1. Basınç sensörlerinin kullanım özellikleri

Basınç sensörlerinin (basınç dönüştürücüler) uygulama alanları oldukça geniştir, ancak kural olarak her özel uygulamanın, sensörlerin tasarımında dikkate alınması gereken kendine has özellikleri vardır.

Genel olarak basınç transdüserlerinin tüm uygulamaları iki ana gruba ayrılabilir:

• Bir boru hattı veya proses ünitesindeki herhangi bir ortamın gerçek basıncının (veya vakumunun) ölçülmesi;
• Sıvı kolonunun (hidrostatik seviye sensörü) basıncını ölçerek kaplardaki (tanklardaki) sıvı seviyesinin ölçümü.

Her iki grubun basınç sensörlerini seçerken aşağıdaki uygulama özelliklerini açıklığa kavuşturmak gerekir:

• Hijyen gereksinimleri: Gıda ve ilaç endüstrileri, hem ürünle temas ettiği noktada hem de dışarıda hijyenik basınç vericilerine yönelik yüksek taleplerde bulunmaktadır (kural olarak tamamen paslanmaz çelikten yapılmıştır). KIP-Service LLC'nin çeşitleri arasında özel olarak tasarlanmış KLAY-INSTRUMENTS basınç sensörleri bulunmaktadır. Süt ürünlerinde, bira fabrikalarında ve Gıda endüstrisi .
• Sertifikaların kullanılabilirliği: sıklıkla için çeşitli uygulamalar olağan GOST R uygunluk sertifikasına (veya uygunluk beyanına) ek olarak ek sertifikalar da gereklidir. Örneğin muhasebe sistemleri, ölçü aletleri için tip onay belgesi gerektirir; Gıda endüstrisindeki basınç sensörlerinin uygulamaları için SES'in sonuçlanması gerekir, tehlikeli endüstrilerdeki uygulamalar için Rostekhnadzor'un izni gereklidir, vb.
• Patlamaya karşı koruma gereksinimleri: patlayıcı endüstrilerde (örneğin petrol ve gaz, kimya, alkol endüstrileri) patlamaya dayanıklı basınç sensörleri kullanılır. Sensörler için en yaygın olanları 2 tip patlamaya karşı korumadır - kendinden güvenli devreler Ex ia ve patlamaya dayanıklı muhafaza Ex d; bunların seçimi uygulamanın özelliklerine göre belirlenir.
• Orta tip:ölçülen ortamın viskoz, agresif, hafif akıcı olması veya başka bazı spesifik özelliklere sahip olması (örn. kir parçacıklarının varlığı) durumunda bu özelliklerin de dikkate alınması gerekir. Bu uygulamanın, vericinin hassas elemanını agresif ortamlardan koruyan membranlı basınç vericilerinin (ayırıcı diyaframla donatılmış) kullanımını gerektirmesi mümkündür.
• Dış etkilerin varlığı: titreşimin, elektromanyetik alanların veya diğer mekanik veya elektriksel etkilerin varlığı.

1 bar'ın üzerindeki basınçları ölçerken Grup I uygulamaları için basınç transdüserlerini seçerken aşağıdakiler de dikkate alınmalıdır:

• Sistemde su darbesinin varlığı: sistemde su darbesi mümkün ise, basınç sensörü aşırı yük (tepe basınç) için yeterli marjla seçilmeli veya tesiste su darbesini telafi edecek önlemler (susturucular, özel sensörler vb.) alınmalıdır;
• İsteğe bağlı ekipman: Kural olarak, basıncı ölçerken, sensörler 3 yollu vanalar kullanılarak monte edilir, ayrıca buhar basıncını ölçerken, basınç sensörlerinin özel bir cihaz - Perkins tüpü aracılığıyla bağlanması önerilir; bu, ortama etki eden ortamın sıcaklığını azaltır. basınç sensörü.

Hidrostatik seviye sensörleri olarak kullanılmak üzere basınç sensörlerini seçerken, sıvı kolonunun aynı yüksekliğindeki basınç değerinin, ölçülen ortamın yoğunluğundaki bir değişiklikle değişebileceği gerçeğinin dikkate alınması gerekir.

2. Ölçüm aralığı

Basınç sensörünün ölçüm aralığı, basınç değerlerinin aralığıdır; uygulandığında, sensör ölçülen değeri ölçecek ve doğrusal olarak birleşik bir çıkış sinyaline dönüştürecektir.

Ölçüm aralığı, ölçülen basıncın minimum ve maksimum değerlerine karşılık gelen alt ve üst ölçüm limitleri ile belirlenir. Ölçüm aralığı örnekleri: 0…1 bar, 0…2,5 MPa, –100…100 kPa.

Basınç sensörlerini seçerken, sensörlerin hem sabit bir ölçüm aralığıyla (örneğin PD100 basınç dönüştürücüleri) hem de özelleştirilebilir bir ölçüm aralığıyla (örneğin KLAY-INSTRUMENTS basınç sensörleri) birlikte geldiği dikkate alınmalıdır. Sabit ölçüm aralığına sahip basınç sensörleri için çıkış sinyalinin değerleri, ölçüm sınırlarına sıkı sıkıya bağlıdır. Örneğin, 0 MPa basınçta bir PTE5000 basınç sensörü çıkışta 4 mA çıkış verecektir ve 0…0,6 MPa aralığına fiziksel olarak bağlandığı için 0,6 MPa basınçta 20 mA çıkış verecektir. Buna karşılık, KLAY 8000-E-S basınç sensörü 0-1 ... 4 bar arasında ayarlanabilir bir aralığa sahiptir; bu, 0 bar basınçta sensörün benzer şekilde 4 mA çıkış vereceği ve sensörün herhangi bir anda 20 mA çıkış vereceği anlamına gelir. Kullanıcı tarafından özel bir SPAN potansiyometresi kullanılarak yapılandırılan 1 ... 4 bar aralığındaki değer.

3. Proses sıcaklığı

Ölçülen ortamın sıcaklığı çok yüksek önemli parametre Basınç sensörlerini seçerken. Sensör seçilirken proses sıcaklığının izin verilen çalışma sıcaklığı aralığının dışına çıkmaması gerekmektedir.

Gıda sektöründe kısa süreli (20 ila 40 dakika arası) CIP ve SIP yıkama işlemleri gerçekleşmektedir ( sanitasyon), ortam sıcaklığının 145 °C'ye ulaşabileceği yer. Bu tür uygulamalar için bu tür geçici maruziyete dayanıklı sensörler kullanılmalıdır. yüksek sıcaklıklarörneğin, SAN versiyonundaki KLAY-INSTRUMENTS basınç sensörleri - 8000-SAN ve 2000-SAN.

Gerilim dirençli dönüşüm ilkesini kullanan tüm basınç sensörlerinin okumaları, ölçülen ortamın sıcaklığına büyük ölçüde bağlıdır, çünkü sıcaklıktaki bir değişiklikle birlikte oluşan dirençlerin direnci de artar. ölçüm devresi basınç sensörü.

Basınç sensörleri için "sıcaklık hatası" kavramı tanıtılmıştır. ek hata Baz sıcaklığa (tipik olarak 20 °C) göre ölçülen ortamın sıcaklığındaki her 10 °C'lik değişiklik için ölçümler. Bu nedenle basınç vericisinin toplam ölçüm hatasını belirlemek için proses sıcaklığının bilinmesi gerekir.

Basınç ölçerlerde sıcaklığın etkisini azaltmak için aşağıdakileri kullanın: çeşitli şemalar sıcaklık telafisi.

