|
Продолжение Начало читайте здесь:
Рекомендации по окончательной калибровке барометра
Чтобы добиться точной калибровки вашего барометра, нужно выполнить подстройку после нескольких циклов изменения атмосферного давления. Без этого начальная калибровка не даст достаточной точности.
Мы не рекомендуем пытаться подстраивать переменные резисторы на вашем барометре до того как вы создадите таблицу с большим количеством данных сводок погоды ближайшего аэропорта и соответствующих им показаний вашего барометра.
Ниже приведен график, построенный на основе такой таблицы наблюдений в течение 14 дней в диапазоне измерений от 29.31 до 30.58 inHg (размах вариации 1.27 inHg). Барометр был откалиброван в диапазоне от 28.8 до 30.8 inHg с точностью отсчета 0.01 inHg.
Окончательная калибровка
Оценка результатов:
Наклон линии графика почти превосходный: 1.00143; Если экстраполировать линию тренда к точке 0 inHg, то отсчет показывает отличное смещение -0.03856 inHg; Стандартное отклонение имеет величину 0.01263 inHg. Средняя разница между показаниями электронного барометра и данными аэропорта в 25 милях от него составляет 0.0050. Уменьшить эту разницу до нуля очень трудно: надо умудриться подстроить резистор R4 на ½ от разрешения АЦП. Чтобы получить такие же результаты, вы можете построить линейный график регрессии (линию тренда) сравнения отсчетов вашего барометра и данных ближайшего аэропорта. Если ее коэффициент наклона окажется не равным 1.0, то используйте его значение для подстройки усиления резистором R3. С помощью найденного коэффициента наклона определите правильное значение сопротивления, установленного резистором R3. Например, если измеренное значение этого резистора было 3 кОм, а коэффициент наклона линии регрессии оказался 1.05, то правильное значение сопротивления резистора R3 должно быть 3 кОм/1.05 = 2.85 кОм.
До того как вы потратите очень много времени на выполнеие точной калибровки, вам следует решить для себя, в каких пределах отслеживать атмосферное давление и какой диапазон выходных напряжений усилителя U1A вас удовлетворит.
Желаю успехов в конструировании!
Технические детали
Программа симуляции вычисляет большую часть необходимых параметров, поэтому в данной статье даются только основные детали.
Для пересчета барометрического давления на заданной высоте, относительно давления на уровне моря, используются следующие формулы:
pressure (inHg) = exp((log(1 - 6.87324e-6 * altitudeFt) * 5.256)) * seaLevelPressure, или pressure (kPa) = exp((log(1 - 22.5498e-6 * altitudeMeters) * 5.256)) * seaLevelPressure;
где:
pressure –давление в inHg (дюймах рт.ст) или в kPa (в кПа); altitudeFt – высота над уровнем моря в футах; altitudeMeters – высота над уровнем моря в метрах; seaLevelPressure – давление на уровне моря. Для определения этих напряжений для датчика давления MPX4115, можно воспользоваться формулами из его спецификации:
MPXнапряжение = 5.0 * (0.009 * кПа - 0.095) или MPXнапряжение = 5.0 * (0.009 * inHg * 3.3863 - 0.095)
Отсюда максимальное напряжение на выходе датчика давления составит:
5.0 * (0.009 * 31 * 3.3863 - 0.095) = 4.25 В, а минимальное 2.45 В.
При размещении барометра на высоте 10000 футов, диапазон выходных напряжений лежит в границах от 4.25 В до 2.45 В.
Чтобы получить наибольшую точность следует определить линейные участки характеристик операционного усилителя и АЦП DS2438 следующим образом:
Переставьте перемычку из положения «Run» в положение «Test». Вращайте переменный резистор R5 до тех пор, пока вывод 7 не войдет в насыщение. Запишите в таблицу данные зависимости напряжения на выводе 7 LM358 от напряжения на R5, которое изменяйте малыми приращениями. Постройте график этой зависимости. Постройте такой же график и для второго операционного усилителя U1A, контролируя напряжение на выводе 3 LM358 и выходного напряжения DS2438. Изучив эти графики, выберите наилучший диапазон в линейном участке работы микросхем. Введите эти данные в программу Design Simulator и получите значение наибольшей достижимой точности измерения барометром.
На следующем графике для барометра версии 1.1а приведена зависимость выходного напряжения АЦП в линейном диапазоне от 1.27 В до 3.25 В при изменениях входного напряжения в диапазоне от 3.72 В до 4.17 В.
Эти результаты демонстрируют очень линейный график с малым значением стандартного отклонения, которое возникает, если верхний предел расширить до 3.3 В или 3.4 В.
Разрешение:
hiBaro = 31.0, loBaro = 28.0 hiOut = 3.25, loOut = 1.25 inHg/Вольт = (hiBaro - loBaro)/(hiOut - lowOut) = 1.5 A/D разрешение = 2^10 / 10 Вольт = 100 Разрешение барометра = 0.428 / 100 = 0.00428 inHg.
| 
