IT202100009143A1

IT202100009143A1 - System and method for testing a pressure sensor

Info

Publication number: IT202100009143A1
Application number: IT102021000009143A
Authority: IT
Inventors: Luca Fanelli; Giuseppe Modafferi; Maurizio Cortese
Original assignee: Spea Spa
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-12

Description

DESCRIZIONE dell?invenzione avente per titolo:

?SISTEMA E METODO PER TESTARE UN SENSORE DI PRESSIONE?

ARTE NOTA

L'uso di sensori ? diventato prevalente nella vita quotidiana. Ad esempio, i sensori di pressione possono essere utilizzati in varie applicazioni, ad esempio pressione fluido/gas, velocit?, altitudine, pressione in una tecnologia touch screen, ecc. Vari tipi di sensori di pressione possono includere sensore di pressione potenziometrico, sensore di pressione induttivo, sensore di pressione capacitivo, sensore di pressione piezoelettrico, sensore di pressione di misura dello sforzo, sensore di pressione a riluttanza variabile, ecc., per citarne alcuni.

Tradizionalmente, per testare un sensore di pressione e il suo funzionamento, la pressione all'interno di una camera a vuoto viene cambiata e viene letta la pressione misurata dal sensore di pressione. Alcune applicazioni richiedono misurazioni e sensibilit? estremamente accurate, ad esempio un cambiamento di pressione inferiore a 10 Pa dovrebbe essere misurabile. Per testare sensori di pressione accurati e con una sensibilit? maggiore, viene utilizzato un regolatore di pressione estremamente accurato. Sfortunatamente, i regolatori di pressione estremamente accurati che possono variare la pressione entro tali piccoli incrementi/intervalli, ad esempio meno di 10 Pa, sono molto costosi e non prontamente disponibili.

I precedenti esempi di arte nota e delle relative conseguenti limitazioni sono destinati ad essere illustrativi e non esclusivi. Altre limitazioni dell'arte nota diventeranno evidenti dopo una lettura della descrizione e uno studio dei disegni.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME REALIZZATIVE

La seguente descrizione fornisce molte differenti forme realizzative, o esempi, per l'implementazione di diverse caratteristiche dell'oggetto. Esempi specifici di componenti e disposizioni sono descritti di seguito per semplificare la presente descrizione. Si tratta, ovviamente, solo di esempi e non sono destinati ad essere limitativi. Inoltre, la presente descrizione pu? ripetere numeri e/o lettere di riferimento nei vari esempi. Questa ripetizione ? a scopo di semplicit? e chiarezza e di per s? non detta una relazione tra le varie forme realizzative e/o configurazioni discusse.

Viene proposto un nuovo approccio che consente di testare un sensore di pressione altamente accurato e altamente sensibile, ad esempio un sensore di pressione in grado di rilevare un cambiamento di pressione che varia tra 0,2-10 Pa, senza la necessit? di utilizzare un regolatore di pressione altamente sofisticato e costoso per variare la pressione nella suddetta gamma. Le forme di realizzazione includono una camera di pressione per l'alloggiamento del sensore di pressione in esame (cio? il dispositivo in prova). Un regolatore di pressione viene utilizzato per impostare la pressione iniziale desiderata per la prova, ad esempio una pressione compresa tra 0,3-1,3 Bar. Una volta raggiunta la pressione iniziale desiderata, viene letta la pressione misurata dal sensore di pressione in prova. Inoltre, viene letta la pressione misurata da un sensore di riferimento. Viene calcolato un errore di sensibilit? lineare (LSE) associato alla lettura alla pressione desiderata iniziale, ad esempio una linea retta adattata attraverso una serie di punti in cui ogni punto ? la pressione del sensore di pressione meno la pressione dalla pressione di riferimento rispetto alla misurazione della pressione di riferimento. In altre parole, l'LSE ? la pendenza della linea che meglio interpola la differenza di misurazioni della pressione del sensore di pressione in prova e del sensore di pressione di riferimento.

