Механичните и електрическите температурни сензори в контакт със средата, чиято температура се измерва (това не включва радиационни пирометри), са обект на следните методологични грешки.

1. Грешка поради загуби от топлинно излъчване и топлопроводимост. Тази грешка се дължи на факта, че температурата на стените на тръбопровода се различава от измерената температура на газа или течността, преминаващи през този тръбопровод. В резултат на това, заедно с полезен топлообмен между средата и сензора, възниква вреден топлообмен между сензора и стените на тръбопровода поради радиация и топлопроводимост (поради изтичане на топлина към мястото, където е прикрепен сензорът ). Това води до факта, че температурата на сензора се различава от температурата на средата и възниква методологична грешка. За да се намали тази грешка, е необходимо да се увеличи дължината на потопената част и периметъра на сензора, да се намали дебелината на стената и да се топлоизолира вътрешна повърхносттръбопровод, непотопената част на сензора и мястото му за монтаж.

2. Грешка поради непълно спиране на газовия поток. В термометри, предназначени да измерват истинската температура Tпротивопоток на въздуха, възниква грешка, причината за която е повишаване на температурата на сензора поради преобразуването на кинетичната енергия на въздушния поток в топлина, когато се спира от сензора.

Пълна температура на спиране

Поради непълно забавяне на потока, температурата на сензора не достига температурата T P,определя се по формулата

,

Където r –спирачен коефициент в зависимост от формата на сензора.

За някои сензор формира коеф rима следните значения:

за цилиндър, разположен напречно на потока, r = 0,65;

за цилиндър, разположен по протежение на потока, r=0,87;

за сфера r = 0,75.

Относителна грешка на истинското измерване на температурата

.

Тази грешка може да се вземе предвид чрез въвеждане на корекция; в навигационните изчислителни устройства тази корекция се въвежда автоматично.

В термометри, предназначени за измерване на температура T Pинхибирани газове, грешката възниква поради непълно инхибиране на потока от сензора.

Относителна грешка при измерване на спирачната температура

.

Тази грешка също може да бъде взета предвид чрез въвеждане на корекция.

3. Динамична грешка. Тази грешка се дължи на факта, че топлината се пренася от средата към чувствителния елемент с известно забавяне поради крайната скорост на топлопредаване, която зависи от материала на масата и повърхността на термичния патрон.

Топлинната инерция на термометъра в линейно приближение се характеризира с неговата трансферна функция (3.3):

,

Където S T –чувствителност

Т 1 –времева константа()

5.2. Грешки температурни измерванияконтактни сензори

Грешките в измерванията на температурата се обсъждат в много монографии и публикации, чийто брой възлиза на стотици и дори хиляди. Тук ще разгледаме този проблем накратко, опростено, схематично въз основа на най-типичните ситуации на измерване. Основната цел на това разглеждане е да се съсредоточи върху правилния избор на сензор, смислена, целесъобразна организация на измервателен експеримент, който осигурява намаляване; неизбежни грешки, както и възможността за тяхната приблизителна оценка.

Тук ще разгледаме само грешки от термичен произход, причинени от различни термофизични характеристики на сензора и измервания обект, както и влиянието върху формирането на температурното поле на сензора не само на основния тип топлообмен, поради при което температурата на чувствителния елемент на сензора трябва да бъде равна на измерената температура на обекта, но и на вторични видове топлообмен, изкривяващи температурното поле на сензора. Тези причини водят до факта, че при измерване на стационарни температури стойността на стационарната температура на сензора се различава от измерената температура на обекта. Тази разлика е грешката, причинена от вторичните видове пренос на топлина.

При измерване на нестационарни температури се добавя грешка, която обикновено се нарича динамична, причинена от топлинната инерция на сензора. И вторичните видове пренос на топлина допринасят за тази грешка.

