Грешка на температурния датчик

Тази грешка не е посочена в информационния лист на сензора, тъй като самият сензор я няма. Може да се елиминира чрез промяна на веригата за превключване на сензора (чрез замяна на стабилизатора на напрежението, захранващ сензора със стабилизатор на ток и преминаване от трипроводна линия към четирипроводна линия). Но ако това не е направено, тогава получената грешка, поне приблизително, трябва да се вземе предвид при изчисляването на получената грешка на канала.

Промени в показанията поради отклонение на работните условия от нормалните, т.е. допълнителните грешки се нормализират чрез посочване на коефициентите на влияние на промените в отделните въздействащи величини върху промените в показанията във формуляра. Въпреки че всъщност тези функции на влиянието на влияещите фактори като правило са нелинейни, за по-лесно изчисление те се считат приблизително за линейни и получените допълнителни грешки се определят като

откъде е отклонението нормални условия.

Максимална стойност на температурна грешка при = 3K:

За да преминете от изчислената максимална стойност на тази грешка, която възниква, когато максимални отклонениятемператури до 5 или 35 °C, до стандартно отклонение е необходимо да се знае законът за разпределение на температурата в цеха. Нямаме данни за това. Нека приемем напълно евристично предположение, че температурата е нормално разпределена и 8 дни в годината достига критични стойности, а останалите 365 - 8 = 357 дни, т.е. 357/365 = 0,98 случая, не е извън границите. Според таблицата на нормалното разпределение откриваме, че вероятността P = 0,98 съответства на граница от ± 2,3y. Оттук:

Нормални параметри на разпределение k = 2.066, h = 0.577, e = 3

Температурната грешка е мултипликативна, т.е. получен чрез умножение (грешка на чувствителността). Широчината на лентата на грешката нараства пропорционално на нарастването на входната стойност x, като при x=0 също е равна на 0.

Грешка на сензора поради колебания на захранващото напрежение

Тази грешка е чисто мултипликативна и се разпределя по същия закон като отклонението на мрежовото напрежение от номиналната му стойност от 220V. Разпределението на мрежовото напрежение е близко до триъгълното с приети граници над ± 15%. Стабилизаторът премахва люлеенето на колебанията на напрежението с K=25 пъти, т.е. на изхода на стабилизатора разпределението също е триъгълно, но със замах 15%/25=0,6%. Максималната стойност на тази грешка: gUD = 15%. Стандартно отклонение за триъгълно разпределение.

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 Tнасрещен поток въздух, възниква грешка, причината за която е повишаване на температурата на сензора поради прехода към топлина кинетична енергиявъздушен поток, 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()

Ясно е, че след 4 години въпросът вече не е актуален, но както разбирам, при +23C се получи грешка (25.04/25-1)*100%= +0.16% (в% от URL, което е 25MPa ), при +55C беше. Получената грешка е (24,97/25-1)*100% = -0,12%.

И грешката на сензора при +23C се нормализира като 0,2% от URL, а при +55C трябва да бъде 0,2%+0,08%*(55C-23C)/10C = 0,456% от URL.

тоест не може да има проблеми с проверката (при +23C имаме +0,16% с толеранс от +/-0,2%, при +55C имаме -0,12% с толеранс от +/-0,456%). При +55C устройството дори се оказа по-точно, отколкото при нормална (+23C) температура.

Тоест не може да има проблеми с проверката (при +23C имаме +0,16% с толеранс +/-0,2%...

Всичко изглежда така взети показания се вписват в основната грешка , равно в този случай на 0,05MPa....

възникна следващ въпрос: на датчика за налягане, който се подготвя за типово изпитване на измервателния уред...

По време на тези тестове трябва да се установи коректността и валидността на MX..., предложен от разработчика на този сензор, в този случай допълнителна грешка на сензора поради температурни промени заобикаляща среда...

Измерените стойности показаха, че основната грешка на изпитвания сензор не надвишава стойността на границите на допустимата грешка, предложена от разработчика за него - ±0,2% или в абсолютни стойности ±0,05 MPa, но

получената стойност на допълнителната грешка от промяна на температурата за този сензор превишенПредложената от разработчика стойност за границите на допустимата допълнителна грешка:

Според метода за изчисляване на допълнителната температурна грешка получаваме:

(24,97-25,04)/(25*0,1*(55-23)) * 100 = -0,0875%, т.е. Сензора не влиза в допълнителната температурна грешка!!!

Тези. разработчикът предположи, че този тип сензор има допълнителна грешка от промяна на температурата с ±0,08% от URL за всеки 10°C, а при проверка на тази стойност на първия попаднал сензор се оказа, че е -0,0875%....

Тук веднага възниква въпросът дали разработчикът е задал правилно стойността допълнителна грешка от промяна на температурата, равна на ±0,08% от URL за всеки 10°C..., защото необходимо е да се проверява не общата грешка на датчика при температура от +55°C, както правите (представете си какво ще стане, ако получената стойност на основната грешка е на допустимата граница за този датчик...), а именно параметърът, който се нормализира..., т.е. размер променигрешки от съответния променитемператури....

Освен това измерените стойности позволяват да се оцени допълнителната грешка само от температурни промени нагореот температурата, приета за нормална +23°C.

Необходимо е също така да се оцени допълнителната грешка от температурни промени надолуот приетата за нормална температура +23°C, т.е. при -40°C, като тази промяна не е 32°C, както до температура +55°C, а 63°C...., т.е. най-вероятно стойността на допълнителната грешка от промяната на температурата надолурезултатът ще бъде дори по-голям от стойността, получена за този сензор нагоре (-0.0875%)....

По правило допълнителната грешка от температурни промени за SI се задава на максимума от допълнителните грешки нагореИ надолу...., или в редки случаи две - различни...

Ето защо в този случай е необходимо да се проведат редица допълнителни тестове на представителна извадка от разглежданите сензори, за да се установи адекватна допълнителна грешка за тях (за този тип сензор) от температурни промени...

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. зависи от технически възможностипродукти. 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 10°C отклонение от нормалните 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

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 тензодатчици на механични величини, работещи в широк температурен диапазон, нормализирането на допълнителната температурна грешка с помощта на линеен 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. IN конкретни примериИзползват се 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 сензора от температурата. 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 температурна 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 това е стайна температура), не е в центъра на обхвата на температурна компенсация, тогава пренебрегвайки нелинейността на температурната зависимост на грешката