Οι μηχανικοί και ηλεκτρικοί αισθητήρες θερμοκρασίας που έρχονται σε επαφή με το μέσο του οποίου η θερμοκρασία μετράται (αυτό δεν περιλαμβάνει τα πυρόμετρα ακτινοβολίας) υπόκεινται στα ακόλουθα μεθοδολογικά σφάλματα.

1. Σφάλμα λόγω απωλειών από θερμική ακτινοβολία και θερμική αγωγιμότητα. Αυτό το σφάλμα οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμοκρασία των τοιχωμάτων του αγωγού διαφέρει από τη μετρούμενη θερμοκρασία του αερίου ή του υγρού που ρέει μέσω αυτού του αγωγού. Ως αποτέλεσμα, μαζί με την ευεργετική ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του μέσου και του αισθητήρα, συμβαίνει επιβλαβής ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ του αισθητήρα και των τοιχωμάτων του αγωγού λόγω ακτινοβολίας και θερμικής αγωγιμότητας (λόγω της εκροής θερμότητας στη θέση όπου είναι συνδεδεμένος ο αισθητήρας ). Αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι η θερμοκρασία του αισθητήρα διαφέρει από τη θερμοκρασία του μέσου και εμφανίζεται ένα μεθοδολογικό σφάλμα. Για να μειωθεί αυτό το σφάλμα, είναι απαραίτητο να αυξηθεί το μήκος του βυθισμένου τμήματος και η περίμετρος του αισθητήρα, να μειωθεί το πάχος του τοιχώματος και να μονωθεί θερμικά εσωτερική επιφάνειασωλήνωση, το μη βυθισμένο τμήμα του αισθητήρα και τη θέση τοποθέτησής του.

2. Σφάλμα λόγω ατελούς πέδησης της ροής αερίου. Σε θερμόμετρα σχεδιασμένα να μετρούν την πραγματική θερμοκρασία Ταντίθετη ροή αέρα, εμφανίζεται ένα σφάλμα, η αιτία του οποίου είναι η αύξηση της θερμοκρασίας του αισθητήρα λόγω της μετατροπής της κινητικής ενέργειας της ροής αέρα σε θερμότητα όταν φρενάρει από τον αισθητήρα.

Πλήρης θερμοκρασία φρεναρίσματος

Λόγω ατελούς επιβράδυνσης ροής, η θερμοκρασία του αισθητήρα δεν φτάνει τη θερμοκρασία T P,καθορίζεται από τον τύπο

,

Οπου r –συντελεστής πέδησης ανάλογα με το σχήμα του αισθητήρα.

Για κάποιους αισθητήρες σχηματίζει ο συντελεστής rέχει τις ακόλουθες έννοιες:

για έναν κύλινδρο που βρίσκεται εγκάρσια στη ροή, r = 0,65;

για έναν κύλινδρο που βρίσκεται κατά μήκος της ροής, r=0,87;

για σφαίρα r = 0,75.

Σχετικό σφάλμα πραγματικής μέτρησης θερμοκρασίας

.

Αυτό το σφάλμα μπορεί να ληφθεί υπόψη με την εισαγωγή μιας διόρθωσης. στις υπολογιστικές συσκευές πλοήγησης, αυτή η διόρθωση εισάγεται αυτόματα.

Σε θερμόμετρα σχεδιασμένα για τη μέτρηση της θερμοκρασίας Τ Πανασταλτικά αέρια, το σφάλμα προκύπτει λόγω ατελούς αναστολής της ροής από τον αισθητήρα.

Σχετικό σφάλμα μέτρησης θερμοκρασίας πέδησης

.

Αυτό το σφάλμα μπορεί επίσης να ληφθεί υπόψη με την εισαγωγή μιας διόρθωσης.

3. Δυναμικό σφάλμα. Αυτό το σφάλμα οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμότητα μεταφέρεται από το μέσο στο αισθητήριο στοιχείο με κάποια καθυστέρηση λόγω του πεπερασμένου ρυθμού μεταφοράς θερμότητας, ο οποίος εξαρτάται από το υλικό της μάζας και την επιφάνεια του θερμικού φυσιγγίου.

Η θερμική αδράνεια ενός θερμομέτρου σε γραμμική προσέγγιση χαρακτηρίζεται από τη συνάρτηση μεταφοράς του (3.3):

,

Οπου S T -ευαισθησία

T 1 -σταθερά χρόνου ()

5.2. Σφάλματα μετρήσεις θερμοκρασίαςαισθητήρες επαφής

Τα λάθη στις μετρήσεις θερμοκρασίας συζητούνται σε πολλές μονογραφίες και δημοσιεύσεις, ο αριθμός των οποίων ανέρχεται σε εκατοντάδες, ακόμη και χιλιάδες. Εδώ θα εξετάσουμε αυτό το πρόβλημα εν συντομία, απλοποιημένο, σχηματικά με βάση τις πιο τυπικές καταστάσεις μέτρησης. Ο κύριος στόχος αυτής της θεώρησης είναι να επικεντρωθεί στη σωστή επιλογή αισθητήρα, ουσιαστική, εύχρηστη οργάνωση ενός πειράματος μέτρησης που εξασφαλίζει μείωση. αναπόφευκτα λάθη, καθώς και η δυνατότητα κατά προσέγγιση αξιολόγησής τους.

Θα εξετάσουμε εδώ μόνο σφάλματα θερμικής προέλευσης, που προκαλούνται από διάφορα θερμοφυσικά χαρακτηριστικά του αισθητήρα και του μετρούμενου αντικειμένου, καθώς και την επίδραση στο σχηματισμό του πεδίου θερμοκρασίας του αισθητήρα όχι μόνο του κύριου τύπου μεταφοράς θερμότητας, λόγω η οποία η θερμοκρασία του ευαίσθητου στοιχείου του αισθητήρα θα πρέπει να είναι ίση με τη μετρούμενη θερμοκρασία του αντικειμένου, αλλά και των δευτερευόντων τύπων μεταφοράς θερμότητας, παραμορφώνοντας το πεδίο θερμοκρασίας του αισθητήρα. Αυτοί οι λόγοι οδηγούν στο γεγονός ότι κατά τη μέτρηση σταθερών θερμοκρασιών, η τιμή θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης του αισθητήρα διαφέρει από τη μετρούμενη θερμοκρασία του αντικειμένου. Αυτή η διαφορά είναι το σφάλμα που προκαλείται από δευτερεύοντες τύπους μεταφοράς θερμότητας.

Κατά τη μέτρηση μη σταθερών θερμοκρασιών, προστίθεται ένα σφάλμα, το οποίο συνήθως ονομάζεται δυναμικό, που προκαλείται από τη θερμική αδράνεια του αισθητήρα. Και οι δευτερεύοντες τύποι μεταφοράς θερμότητας συμβάλλουν σε αυτό το σφάλμα.