Освен това, при наличие на външни източници на енергия, при взаимодействието им със сензора е възможно и изкривяване на температурата на сензора, което има характер на допълнително нагряване, образувайки съответна грешка на сензора. Такива грешки включват грешки, причинени от преобразуването на кинетичната енергия на високоскоростен газов поток по време на неговото спиране на сензора в енталпията на сензора, както и нагряване на чувствителния елемент на съпротивителния термометър от измервателния ток.

Както вече беше отбелязано, температурата на повърхностите на структурните елементи се измерва с помощта на съпротивителни термометри и термодвойки. Колкото по-малък е размерът на сензора, толкова по-малък е неговият собствен топлинен капацитет и термично съпротивление и толкова по-малко е влиянието на вторичните видове топлопренос (в този случай основният процес на топлопредаване е проводящ топлообмен между измерваната повърхност и сензора ), толкова по-малки са грешките при такива измервания.

Помислете за измерване на температурата на плоча с дебелина Л 0 плосък съпротивителен термометър. От двете страни на плочата условията, представени на фиг. 5.3, а. Тук α 1 и α 2 са коефициентите на конвективен топлообмен между повърхностите на плочата и средата; T 1 И T 2  температура на околната среда; T C1 и T C2 е температурата на повърхностите на плочата; л д  дебелина на сензора. И сензорът, и плочата имат относително ограничена дебелина л д И л 0 , други размери са неограничени. По този начин се предполага, че случаят б)съответства на случая, когато сензорът е разположен от страната, противоположна на източника на отопление, кутията V) от страната на източника на отопление и инсталирането на сензора не променя коефициентите на топлопреминаване α 1 и α 2 .

Приема се, че измерената от сензора температура съответства на разположението на чувствителния елемент в централната му част (L D /2).

Нека означим с Λ 0 и Λ d съответно коефициентите на топлопроводимост на плочата и сензора.

При измерване на стационарна температура на плоча грешката има формата:

за случая б):

(5.12)

за случая V):

(5.13)

Тъй като Л д /Λ д = П д , Л 0 / Λ 0 = П 0 термични съпротивления на сензора и плочата, съответно, можем да пренапишем дадените съотношения на грешки по отношение на термичните съпротивления: случай б):

(5.14)

(5.15)

При измерване на нестационарни температури, изрази за грешки в стационарно състояние при допускането, че измерената температура на повърхността варира линейно T СЪС = T 0 + bτ И α 2 = 0, имат формата:

случва се б):

(5.16)

случва се V):

(5.17)

(5.18)

(5.19)

Допускането, че коефициентът на топлопреминаване от страната, противоположна на източника на отопление, е равен на нула, означава предположението за адиабатна изолация на плочата, т.е. предполага се, че цялата постъпваща в него топлина се изразходва за отоплението му. Този случай, в първо приближение, се реализира, когато се въведе физическа изолация на плочата от страната, противоположна на източника на отопление, или при много ниски коефициенти на топлопреминаване (спокоен въздух, разредена среда при полети на големи височини). Благодарение на това предположение беше възможно да се получат такива прости изрази T устата .

Ако плочата е тънка и нейният материал има висок коефициент на топлопроводимост, тогава Δ T устатапочти независимо от термична устойчивостчинии. Пристрастяване Δ T устатаот α 1 е хиперболичен по природа, забележима зависимост при малки стойности α 1 и зависимостта практически изчезва, когато α 1 >1000 W/m 2 град. По този начин стойността на грешката се определя главно от термофизичните параметри на сензора. Тези параметри за основните усилващи материали на повърхностните съпротивителни термометри са дадени в табл. 5.4.

Таблица 5.4

Стойности на C d, P d за материали, подсилващи повърхността на съпротивителните термометри

Нека разгледаме грешката при измерване на температурата на плочата с термодвойка за случая, показан на фиг. 5.4.

П дебелина на ламината Л 0 да бъде в топлообмен с околната среда от двете страни на плочата. Съответно коефициентите на топлообмен с околната среда α 1 И α 2 и температура на околната среда T 1 И T 2 . Радиус на термоелектродите на термодвойка r д , топлопроводимостта на термоелектродите се приема за еднаква  Λ д .

