nouvelles de l'entreprise Comment réduire la dérive de préchauffage des capteurs de pression

Le phénomène de dérive thermique des capteurs de pression peut provoquer des fluctuations de lecture jusqu'à ce que le système atteigne la température de fonctionnement. Cette situation a généralement peu d'impact. Cependant, dans les équipements médicaux tels que les ventilateurs d'hôpitaux, les appareils de test de la fonction pulmonaire et les moniteurs néonataux qui nécessitent une haute précision continue, cette dérive thermique est inacceptable. L'examen du capteur de pression piézorésistif de base permet de comprendre l'impact de la dérive au préchauffage.

Ce capteur est constitué d'un corps principal (c'est-à-dire la "puce") et d'une fine membrane en silicium avec quatre structures de torsion piézorésistives à sa surface. Les éléments piézorésistifs modifient leurs valeurs de résistance avec les changements de contrainte, et ils sont généralement disposés en structure de pont et installés avec précision sur la surface de la membrane pour améliorer la réponse à la déformation de la membrane. Cette conception peut améliorer efficacement la sensibilité de la réponse lorsque la différence de pression des deux côtés de la membrane change.

Il existe deux sources principales de dérive au préchauffage dans les capteurs de pression de base. L'une est le décalage au préchauffage de l'élément de détection. Lorsque le système atteint la température de fonctionnement, le tube, la température de surface et les points chauds qui en résultent (contribution de surface) provoquent un déséquilibre dans le pont de résistance sur la puce et la surface de la membrane. L'élévation de température de l'élément de détection de résistance est proportionnelle à la puissance dissipée et donc proportionnelle au carré de la tension d'excitation du capteur (ΔTαV2).

Par conséquent, lorsque la tension d'excitation est divisée par deux, l'élévation de température de l'élément de détection sera réduite d'un quart, réduisant ainsi la condition de surface de préchauffage de quatre fois. Étant donné que le niveau de signal du capteur sera également réduit d'un quart dans les deux cas (avec la tension d'alimentation réduite), l'effet global est de réduire de moitié l'erreur de préchauffage due à la contribution de surface. Cependant, la réduction de l'alimentation du capteur aura un effet négatif sur le niveau de bruit électronique du système.

Une autre solution privilégiée consiste à ajuster la tension d'alimentation du capteur en fonction des exigences de la bande passante du système. Plus précisément, le capteur n'est alimenté que lorsque cela est nécessaire. Cette conception ajuste le temps de mise sous tension du capteur au cycle de service moyen (c'est-à-dire le cycle de fonctionnement), supprimant efficacement le phénomène de dérive thermique au démarrage. Bien que le mécanisme de mise en œuvre de cette méthode soit légèrement plus complexe, elle offre d'excellentes performances sans affecter le niveau de bruit du système.

Ici, la période p entre les impulsions d'alimentation de l'application fait référence au temps pendant lequel l'alimentation est coupée plus le temps pendant lequel l'alimentation est allumée. C'est le temps nécessaire pour que tous les signaux se stabilisent et que le capteur prenne des mesures.

Par exemple, considérez un appareil qui doit prendre des mesures toutes les 500 ms, avec un temps de stabilisation de 4 ms et un temps d'acquisition du signal de 1 ms. Par rapport à un système non modulé, la puissance moyenne du capteur n'est que de 1 % de la puissance appliquée ((1 ms + 4 ms) / 500 ms). Bien sûr, cette période dépend des exigences d'échantillonnage de l'application. En raison de l'influence des charges de surface, la constance de p et du temps t est très importante. Cependant, compte tenu des avantages de la régulation de l'alimentation du capteur, il s'agit d'une limitation secondaire.

Technologie de compensation de température

Une autre cause fondamentale de la dérive au préchauffage est en fait plus liée aux caractéristiques de détection, qui est étroitement liée à la technologie de compensation de température du système. Ces systèmes sont généralement équipés de capteurs de température externes pour calibrer le capteur de pression afin d'éliminer l'influence de la température. Dans un système à double capteur, un gradient de température sera généré entre le dispositif externe et la surface de la membrane. Le temps nécessaire à la stabilisation de ce gradient de température sera perçu comme le phénomène de dérive au préchauffage.

En utilisant la résistance du capteur (la résistance du pont qui varie avec la température) comme élément de détection de température, cette influence peut être minimisée. Ici, le pont du capteur de pression remplace la thermistance (une résistance utilisée pour mesurer les variations de température) généralement utilisée dans le circuit, formant efficacement un pont de Wheatstone. Le pont du capteur a un coefficient de température positif (TCR) relativement élevé, de sorte qu'une augmentation de la température provoquera progressivement une modification négative de la tension de sortie du signal (Vt) de la partie de surveillance de la température du circuit. La variation de Vt par rapport à la tension de référence (Vref) est en fait une mesure efficace de la température du capteur lui-même. L'électronique du système utilise cette mesure comme référence de température d'étalonnage pour le capteur de pression. Puisqu'il n'est pas nécessaire de s'appuyer sur un capteur de température externe, il n'y a pas de gradient de température dans le système, éliminant ainsi le soi-disant phénomène de dérive au préchauffage. Encore plus agréable, en combinant la régulation de l'alimentation et les techniques de compensation de température, l'influence de la dérive au préchauffage peut être presque complètement éliminée.