Επιπλέον, με την παρουσία εξωτερικών πηγών ενέργειας, σε περίπτωση αλληλεπίδρασής τους με τον αισθητήρα, είναι επίσης δυνατή η παραμόρφωση της θερμοκρασίας του αισθητήρα, η οποία έχει τη φύση πρόσθετης θέρμανσης, σχηματίζοντας ένα αντίστοιχο σφάλμα αισθητήρα. Τέτοια σφάλματα περιλαμβάνουν σφάλματα που προκαλούνται από τη μετατροπή της κινητικής ενέργειας μιας ροής αερίου υψηλής ταχύτητας κατά την πέδησή της στον αισθητήρα στην ενθαλπία του αισθητήρα, καθώς και από τη θέρμανση του ευαίσθητου στοιχείου του θερμομέτρου αντίστασης από το ρεύμα μέτρησης.

Όπως έχει ήδη σημειωθεί, η θερμοκρασία των επιφανειών των δομικών στοιχείων μετράται χρησιμοποιώντας θερμόμετρα αντίστασης και θερμοστοιχεία. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος του αισθητήρα, τόσο μικρότερη είναι η δική του θερμοχωρητικότητα και θερμική αντίσταση και τόσο μικρότερη είναι η επίδραση των δευτερευόντων τύπων μεταφοράς θερμότητας (στην περίπτωση αυτή, η κύρια διαδικασία μεταφοράς θερμότητας είναι η αγώγιμη ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ της μετρούμενης επιφάνειας και του αισθητήρα ), τόσο μικρότερα είναι τα σφάλματα σε τέτοιες μετρήσεις.

Σκεφτείτε να μετρήσετε τη θερμοκρασία μιας πλάκας πάχους μεγάλο 0 θερμόμετρο επίπεδης αντίστασης. Και στις δύο πλευρές της πλάκας, οι συνθήκες που παρουσιάζονται στο Σχ. 5.3, ένα. Εδώ τα α 1 και α 2 είναι οι συντελεστές μεταφοράς θερμότητας μεταξύ των επιφανειών της πλάκας και του μέσου. Τ 1 Και Τ 2  θερμοκρασία περιβάλλοντος; Τ Γ1 και T C2 είναι η θερμοκρασία των επιφανειών της πλάκας. μεγάλο ρε  πάχος αισθητήρα. Τόσο ο αισθητήρας όσο και η πλάκα έχουν σχετικά πεπερασμένο πάχος μεγάλο ρε Και μεγάλο 0 , τα άλλα μεγέθη είναι απεριόριστα. Έτσι, υποτίθεται ότι η περίπτωση σι)αντιστοιχεί στην περίπτωση όπου ο αισθητήρας βρίσκεται στην πλευρά απέναντι από την πηγή θέρμανσης, τη θήκη V) από την πλευρά της πηγής θέρμανσης και η εγκατάσταση του αισθητήρα δεν αλλάζει τους συντελεστές μεταφοράς θερμότητας α 1 και α 2 .

Υποτίθεται ότι η θερμοκρασία που μετράται από τον αισθητήρα αντιστοιχεί στην τοποθέτηση του αισθητηρίου στοιχείου στο κεντρικό του τμήμα (L D /2).

Ας συμβολίσουμε με Λ 0 και Λ d τους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας της πλάκας και του αισθητήρα, αντίστοιχα.

Κατά τη μέτρηση της σταθερής θερμοκρασίας μιας πλάκας, το σφάλμα έχει τη μορφή:

για την περίσταση σι):

(5.12)

για την περίσταση V):

(5.13)

Επειδή η μεγάλο ρε /Λ ρε = Π ρε , μεγάλο 0 / Λ 0 = Π 0 θερμικές αντιστάσεις του αισθητήρα και της πλάκας, αντίστοιχα, μπορούμε να ξαναγράψουμε τις δεδομένες σχέσεις σφάλματος ως προς τις θερμικές αντιστάσεις: περίπτωση σι):

(5.14)

(5.15)

Κατά τη μέτρηση μη σταθερών θερμοκρασιών, εκφράσεις για σφάλματα σταθερής κατάστασης με την υπόθεση ότι η μετρούμενη θερμοκρασία επιφάνειας ποικίλλει γραμμικά Τ ΜΕ = Τ 0 + bτ Και α 2 = 0, έχουν τη μορφή:

συμβαίνει σι):

(5.16)

συμβαίνει V):

(5.17)

(5.18)

(5.19)

Η υπόθεση ότι ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας στην πλευρά απέναντι από την πηγή θέρμανσης είναι ίσος με μηδέν σημαίνει την υπόθεση αδιαβατικής μόνωσης της πλάκας, δηλ. Υποτίθεται ότι όλη η θερμότητα που εισέρχεται σε αυτό δαπανάται για τη θέρμανση. Αυτή η περίπτωση, σε μια πρώτη προσέγγιση, πραγματοποιείται όταν η φυσική μόνωση της πλάκας εισάγεται στην πλευρά απέναντι από την πηγή θέρμανσης ή με πολύ χαμηλούς συντελεστές μεταφοράς θερμότητας (ήρεμος αέρας, σπάνιο περιβάλλον κατά τις πτήσεις σε μεγάλα υψόμετρα). Χάρη σε αυτήν την υπόθεση ήταν δυνατό να ληφθούν τόσο απλές εκφράσεις Τ στόμα .

Εάν η πλάκα είναι λεπτή και το υλικό της έχει υψηλό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, τότε Δ Τ στόμασχεδόν ανεξάρτητο από θερμική αντίστασηπιάτα. Εθισμός Δ Τ στόμααπό α 1 έχει υπερβολικό χαρακτήρα, μια αισθητή εξάρτηση σε μικρές τιμές α 1 και η εξάρτηση πρακτικά εξαφανίζεται όταν α 1 >1000 W/m 2 μοίρες. Έτσι, η τιμή σφάλματος καθορίζεται κυρίως από τις θερμοφυσικές παραμέτρους του αισθητήρα. Αυτές οι παράμετροι για τα κύρια ενισχυτικά υλικά των θερμομέτρων επιφανειακής αντίστασης δίνονται στον Πίνακα. 5.4.

Πίνακας 5.4

Τιμές C d, P d για υλικά που ενισχύουν την επιφάνεια των θερμομέτρων αντίστασης

Ας εξετάσουμε το σφάλμα στη μέτρηση της θερμοκρασίας της πλάκας με ένα θερμοστοιχείο για την περίπτωση που φαίνεται στο Σχ. 5.4.

