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प्रेशर सेंसर का तापमान बहाव घटना रीडिंग में उतार-चढ़ाव का कारण बन सकती है जब तक कि सिस्टम काम करने के तापमान तक नहीं पहुंच जाता। यह स्थिति आमतौर पर बहुत कम प्रभाव डालती है। हालांकि, अस्पताल के वेंटिलेटर, फेफड़ों के कार्य परीक्षण उपकरणों और नवजात शिशुओं की निगरानी जैसे चिकित्सा उपकरणों में जिन्हें निरंतर उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता होती है, यह तापमान बहाव अस्वीकार्य है। बुनियादी पीजोरेसिस्टिव प्रेशर सेंसर की जांच प्रीहीटिंग बहाव के प्रभाव को समझने में मदद करती है।
यह सेंसर एक मुख्य बॉडी (यानी, "चिप") और इसकी सतह पर चार पीजोरेसिस्टिव मरोड़ संरचनाओं के साथ एक पतली सिलिकॉन डायाफ्राम से बना है। पीजोरेसिस्टिव तत्व तनाव परिवर्तनों के साथ अपने प्रतिरोध मान बदलते हैं, और उन्हें आमतौर पर एक ब्रिज संरचना में व्यवस्थित किया जाता है और डायाफ्राम विरूपण के प्रति प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए डायाफ्राम सतह पर सटीक रूप से स्थापित किया जाता है। यह डिज़ाइन डायाफ्राम के दोनों किनारों पर दबाव अंतर बदलने पर प्रतिक्रिया संवेदनशीलता को प्रभावी ढंग से सुधार सकता है।
बुनियादी प्रेशर सेंसर में प्रीहीटिंग बहाव के दो मुख्य स्रोत हैं। एक संवेदी तत्व का प्रीहीटिंग ऑफसेट है। जब सिस्टम ऑपरेटिंग तापमान तक पहुंच जाता है, तो ट्यूब, सतह का तापमान और परिणामी हॉट स्पॉट (सतह का योगदान) चिप और डायाफ्राम सतह पर प्रतिरोध ब्रिज में असंतुलन का कारण बनते हैं। प्रतिरोध संवेदी तत्व का तापमान बढ़ना अपव्ययित शक्ति के समानुपाती होता है और इस प्रकार सेंसर उत्तेजना वोल्टेज के वर्ग के समानुपाती होता है (ΔTαV2)।
इसलिए, जब उत्तेजना वोल्टेज आधा हो जाता है, तो संवेदी तत्व का तापमान बढ़ना एक चौथाई कम हो जाएगा, जिससे प्रीहीटिंग सतह की स्थिति चार गुना कम हो जाएगी। चूंकि सेंसर सिग्नल स्तर दोनों मामलों में एक चौथाई कम हो जाएगा (घटे हुए आपूर्ति वोल्टेज के साथ), समग्र प्रभाव सतह के योगदान के कारण प्रीहीटिंग त्रुटि को आधा करना है। हालांकि, सेंसर बिजली आपूर्ति को कम करने से सिस्टम इलेक्ट्रॉनिक शोर स्तर पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा।
एक अन्य पसंदीदा समाधान सिस्टम बैंडविड्थ आवश्यकताओं के अनुसार सेंसर आपूर्ति वोल्टेज को समायोजित करना है। विशेष रूप से, सेंसर को केवल तभी संचालित किया जाता है जब इसकी आवश्यकता होती है। यह डिज़ाइन थर्मल स्टार्टअप बहाव घटना को प्रभावी ढंग से दबाते हुए, औसत ड्यूटी चक्र (यानी, वर्किंग चक्र) के लिए सेंसर के पावर-ऑन समय को समायोजित करता है। हालांकि इस विधि का कार्यान्वयन तंत्र थोड़ा अधिक जटिल है, यह सिस्टम शोर स्तर को प्रभावित किए बिना उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदान करता है।