Ние разглеждаме влиянието на термодвойка като действие на източник на топлина Qπ Р 2 Л 0 (R е радиусът на източника).

(5.20)

Ние разглеждаме влиянието на термодвойка като действие на източник на топлина Q, заемащи площ в плочата с обем π Р 2 Л 0 (R е радиусът на източника).

Тогава температурата на плочата в зоната, отдалечена от действието на източника, е

(5.21)

и относителна грешка

(5.22)

Където К 0 (μ ), К 1 (μ ) – модифицирани функции на Бесел от нулев и първи ред;

(5.23)

(5.24)

– коефициент на топлопреминаване на термоелектроди с термодвойка. Тук δ отИ Λ от– съответно дебелината и коефициента на топлопроводимост на изолацията на термоелектродите на термодвойки; α д– коефициент на топлообмен на термоелектродите с заобикаляща среда;

(5.25)

Грешки на термодвойката за случая, показан на фиг. 5.4 са ограничаващи. Те могат да бъдат значително намалени, ако термоелектродите първо се положат по протежение на измерената изотермична повърхност на достатъчна дължина (критерият за достатъчност е съотношението л/ r д>50), след което се отдалечете от повърхността.

Разглеждането на грешките на сензора, измерващ температурата на средата, ще бъде намалено до общата диаграма, представена на фиг. 5.5. Средата може да бъде газ или течност.

Обозначенията на фиг. 5.5 T ср– температура на измерваната среда; T d – температура, измерена от датчика; T ул– температура на тялото на сензора. Предполага се, че T ср > T д > T ул > T Да се α ср - коефициент на конвективен топлообмен между средата и сензора; ε д , ε ул– коефициенти на излъчване на повърхността и стената на сензора; р конв , р конд , р радвам се– конвективни, проводими y, радиационни топлинни потоци (последните две характеризират топлинните загуби на сензора за разглежданата ситуация на измерване); V av – скорост на свободния поток.

За да се опрости разглеждането, разпределението на температурата и скоростта на средата в линията се приема за равномерно. Сензорът се разглежда като пръчка с равномерно разпределение на термофизични характеристики (за реални структури трябва да се вземат ефективни стойности). Пръчката е измервател на температурата на средата. В стационарен случай, ако няма топлинни загуби от пръта към по-студеното тяло (q cond) и загуби поради радиация към по-студените стени (q rad) и ако няма грешки поради спиране, тогава сензорът ще измерва температурата на средата. Ако температурата на средата се променя с течение на времето, възниква динамична грешка поради термичната инерция на сензора. В действителност сензорните грешки се формират от следните компоненти:

Комбинираната проява на грешки, причинени от кондуктивна загуба на топлина и динамична загуба на топлина, може да се нарече статично-динамична грешка

(5.27)

С формулираните опростявания тази грешка

(5.28)

(приема се, че температурата при сензора се променя рязко до T av от първоначалната стойност T d (0) = 0). Тук

(5.29)

– температура на конвективно нагряване на сензора;
–специфичен топлинен капацитет, специфично тегло, площ на напречното сечение на сензорния прът;

(5.30)

– температура на кондуктивен топлообмен на сензорния прът; А– ефективен коефициент на топлопроводимост на сензорния прът; Л  дължина на пръта.

Вижда се, че наличието на радиатор от пръта към тялото на сензора води до образуване на статична грешка

(5.31)

Може също да се види, че динамичната грешка намалява при наличие на кондуктивен топлопренос.

Всъщност скоростта на промяна на температурата на сензорния прът

(5.32)

а топлинната инерция е реципрочната на темпото.

В зависимост от условията на топлообмен и структурата на пръта

, (5.33)

Където ψ(α dk )  коефициент на неравномерност на температурното поле на пръта; а дт ,  коефициент на "проводим топлопреминаване" на пръта; F – топлинен фактор. Тъй като

(5.34)

(5.35)

Реципрочна на темпото Мнаречен коефициент на топлинна инерция

ε = 1/M,(5.36)

и пристрастяване ε (а dk )  характеристична крива на топлинна инерция.