Π πάχος ελάσματος μεγάλο 0 να είναι σε ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον και στις δύο πλευρές της πλάκας. Αντίστοιχα, οι συντελεστές ανταλλαγής θερμότητας με το περιβάλλον α 1 Και α 2 και θερμοκρασία περιβάλλοντος Τ 1 Και Τ 2 . Ακτίνα θερμοηλεκτροδίων θερμοζεύγους r ρε , Η θερμική αγωγιμότητα των θερμοηλεκτροδίων θεωρείται ότι είναι ίδια  Λ ρε .

Θεωρούμε την επίδραση ενός θερμοστοιχείου ως τη δράση μιας πηγής θερμότητας Qπ R 2 μεγάλο 0 (R είναι η ακτίνα της πηγής).

(5.20)

Θεωρούμε την επίδραση ενός θερμοστοιχείου ως τη δράση μιας πηγής θερμότητας Q, καταλαμβάνοντας περιοχή στην πλάκα με όγκο π R 2 μεγάλο 0 (R είναι η ακτίνα της πηγής).

Τότε η θερμοκρασία της πλάκας στη ζώνη μακριά από τη δράση της πηγής είναι

(5.21)

και σχετικό λάθος

(5.22)

Οπου κ 0 (μ ), κ 1 (μ ) – τροποποιημένες συναρτήσεις Bessel μηδενικής και πρώτης τάξης.

(5.23)

(5.24)

– συντελεστής μεταφοράς θερμότητας θερμοηλεκτροδίων θερμοστοιχείου. Εδώ δ απόΚαι Λ από– αντίστοιχα, το πάχος και ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας της μόνωσης των θερμοηλεκτροδίων θερμοστοιχείου. α ρε– συντελεστής εναλλαγής θερμότητας θερμοηλεκτροδίων με περιβάλλον;

(5.25)

Σφάλματα θερμοστοιχείου για την περίπτωση που φαίνεται στο Σχ. Τα 5,4 είναι περιοριστικά. Μπορούν να μειωθούν σημαντικά εάν τα θερμοηλεκτρόδια τοποθετηθούν πρώτα κατά μήκος της μετρούμενης ισοθερμικής επιφάνειας σε επαρκές μήκος (κριτήριο επάρκειας είναι η αναλογία μεγάλο/ r ρε>50), και στη συνέχεια απομακρυνθείτε από την επιφάνεια.

Η εξέταση των σφαλμάτων του αισθητήρα που μετράει τη θερμοκρασία του μέσου θα μειωθεί στο γενικό διάγραμμα που παρουσιάζεται στο Σχ. 5.5. Το μέσο μπορεί να είναι είτε αέριο είτε υγρό.

Ονομασίες στο Σχ. 5.5 Τ Νυμφεύομαι– θερμοκρασία του μετρούμενου μέσου· T d – θερμοκρασία μετρούμενη από τον αισθητήρα. Τ αγ– θερμοκρασία του σώματος του αισθητήρα. Θεωρείται ότι Τ Νυμφεύομαι > Τ ρε > Τ αγ > Τ Προς την α Νυμφεύομαι - συντελεστής μεταφοράς θερμότητας μεταξύ του μέσου και του αισθητήρα. ε ρε , ε αγ– συντελεστές εκπομπής της επιφάνειας και του τοιχώματος του αισθητήρα. q μετατρ , q συν , q χαρούμενος– συναγωγικός, αγώγιμος y, ροές θερμότητας ακτινοβολίας (τα δύο τελευταία χαρακτηρίζουν τις θερμικές απώλειες του αισθητήρα για την υπό εξέταση κατάσταση μέτρησης) V av – ταχύτητα ελεύθερης ροής.

Για να απλοποιηθεί η θεώρηση, η κατανομή της θερμοκρασίας και της ταχύτητας του μέσου στη γραμμή θεωρείται ομοιόμορφη. Ο αισθητήρας θεωρείται ως ράβδος με ομοιόμορφη κατανομή θερμοφυσικών χαρακτηριστικών (για πραγματικές κατασκευές, θα πρέπει να λαμβάνονται αποτελεσματικές τιμές). Η ράβδος είναι ένας μετρητής θερμοκρασίας για το μέσο. Στη στατική περίπτωση, εάν δεν υπήρχαν απώλειες θερμότητας από τη ράβδο προς το ψυχρότερο σώμα (q cond) και απώλειες λόγω ακτινοβολίας στα ψυχρότερα τοιχώματα (q rad) και εάν δεν υπήρχαν σφάλματα λόγω πέδησης, τότε ο αισθητήρας θα μετρούσε τη θερμοκρασία του μέσου. Εάν η θερμοκρασία του μέσου αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, τότε προκύπτει δυναμικό σφάλμα λόγω της θερμικής αδράνειας του αισθητήρα. Στην πραγματικότητα, τα σφάλματα αισθητήρα σχηματίζονται από τα ακόλουθα στοιχεία:

Η συνδυασμένη εκδήλωση σφαλμάτων που προκαλούνται από αγώγιμη απώλεια θερμότητας και δυναμική απώλεια θερμότητας μπορεί να ονομαστεί στατικό-δυναμικό σφάλμα

(5.27)

Με τις διατυπωμένες απλουστεύσεις, αυτό το σφάλμα

(5.28)

(υποτίθεται ότι η θερμοκρασία στον αισθητήρα αλλάζει απότομα σε T av από την αρχική τιμή T d (0) = 0). Εδώ

(5.29)

– Θερμοκρασία μεταφοράς θέρμανσης του αισθητήρα.
-ειδική θερμοχωρητικότητα, ειδικό βάρος, περιοχή διατομής της ράβδου του αισθητήρα.

(5.30)

– θερμοκρασία αγώγιμης μεταφοράς θερμότητας της ράβδου αισθητήρα. ΕΝΑ– αποτελεσματικός συντελεστής θερμικής διάχυσης της ράβδου αισθητήρα. μεγάλο  μήκος ράβδου.

Μπορεί να φανεί ότι η παρουσία μιας ψύκτρας από τη ράβδο στο σώμα του αισθητήρα οδηγεί στο σχηματισμό στατικού σφάλματος

(5.31)

Μπορεί επίσης να φανεί ότι το δυναμικό σφάλμα μειώνεται παρουσία αγώγιμης μεταφοράς θερμότητας.

Στην πραγματικότητα, ο ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας της ράβδου του αισθητήρα

(5.32)

και η θερμική αδράνεια είναι το αντίστροφο του ρυθμού.

