Σφάλμα αισθητήρα θερμοκρασίας

Αυτό το σφάλμα δεν υποδεικνύεται στο φύλλο δεδομένων του αισθητήρα, καθώς ο ίδιος ο αισθητήρας δεν το έχει. Μπορεί να εξαλειφθεί αλλάζοντας το κύκλωμα μεταγωγής του αισθητήρα (αντικαθιστώντας τον σταθεροποιητή τάσης που τροφοδοτεί τον αισθητήρα με σταθεροποιητή ρεύματος και αλλάζοντας από μια γραμμή τριών συρμάτων σε μια γραμμή τεσσάρων συρμάτων). Αν όμως αυτό δεν γίνει, τότε το σφάλμα που προκύπτει, τουλάχιστον κατά προσέγγιση, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον υπολογισμό του προκύπτοντος σφάλματος καναλιού.

Αλλαγές στις ενδείξεις λόγω απόκλισης των συνθηκών λειτουργίας από το κανονικό, π.χ. τα πρόσθετα σφάλματα κανονικοποιούνται υποδεικνύοντας τους συντελεστές επιρροής των αλλαγών σε επιμέρους μεγέθη που επηρεάζουν τις αλλαγές στις ενδείξεις στη φόρμα. Αν και στην πραγματικότητα αυτές οι συναρτήσεις της επίδρασης των παραγόντων που επηρεάζουν είναι, κατά κανόνα, μη γραμμικές, για ευκολία υπολογισμού θεωρούνται κατά προσέγγιση γραμμικές και τα προκύπτοντα πρόσθετα σφάλματα προσδιορίζονται ως

από πού είναι η απόκλιση φυσιολογικές συνθήκες.

Μέγιστη τιμή σφάλματος θερμοκρασίας σε = 3K:

Για να μετακινηθείτε από την υπολογισμένη μέγιστη τιμή αυτού του σφάλματος, το οποίο εμφανίζεται όταν μέγιστες αποκλίσειςθερμοκρασίες έως 5 ή 35 °C, μέχρι την τυπική απόκλιση είναι απαραίτητο να γνωρίζετε τον νόμο της κατανομής της θερμοκρασίας στο συνεργείο. Δεν έχουμε στοιχεία για αυτό. Ας δεχτούμε μια εντελώς ευρετική υπόθεση ότι η θερμοκρασία κατανέμεται κανονικά και 8 ημέρες το χρόνο φτάνει σε κρίσιμες τιμές, και οι υπόλοιπες 365 - 8 = 357 ημέρες, δηλ. 357/365 = 0,98 περιπτώσεις, όχι εκτός ορίων. Σύμφωνα με τον πίνακα κανονικής κατανομής, βρίσκουμε ότι η πιθανότητα P = 0,98 αντιστοιχεί σε ένα όριο ± 2,3y. Από εδώ:

Παράμετροι κανονικής κατανομής k = 2,066, h = 0,577, e = 3

Το σφάλμα θερμοκρασίας είναι πολλαπλασιαστικό, δηλ. που προκύπτει με πολλαπλασιασμό (σφάλμα ευαισθησίας). Το πλάτος της ζώνης σφάλματος αυξάνεται ανάλογα με την αύξηση της τιμής εισόδου x και στο x=0 είναι επίσης ίσο με 0.

Σφάλμα αισθητήρα λόγω διακυμάνσεων τάσης τροφοδοσίας

Αυτό το σφάλμα είναι καθαρά πολλαπλασιαστικό και κατανέμεται σύμφωνα με τον ίδιο νόμο με την απόκλιση της τάσης δικτύου από την ονομαστική της τιμή των 220V. Η κατανομή της τάσης του δικτύου είναι κοντά στο τριγωνικό με τα όρια αποδεκτά πάνω από ± 15%. Ο σταθεροποιητής αφαιρεί την ταλάντευση των διακυμάνσεων της τάσης κατά Κ=25 φορές, δηλ. στην έξοδο του σταθεροποιητή η κατανομή είναι επίσης τριγωνική, αλλά με αιώρηση 15%/25=0,6%. Η μέγιστη τιμή αυτού του σφάλματος: gUD = 15%. Τυπική απόκλιση για τριγωνική κατανομή.

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 μετάβασης στη θερμότητα κινητική ενέργειαροή αέρα όταν φρενάρει ο αισθητήρας.

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 ()

Είναι σαφές ότι μετά από 4 χρόνια η ερώτηση δεν είναι πλέον σχετική, αλλά όπως καταλαβαίνω, στους +23C προέκυψε σφάλμα (25.04/25-1)*100%= +0.16% (σε% της διεύθυνσης URL, που είναι 25MPa ), στους +55C ήταν Το σφάλμα που προκύπτει είναι (24,97/25-1)*100% = -0,12%.

Και το σφάλμα αισθητήρα στους +23C κανονικοποιείται ως 0,2% της διεύθυνσης URL και στους +55 C θα πρέπει να είναι 0,2%+0,08%*(55C-23C)/10C = 0,456% της διεύθυνσης URL.

Δηλαδή, δεν μπορεί να υπάρξει κανένα πρόβλημα με την επαλήθευση (στους +23C έχουμε +0,16% με ανοχή +/-0,2%, στους +55C έχουμε -0,12% με ανοχή +/-0,456%). Στους +55 C η συσκευή αποδείχθηκε ακόμη πιο ακριβής από την κανονική (+23 C) θερμοκρασία.

Δηλαδή, δεν μπορεί να υπάρξει κανένα πρόβλημα με την επαλήθευση (στους +23C έχουμε +0,16% με ανοχή +/-0,2%...

Όλα φαίνονται να είναι αναγνώσεις που λαμβάνονται ταιριάζει στο βασικό σφάλμα , ίσο στην περίπτωση αυτή με 0,05MPa....