Per cambiare la pressione, invece di cambiare la pressione utilizzando il regolatore di pressione, viene cambiata la temperatura della camera. Pressione, volume e temperatura sono correlati tra loro e forniti dall'equazione (1) di seguito:

P*V = n*T (1)

Si apprezza che la pressione moltiplicata per il volume della camera di pressione sia uguale alla costante molare moltiplicata per temperatura. Pertanto, se la temperatura ? aumentata, la pressione viene aumentata perch? il volume della camera di pressione rimane costante. In altre parole, aumentare la temperatura in base a (1) pu? variare la pressione negli incrementi desiderati, ad esempio 0,2-10 Pa, senza dover utilizzare un regolatore di pressione sofisticato o eccessivamente costoso. La temperatura pu? essere controllata da un regolatore di temperatura (che pu? essere alloggiato al di fuori della camera di pressione) che controlla la temperatura di un elemento riscaldante (noto anche come mandrino termico) all'interno della camera di pressione. Man mano che la temperatura aumenta, la pressione aumenta e la pressione come letta dal sensore di pressione viene rilevata. Allo stesso modo, la pressione misurata dal sensore di riferimento viene rilevata alla variazione della temperatura. L'LSE viene calcolato per le letture ad ogni incremento del punto di pressione. In un esempio non limitativo, la pressione iniziale desiderata ? di 30.000 Pa e gli incrementi sono di 10 Pa ciascuno, quindi la pressione misurata dal sensore di pressione a 30000 Pa, 30010 Pa, 30020 Pa, ..., 30100 Pa viene letta cos? come dal sensore di riferimento. In un altro esempio non limitativo, la pressione iniziale desiderata pu? essere a 52000 Pa e l'intervallo pu? essere 1 Pa, quindi la pressione misurata dal sensore di pressione a 52000 Pa, 52001 Pa, 52002 Pa, ..., 52010 Pa viene letta cos? come dal sensore di riferimento. Si apprezza che la pressione di partenza possa variare tra 0,3 bar e 1,3 bar che ? compresa tra 30000 Pa e 1300000 Pa. Gli incrementi possono variare tra 0,2 Pa-10 Pa.

Facendo ora riferimento alla figura 1, viene mostrato un sistema per testare il sensore di pressione e per variare la pressione tra 0,2-10 Pa in conformit? con alcune forme realizzative. In questa forma realizzativa, un regolatore di pressione 110 ? accoppiato ad una camera di pressione 120. Si apprezza che il sensore di pressione (DUT) 130 possa essere posizionato all'interno della camera di pressione 120. In alcune forme realizzative, la camera di pressione 120 pu? includere anche un elemento termico 142 controllato dal regolatore di temperatura 140. In alcuni esempi non limitativi, la camera di pressione 120 ? anche accoppiata ad un manometro 150 che include un sensore di riferimento (noto anche come REF 152). Secondo alcune forme realizzative, il REF 152 pu? essere posizionato al di fuori della camera di pressione 120, ma collegato ad esso, mentre in altre forme realizzative pu? essere posizionato all'interno della camera di pressione 120.

Secondo alcune forme realizzative, il regolatore di pressione 110 viene utilizzato per imposta la pressione desiderata iniziale. In questa forma realizzativa, la pressione desiderata varia da 30000 Pa che ? 0,3 bar a 1300000 Pa che ? 1,3 bar. Ad esempio, la pressione desiderata di 78000 Pa pu? essere impostata utilizzando il regolatore di pressione 110. Come tale, la pressione all'interno della camera di pressione 120 raggiunge 78000 Pa. Il sensore di pressione (DUT) 130 misura la pressione alla pressione desiderata. Inoltre, il sensore REF 152 viene utilizzato per fornire la pressione di riferimento alla pressione desiderata. La pressione misurata dal sensore di pressione (DUT) 130 e dal REF 152 alla pressione iniziale impostata dal regolatore di pressione 110 viene registrata, ad esempio, in un componente di memoria.