Ανάλογα με τις συνθήκες μεταφοράς θερμότητας και τη δομή της ράβδου

, (5.33)

Οπου ψ(α dk )  συντελεστής ανομοιομορφίας του πεδίου θερμοκρασίας της ράβδου. ένα dt ,  συντελεστής «αγώγιμης μεταφοράς θερμότητας» της ράβδου. F – θερμικός παράγοντας. Επειδή η

(5.34)

(5.35)

Αντίστροφο ρυθμού Μπου ονομάζεται συντελεστής θερμικής αδράνειας

ε = 1/Μ,(5.36)

και τον εθισμό ε (ένα dk )  χαρακτηριστική καμπύλη θερμικής αδράνειας.

Έτσι, το σφάλμα που προκαλείται από την κοινή εκδήλωση θερμικής αδράνειας και απομάκρυνσης θερμότητας εξαρτάται από τους συντελεστές μεταφοράς θερμότητας και αγώγιμης θερμότητας, τον θερμικό συντελεστή Φ και τον συντελεστή ανομοιομορφίας του πεδίου θερμοκρασίας της ράβδου. ψ(α dk ).

Το συνολικό σφάλμα στις μετρήσεις αυξάνεται με την αύξηση της ψύκτρας στο σώμα, επειδή με την παρουσία ψύκτρας, όσο πιο γρήγορα επιτυγχάνεται η τιμή της θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης, τόσο περισσότερο παραμορφώνεται από το στατικό σφάλμα της ψύκτρας.

Ο προσδιορισμός των τιμών των στατικών σφαλμάτων και των χαρακτηριστικών καμπυλών θερμικής αδράνειας καταλήγει στην εύρεση τριών παραμέτρων που χαρακτηρίζουν τον αισθητήρα: α dt , ψ(α dk ) , Φ . Μέγεθος ψ(α dk ) μπορεί να αναπαρασταθεί στη μορφή

(5.37)

(5.38)

 ισοδύναμο της θερμικής αντίστασης της ράβδου του αισθητήρα. Για σχήμα ράβδου με τη μορφή πλάκας n = 3, με τη μορφή κυλίνδρου - n = 4, με τη μορφή μπάλας - n = 5 (ισχύει αυστηρά για συνθήκες κανονικής θερμικό καθεστώςδεύτερο είδος).

Εάν η ράβδος έχει ετερογενή δομή - ομοιόμορφο κέλυφος (προστατευτικό περίβλημα) με πυρήνα με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και αισθητή θερμική αντίσταση, τότε η οριακή τιμή του συντελεστή θερμικής αδράνειας καθορίζεται από τον πυρήνα της ράβδου (ε ∞ = HF),και το στατικό σφάλμα είναι η θερμική αγωγιμότητα του κελύφους. Σε αυτή την περίπτωση, η τιμή α dt υπολογίζεται εύκολα εάν γνωρίζετε τις γεωμετρικές διαστάσεις του κελύφους και τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας του υλικού του περιβλήματος.

Συνοπτικά δεδομένα σχετικά με τις τιμές των στατικών-δυναμικών παραμέτρων ορισμένων αντιπροσωπευτικών σχεδιαστικών τύπων αισθητήρων δίνονται στον Πίνακα. 5.5.

Πίνακας 5.5

Στατικές-δυναμικές παράμετροι αισθητήρων θερμοκρασίας

(5.39)

Οπου σι– ρυθμός μεταβολής της θερμοκρασίας.

Το σφάλμα που προκαλείται από την ανταλλαγή θερμότητας ακτινοβολίας του αισθητήρα με τα τοιχώματα του αγωγού, τα οποία έχουν θερμοκρασία χαμηλότερη από τη μετρούμενη θερμοκρασία του μέσου, μπορεί να εκτιμηθεί από την ακόλουθη θεώρηση.

Εάν το αέριο του οποίου η θερμοκρασία μετράται είναι διαφανές, τότε η ειδική ροή θερμότητας από τον αισθητήρα προς τα τοιχώματα είναι:

(5.40)

(5.41)

– συντελεστής ανταλλαγής ακτινοβολίας θερμότητας μεταξύ του αισθητήρα και του τοίχου ( ε μικρό – συντελεστής εκπομπής μαύρου σώματος). μικρό ρε / μικρό αγ – την αναλογία των επιφανειών του αισθητήρα και του τοίχου που εκτίθεται στην ανταλλαγή θερμότητας ακτινοβολίας.

Αν λάβουμε υπόψη το στάσιμο πρόβλημα της ισότητας της ροής θερμότητας που παρέχεται στον αισθητήρα λόγω μεταφοράς και απώλειας θερμότητας στους τοίχους λόγω ακτινοβολίας, τότε η κοινή λύση των q conv και q rad σε σχέση με Τ ρε σας επιτρέπει να αποκτήσετε μια σταθερή τιμή Τ ρε Και

(5.42)

Ένας αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση των σφαλμάτων που προκαλούνται από απώλειες ακτινοβολίας (σχεδόν κατά μια τάξη μεγέθους) είναι η εισαγωγή μιας οθόνης κατά της ακτινοβολίας μεταξύ του αισθητήρα και των τοίχων. Είναι επίσης απαραίτητο να έχουμε κατά νου ότι σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος άνω των 500°C, εμφανίζεται η ίδια η ακτινοβολία του αερίου, η οποία από μόνη της έχει μια προστατευτική επίδραση. Περίπου το ίδιο αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί με την εισαγωγή επικαλύψεων του ευαίσθητου στοιχείου του αισθητήρα που έχουν χαμηλούς συντελεστές εκπομπής (ασήμι, χρυσός, πλατίνα).

Όταν η ροή επιβραδύνεται στον αισθητήρα, ο αισθητήρας μετρά μια θερμοκρασία που υπερβαίνει τη θερμοδυναμική θερμοκρασία ισορροπίας της ροής αερίου, αλλά δεν φτάνει την τιμή της θερμοκρασίας στασιμότητας, καθώς η επιβράδυνση της ροής στον αισθητήρα είναι ατελής. Αν Ο Τσρ θερμοδυναμική θερμοκρασία ισορροπίας της ροής του αερίου, και Τ*- θερμοκρασία φρεναρίσματος

(5.43)

Οπου Κ = γ η / ντο v - αναλογία ειδικών θερμοχωρητικοτήτων αερίου σε σταθερή πίεση και σταθερό όγκο. Μ =V Νυμφεύομαι / V ήχος  Αριθμός Mach, δηλ. ο λόγος της ταχύτητας ροής προς την τοπική ταχύτητα του ήχου, λοιπόν

(5.44)

Οπου r συντελεστής ανάκτησης, που χαρακτηρίζει την ατελή μετατροπή της κινητικής ενέργειας της ροής στον αισθητήρα σε θερμική ενέργεια.

