【经验】影响传感器精度的误差分析
世强代理了多种品牌很多门类的传感器，Melexis、TE、SMI、Silicon Labs、EPSON……，涵盖了从温湿度、压力、位置、加速度、速度、角速度、电流等等，在使用传感器的过程中，通常情况下敏感元器件的输出值是比较微弱的，需要对其进行放大处理，在此过程中，不可避免会带来误差，并影响到测量精度。本文列举了一些信号调理过程中容易引入误差的原因，并进行了一些分析。
下图是TE 416系列热电偶。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。
图1 TE 416系列热电偶
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。
图2 TE MS5525框图
(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offset，其偏置误差很大程度是由电桥不对称导致。
图3 SM5470 offset
(4) 噪声影响
噪声有许多来源，包括来自附近高速数字逻辑电路、电源、风扇电机、电磁阀和射频EMI的耦合噪声。可以通过合适的接地设计、屏蔽方法和电路板布局等降低噪声。另外可以选择引入噪声最小、具有足够增益带宽的运算放大器。可根据引入的噪声大小评价运算放大器，噪声量根据对不受限制带宽(宽频带)或确定带宽上的信号的测量值来确定。
以下是TE MS4525压力传感器在5VDC测试下的噪声波形图。
图4 TE MS4525噪声波形图
图5 TE MS4525噪声换算
A/D转换器
使用A/D转换器时，背景噪声是可用测量精度的决定性因素。当一个器件的额定分辨率为24位时，由于噪声导致的局限性，通常转换器实现的实际精度更低。这里需要区分有效位和极低噪声值，有效位规格是由噪声电平RMS值计算出来的，极低噪声值则是基于峰-峰值，通常相当于统计RMS值的6.6倍之多。因此，极低噪声规格表示的是转换器的有效分辨率，在背景噪声以上LSB位依然保持稳定。还需要特别注意规格书中的限制条件，例如参考电压和输入范围可能因应用不同而异，数据手册上所承诺的与实际比值可能有相当大的差异。
运算放大器
对于放大器而言，同时实现低噪声和高增益很困难。那么就需要让放大器的噪声水平与其误差达到同样的范围。所有的半导体放大器都会有1/f噪声，也称为闪烁噪声(flicker noise)，它是由于材料而产生的一种基本现象。与频率相反，在一个特定的噪声拐点以下，噪声密度将呈指数增加，而且在低频时变得有非常大。很少有放大器能低成本地以单芯片实现这种低噪声和高增益的组合特性。
为了实现低噪声和高增益，可以设计混合的多放大器电路，采用一种具有高输入阻抗、输入纠错电路和第二个(或第三个)补偿放大器的输入放大器组合，以实现所需的增益。集中于一个参数的放大器经常在其他方面带来严重的问题。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 5
本文由溪水潺潺提供，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。
相关研发服务和供应服务
评论
全部评论（5）
-
![]()
![]()
秋风扫落叶 Lv7. 资深专家 2018-05-11不错 -
![]()
![]()
承毅 Lv8. 研究员 2018-04-08不错 -
![]()
![]()
duanmaxie Lv8. 研究员 2018-04-08不错 -
![]()
![]()
LouBing Lv7. 资深专家 2018-04-08学习了，非常有帮助 -
![]()
![]()
加油小陈 Lv8. 研究员 2018-04-08学习
相关推荐
【经验】压力传感器SM7231在管道压力监测上的设计要点分享
TE的SM7231系列低压数字传感器常用于通气设备、暖通空调等，本文将针对该系列传感器在气压监测设备设计给各位工程师做一个简单的分享。
设计经验 发布时间 : 2023-06-30
【经验】压力传感器154BSD通过I²C读取数据时出现0xFF如何解决？
压力传感器154BSD的数据时，如果读取到的数据全为0xFF如何解决？154BSD系列压力传感器是TE Connectivity的一种高性能、可靠的传感器，它采用全焊接不锈钢结构，具有良好的耐腐蚀性能，能够在恶劣的工作环境下长时间稳定工作。
设计经验 发布时间 : 2023-04-01
【经验】TE Connectivity压力传感器154BSD I2C通信注意事项
TE Connectivity推出的154BSD系列压力传感器是旗下的一种小型压阻硅压力传感器，与介质兼容，封装在316L不锈钢外壳中，支持I2C和SPI通信，可使用O形环安装。本文中将为大家介绍压力传感器154BSD的I2C通信注意事项。
设计经验 发布时间 : 2023-03-26
【选型】TE Connectivity（泰科TE）传感器选型指南
目录- 数字元件传感器和开发工具 流量传感器 力传感器 湿度传感器 液位传感器 血氧传感器 压电薄膜传感器 位置传感器 压力传感器 速率和惯性传感器 扫描阀及系统 速度传感器 温度传感器 扭矩传感器 超声波传感器 振动传感器 水位传感器