По този начин грешката, причинена от съвместното проявление на топлинна инерция и отвеждане на топлина, зависи от коефициентите на конвективен и кондуктивен топлообмен, топлинния фактор Ф и коефициента на неравномерност на температурното поле на пръта ψ(α dk ).

Общата грешка в измерванията се увеличава с увеличаване на радиатора към тялото, тъй като при наличието на радиатор, колкото по-бързо се реализира стойността на температурата в стационарно състояние, толкова повече тя се изкривява от статичната грешка на радиатора.

Определянето на стойностите на статичните грешки и характеристичните криви на термичната инерция се свежда до намирането на три параметъра, които характеризират сензора: α дт , ψ(α dk ) , Φ . величина ψ(α dk ) могат да бъдат представени във формата

(5.37)

(5.38)

 еквивалент на топлинното съпротивление на сензорния прът. За форма на пръчка под формата на плоча n = 3, под формата на цилиндър - n = 4, под формата на топка - n = 5 (стриктно валидно за условия на редовно топлинен режимвтори вид).

Ако прътът има разнородна структура - равномерна обвивка (защитен кожух) със сърцевина с ниска топлопроводимост и забележимо термично съпротивление, тогава граничната стойност на коефициента на топлинна инерция се определя от сърцевината на пръта (ε ∞ = HF),а статичната грешка е топлопроводимостта на черупката. В този случай стойността α дт се изчислява лесно, ако знаете геометричните размери на корпуса и коефициента на топлопроводимост на материала на корпуса.

Обобщени данни за стойностите на статично-динамичните параметри на някои представителни конструктивни типове сензори са дадени в таблица. 5.5.

Таблица 5.5

Статико-динамични параметри на температурни сензори

(5.39)

Където b– скорост на изменение на температурата.

Грешката, причинена от радиационния топлообмен на сензора със стените на тръбопровода, които имат температура по-ниска от измерената температура на средата, може да се оцени от следното съображение.

Ако газът, чиято температура се измерва, е прозрачен, тогава специфичният топлинен поток от сензора към стените е:

(5.40)

(5.41)

– коефициент на лъчист топлообмен между сензора и стената ( ε с – коефициент на излъчване на черно тяло); с д / с ул – съотношението на повърхностите на сензора и стената, изложени на радиационен топлообмен.

Ако разгледаме стационарния проблем за равенство на топлинния поток, подаден към сензора поради конвекция и загуба на топлина към стените поради радиация, тогава съвместното решение на q conv и q rad спрямо T д ви позволява да получите постоянна стойност T д И

(5.42)

Ефективен начин за намаляване на грешките, причинени от загуби на радиация (почти с порядък), е въвеждането на анти-радиационен екран между сензора и стените. Също така е необходимо да се има предвид, че при температура на околната среда над плюс 500°C се появява собственото излъчване на газа, което само по себе си има екраниращ ефект. Приблизително същия ефект може да се постигне чрез въвеждане на покрития на чувствителния елемент на сензора с ниски коефициенти на излъчване (сребро, злато, платина).

Когато потокът се забави в сензора, сензорът измерва температура, която надвишава равновесната термодинамична температура на газовия поток, но не достига стойността на температурата на стагнация, тъй като забавянето на потока в сензора е непълно. Ако Цр равновесна термодинамична температура на газовия поток, и T*- температура на спиране

(5.43)

Където K = c ч / ° С v - отношение на специфичните топлинни мощности на газа при постоянно налягане и постоянен обем; М =V ср / V звук  Числото на Мах, т.е. съотношението на скоростта на потока към локалната скорост на звука, тогава

(5.44)

Където r коефициент на възстановяване, характеризиращ непълнотата на преобразуване на кинетичната енергия на потока при сензора в топлинна енергия.

Най-благоприятно с от гледна точка на определимостта и стабилността на коефициента на възстановяване е надлъжното обтичане на телата, при което се наблюдава независимост на коефициента в широк диапазон от числа на Мах и Рейнолдс r.