Si ? apprezzato il fatto che tradizionalmente la differenza di pressione (cambiamenti) ? stata fatta dal regolatore di pressione 110. Tuttavia, il regolatore di temperatura 140 pu? essere utilizzato per attivare l'elemento termico 142 e causare il riscaldamento dell'elemento termico 142. Si apprezza il fatto che la velocit? con cui il calore viene generato dall'elemento termico 142 possa essere controllata, come desiderato. Poich? la pressione ? correlata alla temperatura, l'aumento della temperatura utilizzando l'elemento termico 142 cambia la pressione all'interno della camera di pressione 120. Si apprezza che la temperatura viene cambiata in modo controllato in modo tale che la pressione cambi in incrementi da 0,2 Pa a 10 Pa, ad esempio, possono essere selezionati incrementi di 0,3 Pa. Poich? l'elemento termico 142 ? controllato dal regolatore di temperatura 140 in modo controllato per mutare la pressione all'interno della camera di pressione 120 in incrementi di 0,2-10 Pa, il sensore di pressione (DUT) 130 e il REF 152 misurano la pressione. Le pressioni misurate sono registrate in modo simile a prima.

Si apprezza che la sensibilit? del sensore e le sue prestazioni possano essere misurate calcolando la differenza (ad esempio, utilizzando un processore) tra la pressione misurata dal sensore di pressione (DUT) 130 e il sensore REF 152 ed individuando una linea retta che meglio si adatta attraverso le differenze calcolate tra le due misurazioni. La pendenza della curva di interpolazione lineare di tutte le differenzes pu? essere definita LSE. Viene registrato LSE di ogni intervallo di pressione. Di conseguenza, si pu? trovare una linea che meglio si adatta all'LSE calcolato, come mostrato nella figura 2. In alcune forme realizzative, la linea che meglio si adatta all'LSE calcolato pu? essere generata per una pressione compresa tra 10 Pa e 100 Pa. In altre parole,la linea pu? descrivere al meglio la caratteristica e le prestazioni del sensore di pressione (DUT) 130 per 10 Pa e in alcune forme realizzative per 100 Pa, ecc. In alcune forme realizzative, il processo pu? essere ripetuto per vari intervalli e varie pressioni iniziali. Ad esempio, una linea di interpolazione migliore pu? essere generata per una pressione iniziale di 55000 Pa che si estende su 50 Pa e che ? stata misurata in intervallo 5 Pa, quindi dieci punti di pressione misurati, mentre un'altra linea di adattamento migliore pu? essere generata per una pressione iniziale di 102000 Pa che si estende su 80 Pa e che ? stata misurata in intervalli di 4 Pa, quindi venti punti di pressione misurati. La figura 3 mostra un esempio non limitato della linea di adattamento migliore per una pressione iniziale di 100000 Pa in incrementi di 10 Pa e un totale di 10 misurazioni, che vanno quindi dalla pressione da 100000 Pa a 100100 Pa.

Si apprezza che un sistema come descritto in base alla forma realizzativa di cui sopra raggiunga una granularit? molto pi? elevata della differenza di pressione, ad esempio incrementi di 0,2-10 Pa, utilizzando un regolatore di temperatura che controlla l'elemento termico all'interno della camera di pressione. Pertanto, viene eliminata la necessit? di utilizzare un costoso regolatore di pressione per modificare la pressione. Il regolatore di pressione pu? essere utilizzato per impostare la pressione iniziale e successivamente le variazioni di pressione sono controllori da parte del regolatore di temperatura che attiva (cio? provoca) il riscaldamento dell'elemento termico ad una particolare velocit? termica.