型号- 7504A,3255A,T500,1220,CD9515,DSD 25,68CM1,FS-90,1210,FS-91,4602,HTU3535PVBM,4604,7505A,AISI-304,1230,MS4525DO,DSD 17,MACRO CD375,TSYS02D,D5100,4610,MS8607,ACCUSTAR EA,EPRB,XP5,805,808,89BSD,D,E,F,T400,4630,SDT1,1240,P1200,606M1,PS2011AB,DSD 40,ELM-4000,3058A,MS5803-01BA,FMT,SIL-3,M7100,LS809-31,EGCS-D5,4332M3,TLH100,FTP520,MS54XX,EGCS-D0,ESP 64HD,XL403D,AST46HA,710,832,FN7110,834,EB,PS501,LDM-1000,U86B,DP86,52M30,PS2021AB,EV,M905,EX,720,RVIT-Z,603,LS509-51,ELM-5000,TS318-3B0814,FN4070,H005,H009,TLH,610,RCS01-10,31207B,FTP540,PML 1000,LDS309-11N,EPB-PW,735,EVS722-51,FN9630,MACRO HPGS 750,GC,FN9635,FLDT1,U7100,FTP530,85F,FN4080,AISI-400,834M1,HTU2X,ARD154,EPB,EGAXT,VS804-21,HC,65210E,EPL,7108A,86A,CLP,AST46SW,HR,MS52XX,AST4510,KMT32B,KPSI 730,750,KPSI 735,FTP560,633,634,7531A,XFTC300,Y12AD,FTP552,FTP553,FTP554,AST4401,AST4400,AST4520,KPSI 720,U5700,KPSI 600,FN4055,KPSI 601,MS5803-30BA,FTP551,31206B,FN9620,DPG,LL-01,FN7325,DPL,DPN,98RK-1,64B,40A,64C,40B,HTF3000LF,52F,3022,DSF EX-ATEX,KPSI 750,KMT37,FN3050,TPT,64X,KMT39,9916,53A,AST43LP,AST4500,KPSI 500,KPSI 501,KPSI 745,3028,GÏΜÁÐ,86BSD,8811-01,PM50,KMA36,TSYS01,LT,TSYS02,ATA-2001,KMT36H,P900,LBB,PM81,FN3030,DSD,3038,DSF,CM-01,DSH,8021-AP,8021-AR,DSL,PM83,ML,DT1,4020,TSD,6200,DSS,AST46PT,AST44LP,805M1,AST4600,DSY,TSD305,7500A,DC-SE,EGAXT3,MS5525ASO,4030,LDTC,XPM10,MS4515DO,330,MACRO HSTA/R,KPSI 710,MSP300,335,AST20HA,XS-C,XS-D,7501A,LL-10,HTU3535PVBM/WIRE,MACRO SSI/R,PT101,HTG351XCH,AST2000H2,342,KPSI 700,16HD,KPSI 705,LS304-31,LMM-H04,LMM-H03,FN3148,DSD 70,7502A,7514A,P700,4810A,CD1110,KPSI 330,8021-VP,8021-VR,KPSI 335,AST4000,EÏΜÁÐ,7135A,13,XFL212R,6000,17,LVM-110,KPSI 320,AST44XX,8711-01,121,FN3002,AST5100,LCS-03,FN3000,CS1120,R36,PCA 375,U5300,RT9,RT8,M3200,7100A,23,9400,TLH600,CPA150,27,HS1101LF,28,M210,AST20SW,KPSI 351,KPSI 353,HTU383X/WIRE,IT9000,130,KPSI 355,AST5300,AST4100,SG,CD1140,XPM4,SK,7101A,SM,FX19,MSP100,EPM-5000,SP,TPT300V,PM101,MSP340,SR,33,37,PT9000,AST45XX,KPSI 342,1201F,MT3A,ACH-01,SL-630,M5600,7102A,43,TS,EL20-S458,MS5805,XFU400,SP683,47,MS5803,MP 2000,P981,KPSI 30,HTM2500LF,CS1210,AST5400,MLP,FN1010,HTU2XF,HM1520LF,TS305-10C50,TRUBLUE 