यहां, एप्लिकेशन के पावर पल्स के बीच की अवधि p उस समय को संदर्भित करती है जब पावर बंद होती है और उस समय को जब पावर चालू होती है। यह सभी संकेतों को स्थिर करने और सेंसर को रीडिंग लेने के लिए आवश्यक समय है।
उदाहरण के लिए, एक ऐसे उपकरण पर विचार करें जिसे हर 500 ms पर रीडिंग लेने की आवश्यकता होती है, जिसमें 4 ms का स्थिरीकरण समय और 1 ms का सिग्नल अधिग्रहण समय होता है। गैर-मॉड्यूलेटेड सिस्टम की तुलना में, सेंसर की औसत शक्ति लागू शक्ति का केवल 1% है ((1 ms + 4 ms) / 500 ms)। बेशक, यह समय अवधि एप्लिकेशन की नमूनाकरण आवश्यकताओं पर निर्भर करती है। सतह के आवेशों के प्रभाव के कारण, p और समय t की स्थिरता बहुत महत्वपूर्ण है। हालांकि, सेंसर बिजली आपूर्ति को विनियमित करने के लाभों को ध्यान में रखते हुए, यह एक द्वितीयक सीमा है।
तापमान क्षतिपूर्ति तकनीक
प्रीहीटिंग बहाव का एक और मूल कारण वास्तव में संवेदी विशेषताओं से अधिक संबंधित है, जो सिस्टम की तापमान क्षतिपूर्ति तकनीक से निकटता से संबंधित है। ऐसे सिस्टम आमतौर पर तापमान के प्रभाव को खत्म करने के लिए प्रेशर सेंसर को कैलिब्रेट करने के लिए बाहरी तापमान सेंसर से लैस होते हैं। एक दोहरे-सेंसर सिस्टम में, बाहरी डिवाइस और डायाफ्राम सतह के बीच एक तापमान प्रवणता उत्पन्न होगी। इस तापमान प्रवणता को स्थिर करने के लिए आवश्यक समय को प्रीहीटिंग बहाव घटना के रूप में माना जाएगा।
सेंसर प्रतिरोध (ब्रिज प्रतिरोध जो तापमान के साथ बदलता है) को तापमान संवेदी तत्व के रूप में उपयोग करके, इस प्रभाव को कम किया जा सकता है। यहां, प्रेशर सेंसर ब्रिज सर्किट में आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले थर्मिस्टर (तापमान परिवर्तन को मापने के लिए उपयोग किया जाने वाला एक प्रतिरोधक) की जगह लेता है, प्रभावी ढंग से एक व्हीटस्टोन ब्रिज बनाता है। सेंसर ब्रिज में अपेक्षाकृत उच्च सकारात्मक तापमान गुणांक (TCR) होता है, इसलिए तापमान में वृद्धि धीरे-धीरे सर्किट के तापमान निगरानी भाग के सिग्नल आउटपुट वोल्टेज (Vt) को नकारात्मक परिवर्तन दिखाने का कारण बनेगी। संदर्भ वोल्टेज (Vref) के सापेक्ष Vt का परिवर्तन वास्तव में सेंसर तापमान का एक प्रभावी माप है। सिस्टम इलेक्ट्रॉनिक्स इस माप का उपयोग प्रेशर सेंसर के लिए अंशांकन तापमान संदर्भ के रूप में करते हैं। चूंकि बाहरी तापमान सेंसर पर निर्भर रहने की कोई आवश्यकता नहीं है, इसलिए सिस्टम में कोई तापमान प्रवणता नहीं है, इस प्रकार तथाकथित प्रीहीटिंग बहाव घटना को समाप्त कर दिया जाता है। और भी सुखद रूप से, बिजली विनियमन और तापमान क्षतिपूर्ति तकनीकों को मिलाकर, प्रीहीटिंग बहाव के प्रभाव को लगभग पूरी तरह से समाप्त किया जा सकता है।
