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Miokrocontrollergestützte Fehlerkorrektur von Drucksensoren

Lotz, Peter (2004):
Miokrocontrollergestützte Fehlerkorrektur von Drucksensoren.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Fehlerkorrektur des Übertragungsverhaltens piezoresistiver Drucksensoren. Der piezoresistive Effekt zeigt eine sehr große Temperaturempfindlichkeit. Zudem besitzt jeder Sensor eine individuelle Offsetspannung. Es ist daher unerlässlich, den Temperatureinfluss zu kompensieren und die Offsetspannung zu korrigieren.

Hintergrund ist die Entwicklung miniaturisierter mediengetrennter Drucksensoren. Es ist geplant, jeden Sensor mit einem Signalwandler der Firma ZMD auszustatten, der die Funktion der Primär- und Sekundärelektronik übernimmt. Damit der Signalwandler Sensorfehler korrigieren kann, muss jeder Sensor in Verbindung mit dem Wandler kalibriert werden. Dazu sind mehrere Messungen bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen notwendig.

Da insbesondere das Aufheizen und Abkühlen verhältnismäßig lange dauert, ist es wünschenswert diese Kalibrierung zu vereinfachen.

Eine mathematische Modellierung des Drucksensors und des Signalwandlers ermöglicht es, den verbleibenden Restfehler einer Kalibrierung auf Basis weniger Messwerte abzuschätzen.

Es wird gezeigt, wie durch die Verwendung von Mittelwerten einer Sensorcharge der Aufwand zur Kalibrierung der Druckaufnehmer drastisch reduziert werden kann: Von jedem Sensor sind nur noch zwei spezifische Messwerte zu berücksichtigen. Dies reduziert den zeitlichen Aufwand für die Kalibrierung eines Sensors von mehreren Stunden auf wenige Minuten. Das vorgeschlagene Konzept wird mit Messungen an medien- und nichtmediengetrennten Drucksensoren überprüft. Die Summe aus temperaturinduzierten Fehlern und Linearitätsfehlern ist im Temperaturbereich von -20°C bis 80°C bei nichtmediengetrennten Sensoren kleiner 0,8%.

Mit Hilfe der in dieser Diplomarbeit aufgebauten Hard- und Software können fünf Druckaufnehmer gleichzeitig vermessen und kalibriert werden. Der zu erwartende verbleibende Fehler kann innerhalb des Programms berechnet werden.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2004
Creators: Lotz, Peter
Title: Miokrocontrollergestützte Fehlerkorrektur von Drucksensoren
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Fehlerkorrektur des Übertragungsverhaltens piezoresistiver Drucksensoren. Der piezoresistive Effekt zeigt eine sehr große Temperaturempfindlichkeit. Zudem besitzt jeder Sensor eine individuelle Offsetspannung. Es ist daher unerlässlich, den Temperatureinfluss zu kompensieren und die Offsetspannung zu korrigieren.

Hintergrund ist die Entwicklung miniaturisierter mediengetrennter Drucksensoren. Es ist geplant, jeden Sensor mit einem Signalwandler der Firma ZMD auszustatten, der die Funktion der Primär- und Sekundärelektronik übernimmt. Damit der Signalwandler Sensorfehler korrigieren kann, muss jeder Sensor in Verbindung mit dem Wandler kalibriert werden. Dazu sind mehrere Messungen bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen notwendig.

Da insbesondere das Aufheizen und Abkühlen verhältnismäßig lange dauert, ist es wünschenswert diese Kalibrierung zu vereinfachen.

Eine mathematische Modellierung des Drucksensors und des Signalwandlers ermöglicht es, den verbleibenden Restfehler einer Kalibrierung auf Basis weniger Messwerte abzuschätzen.

Es wird gezeigt, wie durch die Verwendung von Mittelwerten einer Sensorcharge der Aufwand zur Kalibrierung der Druckaufnehmer drastisch reduziert werden kann: Von jedem Sensor sind nur noch zwei spezifische Messwerte zu berücksichtigen. Dies reduziert den zeitlichen Aufwand für die Kalibrierung eines Sensors von mehreren Stunden auf wenige Minuten. Das vorgeschlagene Konzept wird mit Messungen an medien- und nichtmediengetrennten Drucksensoren überprüft. Die Summe aus temperaturinduzierten Fehlern und Linearitätsfehlern ist im Temperaturbereich von -20°C bis 80°C bei nichtmediengetrennten Sensoren kleiner 0,8%.

Mit Hilfe der in dieser Diplomarbeit aufgebauten Hard- und Software können fünf Druckaufnehmer gleichzeitig vermessen und kalibriert werden. Der zu erwartende verbleibende Fehler kann innerhalb des Programms berechnet werden.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Chargenmittelwert, Drucksensormeßplatz, Fehlerkorrektur, Kalibrierung, Sensorfehlerkompensation
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 07 Sep 2011 16:37
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1541

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 27-10-2003

Ende Datum: 17-05-2004

Querverweis: 17/24 EMKS 1476, 17/24 EMKD 1433

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKD 1541
Referees: Wohlgemuth, Dipl.-Ing. Christian and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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