Sıcaklık kompanzasyonunun kullanımına göre tüm basınç sensörleri üç gruba ayrılabilir:

• Termal kompanzasyon devrelerini kullanmayan bütçe basınç sensörleri;
• Pasif termal dengeleme devrelerini kullanan orta seviye sensörler;
• Basınç sensörleri yüksek seviye Aktif sıcaklık kompanzasyon şemalarını kullanan, ölçüm doğruluğu gerektiren sistemler için.

Sabit sıcaklığı 100 °C'nin üzerinde olan ortamların basıncını ölçmek için, 250 °C'ye kadar sıcaklıklara sahip ortamların basıncını ölçmeyi mümkün kılan özel yüksek sıcaklık basınç sensörleri kullanılır. Kural olarak, bu tür sensörler bir soğutma radyatörüyle donatılmıştır ve / veya sensörün bir kısmını elektronikle kabul edilebilir çalışma sıcaklığına sahip bir alana taşımanıza olanak tanıyan özel bir tasarıma sahiptir.

4. Prosesteki sensör bağlantı türü

Sensörün prosese bağlantı tipi - ölçümlerin uygulanması için basınç sensörünün prosese mekanik olarak dahil edilme tipi.

Genel endüstriyel basınç vericileri için en popüler bağlantılar G1/2″ DIN 16288 ve M20x1.5 dişli bağlantılardır.

Sensör seçerken, mevcut sistemde kurulum kolaylığı sağlamak için bağlantı tipi belirtilmelidir. ek iş(kaynak yapma, başka türde bir ipliği kesme vb.)

Prosesle kullanılan bağlantıların en çeşitli türleri gıda, kağıt hamuru, kağıt ve kimya endüstrileridir. Örneğin bu endüstriler için özel olarak tasarlanmış KLAY-INSRUMENTS basınç vericileri 50'den fazla farklı özellikte üretilebilmektedir. Çeşitli seçenekler sürece dahil edilmesi.

Bağlantı türünün seçimi gıda endüstrisi için en uygun olanıdır, çünkü bağlantının rahatlığın yanı sıra her şeyden önce "sıhhi" olması ve sanitasyon işlemi için "ölü bölgelerin" bulunmamasını sağlaması gerekir. Gıda ile temas halinde çalışmak üzere tasarlanan basınç sensörleri için, "sıhhi" olduklarını doğrulayan özel sertifikalar vardır - Avrupa sertifikası EHEDG (Avrupa Hijyenik Ekipman Tasarım Grubu) ve Amerikan sertifikası 3A Sıhhi Standartlar. Rusya'da temas halindeki sensörler için gıda medyası sıhhi tesisatın olması gerekiyor epidemiyolojik sonuç. KIP-Service LLC ürün yelpazesinde bu sertifikaların gereklilikleri, KLAY-INSTRUMENTS'ın 8000-SAN ve 2000-SAN serisi sensörleri tarafından karşılanmaktadır.

5. Çevresel parametreler

Basınç vericilerini seçerken aşağıdaki çevresel parametreler dikkate alınmalıdır:

• Ortam sıcaklığı;
• Ortamın nemi;
• Agresif ortamların varlığı;

Seçilen basınç dönüştürücü için tüm çevresel parametreler kabul edilebilir sınırlar içinde olmalıdır.

Ortamda agresif maddelerin bulunması durumunda, birçok basınç sensörü üreticisi (KLAY-INSTRUMENTS BV dahil) kimyasal etkilere karşı dayanıklı özel versiyonlar sunmaktadır.

Koşullarda çalışırken yüksek nem Sık sıcaklık değişimleri nedeniyle birçok üreticinin basınç sensörleri, basınç sensörünün korozyonu sorunuyla karşı karşıya kalmaktadır. Basınç sensörlerinin sensörünün korozyonunun ana nedeni yoğuşma oluşumudur.

Göreceli basıncı ölçmek için gösterge basıncı vericileri, sensör ile atmosfer arasında bir bağlantı gerektirir. Düşük maliyetli sensörler için sensör, mahfazanın (IP65 konektörü) sızdırmazlığı nedeniyle atmosfere bağlanır; Nemli Hava Bu tasarımla sensörün içine girdikten sonra sıcaklık düştüğünde yoğunlaşarak ölçüm elemanının yavaş yavaş korozyona uğramasına neden olur.

Geleneksel basınç vericilerinin sensör korozyonu nedeniyle arızalandığı uygulamalar için KLAY-INSTRUMENTS endüstriyel basınç vericileri idealdir. KLAY basınç vericileri için sensör, Gore-Tex malzemeden yapılmış, nemin sensöre nüfuz etmesini önleyen özel bir "nefes alan" membran aracılığıyla atmosfere bağlanır.

Ayrıca tüm KLAY sensörlerinin sensör kontakları varsayılan olarak özel bir sentetik bileşikle doldurulmuştur. ek koruma korozyon sensörü.

6. Basınç sensörü çıkış tipi

Basınç vericileri için en yaygın analog çıkış sinyali, 4…20 mA birleşik akım sinyalidir.

Neredeyse her zaman 4 mA, ölçüm aralığının alt değerine, 20 mA ise üst değerine karşılık gelir, ancak bazen ters bir sinyal olabilir (genellikle vakum aralıklarında). Ayrıca endüstride diğer analog çıkış sinyali türlerine sahip basınç sensörleri de bulunmaktadır, örneğin: 0 ... 1 V, 0 ... 10 V, 0 ... 20 mA, 0 ... 5 mA, 0 .. .5 V.

LLC "KIP-Service" tarafından depolanan basınç sensörleri aralığı yalnızca 4 ... 20 mA çıkış sinyaline sahip sensörleri içerir. 4 ... 20 mA'dan başka bir çıkış sinyali türü elde etmek için, galvanik izolasyon sağlarken hemen hemen tüm birleşik akım ve voltaj sinyal türlerini karşılıklı olarak dönüştüren Seneca Z109 REG2 evrensel sinyal dönüştürücüyü kullanabilirsiniz.

Akıllı basınç sensörleri, 4 ... 20 mA ana sinyaline ek olarak, sensörün durumu hakkında bilgi ve ek bilgileri yapılandırmak veya elde etmek için kullanılabilen HART protokolü desteğiyle üretilebilir.

Analog çıkış sinyaline ek olarak akıllı basınç vericileri aynı zamanda dijital çıkış sinyaliyle birlikte gelir. SIEMENS'in cihazlarında kullandığı Profibus PA protokol çıkışlı sensörlerdir.

7. Gerekli ölçüm doğruluğu

Basınç sensörlerinin ölçüm hatası hesaplanırken ana hataya ek olarak ek bir hatanın da olduğu dikkate alınmalıdır.

Temel hata- normal çalışma koşulları için imalatçı tarafından beyan edilen ölçüm aralığına göre basınç sensörünün hatasının değeri. Genellikle altında normal koşullar operasyon aşağıdaki koşulları anlayın:

• Ortam ve çalışma ortamı sıcaklığı - 20 °C;
• Çalışma ortamının basıncı sensörün ölçüm aralığı dahilindedir;
• Normal Atmosfer basıncı;
• Sensörün bulunduğu yerde, okumaları etkileyebilecek akış türbülansının veya diğer olayların bulunmaması.

Ek hata- özellikleri nedeniyle çalışma koşullarının normalden sapmasından kaynaklanan hatanın değeri özel uygulama. Ek hatanın ana bileşenlerinden biri, aşağıdaki şekilde gösterilen sıcaklık hatasıdır: teknik döküman basınç sensörlerine bağlanır ve aşağıdakiler için hesaplanabilir: özel anlamçalışma ortamı sıcaklığı.