Ευνοϊκότερο με από την άποψη της ικανότητας προσδιορισμού και της σταθερότητας του συντελεστή αποκατάστασης είναι η διαμήκης ροή γύρω από σώματα, στην οποία η ανεξαρτησία του συντελεστή παρατηρείται σε ένα ευρύ φάσμα αριθμών Mach και Reynolds r.

Έτσι για ένα θερμόμετρο πλάκας η τιμή r είναι 0,85. Ροή ευαίσθητα στοιχεία των αισθητήρων σε ένα λεπτό τοίχωμα σωλήνα μικρής διαμέτρου έχουν r = 0,86...0,9, για θερμοστοιχεία καλωδίων με διαμήκη εξορθολογισμό r = 0,85... 0,87.

Σε εγκάρσια ροή γύρω από θερμοστοιχεία ανοιχτού σύρματος r≈ 0,68 ± 0,08.

Ένας αποτελεσματικός τρόπος για την αύξηση του συντελεστή ανάκτησης είναι η χρήση θαλάμων πέδησης σε αισθητήρες (ανοικτή είσοδος με οπή εξόδου μειωμένη σε εμβαδόν κατά 25...50 φορές). Με διαμήκη ροή γύρω από ένα θερμοστοιχείο στο θάλαμο πέδησης r ≈ 0,98, με εγκάρσια r ≈ 0,92... 0,96.

Εάν η διασταύρωση εργασίας του θερμοστοιχείου γίνεται με τη μορφή μπάλας της οποίας η διάμετρος υπερβαίνει τη διάμετρο των θερμοηλεκτροδίων, τότε τόσο σε διαμήκη όσο και σε εγκάρσια ροή r ≈ 0,75.

Η διόρθωση για τον προσδιορισμό της στατικής θερμοκρασίας της ροής από τη μετρούμενη θερμοκρασία ισορροπίας (ή το σφάλμα αν δεν ληφθεί υπόψη) έχει αρνητικό πρόσημο και ισούται με:

(5.45)

Τα σφάλματα που προκαλούνται από την ανομοιόμορφη κατανομή της θερμοκρασίας σε όλη τη διατομή ροής όταν μετρώνται από ευαίσθητα στοιχεία κατανεμημένα στην επιφάνεια απαιτούν ξεχωριστή εξέταση.

Ο ρόλος των σφαλμάτων στις μετρήσεις υψηλής θερμοκρασίας που προκαλούνται από την απώλεια μόνωσης των ενισχυτικών υλικών είναι σημαντικός.

Για θερμόμετρα αντίστασης, η δυνατότητα θέρμανσης του ευαίσθητου στοιχείου του θερμομέτρου από το ρεύμα μέτρησης και το σχετικό σφάλμα, το μέγεθος του οποίου εξαρτάται τόσο από την ένταση της ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ του θερμομέτρου και του περιβάλλοντος, όσο και από τη θερμική αντίσταση και τη θερμοχωρητικότητα των υλικών που ενισχύουν το ευαίσθητο στοιχείο, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη.

Κατά τη μέτρηση της θερμοκρασίας σε πεδία διεισδυτικής ακτινοβολίας, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη σφάλματα που οφείλονται τόσο σε στιγμιαία όσο και σε ολοκληρωμένα αποτελέσματα ανάλογα με το μέγεθος της ακτινοβολίας.

Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η απόκτηση των απαραίτητων πληροφοριών για την εκτίμηση των σφαλμάτων δεν είναι καθόλου ευκολότερη από τη λήψη βασικών πληροφοριών. Ως εκ τούτου, συχνά καταφεύγουν στην αξιολόγηση των μέγιστων τιμών σφάλματος για να βεβαιωθούν ότι είναι αποδεκτές.

Ωστόσο, το κύριο πράγμα είναι να κατανοήσουμε τη φύση των σφαλμάτων και τα μοτίβα της εκδήλωσής τους, καθώς αυτό είναι το κλειδί για την κατάλληλη επιλογή ενός αισθητήρα και τη σωστή οργάνωση των μετρήσεων.

Σχεδιασμός και παραγωγή αισθητήρων, συσκευών και συστημάτων

UDC 681.586"326:621.3.088.228

ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΚΑΝΟΝΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΤΟΥ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΤΩΝ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΗΜΙΑΓΩΓΙΟΥ ΜΕΤΡΟΜΕΤΡΗΣΗΣ

V. M. Stuchebnikov

Για αισθητήρες μετρητή καταπόνησης μηχανικών ποσοτήτων που λειτουργούν σε μεγάλο εύρος θερμοκρασίας, η τυποποίηση πρόσθετων σφάλμα θερμοκρασίαςΗ χρήση του γραμμικού συντελεστή θερμοκρασίας οδηγεί σε σημαντική παραμόρφωση των αποτελεσμάτων της μέτρησης. Το άρθρο δείχνει ότι είναι πιο σωστό να ομαλοποιήσετε τη ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας στο εύρος θερμοκρασίας στο οποίο οι αισθητήρες αντισταθμίζονται θερμικά. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για αισθητήρες ημιαγωγικών μετρητών καταπόνησης με μη γραμμική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του σήματος εξόδου.

Πρόσθετο σφάλμα θερμοκρασίας είναι σημαντικό χαρακτηριστικόαισθητήρες μηχανικών μεγεθών, που καθορίζει το σφάλμα της μέτρησής τους. Επομένως, υποδεικνύεται πάντα μεταξύ των κύριων παραμέτρων αυτών των αισθητήρων. Οι περισσότεροι κατασκευαστές κανονικοποιούν το πρόσθετο σφάλμα θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας έναν γραμμικό συντελεστή θερμοκρασίας, δηλαδή ως ποσοστό της περιοχής εξόδου του αισθητήρα ενός ή δέκα βαθμών Κελσίου (ή Fahrenheit στις αγγλόφωνες χώρες). Σε αυτήν την περίπτωση, κατά κανόνα, θεωρείται ότι το πρόσημο του σφάλματος θερμοκρασίας μπορεί να είναι οποιουδήποτε είδους, επομένως συνήθως υποδεικνύεται ως ±y %/°C (ή ±y %/10 °C). Επομένως, συνιστάται η ομαλοποίηση του σφάλματος θερμοκρασίας και Κανονισμοί IEC (για παράδειγμα,), και μετά από αυτά τα ρωσικά πρότυπα (για παράδειγμα,).

