I trasmettitori di pressione piezoresistivi sono caratterizzati da un’elevata sensibilità che consente di eseguire misurazioni di pressioni minime. Tuttavia, i materiali utilizzati presentano anche una dipendenza dalla temperatura davvero alta, che deve essere compensata.
Il comportamento di un sensore di pressione piezoresistivo varia in base alla temperatura. Mentre gli offset del punto di zero legati alla temperatura sono evidenti e possono essere facilmente riconosciuti e controllati dall’utente, le variazioni di sensibilità e linearità indotte dalla temperatura sono meno visibili e, dunque, spesso non vengono individuate.
Cause dell’offset del punto di zero
La causa dell’offset del punto di zero è la somma di diversi effetti:
- valori di resistenza diversi del ponte di misura sul chip di silicio
- coefficienti di temperatura diversi delle singole resistenze nel ponte di misura
- la membrana di silicio non è omogenea, ma è rivestita con uno strato di ossido di silicio (coefficienti di dilatazione diversi)
- sollecitazioni meccaniche durante il montaggio della cella di misura sul suo supporto (chip, vetro, guarnizioni in vetro)
- l’espansione dell’olio in connessione con la rigidità della membrana in acciaio (per cui il volume dell’olio viene ridotto a pochi microlitri con un corpo di riempimento)
A seconda della struttura del sensore e dell’intervallo di pressione, i singoli effetti acquistano più o meno peso. Nella pratica non è importante da cosa sia composto l’offset del punto di zero termico, ma quanto bene sia compensabile. È auspicabile un comportamento possibilmente lineare in un intervallo di temperatura possibilmente ampio.
Migliori risultati con la compensazione polinomiale
Anche la linearità varia in base alla temperatura. Se tali effetti della temperatura devono essere considerati e compensati, ciò ha senso ed è possibile per lo più solo nell’ambito di una modellazione matematica completa del comportamento del sensore. Questo modello matematico descrive con precisione l’intero comportamento della pressione e della temperatura di un sensore. Serve però un computer o un metodo di compensazione digitale per poter applicare questo modello matematico.
Con la STS ciò si ottiene nei prodotti OCS mediante la compensazione polinomiale. Il trasmettitore di pressione piezoresistivo del datalogger DL.OCS/N/RS485 per il controllo delle acque, grazie alla compensazione polinomiale, raggiunge ad esempio una precisione di 0,03% FS e un errore totale di solo 0.05% FS in un intervallo di temperatura di -5…+50 °C.
La maggior parte dei sensori di pressione della STS sono di norma ottimizzati per temperature di funzionamento da -0°C a 70°C – un buon valore per ottenere risultati precisi nella maggioranza delle applicazioni. Tuttavia, in alcuni casi è vantaggioso se i sensori vengono ottimizzati per i comportamenti della temperatura che si verificano nello specifico utilizzo. La STS è specializzata nella fornitura di sensori di pressione personalizzati in tempi estremamente brevi.