Ayrıca, ölçülen ortamın akışındaki türbülans, hidrostatik seviye ölçümü sırasında ortamın yoğunluğunun değişmesi, dinamik yükler uzayda hareket sırasındaki ekipmanlara (gemiler, araçlar vb.) ve diğer olası faktörlere bağlıdır.

Ölçüm sisteminin hatasını bir bütün olarak hesaplarken, ölçüm cihazı göstergesinin doğruluk sınıfını da hesaba katmak gerekir.

Örnek olarak aşağıdaki sistem için toplam ölçüm hatasını hesaplayalım:

Verilen:

• KLAY-Instruments 8000-SAN-F-M(25) basınç sensörü ürünle birlikte boru hattına monte edilir;
• Maksimum ürün basıncı 4 bar olduğundan sensör 0…4 bar aralığına ayarlanır;
• Maksimum sıcaklıkürün - 60 °C;
• Akış türbülansı ve diğer faktörler doğruluğu etkilemez.

Çözüm:

• Pasaport verilerine göre 8000-SAN-F-(M25) sensörünün ana hatasının %0,2 olduğunu tespit ediyoruz.
• Veri sayfasına göre sıcaklık hatası %0,015/°C'dir, dolayısıyla 60°C'deki sıcaklık hatası %0,015/°C x (60°C - 20°C) = %0,6'dır.
• %0,2 + %0,6 + %0,25 = %1,05 - toplam bağıl hata;
• %1,05 x 4 bar = 0,042 bar - bu sistemin mutlak ölçüm hatası.

Sıcaklığı ölçülen ortamla temas halinde olan mekanik ve elektrikli sıcaklık sensörleri (buna radyasyon pirometreleri dahil değildir) aşağıdaki metodolojik hatalar ile karakterize edilir.

1. Isı radyasyonu ve ısı iletiminden kaynaklanan kayıplardan kaynaklanan hata. Bu hata, boru hattı duvarlarının sıcaklığının, bu boru hattından akan gaz veya sıvının ölçülen sıcaklığından farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, ortam ile sensör arasındaki faydalı ısı alışverişinin yanı sıra, radyasyon ve ısı iletimi nedeniyle (sensör bağlantı noktasına ısı çıkışı nedeniyle) sensör ile boru hattı duvarları arasında zararlı ısı alışverişi meydana gelir. Bu, sensörün sıcaklığının ortamın sıcaklığından farklı olmasına ve metodolojik bir hatanın ortaya çıkmasına neden olur. Bu hatayı azaltmak için batırılan kısmın uzunluğunu ve sensörün çevresini arttırmak, duvar kalınlığını azaltmak ve yalıtmak gerekir. iç yüzey boru hattı, sensörün suya daldırılmayan kısmı ve eklendiği yer.

2. Gaz akışının tam olarak yavaşlamamasından kaynaklanan hata. Gerçek sıcaklığı ölçmek için tasarlanmış termometrelerde T havanın ters akışı, nedeni ısıya geçiş nedeniyle sensörün sıcaklığının artması olan bir hata meydana gelir kinetik enerji Sensör tarafından frenlendiğinde hava akışı.

Tam frenleme sıcaklığı

Akışın eksik frenlenmesi nedeniyle sensörün sıcaklığı sıcaklığa ulaşmıyor TP, formülle belirlenir

,

Nerede R- sensörün şekline bağlı olarak frenleme katsayısı.

Bazı sensör türleri için katsayı R aşağıdaki anlamlara sahiptir:

akışın karşısında bulunan bir silindir için, R = 0,65;

akış boyunca yer alan bir silindir için, R=0,87;

küre için R = 0,75.

Gerçek sıcaklık ölçümünün bağıl hatası

.

Bu hata bir düzeltme getirilerek dikkate alınabilir; Navigasyon hesaplama cihazlarında bu düzeltme otomatik olarak girilir.

Sıcaklığı ölçmek için tasarlanmış termometrelerde TP durgun gazlar, hata, sensör tarafından akışın eksik yavaşlaması nedeniyle oluşur.

Fren sıcaklığı ölçümünde bağıl hata

.

Bu hata bir düzeltme getirilerek de dikkate alınabilir.

3. Dinamik hata. Bu hata, kütlenin malzemesine ve termoaynanın yüzeyine bağlı olan nihai ısı transfer hızı nedeniyle ısının ortamdan algılama elemanına bir miktar gecikmeyle aktarılmasından kaynaklanmaktadır.

Doğrusal bir yaklaşımda bir termometrenin termal ataleti, transfer fonksiyonu (3.3) ile karakterize edilir:

,

Nerede ST- duyarlılık

T 1 - zaman sabiti ()

5.2. Sıcaklık ölçüm hataları kontak sensörleri

Sıcaklık ölçümündeki hatalar, sayısı yüzlerce hatta binlerce olan birçok monografi ve yayında analiz edilmektedir. Burada bu problemi kısaca, basitleştirilmiş olarak, şematik olarak en tipik ölçüm durumlarına dayanarak ele alıyoruz. Bu incelemenin asıl amacı şuna odaklanmaktır: doğru seçim sensör, ölçüm deneyinin anlamlı, amaca uygun organizasyonu, azalma sağlanması; kaçınılmaz hatalar ve bunların yaklaşık değerlendirme olasılığı.

Burada, sensörün ve ölçülen nesnenin farklı termofiziksel özelliklerinin yanı sıra, yalnızca ana ısı transferi tipinin değil, sensörün sıcaklık alanının oluşumu üzerindeki etkisi nedeniyle yalnızca termal kökenli hataları ele alacağız. sensörün hassas elemanının sıcaklığının nesnenin ölçülen sıcaklığına eşit olması gerekir, ancak aynı zamanda sensörün sıcaklık alanını bozan yan ısı transferi türleri de vardır. Bu nedenler, sabit sıcaklıkları ölçerken sensör sıcaklığının sabit değerinin nesnenin ölçülen sıcaklığından farklı olmasına yol açar. Bu fark ısı transferinin yan türlerinden kaynaklanan hatadır.

Sabit olmayan sıcaklıkları ölçerken, sensörün termal ataletinden dolayı genellikle dinamik olarak adlandırılan bir hata eklenir. Ve yan ısı transferi türleri bu hataya katkıda bulunur.

Ek olarak, harici enerji kaynaklarının varlığında, bunların sensörle etkileşimi durumunda, sensörün karşılık gelen hatasını oluşturan ek ısıtma karakterine sahip olan sensörün sıcaklığının bozulması da mümkündür. Bu hatalar, yüksek hızlı bir gaz akışının sensör üzerindeki yavaşlaması sırasında kinetik enerjisinin sensörün entalpisine dönüştürülmesinden ve ayrıca direnç termometresinin hassas elemanının ölçüm akımı tarafından ısıtılmasından kaynaklanan hataları içerir.