Αυτό το άρθρο εξετάζει τα μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου κανονικοποίησης του πρόσθετου σφάλματος θερμοκρασίας των αισθητήρων μηχανικών μεγεθών, τα οποία είναι ιδιαίτερα εμφανή στους αισθητήρες μετρητή τάσης. αισθητήρες ημιαγωγών, που σήμερα αποτελούν την πλειοψηφία των αισθητήρων που χρησιμοποιούνται για παραμέτρους πίεσης, δύναμης, κίνησης κ.λπ. Σε συγκεκριμένα παραδείγματα, χρησιμοποιούνται αισθητήρες πίεσης μετρητή τάσης που βασίζονται σε δομές ετεροεπιταξιακού πυριτίου σε ζαφείρι (SOS), που χρησιμοποιούνται ευρέως στη Ρωσία.

Είναι προφανές, πρώτον, ότι η καθορισμένη μερίδα έχει νόημα μόνο όταν γραμμική εξάρτησησήμα εξόδου αισθητήρα θερμοκρασίας. Ωστόσο, μια γραμμική προσέγγιση της εξάρτησης από τη θερμοκρασία του σήματος εξόδου ενός αισθητήρα μετρητή τάσης με αποδεκτό βαθμό ακρίβειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για αισθητήρες με μεταλλικές αντιστάσεις μετρητή καταπόνησης και/ή σε σχετικά μικρό εύρος θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι οι ημιαγωγοί χαρακτηρίζονται από μια ισχυρή και μη γραμμική εξάρτηση των παραμέτρων από τη θερμοκρασία, το σήμα εξόδου των αισθητήρων μετρητή τάσης ημιαγωγών, κατά κανόνα, είναι σημαντικό.

εξαρτάται έντονα μη γραμμικά από τη θερμοκρασία, η οποία είναι ιδιαίτερα αισθητή όταν λειτουργεί σε μεγάλο εύρος θερμοκρασιών.

Δεύτερον, αυτό το δελτίο στην πραγματικότητα αποπροσανατολίζει τον καταναλωτή, αναγκάζοντάς τον να διπλασιάσει το πραγματικό σφάλμα μέτρησης. Το γεγονός είναι ότι για συγκεκριμένους αισθητήρες με γραμμική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του σήματος εξόδου, η κλίση αυτής της εξάρτησης έχει ένα πολύ συγκεκριμένο πρόσημο, επομένως το σήμα μπορεί να μειωθεί ή να αυξηθεί μόνο με τη θερμοκρασία. Εκφράζοντας την κανονικοποίηση του σφάλματος θερμοκρασίας σε %/°C υποδεικνύοντας μια συγκεκριμένη τιμή και πρόσημο, ο καταναλωτής μπορεί πραγματικά να αξιολογήσει και να λάβει υπόψη το σφάλμα μέτρησης, για παράδειγμα, πίεση, σε ορισμένη θερμοκρασία; Ωστόσο, εάν το πρόσημο δεν καθοριστεί, τότε η αβεβαιότητα της μέτρησης αυξάνεται πολύ.

Αυτό απεικονίζεται στο Σχ. 1. Στο Σχ. Το σχήμα 1a δείχνει την περίπτωση όταν η μετρούμενη πίεση (ανάλογη με το σήμα εξόδου του αισθητήρα) μειώνεται γραμμικά με την αύξηση της θερμοκρασίας. Σε αυτή την περίπτωση, σε μια γνωστή θερμοκρασία "μέσα", ο καταναλωτής μπορεί να λάβει υπόψη το σφάλμα θερμοκρασίας και να φέρει την πίεση που μετρήθηκε από τον αισθητήρα rms στην πραγματική πίεση rn, η οποία κανονικοποιείται στην "κανονική" θερμοκρασία "n:

Рн = Rizm - U ("izm - "nX (1)

όπου y είναι η κλίση της εξάρτησης p (") (y< 0). Конечно, при этом, как минимум, сохраняется неопределенность фактического давления, определяемая основной погрешностью датчика (полоса, ограниченная штриховыми прямыми на рис. 1, а).

Η κατάσταση είναι εντελώς διαφορετική όταν δεν έχει προσδιοριστεί το πρόσημο του σφάλματος θερμοκρασίας (βλ. Εικ. 1, β). Σε αυτήν την περίπτωση, ακόμη και σε μια γνωστή θερμοκρασία μέτρησης, η αβεβαιότητα της μετρούμενης πίεσης είναι Dr = (рн1 - рн2) ακόμη και χωρίς να λαμβάνεται υπόψη το κύριο σφάλμα του αισθητήρα.

Φυσικά, εάν η θερμοκρασία μέτρησης είναι άγνωστη έστω και κατά προσέγγιση, και το μόνο που γνωρίζουμε είναι ότι είναι

Ρύζι. 1. Σφάλμα θερμοκρασίας μέτρησης πίεσης με γραμμική εξάρτηση του σήματος εξόδου του αισθητήρα από τη θερμοκρασία στην περίπτωση αρνητικού (a) και αβέβαιου (b) πρόσημου του γραμμικού συντελεστή θερμοκρασίας y

βρίσκεται εντός του εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας (μέγιστη - ελάχιστη), η προκύπτουσα αβεβαιότητα μέτρησης πίεσης είναι

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

ανεξάρτητα από το αν το πρόσημο του συντελεστή κλίσης της ευθείας p(") είναι γνωστό ή όχι.

Ας εξετάσουμε την περίπτωση της μη γραμμικής εξάρτησης από τη θερμοκρασία του σήματος εξόδου ενός μορφοτροπέα μετρητή τάσης (TC). Για παράδειγμα, για μετασχηματιστές πίεσης που βασίζονται σε δομές SOS, η μετατόπιση θερμοκρασίας των οποίων αντισταθμίζεται από ένα κύκλωμα με θερμικά ανεξάρτητες αντιστάσεις, η εξάρτηση του σήματος εξόδου από τη θερμοκρασία είναι σχεδόν παραβολική. Παρόμοια εξάρτηση έχουν τα TC πυριτίου με μετρητές διάχυσης ή εμφυτευμένα στελέχη. Συνεπώς, η πίεση που μετράται από έναν αισθητήρα με τέτοιο TP (ανάλογη με το σήμα εξόδου του αισθητήρα) επίσης δεν είναι

εξαρτάται γραμμικά από τη θερμοκρασία (Εικ. 2), εκτός εάν ληφθούν ειδικά μέτρα για περαιτέρω διόρθωσή της ηλεκτρονικό κύκλωμα, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας έναν μικροεπεξεργαστή. Σε αυτή την περίπτωση, σύμφωνα με την επιστολή των κανονιστικών εγγράφων, εάν ομαλοποιήσουμε το σφάλμα θερμοκρασίας γραμμικός συντελεστής, τότε είναι απαραίτητο να υποδειχθεί η μέγιστη (σε απόλυτη τιμή) τιμή της κλίσης + umax της εφαπτομένης στην παραβολή (λεπτές ευθείες στο Σχ. 2). Ως αποτέλεσμα, το τυπικό σφάλμα συνολικής θερμοκρασίας στο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας "max..." min θα πρέπει να προσδιορίζεται από την έκφραση (2):

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

Προφανώς, αυτή η τιμή υπερβαίνει κατά πολύ το πραγματικό σφάλμα συνολικής θερμοκρασίας (βλ. Εικ. 2)

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

Επομένως, με μια μη γραμμική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του σήματος εξόδου του αισθητήρα, δεν έχει νόημα η χρήση του γραμμικού συντελεστή θερμοκρασίας y για την κανονικοποίηση του πρόσθετου σφάλματος μέτρησης θερμοκρασίας, καθώς εντός του εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας αλλάζει σε μέγεθος και πρόσημο (συμπεριλαμβανομένης της διέλευσης από το μηδέν) , και υφιστάμενους κανόνεςστο εγχειρίδιο λειτουργίας είναι απαραίτητο να αναγράφεται η μέγιστη (σε απόλυτη τιμή) τιμή του Y.