585,16MS,52,KPSI 27,MS32,KPSI 28,58,DÏΜÁÐ,MS1451,XPM6,AST46XX,ESP 32HD DTC,160,PT1,161,AST4200,PT5,DSH 16,DOG2,FX29,ESP 64HD DTC,7104A,TRUBLUE 575,FN2114,US300,9146-R,PTX,85BSD,7105A,MS5837,9216,KMA36A,AST20PT,AST4300,MS1471,9146-T,808M1,U5600,FN2570,CD1050,EPM-4001,XP,82,MS5525DSO,85,86,TRUBLUE 555,FS-01,89,MS5607,FS-02,8011,MS4515,FS-05,FS-06,ED32I,MACRO GHSE/R,MS5840,PS2031AB,G系列,8032-01,FN2420,R60D,3052A,154BSD,MS4525,MS5611,XFC200R,EPIH,ELAF,HTU383X,M12,3801A,1620,KMY,65210ES,KMZ,FN2317,M150,AST46DS,11206AC,PS831,8021-01,EGCS-D1S,KPSI 300DS,1630,820M1,XPC10,TSEV,53AF,140A,SL-900,MS5637,MS4426,CD1124T,MS4425,EVS312-11N,MT2,MT3,CS1060,CD1095,832M1,VCS-06,MTA,VCS-04,3700,M5200,FN7080,P105,P101,32HD,9022,E系列,FS19,HTU21DF,7131A,FC22,FC23,4630M12,9034,142A,9038,154N,4801A,9032,LIM-420,9033,5905,7132A,LTA,LTB,4630M14,5903,PT8000,P125,TS318-5C50,T600,8102A,LTR,HM1500LF,D系列,R30A,HTU21D,8011-01,PS801,KPSI 380,NDT-1,FS20,4835A,AST43XX,ACCUSTAR,U5200,1201,FCA7300,AD-101,PS811,VS309-51N,KMXP,11207AC
【产品】TE用于医疗设备中的压力传感器/NTC温度传感器/热释电传感器/极小型加速度传感器
TE Connectivity传感器正在改变医疗设备的工作方式。由于大多数医疗设备都使用非一次性传感器，因此其设计必须保护传感器，防止其与药物以及体液接触。为此，首先需要针对设备的使用方式，选择合适的传感器。
新产品 发布时间 : 2019-12-03
TE Connectivity（泰科TE）传感器（压力传感器）解决方案
描述- TE为严苛应用环境设计并制造一系列从感应元件到系统封装的压力传感器。基于硅压阻微机械加工(MEMS)技术和硅应变计(Microfused, Krystal Bond)技术，我们的产品能够测量从几英寸水柱(＜5 mbar)到100K psi (7K bar)的各种压力。复杂的设计和先进的生产工艺为医疗，HVACR，非公路/重型设备以及一般工业应用创造了可靠及高性价比的解决方案。
型号- EPL,MS5607,MS5805,P700,MS5803,47,P105,MS4515,P981,P101,1220,MS54XX,MS52XX,P900,AST4000,AST46AST5100,1210,EB,13,154BSD,MS4525,17,P9000,MS5611,MS1451,U86B,1230,154N,DP86,EPIH,MS4525DO,AST44XX,U5700,1620,U5300,D5100,MS8607,EPRB,MS5525ASO,23,US300,P125,89BSD,27,1240,AST20SW,MS4515DO,P1200,AST5300,AST5400XX,MSP300,1630,AST20HA,85BSD,EPB-PW,MSP100,MSP340,33,MS5837,MS5637,37,MS4426,MS4425,U7100,85F,AST20PT,AST45XX,MS1471,AST43XX,U5600,M7100,U5200,EPB,82,86BSD,M5600,MS5525DSO,85,86,43,M5200
呼吸机项目中，压力传感器SM9542和压力传感器SM9541的区别有哪些？
压力传感器SM9542和压力传感器SM9541是一个系列，但是压力传感器sm9541是数字I2C输出，压力传感器SM9542是模拟输出。其他参数均是相同的。
技术问答 发布时间 : 2017-05-04
TE提供多款压力传感器用于变电站中监测气体压力变化，更好地保障设备的安全使用
TE Connectivity压力传感器MS5803在GIS的SF6检测中得到了广泛的使用，其具有压力和温度检测功能，是监测气体压力的理想解决方案。该MEMS压力传感器芯片具有凝胶保护功能，耐用可靠，同时具备低功耗、高性能、尺寸紧凑等特点，是该设备测量压力和温度的关键器件。