Daha önce belirtildiği gibi, yapısal elemanların yüzeylerinin sıcaklığının ölçümü, dirençli termometreler ve termokupllar tarafından gerçekleştirilir. Bu tür ölçümlerdeki hatalar ne kadar küçük olursa, sensör boyutları o kadar küçük olur, kendi ısı kapasitesi ve termal direnci o kadar küçük olur ve ayrıca yan ısı transfer türlerinin etkisi de o kadar küçük olur (bu durumda, ana ısı transfer süreci iletken ısıdır) Ölçülen yüzey ile sensör arasındaki aktarım).

kalınlığında bir plakanın sıcaklığını ölçmeyi düşünün. L 0 Düz dirençli termometre. Plakanın her iki tarafında, Şekil 2'de sunulan koşullar. 5.3, A. Burada a1 ve a2, plaka yüzeylerinin ortamla konvektif ısı transferinin katsayılarıdır; T 1 Ve T 2  Çevre sıcaklığı; T C1 ve Т С2 - plaka yüzeylerinin sıcaklığı; ben D  sensör kalınlığı. Hem sensör hem de plaka göreceli olarak sonlu bir kalınlığa sahiptir ben D Ve ben 0 , diğer boyutlar sınırsızdır. Dolayısıyla davanın öyle olduğu varsayılıyor B) sensörün ısıtma kaynağının karşı tarafında bulunduğu duruma karşılık gelir, bu durum V) ısıtma kaynağının yanından ve sensörün kurulumu ısı transfer katsayıları α 1 ve α 2'yi değiştirmez .

Sensör tarafından ölçülen sıcaklığın, algılama elemanının orta bölümüne (L D/2) yerleştirilmesine karşılık geldiği varsayılmaktadır.

Plakanın ve sensörün ısıl iletkenlik katsayılarını sırasıyla Λ 0 ve Λ d ile gösterelim.

Plakanın sabit sıcaklığını ölçerken hata şu şekildedir:

Dava için B):

(5.12)

Dava için V):

(5.13)

Çünkü L D /Λ D = P D , L 0 / Λ 0 = P 0 sırasıyla sensörün ve plakanın termal dirençleri, verilen hata ilişkilerini termal dirençler cinsinden yeniden yazmak mümkündür: durum B):

(5.14)

(5.15)

Sabit olmayan sıcaklıkları ölçerken, ölçülen yüzey sıcaklığının doğrusal olarak değiştiği varsayımına dayalı kararlı durum hataları için ifadeler T İLE = T 0 + ama Ve α 2 = 0 formu var:

olay B):

(5.16)

olay V):

(5.17)

(5.18)

(5.19)

Isı transfer katsayısının ısıtma kaynağının karşısındaki tarafta sıfıra eşit olduğu varsayımı, plakanın adyabatik yalıtımının varsayımı anlamına gelir; İçeri giren tüm ısının onu ısıtmak için harcandığı varsayılmaktadır. Bu durum, ilk yaklaşımda, plakanın ısıtma kaynağının karşı tarafından fiziksel yalıtımının getirilmesiyle veya çok düşük ısı transfer katsayılarında (sakin hava, yüksek irtifalarda uçarken seyreltilmiş ortam) gerçekleştirilir. Bu varsayım sayesinde bu kadar basit ifadeler elde etmek mümkün oldu T ağız .

Plaka inceyse ve malzemesi yüksek bir ısı iletkenlik katsayısına sahipse, o zaman Δ T ağız neredeyse bağımsız ısıl direnç tabaklar. Bağımlılık Δ T ağız itibaren α 1 küçük değerlerde gözle görülür bir bağımlılığa sahip hiperbolik bir karaktere sahiptir α 1 ve bağımlılık pratik olarak ortadan kaybolduğunda α 1 >1000 W/m 2 derece. Böylece hatanın değeri esas olarak sensörün termofiziksel parametreleri tarafından belirlenir. Yüzey dirençli termometrelerin ana takviye malzemeleri için bu parametreler Tablo'da verilmiştir. 5.4.

Tablo 5.4

Direnç termometrelerinin yüzeyini güçlendiren malzemeler için C d , P d değerleri

Şekil 2'de gösterilen durum için bir plakanın sıcaklığının termokupl ile ölçülmesindeki hatayı ele alalım. 5.4.

P kalın elastik L 0 Plakanın her iki tarafı da çevre ile ısı alışverişinde bulunmalıdır. Buna göre ortamla ısı alışverişi katsayıları α 1 Ve α 2 ve ortam sıcaklığı T 1 Ve T 2 . Termokupl termoelektrotların yarıçapı R D , termoelektrotların termal iletkenliğinin aynı olduğu varsayılır  Λ D .

Bir termokuplun etkisini bir ısı kaynağının etkisi olarak görüyoruz Qπ R 2 L 0 (R kaynak yarıçapıdır).

(5.20)

Bir termokuplun etkisini bir ısı kaynağının etkisi olarak görüyoruz Q Plakada hacimsel bir bölgeyi kaplayan π R 2 L 0 (R kaynak yarıçapıdır).

Daha sonra kaynağın hareketinden uzak bölgedeki plakanın sıcaklığı

(5.21)

ve göreceli hata

(5.22)

Nerede k 0 (μ ), k 1 (μ ) – sıfır ve birinci dereceden değiştirilmiş Bessel fonksiyonları;

(5.23)

(5.24)

termokupl termoelektrotların ısı transfer katsayısıdır. Burada δ itibaren Ve Λ itibaren sırasıyla termokupl termoelektrotların yalıtımının kalınlığı ve termal iletkenliğidir; α D termoelektrotların çevre ile ısı değişim katsayısıdır;

(5.25)

Şekil 2'de sunulan durum için termokupl hataları. 5.4 sınırlayıcıdır. Termoelektrotların ilk önce ölçülen izotermal yüzey boyunca yeterli bir uzunlukta döşenmesi durumunda bunlar önemli ölçüde azaltılabilir (yeterlilik kriteri orandır). ben/ R D>50) ve ardından yüzeyden uzaklaşın.

Ortamın sıcaklığını ölçen sensörün hatalarını dikkate alarak, şekil 2'de gösterilen genel şemaya indireceğiz. 5.5. Ortam gaz veya sıvı olabilir.

Şekil 2'deki tanımlar. 5.5 T evlenmekölçülen ortamın sıcaklığıdır; Td sensör tarafından ölçülen sıcaklıktır; T st– sensör kasasının sıcaklığı. Öyle varsayılıyor T evlenmek > T D > T st > T İle α evlenmek - ortam ve sensör arasındaki konvektif ısı transfer katsayısı; ε D , ε st sensör yüzeyinin ve duvarın emisyon katsayılarıdır; Q dönüşüm , Q şart , Q memnun- konvektif, iletken geleneksel ısı akıları (son ikisi, söz konusu ölçüm durumu için sensörün ısı kayıplarını karakterize eder); V av, yaklaşan akışın hızıdır.

Değerlendirmeyi basitleştirmek için, boru hattındaki ortamın sıcaklığının ve hızının dağılımının düzgün olduğu varsayılır. Sensör, termofiziksel özelliklerin düzgün dağılımına sahip bir çubuk olarak kabul edilir (gerçek yapılar için etkin değerler alınmalıdır). Çubuk, ölçüm ortamının sıcaklığıdır. Sabit durumda, eğer çubuktan daha soğuk olan cisme (q cond) ısı kaybı ve daha soğuk duvarlara olan ışınımdan kaynaklanan kayıplar (q rad) olmasaydı ve yavaşlamadan dolayı herhangi bir hata olmasaydı, sensör ölçüm yapacaktı. ortamın sıcaklığı. Ortamın sıcaklığı zamanla değişirse sensörün termal ataletinden dolayı dinamik bir hata da oluşur. Gerçekte sensör hataları listelenen bileşenlerden oluşur:

İletken ısı kaybı ve dinamik nedeniyle oluşan hataların ortak tezahürü, statik-dinamik hata olarak adlandırılabilir.

