Долговременная стабильность датчиков давления

Такие факторы как температура и механическое напряжение могут снижать долговременную стабильность датчиков давления. Минимизировать их воздействие помогает тщательное тестирование приборов во время производства.

Производители обычно указывают в технических паспортах значения долговременной стабильности своих датчиков давления. Эти данные определяются в лабораторных условиях и относятся к ожидаемому максимальному изменению нулевой точки и выходного диапазона в течение года. Например, долгосрочная стабильность <0,1% от полной шкалы означает, что общая погрешность датчика давления может ухудшиться на 0,1% от общей шкалы в течение одного года.

Датчикам давления обычно требуется некоторое время на адаптацию. Основными факторами здесь являются нулевая точка и чувствительность (выходной сигнал). Пользователи обычно замечают смещение нулевой точки, поскольку это легко распознать и отрегулировать.

Как повысить долговременную стабильность?

Оптимальная долгосрочная стабильность означает, что в течение срока службы продукта происходят только незначительные сдвиги. Это возможно если правильно выбран основной элемент ― сенсорный чип.

Высококачественный датчик давления ― лучшая гарантия оптимальной долгосрочной функциональности. В случае с пьезорезистивными приборами речь идет о кремниевом чипе на основе моста Уитстона. Фундамент стабильности закладывается уже в начале производственного процесса датчиков, поэтому крайне важно выбрать высококачественный кремниевый чип.

Не меньшее значение имеет и сборка датчика. Кремниевый чип вклеивается в корпус. Под воздействием температуры и других факторов приклеенный чип может перемещаться, создавая механическое напряжение. Как следствие - все более неточные результаты измерений.

Практика показала, что новому датчику требуется некоторое время для стабилизации, особенно в первый год работы. Чем старше датчик, тем он стабильнее. Чтобы свести к минимуму нежелательные изменения и лучше оценить датчик, производитель проводит тестирование приборов.

Тщательность этого процесса зависит от производителя. Компания STS для стабилизации новых датчиков давления обрабатывает их термически более недели (форма искусственного старения). Это позволяет сразу выявить сдвиг, который возможен в течение первого года эксплуатации.

Фото 1: термальная обработка измерительных ячеек пьезорезистивного датчика давления

Дальнейшие испытания позволяют оценить поведение отдельного датчика при различных температурах, а также воздействием предполагаемого избыточного давления в течение довольно длительного периода. Эти эксперименты выявляют характеристики каждого отдельного датчика. Что необходимо для формирования документального заявления о поведении измерительного прибора при различных температурах окружающей среды (температурная компенсация).

Таким образом можно сделать вывод: долгосрочная стабильность во многом зависит от качества продукции. Конечно, регулярные калибровки и корректировки помогут исправить различные сдвиги. Но большинстве случае можно обойтись без них: правильно изготовленные датчики будут работать очень долго.

Насколько важная долговременная стабильность?

Все зависит от сферы применения. Долговременная стабильность безусловно значима в диапазонах низкого давления. С одной стороны, из-за внешних воздействий на сигнал. Небольшие изменения в механическом напряжении чипа оказывают большее влияние на точность результатов измерений. Кроме того, датчики давления для сфер применения с низким давлением, основаны на кремниевом чипе, толщина мембраны которого зачастую меньше 10 мкм. Поэтому здесь требуется особая осторожность при сборке.