原厂动态 发布时间 : 2023-08-01
【选型】SMI MEMS芯片/系统/压力传感器/微创传感器（Systems）选型指南
型号- SM933X,SM6X21,SM30G,SM4X21,SMI-1A-48-XXX-ADAR,SM7X91,SMI-1A-48-XXX-ADAP,SMI-1B-48-XXX-ADAR,SM5108E,SMI-1B-48-XXX-ADAP,SM5X91,SM9325,SM1X91,SM9543,SM1X21,SM30D,SMI-1A-48-XXX-ABUU,SM98A,SMI-1B-48-XXX-AAUU,SMI-1B-48-XXX-ABUU,SM6841,SM1171,SM5420E,SM7X21,SM9D,SM5X21,SM95G,SM5G,SM1111,SM6X91,SM1131,SM4X91,SM9G,SM95D
SMI SM5852-001低压传感器 数据手册
型号- SM5852,SM5852-004-S-3-SR,SM5852-001-S-3-LR,5852-001-S-3-LR,SM5852-001,SM5852-001-D-3-LR,SM5852-003-S-3-LR,SM5852-015-G-3-LR,5852-001-D-3-LR
TE Connectivity（泰科TE） MS4525DO板装式压力传感器 数据手册
型号- MS4525DO-DSVOIXXXYS,MS4525DO-SSVOIXXXYP,MS4525DO-TPVOIXXXYP,MS4525DO-TPVOIXXXYS,MS4525DO-SSVOIXXXYL,MS45XX,MS4525DO-MMVOIXXXYC,MS4525DO,MS4525DO-SSVOIXXXYS,4525DO-T3AI004GPF,MS4525DO-DSVOIXXXYP,MS4525DO-MMVOIXXXYL,MS4525DO-MMVOIXXXYP,MS4525DO-TPVOIXXXYC,MS4525DO-TP3BK030AP,MS4525DO-MMVOIXXXYS,MS4525DO-SSVOIXXXYC
压力传感器SM5651是差压传感器，有两个气孔，哪一个是正压气孔？
压力传感器SM5651是差压传感器，有两个气孔，靠近第4PIN的气孔为正压气孔。正压气孔相对负压气孔，在结构位置上更靠近芯片的边沿。
技术问答 发布时间 : 2017-05-04
【应用】高精度低压传感器用于热水器和锅炉的燃气流量监测，能够测量低至 250Pa 的压力
在热水器和锅炉中，一般使用压力传感器来控制进入燃烧器的空气和燃气流量，从而保证其比例的合理分配。燃气流量监测对于确保燃气不会泄露到环境中也非常关键。但是燃气的流量一般非常小。选用压力传感器的时候，必须要求该传感器具备非常高的灵敏度。对此，SMI公司能够提供专业的高精度低压传感器，能够测量低至 250Pa 的压力，非常适合用于热水器和锅炉中的燃气流量监测和。
应用方案 发布时间 : 2019-07-05
TE Connectivity（泰科）板装式压力传感器选型指南
目录- Board Mount Pressure Sensors
型号- MS4515,1220,MS5840-02BA,MS5536X,MS54XX,1240,MS5637X,MS5803X,MS4515DO,MS5837X,MS52XX,MS5805-02BA,1210,MS52XX C&T,MS5534C,MS5201-XD,47 SERIES,37 SERIES,MS5540C,MS5611-01BA,MS4525,MS4426,MS4425,MS5839-02BA,MS1451,43 SERIES,1230,MS4525DO,50 SERIES,MS1471,MS5541X,22 SERIES,23 SERIES,MS5535X,13 SERIES,17 SERIES,MS5607-02BA,MS8607,33 SERIES,MS5525DSO,27 SERIES
电子商城
品牌：TE connectivity
品类：Pressure & Temperature Sensor
价格：￥20.3000
现货： 15,592
现货市场
品牌：SILICON LABS
品类：Switch Hall Effect Magnetic Position Sensor
价格：￥2.2924
现货：126,000
服务
可定制板装式压力传感器支持产品量程从5inch水柱到100 psi气压；数字输出压力传感器压力范围0.5~60inH2O，温度补偿范围-20~85ºС；模拟和数字低压传感器可以直接与微控制器通信，具备多种小型SIP和DIP封装可选择。
提交需求>
可自由定制铜排形状尺寸；检测精度：0.5%~1.0；电流测量范围 ±300-500A。低噪音 (0.27mVpp)；低磁力残余误差:2mV；响应性能<4μSec；支持RoHS指令 、AEC-Q200。
最小起订量： 100个 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论