Γι' αυτό το λόγο στους αισθητήρες πίεσης MIDA-13P, ως μέτρο πρόσθετου σφάλματος θερμοκρασίας, η ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας κανονικοποιείται στο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας "Rf", το οποίο υποδεικνύεται στο διαβατήριο του αισθητήρα. Στατιστικά δεδομένα για το μέγεθος του Η ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας των αισθητήρων MIDA-13P δίνεται στο άρθρο. Είναι απαραίτητο να πούμε ότι η Gosstandart συμφωνεί πλήρως με αυτήν την προσέγγιση και όλα τα κανονιστικά έγγραφα των αισθητήρων MIDA αναγνωρίζονται από το Κρατικό Μητρώο της Ρωσικής Ομοσπονδίας.

Ρύζι. 2. Προσδιορισμός της ζώνης σφάλματος θερμοκρασίας στη μέτρηση της πίεσης για έναν αισθητήρα με μη γραμμική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του σήματος εξόδου:

"Рф - πραγματική ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας; "Рн - τυπική ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας κατά την κανονικοποίηση του σφάλματος θερμοκρασίας με έναν γραμμικό συντελεστή εξάρτησης από τη θερμοκρασία

ZepBOGB & Sysfems Αρ. 9.2004

Ρύζι. 3. Τυπική εξάρτηση από τη θερμοκρασία του πρόσθετου σφάλματος θερμοκρασίας στη μέτρηση της πίεσης με αισθητήρα MIDA-13P, η θερμοκρασία αντισταθμίζεται σε περιοχή θερμοκρασίας 120 μοιρών (-40...+80 °C)

"Κανονική" θερμοκρασία "n = (20 ± 5) °C. Με αντιστάθμιση θερμοκρασίας σε άλλο εύρος θερμοκρασίας του ίδιου πλάτους (για παράδειγμα, 200...320 °C), η εξάρτηση από τη θερμοκρασία του σφάλματος έχει παρόμοια μορφή ( αλλά σε αυτήν την περίπτωση για το συγκεκριμένο παράδειγμα η «κανονική» θερμοκρασία πρέπει να είναι Tn = (260 ± 5) °C)

Τα σφάλματα μέτρησης στη ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας (μαζί με τον γραμμικό συντελεστή θερμοκρασίας) επιτρέπονται επίσης από ορισμένα ξένα πρότυπα.

Πρέπει να γίνουν μερικά ακόμη σημεία. Πρώτον, σε αισθητήρες με εξάρτηση από τη θερμοκρασία του σήματος εξόδου κοντά στο παραβολικό (δηλαδή, αυτό είναι στους αισθητήρες πίεσης MIDA), η ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας είναι ελάχιστη όταν η "κανονική" θερμοκρασία "n", στην οποία βρίσκεται ο αισθητήρας βαθμονομημένο και το κύριο σφάλμα του προσδιορίζεται, βρίσκεται στο μέσο του εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας (στο οποίο πραγματοποιείται αντιστάθμιση θερμοκρασίας του σήματος εξόδου). Στους αισθητήρες MIDA-13P αυτό εκτελείται αυτόματα (εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από -40 έως +80 °C, κανονικοποίηση στους 20 + 5 °C - βλ. Εικ. 3 Σε αισθητήρες υψηλής θερμοκρασίας MIDA-12P, στους οποίους η θερμοκρασία του μετρούμενου μέσου μπορεί να φτάσει τους 350 °C, η κατάσταση είναι κάπως πιο περίπλοκη και θα συζητηθεί σε περισσότερα λεπτομέρεια παρακάτω.

Δεύτερον, εάν στην περίπτωση μιας γραμμικής εξάρτησης από τη θερμοκρασία, όταν το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας μειώνεται, το συνολικό σφάλμα θερμοκρασίας μειώνεται γραμμικά, τότε με μια παραβολική εξάρτηση αυτή η μείωση είναι τετραγωνική - για παράδειγμα, με μια συμμετρική μείωση του εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας κατά μισή (για παράδειγμα, από -40...+80 ° Από έως -10...+50 °C) η ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας μειώνεται κατά τέσσερις. Αυτό καθιστά δυνατή τη δημιουργία αισθητήρων πίεσης υψηλής ακρίβειας που λειτουργούν σε περιορισμένο εύρος θερμοκρασίας χωρίς τη χρήση πολύπλοκων ηλεκτρονικών. Έτσι, στην περιοχή 0...40 °C, η τυπική ζώνη σφάλματος θερμοκρασίας των αισθητήρων πίεσης MIDA-13P με κύκλωμα αντιστάθμισης θερμοκρασίας αντίστασης δεν υπερβαίνει το 0,2% (βλ. Εικ. 3).