(5.27)

Yukarıdaki basitleştirmelerle bu hata

(5.28)

(sensördeki sıcaklığın T d (0)=0 başlangıç ​​değerinden T cf'ye ani bir şekilde değiştiğini varsayar). Burada

(5.29)

– sensörün konvektif ısıtma sıcaklığı;
–sensör çubuğunun özgül ısı kapasitesi, özgül ağırlığı, kesit alanı;

(5.30)

sensör çubuğunun iletken ısı transferinin sıcaklığıdır; A sensör çubuğunun etkili termal yayılma katsayısıdır; L  çubuk uzunluğu.

Çubuktan sensör gövdesine ısı uzaklaştırılmasının varlığının statik bir hatanın oluşmasına yol açtığı görülebilir.

(5.31)

Ayrıca iletken ısı transferi varlığında dinamik hatanın azaldığı da görülmektedir.

Aslında, sensör çubuğunun sıcaklık değişim hızı

(5.32)

ve termal atalet temponun tersidir.

Isı transfer koşullarına ve çubuğun yapısına bağlı olarak

, (5.33)

Nerede ψ(α dk )  çubuğun sıcaklık alanının tekdüzelik katsayısı; A dt ,  çubuğun "iletken ısı transferi" katsayısı; F - termal faktör. Çünkü

(5.34)

(5.35)

Temponun karşılıklılığı M termal atalet katsayısı denir

ε = 1/M,(5.36)

ve bağımlılık ε (A dk )  termal ataletin karakteristik eğrisi.

Bu nedenle, termal atalet ve ısı gideriminin ortak tezahüründen kaynaklanan hata, konvektif ve iletken ısı transferi katsayılarına, termal faktör Ф'ya ve çubuğun sıcaklık alanının tekdüzelik katsayısına bağlıdır. ψ(α dk ).

Soğutucu gövdeye doğru ilerledikçe toplam ölçüm hatası artar, çünkü soğutucunun varlığında sabit sıcaklık değeri ne kadar hızlı gerçekleşirse soğutucunun statik hatasıyla o kadar bozulur.

Statik hataların ve termal ataletin karakteristik eğrilerinin değerlerinin belirlenmesi, sensörü karakterize eden üç parametrenin bulunmasına indirgenmiştir: α dt , ψ(α dk ) , Φ . Değer ψ(α dk ) şeklinde sunulabilir

(5.37)

(5.38)

 sensör çubuğunun termal direncinin eşdeğeri. Plaka şeklinde çubuk formu için n = 3, silindir şeklinde  n = 4, top şeklinde  n = 5 (kesinlikle düzenli koşullar için geçerlidir) termal rejim ikinci tür).

Çubuk homojen olmayan bir yapıya sahipse - düşük ısı iletkenliğine ve gözle görülür termal dirence sahip bir göbeğe sahip homojen bir kabuk (koruyucu mahfaza), o zaman termal atalet katsayısının sınır değeri çubuğun çekirdeği tarafından belirlenir (ε ∞ = HF), ve statik hata, kabuğun termal iletkenliğidir. Aynı zamanda değer α dt kabuğun geometrik boyutları ve kaplama malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısı bilgisi ile kolayca hesaplanabilir.

Bazı temsili yapıcı sensör türlerinin statik-dinamik parametrelerinin değerlerine ilişkin özet veriler Tablo'da verilmiştir. 5.5.

Tablo 5.5

Sıcaklık sensörlerinin statik-dinamik parametreleri

(5.39)

Nerede B sıcaklık değişim hızıdır.

Ortamın ölçülen sıcaklığının altında bir sıcaklığa sahip olan hattın duvarları ile sensörün ışınımlı ısı alışverişinden kaynaklanan hata, aşağıdaki değerlendirmeyle tahmin edilebilir.

Sıcaklığı ölçülen gaz şeffafsa, sensörden duvarlara olan spesifik ısı akışı şu şekildedir:

(5.40)

(5.41)

sensör ile duvar arasındaki radyant ısı transfer katsayısıdır ( ε S kara cisim emisyonudur); S D / S st – ışınımsal ısı değişiminde olan sensörün yüzey alanlarının ve duvarın oranı.

Konveksiyon nedeniyle sensöre sağlanan ısı akısının ve radyasyon nedeniyle duvarlardaki ısı kaybının eşitliği ile ilgili durağan problemi göz önüne alırsak, o zaman q konv ve q rad ortak çözümüne göre T D sabit bir değer elde etmenizi sağlar T D Ve

(5.42)

Radyasyon kayıplarından kaynaklanan hataları (neredeyse büyüklük sırasına göre) azaltmanın etkili bir yolu, sensör ile duvarlar arasına bir radyasyon önleyici ekran yerleştirmektir. Ayrıca, artı 500°C'nin üzerindeki ortam sıcaklıklarında, bizzat koruyucu etkiye sahip olan gazın doğal radyasyonunun ortaya çıktığı da akılda tutulmalıdır. Sensörün hassas elemanı üzerine düşük emisyon faktörlerine (gümüş, altın, platin) sahip kaplamalar eklenerek yaklaşık olarak aynı etki elde edilebilir.

Sensörde akış yavaşlatıldığında sensör, gaz akışının denge termodinamik sıcaklığını aşan ancak sensördeki akış durgunluğu eksik olduğundan durgunluk sıcaklığına ulaşmayan bir sıcaklığı ölçer. Eğer Tav Gaz akışının denge termodinamik sıcaklığı ve T*- frenleme sıcaklığı

(5.43)

Nerede k = c H / C v - sabit basınç ve sabit hacimde gazın özgül ısı kapasitelerinin oranı; m =V evlenmek / V sv  Mach sayısı, yani akış hızının yerel ses hızına oranı, daha sonra

(5.44)

Nerede R sensör üzerindeki akışın kinetik enerjisinin termal enerjiye dönüştürülmesinin eksikliğini karakterize eden geri kazanım faktörü.

ile en uygun geri kazanım katsayısının tanımlanabilirliği ve kararlılığı açısından, geniş bir Mach ve Reynolds sayısı aralığında katsayı bağımsızlığının gözlemlendiği gövdeler etrafındaki uzunlamasına akıştır. R.

Yani bir plaka termometresi için değer R 0,85'tir. Küçük çaplı ince duvarlı bir tüp üzerindeki sensörlerin akış algılama elemanları r= 0,86...0,9, uzunlamasına aerodinamik telli termokupllar için R = 0,85... 0,87.

Açık telli termokuplların etrafındaki enine akışta R≈ 0,68 ± 0,08.

Geri kazanım faktörünü arttırmanın etkili bir yolu, sensörlerdeki frenleme odalarını kullanmaktır (alanı 25...50 kat azaltılmış çıkış deliği olan açık bir giriş). Durgunluk odasında termokupl etrafında uzunlamasına akış ile r ≈ 0,98, enine ile R ≈ 0,92... 0,96.

Termokuplun çalışma bağlantısı, termoelektrotların çapını aşan bir top şeklinde yapılmışsa, hem uzunlamasına hem de enine akışta R ≈ 0,75.

Ölçülen denge sıcaklığından statik akış sıcaklığının belirlenmesine yönelik düzeltme (veya dikkate alınmazsa hata) negatif bir işarete sahiptir ve şuna eşittir:

(5.45)

Yüzeye dağıtılan hassas elemanlarla ölçüldüğünde, sıcaklığın akış kesiti üzerindeki eşit olmayan dağılımından kaynaklanan hataların ayrıca dikkate alınması gerekir.

Takviye malzemelerinin izolasyon kaybı nedeniyle yüksek sıcaklık ölçümlerinde hataların rolü önemlidir.