Така че за пластинков термометър стойността r е 0,85. Чувствителните към потока елементи на сензорите имат тънкостенна тръба с малък диаметър r = 0,86...0,9, за надлъжно обтекаеми телени термодвойки r = 0,85... 0,87.

При напречен поток около термодвойки с отворен проводник r≈ 0,68 ± 0,08.

Ефективен начин за увеличаване на коефициента на възстановяване е използването на спирачни камери в сензорите (отворен вход с изходен отвор, намален по площ с 25...50 пъти). С надлъжен поток около термодвойка в спирачната камера r ≈ 0,98, с напреч r ≈ 0,92... 0,96.

Ако работното съединение на термодвойката е направено под формата на топка, чийто диаметър надвишава диаметъра на термоелектродите, тогава както при надлъжен, така и при напречен поток r ≈ 0,75.

Корекцията за определяне на статичната температура на потока от измерената равновесна температура (или грешката, ако не се вземе предвид) е с отрицателен знак и е равна на:

(5.45)

Грешките, причинени от неравномерното разпределение на температурата в напречното сечение на потока, когато се измерват от чувствителни елементи, разпределени по повърхността, изискват отделно разглеждане.

Значителна е ролята на грешките при високотемпературни измервания, причинени от загубата на изолация на армировъчните материали.

За съпротивителните термометри, възможността за нагряване на чувствителния елемент на термометъра от измервателния ток и свързаната с него грешка, чийто размер зависи както от интензивността на топлообмена между термометъра и околната среда, така и от термичното съпротивление и топлинния капацитет на материалите, подсилващи чувствителния елемент, трябва да се вземат предвид.

При измерване на температурата в полета на проникваща радиация трябва да се вземат предвид грешките, дължащи се както на моментните, така и на интегралните ефекти в зависимост от големината на радиацията.

Трябва да се разбере, че получаването на информацията, необходима за оценка на грешките, в никакъв случай не е по-лесно от получаването на основна информация. Поради това те често прибягват до оценка на максималните стойности на грешки, за да се уверят, че те са приемливи.

Основното обаче е да се разбере естеството на грешките и моделите на тяхното проявление, тъй като това е ключът към правилния избор на сензор и правилната организация на измерванията.

Проектиране и производство на сензори, устройства и системи

UDC 681.586"326:621.3.088.228

ОТНОСНО НОРМАЛИЗИРАНЕТО НА ТЕМПЕРАТУРНАТА ГРЕШКА НА ПОЛУПРОВОДНИКОВИ СЕНЗОРИ НА ТЕНЗОМАТРИЗАТОР

В. М. Стучебников

За тензометрични сензори на механични величини, работещи в широк температурен диапазон, стандартизацията на доп температурна грешкаизползването на линейния температурен коефициент води до значително изкривяване на резултатите от измерването. Статията показва, че е по-правилно да се нормализира зоната на температурна грешка в температурния диапазон, в който сензорите са термично компенсирани. Това е особено важно за полупроводникови тензодатчици с нелинейна температурна зависимост на изходния сигнал.

Допълнителна температурна грешка е важна характеристикасензори на механични величини, което определя грешката на тяхното измерване. Поради това винаги се посочва сред основните параметри на тези сензори. Повечето производители нормализират допълнителната температурна грешка, като използват линеен температурен коефициент, т.е. като процент от изходния диапазон на сензора от един или десет градуса по Целзий (или Фаренхайт в англоговорящите страни). В този случай, като правило, се приема, че знакът на температурната грешка може да бъде от всякакъв вид, така че обикновено се посочва като ±y %/°C (или ±y %/10 °C). Затова се препоръчва да се нормализира температурната грешка и регламенти IEC (например,), и след тях руски стандарти (например,).

В тази статия се обсъждат недостатъците на този метод за нормализиране на допълнителната температурна грешка на сензорите за механични величини, които са особено очевидни в сензорите за тензодатчици. полупроводникови сензори, които днес съставляват по-голямата част от сензорите, използвани за налягане, сила, параметри на движение и др. В конкретни примери се използват тензометрични сензори за налягане, базирани на хетероепитаксиални структури силиций върху сапфир (SOS), широко използвани в Русия.

