在使用传感器的过程中,由于敏感元件的输出信号通常较为微弱,需要经过放大处理。这一过程往往会引入误差,进而影响测量精度。本文列举并分析了一些在信号调理环节中容易导致误差的原因。
北京盛思瑞特公司代理经销多种品牌、多门类的传感器,涵盖HONEYWELL、TE、SMI、HYB、PNI、ISENTEK、SENSIRION等品牌,产品类型包括温湿度、压力、磁力计、加速度、霍尔IC等。在使用传感器的过程中,由于敏感元件的输出信号通常较为微弱,需要经过放大处理。这一过程往往会引入误差,进而影响测量精度。本文列举并分析了一些在信号调理环节中容易导致误差的原因。
传感接头安装在小型金属外壳中。这样便可提高测量轴承中接触点温度变化的准确性和灵敏度。传感器可轻松安装在空间有限的位置,并且可以钻孔布设。K型比例系数为每度大约40uV,而S型的输出大约为每度10uV。在使用热电偶时还会遇到其它电路问题,如热电偶的连接需要保护电路等。在使用K型的情况下,在1250度范围内获得±1.1℃的测量精度,误差包括运算放大器的输入漂移和0.25至0.5℃的热电偶非线性误差。
另外在小信号处理电路中,由放大器带来的噪声是不可避免的,事实上这将决定系统可能实现的最佳信噪比。
误差影响因素
典型的误差影响因素包括参考电压误差、放大器误差、传感器误差以及噪声对测量精度的影响。
(1) 参考电压误差
参考电压是用来与实际测量值进行比较的,因此这个参考电压的实际值非常重要,需要对参考电压进行周期性校准或软件校准以修正这个基本的测量误差。而且,精心设计的参考电压可以用来最大限度地减少由于温度造成的漂移。在0℃至25℃的条件下,一个100ppm/℃的温度系数的误差会到2500ppm,或满量程范围的0.25%。
(2) 放大器误差
运算放大器因其失调零漂等原因,会引入误差。传感器信号输入运算放大器即会影响测量精度。如压力传感器,以压力传感器为例,一个20mV的满量程信号将会有5%偏移,即1mV输入偏置电压。这个输入偏置误差可以直接降低测量精度,用足够动态范围的A/D转换器就可能利用软件消除这个误差。
下图是TE MS5525的框图,比例放大模拟输出,用足够动态范围的A/D转换器。

(3) 传感器误差
传感器因为加工工艺的原因,不可能达到理想状态,会产生误差。修正传感器误差可能很困难。如压力传感器,即使在生产过程中进行线性校准,但是应用中不同设备之间的输出比例系数的变化量仍然很高。压力传感器的参考电压通常是由激励产生的,通过惠斯顿电桥产生一种比例式测量方法,该方法可一定程度消除漂移误差,但由于电桥之间不可能完全对称,故仍然会有偏置电压产生。
下图是SMI SM5470低压传感器的零点偏移,其偏置误差很大程度是由电桥不对称导致。