σηκώθηκε επόμενη ερώτηση: στον αισθητήρα πίεσης, ο οποίος προετοιμάζεται για δοκιμή τύπου στο όργανο μέτρησης...

Κατά τη διάρκεια αυτών των δοκιμών, πρέπει να διαπιστωθεί η ορθότητα και η εγκυρότητα του MX... που προτείνεται από τον προγραμματιστή αυτού του αισθητήρα, σε αυτήν την περίπτωση πρόσθετο σφάλμα αισθητήρα λόγω αλλαγών θερμοκρασίας περιβάλλον...

Οι μετρούμενες τιμές έδειξαν ότι το κύριο σφάλμα του δοκιμασμένου αισθητήρα δεν υπερέβη την τιμή των ορίων επιτρεπόμενου σφάλματος που πρότεινε ο προγραμματιστής για αυτό - ±0,2% ή σε απόλυτες τιμές ±0,05 MPa, αλλά

την τιμή που προκύπτει από το πρόσθετο σφάλμα από την αλλαγή θερμοκρασίας για αυτόν τον αισθητήρα υπερβείΗ προτεινόμενη τιμή του προγραμματιστή για τα όρια επιτρεπόμενου πρόσθετου σφάλματος:

Σύμφωνα με τη μέθοδο για τον υπολογισμό του πρόσθετου σφάλματος θερμοκρασίας, λαμβάνουμε:

(24,97-25,04)/(25*0,1*(55-23)) * 100 = -0,0875%, δηλ. Ο αισθητήρας δεν μπαίνει στο επιπλέον σφάλμα θερμοκρασίας!!!

Εκείνοι. ο προγραμματιστής υπέθεσε ότι αυτός ο τύπος αισθητήρα έχει πρόσθετο σφάλμα από μια αλλαγή στη θερμοκρασία ±0,08% της διεύθυνσης URL για κάθε 10°C και κατά τον έλεγχο αυτής της τιμής στον πρώτο αισθητήρα που συναντήθηκε, αποδείχθηκε ότι ήταν -0,0875%....

Εδώ τίθεται αμέσως το ερώτημα εάν ο προγραμματιστής έχει ορίσει σωστά την τιμή πρόσθετο σφάλμα από αλλαγή θερμοκρασίας ίση με ±0,08% της διεύθυνσης URL για κάθε 10°C..., επειδή είναι απαραίτητο να μην ελέγχετε το συνολικό σφάλμα του αισθητήρα σε θερμοκρασία +55°C, όπως κάνετε (φανταστείτε τι θα συνέβαινε εάν η λαμβανόμενη τιμή του κύριου σφάλματος ήταν στο επιτρεπόμενο όριο για αυτόν τον αισθητήρα...), δηλαδή, η παράμετρος που είναι κανονικοποιημένη..., δηλ. Μέγεθος αλλαγέςλάθη από τα αντίστοιχα αλλαγέςθερμοκρασίες....

Επιπλέον, οι μετρούμενες τιμές καθιστούν δυνατή την εκτίμηση του πρόσθετου σφάλματος μόνο από τις αλλαγές θερμοκρασίας πάνωαπό την κανονική θερμοκρασία +23°C.

Είναι επίσης απαραίτητο να εκτιμηθεί το πρόσθετο σφάλμα από τις αλλαγές θερμοκρασίας κάτωαπό τη θερμοκρασία που λαμβάνεται ως κανονική +23°C, δηλ. στους -40°C, και αυτή η αλλαγή δεν είναι 32°C, καθώς μέχρι θερμοκρασία +55°C, αλλά 63°C...., δηλαδή, πιθανότατα, η τιμή του πρόσθετου σφάλματος από την αλλαγή θερμοκρασίας κάτωτο αποτέλεσμα θα είναι ακόμη μεγαλύτερο από την τιμή που λαμβάνεται για αυτόν τον αισθητήρα πάνω (-0.0875%)....

Κατά κανόνα, το πρόσθετο σφάλμα από τις αλλαγές θερμοκρασίας για το SI ορίζεται στο μέγιστο των πρόσθετων σφαλμάτων πάνωΚαι κάτω...., ή, σε σπάνιες περιπτώσεις, δύο - διαφορετικά...

Επομένως, σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να πραγματοποιηθεί μια σειρά πρόσθετων δοκιμών σε ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα των υπό εξέταση αισθητήρων, προκειμένου να διαπιστωθεί επαρκές πρόσθετο σφάλμα για αυτούς (για αυτόν τον τύπο αισθητήρα) από αλλαγές θερμοκρασίας...

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. εξαρτάται από τεχνικές δυνατότητεςπροϊόντα. 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 τις κανονικές 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

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 μεγεθών που λειτουργούν σε μεγάλο εύρος θερμοκρασίας, η κανονικοποίηση του πρόσθετου σφάλματος θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας έναν γραμμικό 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 παραδείγματαΧρησιμοποιούνται αισθητήρες πίεσης μετρητή καταπόνησης που βασίζονται σε ετεροεπιταξιακές δομές «πυρίτιο σε ζαφείρι» (SOS), που χρησιμοποιούνται ευρέως στη Ρωσία.

Είναι προφανές, πρώτον, ότι η καθορισμένη μερίδα έχει νόημα μόνο όταν γραμμική εξάρτησησήμα εξόδου αισθητήρα από τη θερμοκρασία. 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 είναι θερμοκρασία δωματίου), δεν βρίσκεται στο κέντρο του εύρους αντιστάθμισης θερμοκρασίας, αγνοώντας τη μη γραμμικότητα της εξάρτησης από τη θερμοκρασία του σφάλματος