Dirençli termometreler için, değeri hem termometre ile çevre arasındaki ısı alışverişinin yoğunluğuna hem de termal direnç ve ısı kapasitesine bağlı olan ölçüm akımı ve ilgili hata ile termometrenin hassas elemanını ısıtma olasılığı Hassas unsuru güçlendiren malzemelerin miktarı dikkate alınmalıdır.

Nüfuz eden radyasyon alanlarındaki sıcaklığı ölçerken, radyasyonun büyüklüğüne bağlı olarak hem anlık hem de integral etkilerden kaynaklanan hatalar dikkate alınmalıdır.

Hataları tahmin etmek için gereken bilgiyi elde etmenin hiçbir şekilde temel bilgiyi elde etmekten daha kolay olmadığı anlaşılmalıdır. Bu nedenle, kabul edilebilir olduklarından emin olmak için sıklıkla hataların marjinal değerlerini değerlendirmeye başvururlar.

Ancak asıl önemli olan, hataların doğasını ve bunların tezahür kalıplarını anlamaktır, çünkü bu, uygun sensör seçiminin ve ölçümlerin doğru organizasyonunun anahtarıdır.

Sensör, cihaz ve sistemlerin tasarımı ve üretimi

UDC 681.586"326:621.3.088.228

GERİLİM DİRENCİ YARI İLETKEN SENSÖRLERİN SICAKLIK HATASININ NORMALLEŞTİRİLMESİ HAKKINDA

V. M. Stuchebnikov

Geniş bir sıcaklık aralığında çalışan mekanik büyüklüklerin gerilime dirençli sensörleri için ilave bir oranlama sıcaklık hatası doğrusal bir sıcaklık katsayısının kullanılması, ölçüm sonuçlarında önemli bir bozulmaya yol açar. Makale, sıcaklık hata bölgesini sensörlerin termal olarak telafi edildiği sıcaklık aralığında normalleştirmenin daha doğru olduğunu göstermektedir. Bu, çıkış sinyalinin doğrusal olmayan sıcaklık bağımlılığına sahip yarı iletken gerinim ölçer sensörleri için özellikle önemlidir.

Ek sıcaklık hatası: önemli karakteristikÖlçümlerinin hatasını belirleyen mekanik büyüklük sensörleri. Bu nedenle bu sensörlerin ana parametreleri arasında her zaman belirtilmektedir. Çoğu üretici, ek sıcaklık hatasını doğrusal bir sıcaklık katsayısı kullanarak, yani sensör çıkış sinyalindeki değişim aralığının bir veya on santigrat derece (veya İngilizce konuşulan ülkelerde Fahrenheit) yüzdesi olarak belirtir. Bu durumda, kural olarak, sıcaklık hatasının işaretinin herhangi bir olabileceği varsayılır, böylece genellikle ± %y / °C (veya ± %y / 10 °C) olarak gösterilir. Bu nedenle sıcaklık hatasını normalleştirmeniz önerilir ve düzenlemeler IEC (örneğin), ardından Rus standartları (örneğin) gelir.

Bu makalede, günümüzde basınç, kuvvet, hareket parametreleri için kullanılan sensörlerin çoğunluğunu oluşturan, özellikle gerilime dirençli yarı iletken sensörlerde açıkça ortaya çıkan, mekanik büyüklük sensörlerinin ek sıcaklık hatasını normalleştirmeye yönelik böyle bir yöntemin dezavantajları tartışılmaktadır. vesaire. Spesifik örneklerde, Rusya'da yaygın olarak kullanılan heteroepitaksiyel safir üzerinde silikon (SOS) yapılarına dayanan gerinim dirençli basınç sensörleri kullanılmaktadır.

Öncelikle belirtilen tayınlamanın ancak şu durumlarda anlamlı olduğu oldukça açıktır: doğrusal bağımlılık Sıcaklıktan sensör çıkış sinyali. Bununla birlikte, bir gerinim ölçer sensörünün çıkış sinyalinin sıcaklığa bağımlılığının kabul edilebilir bir doğruluk derecesine sahip doğrusal bir yaklaşımı, yalnızca metal gerinim ölçerli ve/veya nispeten küçük bir sıcaklık aralığındaki ölçerler için kullanılabilir. Yarı iletkenler, parametrelerin sıcaklığa güçlü ve doğrusal olmayan bir bağımlılığı ile karakterize edildiğinden, yarı iletken gerinim ölçer sensörlerinin çıkış sinyali, kural olarak,

sıcaklığa doğrusal olmayan bir şekilde bağlıdır ve bu özellikle geniş bir sıcaklık aralığında çalışırken fark edilir.

İkinci olarak, belirtilen oranlama aslında tüketicinin kafasını karıştırıyor ve onu gerçek ölçüm hatasını ikiye katlamaya zorluyor. Gerçek şu ki, çıkış sinyalinin doğrusal sıcaklık bağımlılığına sahip belirli sensörler için bu bağımlılığın eğimi iyi tanımlanmış bir işarete sahiptir, böylece sinyal yalnızca sıcaklıkla azalabilir veya artabilir. Sıcaklık hatasının normalizasyonunu belirli bir değer ve işareti göstererek %/°C cinsinden ifade ederek tüketici, örneğin basınç gibi ölçüm hatasını gerçekçi bir şekilde değerlendirebilir ve dikkate alabilir. belirli sıcaklık; ancak işaret tanımlanmazsa ölçüm belirsizliği büyük ölçüde artar.

Yukarıdakiler Şekil 2'de açıklanmaktadır. 1. Şek. Şekil 1a, ölçülen basıncın (sensörün çıkış sinyaliyle orantılı) artan sıcaklıkla doğrusal olarak düştüğü durumu gösterir. Bu durumda, bilinen bir sıcaklık "ölçümünde", tüketici sıcaklık hatasını hesaba katabilir ve sensör rism tarafından ölçülen basıncı, "normal" sıcaklık "n'de normalleştirilen gerçek basınç pH'ına getirebilir:

Rn \u003d Rism - Y ("ölçme -" nX (1)

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

Sıcaklık hatasının işareti belirlenmediğinde durum tamamen farklıdır (bkz. Şekil 1b). Bu durumda bilinen bir ölçüm sıcaklığında dahi, sensörün temel hatası dikkate alınmadan bile ölçülen basıncın belirsizliği Dr = (p1 – p2) olur.

Elbette, ölçüm sıcaklığı yaklaşık olarak bile bilinmiyorsa ve sadece biliniyorsa

Pirinç. 1. Doğrusal sıcaklık katsayısı y'nin negatif (a) ve belirsiz (b) işareti durumunda sensör çıkış sinyalinin sıcaklığa doğrusal bağımlılığı ile basınç ölçümünün sıcaklık hatası

("max - "min) çalışma sıcaklığı aralığı içinde yer aldığından, ortaya çıkan basınç ölçüm belirsizliği şu şekildedir:

"Pm \u003d (P2 - P1) \u003d IUI ("maks -" min) (2)

p(") çizgisinin eğiminin işaretinin bilinip bilinmediğine bakılmaksızın.