Съвсем очевидно е, първо, че посоченото нормиране има смисъл само когато линейна зависимостизходен сигнал на температурен датчик. Въпреки това, линейно приближение на температурната зависимост на изходния сигнал на тензодатчик с приемлива степен на точност може да се използва само за сензори с метални тензометрични резистори и/или в относително малък температурен диапазон. Тъй като полупроводниците се характеризират със силна и нелинейна зависимост на параметрите от температурата, изходният сигнал на полупроводниковите тензометрични сензори като правило е значителен.

силно нелинейно зависи от температурата, което е особено забележимо при работа в широк температурен диапазон.

Второ, това нормиране всъщност дезориентира потребителя, принуждавайки го да удвои реалната грешка на измерване. Факт е, че за специфични сензори с линейна температурна зависимост на изходния сигнал, наклонът на тази зависимост има много определен знак, така че сигналът може само да намалява или да се увеличава с температурата. Чрез изразяване на нормализацията на температурната грешка в %/°C, показваща определена стойност и знак, потребителят може действително да оцени и вземе предвид грешката на измерване, например налягане, при определена температура; обаче, ако знакът не е определен, тогава несигурността на измерването нараства значително.

Това е илюстрирано на фиг. 1. На фиг. 1а показва случая, когато измереното налягане (пропорционално на изходния сигнал на сензора) намалява линейно с повишаване на температурата. В този случай, при известна температура "meas", потребителят може да вземе предвид температурната грешка и да доведе налягането, измерено от сензора rms до действителното налягане rn, което се нормализира при "нормална" температура "n:

Рн = Rizm - U ("izm - "nX (1)

където y е наклонът на зависимостта p (") (y< 0). Конечно, при этом, как минимум, сохраняется неопределенность фактического давления, определяемая основной погрешностью датчика (полоса, ограниченная штриховыми прямыми на рис. 1, а).

Ситуацията е съвсем различна, когато знакът на температурната грешка не е определен (виж фиг. 1, b). В този случай, дори при известна температура на измерване, неопределеността на измереното налягане е Dr = (рн1 - рн2) дори без да се вземе предвид основната грешка на сензора.

Разбира се, ако измерваната температура е неизвестна дори приблизително и всичко, което се знае за нея, е, че тя

Ориз. 1. Температурна грешка при измерване на налягането с линейна зависимост на изходния сигнал на сензора от температурата в случай на отрицателен (а) и несигурен (б) знак на линейния температурен коефициент y

лежи в рамките на (максимален - мин.) работен температурен диапазон, произтичащата несигурност на измерване на налягането е

"Рм = (Р2 - Р1) = IУI ("max - "min) (2)

независимо от това дали знакът на коефициента на наклона на правата p(") е известен или не.

Нека разгледаме случая на нелинейна температурна зависимост на изходния сигнал на тензодатчик (TC). Например, за трансформатори на налягане, базирани на SOS структури, чийто температурен дрейф се компенсира от верига с термично независими резистори, зависимостта на изходния сигнал от температурата е близка до параболична. Подобна зависимост имат силициевите ТС с дифузионни или имплантирани тензодатчици. Съответно, налягането, измерено от сензор с такова TP (пропорционално на изходния сигнал на сензора), също не е

линейно зависи от температурата (фиг. 2), освен ако не са взети специални мерки за по-нататъшното й коригиране електронна схема, например, с помощта на микропроцесор. В този случай, в съответствие с буквата на регулаторните документи, ако нормализираме температурната грешка линеен коефициент, тогава е необходимо да се посочи максималната (по абсолютна стойност) стойност на наклона + umax на допирателната към параболата (тънки прави линии на фиг. 2). В резултат стандартната обща температурна грешка в работния температурен диапазон "max..." min трябва да се определи чрез израз (2):