La figura 4 mostra un esempio non limitativo della misurazione da parte del sensore di pressione in esame, del sensore di pressione di riferimento e dell'elaborazione/determinazione dell'errore di sensibilit? lineare in base alle misurazioni. Si apprezza che la pressione sia misurata dal sensore di pressione in esame e anche dal sensore di pressione di riferimento. La differenza viene calcolata come punto (nel grafico, ad esempio). L'LSE ? determinato come la migliore linea retta che si adatta ai punti. In altre parole, l'LSE ? la pendenza della linea, come illustrato.

Sebbene le forme di realizzazione siano state descritte e/o illustrate mediante esempi particolari, e sebbene tali forme realizzative e/o esempi siano stati descritti in modo molto dettagliato, non ? intenzione dei richiedenti limitare o in alcun modo limitare la portata delle forme realizzative a tali dettagli. Ulteriori adattamenti e/o modifiche delle forme realizzative possono facilmente apparire a persone che hanno una competenza ordinaria nell'arte a cui appartengono le forme realizzative e, nei suoi aspetti pi? ampi, le forme realizzative possono comprendere tali adattamenti e/o modifiche. Di conseguenza, si possono derogare alle precedenti forme realizzative e/o esempi senza discostarsi dalla portata dei concetti qui descritti. Le implementazioni sopra descritte e altre implementazioni rientrano nell'ambito delle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Un sistema comprendente:

un regolatore di pressione;

una camera di pressione accoppiata al regolatore di pressione, in cui il regolatore di pressione ? configurato per impostare una pressione iniziale all'interno della camera di pressione e in cui la camera di pressione ? configurata per ospitare un sensore di pressione per il test, e in cui la camera di pressione include ulteriormente un elemento termico; e

un regolatore di temperatura configurato per controllare il funzionamento dell'elemento termico per riscaldarsi ad una velocit? termica controllata e per controllare una temperatura all'interno della camera di pressione, e in cui un cambiamento di temperatura come controllore da parte del regolatore di temperatura e dell'elemento termico cambia una pressione all'interno della camera di pressione dalla pressione iniziale alle successive pressioni incrementali.

2. Il sistema come descritto nella rivendicazione 1 comprendente ulteriormente il sensore di pressione posizionato all'interno della camera di pressione, in cui il sensore di pressione legge una pressione all'interno della pressione della camera.

3. Il sistema come descritto nella rivendicazione 2, in cui il sensore di pressione ? configurato per leggere la pressione all'interno della pressione della camera in incrementi da 0,2 a 10 Pa.

4. Il sistema come descritto nella rivendicazione 1,2 o 3, in cui la pressione iniziale viene selezionata tra 0,3 Bar e 1,3 Bar.

5. Il sistema come descritto in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui le variazioni di pressione sono tra 0,2 e 10 Pa.

6. Il sistema come descritto in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui il regolatore di pressione viene utilizzato solo per impostare la pressione iniziale, e in cui le variazioni della pressione all'interno della camera di pressione sono successivamente controllate dal regolatore di temperatura e dall'elemento termico.

7. Il sistema come descritto in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 comprendente inoltre un sensore di pressione di riferimento alloggiato in un manometro e accoppiato alla camera di pressione, in cui il sensore di pressione di riferimento ? configurato per misurare una pressione all'interno della camera di pressione.

8. Il sistema come descritto nella rivendicazione 7 comprendente inoltre un processore configurato per determinare una differenza tra la lettura della pressione all'interno della camera di pressione dal sensore di pressione di riferimento e il sensore di pressione in fase di test.

9 . Il sistema come descritto nella rivendicazione 7 o 8, in cui il sensore di pressione di riferimento ? posizionato all'esterno della camera di pressione.

10 . Il sistema come descritto in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il regolatore di temperatura ? configurato per controllare la temperatura all'interno della camera di pressione e la velocit? di aumento della temperatura per aumentare la pressione all'interno della camera di pressione a incrementi da 0,2 a 10 Pa dalla pressione iniziale e in cui il sensore di pressione ? configurato per leggere la pressione all'interno della camera di pressione con incrementi da 0,2 a 10 Pa.