Bir tensör direnç dönüştürücüsünün (TC) çıkış sinyalinin doğrusal olmayan sıcaklık bağımlılığı durumunu ele alalım. Örneğin, sıcaklık sapması termobağımsız dirençli bir devre tarafından telafi edilen SOS yapılarına dayanan basınç transformatörleri için, çıkış sinyalinin sıcaklığa bağımlılığı parabolik'e yakındır. Difüzyonlu veya implante edilmiş gerinim ölçerli silikon termokupllar da benzer bir bağımlılığa sahiptir. Buna göre, böyle bir TP'ye sahip bir sensör tarafından ölçülen basınç da (sensörün çıkış sinyaliyle orantılı) değildir.

daha fazla düzeltmek için özel önlemler alınmadığı sürece doğrusal olarak sıcaklığa bağlıdır (Şekil 2). elektronik devreörneğin bir mikroişlemci kullanarak. Bu durumda, düzenleyici belgelerin mektubuna uygun olarak sıcaklık hatası normalleştirilirse doğrusal katsayı, o zaman eğimin maksimum (mutlak değer olarak) değerini + parabolün teğetinin umax değerini belirtmek gerekir (Şekil 2'deki ince çizgiler). Sonuç olarak, "max ... "min çalışma sıcaklığı aralığındaki normatif toplam sıcaklık hatası, ifade (2) ile belirlenmelidir:

"Pn \u003d (P2 - P1) \u003d 1 Umax _ ("max -" min.). (3)

Açıkçası, bu değer gerçek toplam sıcaklık hatasından çok daha büyüktür (bkz. Şekil 2).

"Rf \u003d (Rn - Rmin). (4)

Bu nedenle, sensörün çıkış sinyalinin doğrusal olmayan bir sıcaklık bağımlılığı durumunda, ek sıcaklık ölçüm hatasını normalleştirmek için doğrusal sıcaklık katsayısını у kullanmanın anlamsız olduğu, çünkü çalışma sıcaklığı aralığı içinde büyüklük ve işaret olarak değiştiği sonucu çıkar. (sıfırdan geçmek dahil) ve mevcut kurallar kullanım kılavuzunda U'nun maksimum (mutlak değer olarak) değerinin belirtilmesi gerekir.

Bu nedenle MIDA-13P basınç sensörlerinde, ek sıcaklık hatasının bir ölçüsü olarak, sensör pasaportunda belirtilen "Pf" çalışma sıcaklığı aralığındaki sıcaklık hatası bölgesi normalleştirilir. MIDA-13P sensörlerinin sıcaklık hata bölgesi, Gosstandart'ın bu yaklaşıma tamamen katıldığını ve MIDA sensörlerinin tüm normatif belgelerinin Rusya Federasyonu Devlet Sicili tarafından tanındığını belirtmek için makalede verilmiştir.

Pirinç. 2. Çıkış sinyaline doğrusal olmayan sıcaklık bağımlılığı olan bir sensör için basınç ölçümünde sıcaklık hatası bölgesinin belirlenmesi:

"Pf - gerçek sıcaklık hatası bölgesi; "Рн - sıcaklık hatasını doğrusal bir sıcaklık bağımlılığı katsayısı ile normalleştirirken normatif sıcaklık hatası bölgesi

ZepBOGB ve Sistem No. 9.2004

Pirinç. Şekil 3. 120 derece sıcaklık aralığında (-40...+80 °C) termal olarak telafi edilen MIDA-13P sensörünün basınç ölçümünün ek sıcaklık hatasının tipik sıcaklığa bağımlılığı

"Normal" sıcaklık "n \u003d (20 ± 5) ° C. Aynı genişlikteki başka bir sıcaklık aralığında (örneğin, 200 ... 320 ° C) termal kompanzasyonla, hatanın sıcaklığa bağımlılığı benzer bir forma sahiptir (ancak bu durumda verilen örnekte "normal" sıcaklık Тн = (260 ± 5) °С olmalıdır)

Sıcaklık hata bölgesinin ölçüm hatalarına (doğrusal sıcaklık katsayısıyla birlikte) bazı yabancı standartlar tarafından da izin verilmektedir.

Birkaç açıklamanın daha yapılması gerekiyor. İlk olarak, çıkış sinyalinin sıcaklık bağımlılığı parabolik yakın olan sensörlerde (yani, MIDA basınç sensörlerinde aynıdır), sensörün kalibre edildiği "normal" sıcaklık "n olduğunda sıcaklık hata bölgesi minimumdur ve ana hatası belirlenir, çalışma sıcaklığı aralığının ortasındadır (çıkış sinyalinin sıcaklık telafisinin yapıldığı yer). MIDA-13P sensörlerinde bu otomatik olarak yapılır (çalışma sıcaklığı aralığı -40 ile +80 arası) °С, 20 + 5 °С'de normalizasyon - bkz. Şekil 3 Ölçülen ortamın sıcaklığının 350 °C'ye ulaşabildiği yüksek sıcaklık sensörleri MIDA-12P'de durum biraz daha karmaşıktır ve daha sonra tartışılacaktır. ayrıntı aşağıda.

İkincisi, doğrusal bir sıcaklık bağımlılığı durumunda, çalışma sıcaklığı aralığında bir azalma ile toplam sıcaklık hatası doğrusal olarak azalırsa, o zaman parabolik bir bağımlılıkla bu azalma ikinci derecedendir - örneğin, çalışma sıcaklığında simetrik bir azalma ile aralığı yarıya indirildiğinde (örneğin, -40 ... + 80 °C'den -10...+50 °C'ye), sıcaklık hata bölgesi dört kat azalır. Bu, karmaşık elektronikler kullanılmadan sınırlı bir sıcaklık aralığında çalışan yüksek hassasiyetli basınç sensörleri oluşturmanıza olanak tanır. Dolayısıyla, 0...40 °C aralığında, dirençli termal dengeleme devresine sahip MIDA-13P basınç sensörlerinin tipik sıcaklık hatası bölgesi %0,2'yi aşmaz (bkz. Şekil 3).

Üçüncüsü, ana sensör hatasının belirlendiği "normal" sıcaklık (genellikle oda sıcaklığı), termal kompanzasyon aralığının merkezinde değilse, hatanın sıcaklığa bağımlılığının doğrusal olmayışı göz ardı edilir

Yaylı mastarlar aşağıdaki aletsel hatalarla karakterize edilir.

1. Algılama elemanının ve aktarım çarpanı mekanizmasının ve sensörlerdeki ve elektrik dönüştürücüdeki karakteristiklerin doğrusal olmama durumunun eksik karşılıklı telafisinden kaynaklanan karakteristik hatalar (ölçek hataları). Bu hatalar, üretilen cihaz ve sensör örneklerinde mekanizmanın ayrı ayrı ayarlanmasıyla en aza indirilir.

Var olmak özel düzenlemeler karakteristiğin birçok noktasındaki hataları sıfıra indirmeye olanak tanır. Böyle bir mekanizmanın bir örneği, bir silindirin esnek banttan yapılmış bir kam üzerinde kaydığı mekanik ölçek hatası düzelticisidir; Ayar vidaları yardımıyla bandın yerel bükülmesi nedeniyle kamın eğriliği sorunsuz bir şekilde değiştirilebilir (Şekil 6.15.). Silindir, döndürüldüğünde çıkış eksenine şu veya bu işaretin ek açısal hareketini bildiren bir kol üzerine monte edilir. Ek hareketin işareti, silindirin çıkıntıya mı yoksa kam boşluğuna mı çarptığına bağlıdır.