"Рн = (Р2 - Р1) = 1 Umax _ ("max - "min") (3)

Очевидно тази стойност далеч надвишава действителната обща температурна грешка (виж Фиг. 2)

"Rf = (Rn - Rmin). (4)

От това следва, че при нелинейна температурна зависимост на изходния сигнал на сензора е безсмислено да се използва линейният температурен коефициент y за нормализиране на допълнителната грешка при измерване на температурата, тъй като в рамките на работния температурен диапазон той се променя по величина и знак (включително преминаване през нула) , и съществуващи правилав ръководството за експлоатация е необходимо да се посочи максималната (в абсолютна стойност) стойност на Y.

Поради тази причина в сензорите за налягане MIDA-13P, като мярка за допълнителна температурна грешка, зоната на температурна грешка се нормализира в работния температурен диапазон "Rf", който е посочен в паспорта на сензора. зоната на температурна грешка на сензорите MIDA-13P е дадена в статията.Трябва да се каже, че Госстандарт е напълно съгласен с този подход и всички регулаторни документи на сензорите MIDA са признати от Държавния регистър на Руската федерация.

Ориз. 2. Определяне на зоната на температурна грешка при измерване на налягането за сензор с нелинейна температурна зависимост на изходния сигнал:

"Рф - действителна зона на температурна грешка; "Рн - стандартна зона на температурна грешка при нормализиране на температурната грешка чрез линеен коефициент на температурна зависимост

ZepBOGB & Sysfems No. 9.2004

Ориз. 3. Типична температурна зависимост на допълнителната температурна грешка при измерване на налягането със сензор MIDA-13P, температурно компенсиран в 120-градусов температурен диапазон (-40...+80 °C)

"Нормална" температура "n = (20 ± 5) ° C. При термична компенсация в друг температурен диапазон със същата ширина (например 200 ... 320 ° C), температурната зависимост на грешката има подобна форма ( но в този случай за дадения пример „нормална“ температура трябва да бъде Tn = (260 ± 5) °C)

Грешки при измерване в зоната на температурна грешка (заедно с линейния температурен коефициент) също се допускат от някои чуждестранни стандарти.

Трябва да се направят още няколко точки. Първо, в сензори с температурна зависимост на изходния сигнал, близка до параболична (а именно това е в сензорите за налягане MIDA), зоната на температурна грешка е минимална, когато „нормалната“ температура „n“, при която сензорът е калибриран и неговата основна грешка е определена, е в средата на работния температурен диапазон (в който се извършва температурна компенсация на изходния сигнал). В сензорите MIDA-13P това се извършва автоматично (работен температурен диапазон от -40 до +80 °C, нормализиране при 20 + 5 °C - виж Фиг. 3 При високотемпературни сензори MIDA-12P, при които температурата на измерваната среда може да достигне 350 °C, ситуацията е малко по-сложна и ще бъде обсъдена в повече подробности по-долу.

Второ, ако в случай на линейна температурна зависимост, когато диапазонът на работната температура се намали, общата температурна грешка намалява линейно, то при параболична зависимост това намаление е квадратично - например при симетрично намаляване на диапазона на работната температура с наполовина (например от -40...+80 ° От до -10...+50 °C) зоната на температурна грешка се намалява с четири. Това прави възможно създаването на високоточни сензори за налягане, работещи в ограничен температурен диапазон, без използването на сложна електроника. Така в диапазона от 0...40 °C типичната зона на температурна грешка на сензорите за налягане MIDA-13P с резистивна температурна компенсационна верига не надвишава 0,2% (виж фиг. 3).

