Nuevo algoritmo de compensación térmica para sensores de presión piezorresistivos basado en la aproximación lineal por segmentos

ResumenLos sensores de presión piezorresistivos son ampliamente utilizados en aplicaciones de control y monitorización dentro del sector industrial. Estos sensores presentan problemas de dependencia térmica y no linealidades que afectan la exactitud de la medición. Por esta razón, es necesario utilizar circuitos de acondicionamiento de señales para obtener salidas de alta exactitud. Una de las técnicas más empleadas actualmente para acondicionar las señales provenientes de los sensores se basa en la utilización de procesadores digitales de señales y algoritmos de compensación.Este trabajo propone un nuevo algoritmo de calibración y compensación para sensores de presión piezorresistivos basado en la aproximación lineal por segmentos con compensación térmica. El algoritmo fue simulado empleando el software matemático MathCAD y utilizando datos de un sensor de presión piezorresistivo ficticio. El algoritmo fue validado experimentalmente implementándolo en 2 procesadores digitales de señales y utilizando sensores de presión manométricos ventilados de 10bar en el intervalo de temperaturas de 0 a 80°C. Se obtuvo como resultado que el máximo error a la salida del sensor, debido a la dependencia térmica del offset, fue de 0,081% del intervalo de medida. El error máximo obtenido a la salida provocado por la dependencia térmica de la sensibilidad fue de 0,106% del intervalo de medida. Se demostró la efectividad del algoritmo en la compensación térmica de los sensores de presión piezorresistivos. Este algoritmo puede ser aplicado a otros tipos de sensores que posean dependencias térmicas y que incorporen un microprocesador o un procesador digital de señales.AbstractThe piezoresistive pressure sensors are widely used in monitoring and control applications within the industrial sector. These sensors have problems of temperature dependence, and non-linearities that affect the measurement accuracy. For this reason, it is necessary to use signal conditioning circuits for to obtain high accuracy outputs. One of the most common techniques currently used to conditioning the signals from the sensors is based on the use of digital signal processors and compensation algorithms.This paper proposes a new calibration and compensation algorithm for piezoresistive pressure sensors based on the linear segment approximation with thermal compensation. The algorithm was simulated using the mathematical software MathCAD and using data from a piezoresistive pressure dummy sensor. The algorithm has been validated experimentally implementing it into two digital signal processors using vented piezoresistives pressure sensors of 10bar in the range of temperatures from 0°C to 80°C. The result was that the maximum error in the sensor output due to the temperature dependence of the offset was 0,081% of full scale output. The maximum error obtained at the output caused by the temperature dependence of the sensitivity was 0,106% of full scale output. The effectiveness of the algorithm is demonstrated in the thermal compensation of piezoresistive pressure sensors. This algorithm can be applied to other types of sensors having thermal dependencies and incorporating a microprocessor or digital signal processor