2. Her şeyden önce dişli çoğaltıcı mekanizmasındaki ve elektrik dönüştürücüdeki sürtünme kuvvetlerini, hareketli parçaların dengesizliğinden kaynaklanan kuvvetleri, elektromanyetik veya elektrostatik kuvvetler Elektrik dönüştürücünün hareketli ve sabit parçalarının karşılıklı çekilmesinden veya itilmesinden. Bu hatalar aşağıdaki yollarla azaltılabilir:

a) desteklerin kalitesini artırarak, mekanizmayı dikkatli bir şekilde dengeleyerek vb. zararlı kuvvetlerin azaltılması. Dengeleme doğruluğunun arttırılması, boşluğu seçen yayların gerginliğini zayıflatmanıza olanak tanır ve bu da sürtünme kuvvetlerini azaltmaya yardımcı olur;

b) hassas elemanın etkili alanında artış;

c) başlangıç ​​konumunda çekim kuvvetlerinin karşılıklı olarak dengelendiği diferansiyel elektrik transdüserlerinin kullanılması;

d) hassas elemanı sürtünme kuvvetlerinden kurtaran izleme sistemlerinin kullanılması.

3. Ortam sıcaklığının malzemelerin fiziksel parametreleri ve parçaların geometrik boyutları üzerindeki etkisinden kaynaklanan basınç göstergelerinin sıcaklık hataları.

Sıcaklık, algılama elemanının elastiklik modülü üzerinde en önemli etkiye sahiptir.

Elastik modülün sıcaklığa doğrusallaştırılmış bağımlılığı şu şekildedir:

n/m2,

Nerede E o- başlangıç ​​değeri e(6 \u003d 9o'da) n/m2;

- sıcaklık katsayısı E;

Diferansiyel basınç göstergesinin hassas elemanının karakteristiği elastik modül ile şu ilişki ile ilişkilidir:

Bağıl sıcaklık hatası

Sıcaklığın algılama elemanının geometrik boyutları ve transfer-çarpan mekanizması üzerindeki etkisi bağımlılıkla ifade edilir.

M,

geometrik boyut nerede;

Doğrusal genleşme katsayısı.

Bu etki, metallerin doğrusal genleşmesinin sıcaklık katsayılarının esneklik modülünün sıcaklık katsayılarından daha küçük bir mertebede olması nedeniyle cihazın okumalarını çok daha zayıf etkiler.

Sıcaklık aynı zamanda kalan basıncı da etkiler yükseklik Mutlak basınç göstergelerinde kullanılan iç aneroidler (hassas boşaltılmış elemanlar). Sıcaklık bir değer kadar değiştiğinde bir hata oluşur

. Son olarak sıcaklık değiştikçe çıkış parametresi de değişebilir. R, L, M veya İLE elektrik dönüştürücü

Sıcaklık hatalarının azaltılması aşağıdaki yollarla sağlanır:

a) elinvar tipi bir alaşımdan, çok düşük bir esneklik modülü sıcaklık katsayısına sahip hassas elemanların imalatı;

b) aneroidlerin daha kapsamlı bir şekilde boşaltılmasıyla içindeki artık basınçta bir azalma;

c) Sıcaklığa bağlı olarak, cihazın okumasında büyüklük olarak eşit ve cihazın sıcaklık hatasına zıt işarette bir artışa neden olan özel bimetalik kompansatörlerin cihazın tasarımına dahil edilmesi.

1. ve 2. türden bimetalik kompansatörler vardır.

1. tür kompansatörlerin hareketi (Şekil 6.16, a), dirsekli bir bimetalik plaka şeklinde yapılmış bir kinematik bağlantının elastik duyarlı elemanı ile seri olarak dahil edilmesine, serbest ucunun doğrusal yer değiştirmesine dayanmaktadır. sıcaklık artışıyla orantılı olarak elastik duyarlı elemanın sapmasına eklenir (veya bundan çıkarılır). Bimetalik plaka tipi bir kompansatör için değerin hesaplanması (bkz. Şekil 6.19, a) aşağıdaki formüle göre gerçekleştirilir (bkz. Bölüm II):

M,

bimetalik plakanın kalınlığı nerede M;

- bileşenlerin doğrusal genleşme katsayıları

bimetal;

Uzunluğu girin M;

- sıcaklık artışı °C.

Tip 1 kompansatör yalnızca ilave sıcaklık hatasını telafi eder.

2. tür kompansatörlerin hareketi (bkz. Şekil 6.16.6), serbest ucunun hareketi ile orantılı olan bimetalik bir plaka şeklinde yapılmış krankın içine kinematik bir bağlantının yerleştirilmesine dayanır. sıcaklık artışı, krank kolunda bir miktar artışa veya azalmaya neden olur , formül (6.16)'ya göre 1. tür kompansatör için As değeriyle aynı şekilde belirlenir. 2. tür kompansatörün cihaz okumalarının artışı üzerindeki etkisinin niteliği, krankın ilk montaj açısına bağlıdır (bkz. Şekil 6.16, a). Bu açı sıfıra yakınsa, yani s = 0'da krank biyel koluna yaklaşık olarak dik ise, o zaman krank kolunun artması neredeyse krankın ilk dönüşüne neden olmaz, sadece dişli oranını değiştirir. mekanizmanın. Bu nedenle, = 0'da, 2. türden telafi edicinin yaptığı düzeltme tamamen çarpımsaldır.

d) iki değişken parametre üreten diferansiyel elektrik dönüştürücülerinin kullanımı z1 Ve z2 ve gerilim bölücü devresine göre bağlanmış; Yüksek dirençli bir yük üzerinde çalışırken, diferansiyel dönüştürücüde sıcaklık hatası yoktur, çünkü voltajın büyüklüğü parametrelerin büyüklüğünden çıkarılır. z1 Ve z2 bağımlı değildir ancak ilişki tarafından belirlenir z1 / z2 parametrelerin yalnızca sıcaklık katsayılarının eşitliğini sağlamak önemlidir z1 Ve z2,

e) tel veya yarı iletken termal dirençler şeklinde yapılmış ve harici olarak dahil edilen elektrik kompansatörlerinin kullanılması elektrik devresi sensörün diğer tüm elemanlarının neden olduğu sıcaklık hatalarını telafi edecek şekilde. Bu tür planların çeşitleri Bölüm 1'de tartışılmaktadır. VII.

4. Aktarım çarpanı mekanizmasının destekleri, menteşeleri ve kılavuzlarındaki boşluklardan kaynaklanan hatalar. Boşluktan kaynaklanan hataları ortadan kaldırmak için, dişli çarpan mekanizmasının çıkış eksenine, ilk sıkılığı verilen bir spiral yay (saç) monte edilir. Ön yük değeri, çıkış ekseninin tüm dönüş açıları aralığında, yayın kendi ekseni etrafında oluşturduğu momentin, azaltılmış dengesizlik momentinin doğrusal aşırı yük veya aşırı yük titreşiminin maksimum değeriyle çarpımını bir şekilde aşacağı şekilde bu hususlar arasından seçilir. ivmeler. Sürtünme hatalarının artmasına neden olacağından yay ön yükünün çok fazla olması istenmez.

5. Histerezis ve elastik sonuç etkisinden kaynaklanan hatalar. Bu hataların azaltılması, iyi elastik özelliklere sahip malzemelerin seçilmesi ve bunların ısıl işlem modlarının iyileştirilmesiyle sağlanır. Histerezis ve elastik sonradan etkiden kaynaklanan en küçük hatalar, 47KhNM tipi alaşımlardan ve berilyum bronzundan yapılmış hassas elemanlara sahiptir.

6. Ortam basıncının etkisinden kaynaklanan hatalar. Bu hatalar, etkin alanların eşitsizliği durumunda çift duyarlı elemanlı basınç göstergelerinde (bkz. Şekil 3.6 ve 6.8) meydana gelir. Hataları azaltmak için etkin alanlara mümkün olduğunca yakın olan hassas elemanlar seçilir.