Τρίτον, εάν η «κανονική» θερμοκρασία στην οποία προσδιορίζεται το κύριο σφάλμα αισθητήρα (συνήθως θερμοκρασία δωματίου) δεν βρίσκεται στο κέντρο του εύρους αντιστάθμισης θερμοκρασίας, τότε αγνοώντας τη μη γραμμικότητα της εξάρτησης από τη θερμοκρασία του σφάλματος

Κατά την επιλογή αισθητήρων πίεσης, οποιοσδήποτε καταναλωτής θέτει ως στόχο τη μέτρηση της πίεσης με την ακρίβεια που αναφέρεται στην τεχνική τεκμηρίωση. Αυτό είναι ένα από τα κριτήρια επιλογής αισθητήρα. Στο διαβατήριο για τον αισθητήρα, τα πρότυπα GOST απαιτούν να αναφέρονται αποδεκτές τιμές βασικό λάθοςμετρήσεις (+ - από την πραγματική πίεση). Αυτές οι τιμές σύμφωνα με το GOST 22520 επιλέγονται από το εύρος 0,075. 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5%; και τα λοιπά. ανάλογα με τις τεχνικές δυνατότητες του προϊόντος. Ο δείκτης κύριου σφάλματος έχει κανονικοποιηθεί για κανονικές (δηλαδή ιδανικές) συνθήκεςΜετρήσεις. Οι κανονικές συνθήκες καθορίζονται σύμφωνα με το GOST 12997. Αυτές οι προϋποθέσεις καθορίζονται επίσης στη διαδικασία επαλήθευσης οργάνων μετρήσεων. Για παράδειγμα, σύμφωνα με το MI1997, για να προσδιορίσετε το κύριο σφάλμα πρέπει να ορίσετε παρακάτω συνθήκες env. Τετάρτη:
- θερμοκρασία 23+-2oС,
- υγρασία από 30 έως 80%,
- atm. πίεση 84-106,7 kPa,
- Τροφοδοτικό 36+-0,72V,
- απουσία εξωτερικών μαγνητικών πεδίων κ.λπ.
Όπως μπορείτε να δείτε, οι συνθήκες λειτουργίας του αισθητήρα κατά τον προσδιορισμό του κύριου σφάλματος είναι σχεδόν ιδανικές. Επομένως, κάθε εργαστήριο βαθμονόμησης πρέπει να έχει τη δυνατότητα να τα ρυθμίζει. Για παράδειγμα, για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας σε ένα δωμάτιο, χρησιμοποιούνται συσκευές μικροκλίματος (καλοριφέρ, κλιματιστικό κ.λπ.). Αλλά ποιες μετρήσεις από τον αισθητήρα θα λάβουμε σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας στην εγκατάσταση, για παράδειγμα στους +80°C ή στους -30°C, είναι ένα ερώτημα. Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα δίνεται από τον δείκτη πρόσθετο σφάλμα, το οποίο είναι επίσης τυποποιημένο σε TU και GOST.
Πρόσθετο σφάλμα- Απόκλιση της συνάρτησης μετατροπής που προκαλείται από ένα επηρεαζόμενο μέγεθος (θερμοκρασία, πίεση, δόνηση, ραδιοπαρεμβολές, τάση τροφοδοσίας κ.λπ.). Υπολογίστηκε ως διαφορά(αγνοώντας το σύμβολο) μεταξύ της τιμής σφάλματος στους εργάτες(πραγματικές) συνθήκες μέτρησης και την τιμή σφάλματος υπό κανονικές συνθήκες.
Φυσικά, όλοι οι παράγοντες συνθηκών λειτουργίας επηρεάζουν το σήμα εξόδου. Αλλά για τους αισθητήρες πίεσης (πομπούς) το πιο σημαντικό αποτέλεσμα είναι η απόκλιση της θερμοκρασίας του αέρα περιβάλλοντος. Στο GOST 22520, το πρόσθετο σφάλμα κανονικοποιείται για κάθε απόκλιση 10 C από φυσιολογικές συνθήκες(δηλαδή από 23°C). Οι ανοχές σύμφωνα με το GOST μοιάζουν με αυτό:

Εάν ο αισθητήρας πληροί αυτές τις ανοχές κατά τη δοκιμή θερμοκρασίας, τότε "συμμορφώνεται με το GOST 22520", το οποίο στις περισσότερες περιπτώσεις αναγράφεται στην τεκμηρίωση του αισθητήρα.
Ας αναλύσουμε την ακρίβεια του αισθητήρα, ο οποίος συμμορφώνεται με το GOST 22520, όταν εκτίθεται σε θερμοκρασία. Για παράδειγμα, ένας αισθητήρας με βασικό σφάλμα 0,5% και εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας -30..+80°C στους 30°C μπορεί να έχει σφάλμα κατά 0,5+0,45=0,95%, στους 40°C (απόκλιση 2 δεκ. °C) 1,4% αντίστοιχα, και τελικά στους 80°C έχουμε ακρίβεια 3,2% - αυτό είναι το άθροισμα των κύριων και των πρόσθετων σφαλμάτων. Να σας υπενθυμίσω ότι έχουμε να κάνουμε με αισθητήρα 0,5% και όταν λειτουργούμε στους 80°C έχουμε ακρίβεια 3,2% (περίπου 6 φορές χειρότερη) και ένας τέτοιος αισθητήρας πληροί τις απαιτήσεις του GOST 22520.
Τα αποτελέσματα δεν φαίνονται πολύ ωραία και σίγουρα δεν θα ευχαριστήσουν τον αγοραστή ενός αισθητήρα με δηλωμένη ακρίβεια 0,5%. Επομένως, οι περισσότεροι κατασκευαστές το κάνουν θερμική αντιστάθμιση του σήματος εξόδουκαι οι απαιτήσεις για πρόσθετους αισθητήρες είναι αυστηρότερες στις προδιαγραφές για συγκεκριμένο αισθητήρα. σφάλματα λόγω θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, για τους αισθητήρες SENSOR-M, στις τεχνικές προδιαγραφές ορίσαμε μια απαίτηση μικρότερη από 0,1% ανά 10°C.
Σκοπός αντιστάθμισης θερμοκρασίας– μειώστε επιπλέον σφάλμα από τη θερμοκρασία στο μηδέν. Πρόσθετη φύση Θα εξετάσουμε λεπτομερώς τα σφάλματα θερμοκρασίας και τις μεθόδους αντιστάθμισης θερμοκρασίας των αισθητήρων στο επόμενο άρθρο. Σε αυτό το άρθρο θα ήθελα να συνοψίσω.
Ανάγκη να ληφθούν υπόψη κύριο σφάλμα και πρόσθετοανάλογα με την απαιτούμενη ακρίβεια μέτρησης εντός θερμοκρασίες λειτουργίαςαισθητήρας Πρόσθετο σφάλμαΚάθε αισθητήρας βρίσκεται στο διαβατήριο, στο εγχειρίδιο λειτουργίας ή στις τεχνικές προδιαγραφές του προϊόντος. Εάν η ένδειξη είναι πρόσθετη τα σφάλματα δεν προσδιορίζονται σε αυτά. Τεκμηρίωση για τον αισθητήρα, τότε απλώς πληροί τις απαιτήσεις GOST που αναλύσαμε παραπάνω.
Θα πρέπει επίσης να διακρίνει κανείς εύρος αντιστάθμισης θερμοκρασίαςΚαι Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Στο εύρος αντιστάθμισης θερμοκρασίας επιπλέον. το σφάλμα είναι ελάχιστο· όταν υπερβείτε το εύρος αντιστάθμισης θερμοκρασίας, οι απαιτήσεις ισχύουν ξανά