noticias de la compañía sobre Cómo minimizar la deriva de precalentamiento de los sensores de presión

El fenómeno de deriva de temperatura de los sensores de presión puede causar fluctuaciones en la lectura hasta que el sistema alcanza la temperatura de funcionamiento. Esta situación generalmente tiene poco impacto. Sin embargo, en equipos médicos como ventiladores de hospital, dispositivos de prueba de función pulmonar y monitores neonatales que requieren alta precisión continua, esta deriva de temperatura es inaceptable. La comprobación del sensor de presión piezorresistivo básico ayuda a comprender el impacto de la deriva de precalentamiento.

Este sensor consta de un cuerpo principal (es decir, el "chip") y un diafragma de silicio delgado con cuatro estructuras de torsión piezorresistivas en su superficie. Los elementos piezorresistivos cambian sus valores de resistencia con los cambios de tensión, y generalmente están dispuestos en una estructura de puente e instalados con precisión en la superficie del diafragma para mejorar la respuesta a la deformación del diafragma. Este diseño puede mejorar eficazmente la sensibilidad de respuesta cuando cambia la diferencia de presión en ambos lados del diafragma.

Hay dos fuentes principales de deriva de precalentamiento en los sensores de presión básicos. Una es la compensación de precalentamiento del elemento sensor. Cuando el sistema alcanza la temperatura de funcionamiento, el tubo, la temperatura de la superficie y los puntos calientes resultantes (contribución de la superficie) causan un desequilibrio en el puente de resistencia en la superficie del chip y el diafragma. El aumento de temperatura del elemento sensor de resistencia es proporcional a la potencia disipada y, por lo tanto, proporcional al cuadrado del voltaje de excitación del sensor (ΔTαV2).

Por lo tanto, cuando el voltaje de excitación se reduce a la mitad, el aumento de temperatura del elemento sensor se reducirá en una cuarta parte, reduciendo así la condición de precalentamiento de la superficie en cuatro veces. Dado que el nivel de señal del sensor también se reducirá en una cuarta parte en ambos casos (con la reducción del voltaje de alimentación), el efecto general es reducir el error de precalentamiento debido a la contribución de la superficie a la mitad. Sin embargo, reducir la fuente de alimentación del sensor tendrá un efecto adverso en el nivel de ruido electrónico del sistema.

Otra solución preferida es ajustar el voltaje de alimentación del sensor de acuerdo con los requisitos de ancho de banda del sistema. Específicamente, el sensor se alimenta solo cuando es necesario. Este diseño ajusta el tiempo de encendido del sensor al ciclo de trabajo promedio (es decir, el ciclo de trabajo), suprimiendo eficazmente el fenómeno de deriva de arranque térmico. Aunque el mecanismo de implementación de este método es ligeramente más complejo, ofrece un rendimiento excelente sin afectar el nivel de ruido del sistema.

Aquí, el período p entre los pulsos de potencia de la aplicación se refiere al tiempo en que la alimentación está apagada más el tiempo en que la alimentación está encendida. Este es el tiempo requerido para que todas las señales se estabilicen y para que el sensor tome lecturas.

Por ejemplo, considere un dispositivo que necesita tomar lecturas cada 500 ms, con un tiempo de estabilización de 4 ms y un tiempo de adquisición de señal de 1 ms. En comparación con un sistema no modulado, la potencia promedio del sensor es solo el 1% de la potencia aplicada ((1 ms + 4 ms) / 500 ms). Por supuesto, este período de tiempo depende de los requisitos de muestreo de la aplicación. Debido a la influencia de las cargas superficiales, la constancia de p y el tiempo t es muy importante. Sin embargo, considerando los beneficios de regular la fuente de alimentación del sensor, esta es una limitación secundaria.

Tecnología de compensación de temperatura

Otra causa fundamental de la deriva de precalentamiento está en realidad más relacionada con las características de detección, que está estrechamente relacionada con la tecnología de compensación de temperatura del sistema. Dichos sistemas suelen estar equipados con sensores de temperatura externos para calibrar el sensor de presión para eliminar la influencia de la temperatura. En un sistema de doble sensor, se generará un gradiente de temperatura entre el dispositivo externo y la superficie del diafragma. El tiempo requerido para que este gradiente de temperatura se estabilice se percibirá como el fenómeno de deriva de precalentamiento.

Al usar la resistencia del sensor (la resistencia del puente que varía con la temperatura) como el elemento de detección de temperatura, esta influencia se puede minimizar. Aquí, el puente del sensor de presión reemplaza al termistor (una resistencia utilizada para medir los cambios de temperatura) que se usa típicamente en el circuito, formando efectivamente un puente de Wheatstone. El puente del sensor tiene un coeficiente de temperatura positivo (TCR) relativamente alto, por lo que un aumento de temperatura hará que el voltaje de salida de la señal (Vt) de la parte de monitoreo de temperatura del circuito muestre gradualmente un cambio negativo. El cambio de Vt en relación con el voltaje de referencia (Vref) es en realidad una medición efectiva de la temperatura del sensor en sí. La electrónica del sistema utiliza esta medición como la referencia de temperatura de calibración para el sensor de presión. Dado que no hay necesidad de depender de un sensor de temperatura externo, no hay gradiente de temperatura en el sistema, eliminando así el llamado fenómeno de deriva de precalentamiento. Aún más agradable, al combinar las técnicas de regulación de potencia y compensación de temperatura, la influencia de la deriva de precalentamiento se puede eliminar casi por completo.