом. Этот коэффициент варьируется от датчика к датчику и поэтому должен калиброваться индивидуально для каждого датчика. Единицы этого коэффициента будут варьироваться в зависимости от типа выхода. Например, некоторые датчики имеют аналоговый выход 0-5 В, в то время как другие будут иметь десятичный ASCII выход текущего угла наклона.

Температурная компенсация по шкале осуществляется с помощью температурного коэффициента шкалы. Этот коэффициент является единообразным для всех датчиков одного типа. Он имеет единицы измерения в процентах от выходного сигнала на градус С или %/°C.

Единственным требованием для температурной компенсации является возможность считывания текущей температуры. Эта функция доступна во всех схемах кондиционеров сигналов TFC благодаря использованию MCP9700 от Microchip.

Температурная компенсация корпуса

Для того чтобы выполнить нулевую температурную компенсацию, сначала необходимо вычислить нулевой температурный коэффициент (так как коэффициент изменяется для каждого отдельного датчика, TFC не может его обеспечить). Это достигается путем циклического изменения температуры датчика в желаемом диапазоне и регистрации выхода в то время, когда датчик остается неподвижным при нулевой температуре (0° наклон). При TFC обычно выполняется 3-х точечная калибровка при -20° C, +20° C и +50° C.

Допустим, у нас 0717-4318-99 TFC широкополосный двухосный датчик наклона, находящийся в нулевой точке при +20°С, управляемый TFC-усилителем цифрового сигнала с 16-битным (от 0 до 65535) выходным сигналом. Мы снимаем показания и записываем следующий выход:

Выход при +20° C = 32768

Затем мы снижаем температуру до -20° C и позволяем датчику достичь температуры окружающей среды. Мы снимаем еще одно показание и записываем следующий вывод:

Выход при -20° C = 32738

Затем мы повышаем температуру до +50°С и снова позволяем датчику достичь температуры окружающей среды. Мы снимаем еще одно показание и записываем следующий вывод:

Выход при +50° C = 32798

Теперь мы можем вычислить температурный коэффициент для температур от -20° C до +20° C, а другой коэффициент для температур от +20° C до +50° C, используя следующую формулу:

Температурный коэффициент = (выход при 20°С - выход при текущей температуре)/(20 - текущая температура).

Завершая расчеты для приведенного выше примера, мы находим следующие два температурных коэффициента:

Температурный коэффициент между -20° C и +20° C = (32768 - 32738)/ (20° C - (-20° C)) = 30/40 = 0,75 отсчётов/С.
Температурный коэффициент между +20° C и +50° C = (32768 - 32798)/(20° C - 50° C) = (-30)/(-30) = 1 градус/С.

После вычисления нулевых температурных коэффициентов нулевая температурная компенсация может быть достигнута с помощью коэффициентов вместе со следующей формулой:

Нулевой компенсированный выход = (20 - токовая температура)*(нулевой температурный коэффициент) + токовый выход

Предположим, что у нас один и тот же датчик выше в неизвестном месте, где его выход считывает 35000 при температуре +40°С. Мы можем использовать формулу для компенсированного выхода, чтобы завершить следующие вычисления:

Компенсируемый выход = (20°С - 40°С)*(1 счетчик/°C) + 35000 = -20 + 35000 = 34980

Важно отметить, что нулевое смещение, обусловленное температурой, приведет к смещению, а, следовательно, и к ошибке во всем диапазоне датчика, если оно не будет компенсировано.

Температурная компенсация накипи

Температурная компенсация накипи может быть достигнута с помощью температурного коэффициента накипи, предоставляемого TFC вместе со следующей формулой:

Масштабный компенсированный выход =
(токовый выход)*(20 - токовая температура)*(-шкальный температурный коэффициент) + токовый выход

Допустим, у нас есть одноосный электролитический датчик наклона 0703-1602-99 TFC среднего диапазона. Этот датчик имеет температурный коэффициент шкалы 0.075%/°C. Теперь допустим, что выход датчика тока имеет наклон 5° при температуре -20° C. Затем можно использовать приведенную выше формулу для завершения следующих вычислений:

(5° наклон)*(20° C - (-20° C))*(-0.00075) = (5° наклон)*(40° C)*(-0.00075) = -0.15° наклона
5° наклон + (-0.15° наклон) = 4.85° наклон

Таким образом, 4,85° - это компенсированное температурой измерение углового положения.

Вот еще один пример. На этот раз предположим, что выход датчика тока имеет наклон -5° при температуре 40°С:

(-5° наклон)*(20° C - 40° C)*(-0.00075) = (-5° наклон)*(-20° C)*(-0.00075) = -0.075° наклона
-5° наклон + (-0.075° наклон) = -5.075° наклон

Таким образом, измерение углового положения с температурной компенсацией -5,075°.

При вычислениях для температурной компенсации масштаба важно помнить о знаке токового выхода. Если вы используете плату формирования сигнала TFC, которая имеет 16-битный выход от 0 до 65535, то этот выход сначала нужно будет сдвинуть таким образом, чтобы 0 была средней точкой (это легко сделать, вычитая 32768).

Полная температурная компенсация

Для правильного применения температурной компенсации необходимо использовать обе составляющие температурной компенсации.
вместе. Это делается с помощью выхода с нулевой компенсацией для расчета выхода с масштабной компенсацией:

Компенсированный выход

= (нулевой компенсированный выход * (20 - текущая температура) * - масштабный коэффициент)

+ нулевой компенсированный выход

Предположим, что у нас один и тот же двухосевой датчик 0717-4318-99 из примера нулевой температурной компенсации
наверху. Напомним, что когда датчик удерживался в неизвестном положении при температуре +40°C, нулевой компенсированный выход составлял 34890. Завершим температурную компенсацию этого измерения, применив температурную компенсацию по шкале.

Сначала мы должны сдвинуть исходное значение, чтобы убедиться, что масштабный температурный коэффициент вычислен правильно:

34890 − 32768 = 2122

Модель 0717-4318-99 имеет температурный коэффициент по шкале 0,1%/°C. Используя это и нулевой компенсированный выход, мы можем
Теперь применяйте температурную компенсацию по шкале, как описано выше:

2122 * (20℃ – 40℃) * 0.001 = 2122 * -20℃ * -0.001 = 42.44
Компенсированный выход = 2122 + 42,44 = 2164,44 = 2164

Наконец, мы добавляем обратно к смещению, которое мы вычитали ранее, чтобы получить наш окончательный, беззнаковый 16-битный результат.

2164 + 32768 = 34932

Важно убедиться, что вы используете оба компонента температурной компенсации в своих расчетах. Используя только
один компонент может иметь непредсказуемые результаты, что иногда приводит к тому, что измерение становится менее точным, чем некомпенсированный выход.