Трето, ако „нормалната“ температура, при която се определя основната грешка на сензора (обикновено стайна температура), не е в центъра на обхвата на температурна компенсация, тогава игнорирането на нелинейността на температурната зависимост на грешката

При избора на сензори за налягане всеки потребител си поставя за цел да измерва налягането с точността, посочена в техническата документация. Това е един от критерии за избор на сензор. В паспорта на сензора стандартите GOST изискват да бъдат посочени приемливи стойности основна грешкаизмервания (+ - от истинското налягане). Тези стойности съгласно GOST 22520 са избрани от диапазона 0,075; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5%; и т.н. в зависимост от техническите възможности на продукта. Основният индикатор за грешка е нормализиран за нормални (т.е. идеални) условияизмервания. Нормалните условия се определят съгласно GOST 12997. Тези условия са посочени и в процедурата за проверка на средствата за измерване. Например, според MI1997, за да определите основната грешка, която трябва да зададете следните условияоколна среда сряда:
- температура 23+-2оС,
- влажност от 30 до 80%,
- банкомат налягане 84-106,7 kPa,
- захранване 36+-0.72V,
- липса на външни магнитни полета и др.
Както можете да видите, условията на работа на сензора при определяне на основната грешка са почти идеални. Следователно всяка лаборатория за калибриране трябва да има възможност да ги регулира. Например, за регулиране на температурата в помещението се използват устройства за микроклимат (нагревател, климатик и др.). Но какви показания от сензора ще получим в реални условия на работа в съоръжението, например при +80°C или -30°C, е въпрос. Отговор на този въпрос дава индикаторът допълнителна грешка, който също е стандартизиран в TU и GOST.
Допълнителна грешка- Отклонение на функцията на преобразуване, причинено от една въздействаща величина (температура, налягане, вибрации, радиосмущения, захранващо напрежение и др.). Изчислено като разлика(пренебрегвайки знака) между стойността на грешката в работниците(действителните) условия на измерване и стойността на грешката при нормални условия.
Разбира се, всички фактори на условията на работа влияят на изходния сигнал. Но за сензорите за налягане (трансмитери) най-значимият ефект е отклонението на температурата на околния въздух. В GOST 22520 допълнителната грешка се нормализира за всеки 10C отклонение от нормални условия(т.е. от 23°C). Допустимите отклонения според GOST изглеждат така:

Ако сензорът отговаря на тези допуски по време на температурно изпитване, тогава той „съответства на GOST 22520“, което в повечето случаи е написано в документацията за сензора.
Нека анализираме точността на сензора, който отговаря на GOST 22520, когато е изложен на температура. Например, сензор с основна грешка от 0,5% и работен температурен диапазон от -30..+80°C при 30°C може да направи грешка с 0,5+0,45=0,95%, при 40°C (отклонение от 2 deci. °C) съответно 1,4% и накрая при 80°C получаваме точност от 3,2% - това е сумата от основната и допълнителните грешки. Позволете ми да ви напомня, че имаме работа със сензор от 0,5%, а при работа при 80°C получаваме точност от 3,2% (приблизително 6 пъти по-лошо) и такъв сензор отговаря на изискванията на GOST 22520.
Резултатите не изглеждат много добре и със сигурност няма да зарадват купувача на сензор с посочена точност от 0,5%. Затова повечето производители го правят термична компенсация на изходния сигнали изискванията за допълнителни сензори са затегнати в спецификациите за конкретен сензор. грешки поради температура. Например за сензорите SENSOR-M в техническите спецификации поставяме изискване по-малко от 0,1% на 10°C.
Цел на температурната компенсация– намаляване на доп грешка от температура до нула. Природа доп Ще разгледаме подробно температурните грешки и методите за температурна компенсация на сензорите в следващата статия. В тази статия бих искал да обобщя.
Необходимо е да се вземе предвид основна грешка и допълнителнав зависимост от необходимата точност на измерване в рамките работни температурисензор Допълнителна грешкавсеки сензор може да бъде намерен в паспорта, ръководството за експлоатация или техническите спецификации на продукта. Ако индикаторът е доп грешките не са посочени в тях. Документация за сензора, тогава той просто отговаря на изискванията на GOST, които анализирахме по-горе.
Човек също трябва да прави разлика диапазон на температурна компенсацияИ Диапазон на работната температура. В диапазона на температурна компенсация, доп грешката е минимална; когато излезете извън диапазона на температурна компенсация, изискванията се прилагат отново