CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SAI SỐ CẢM BIẾN ÁP SUẤT * TTECH

CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ ĐỈNH CAO TTECH JSC.,

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SAI SỐ CẢM BIẾN ÁP SUẤT

01-03-2021 17:53

Các yếu tố ảnh hưởng đến sai số của cảm biến áp suất

Có nhiều yếu tố của cảm biến áp suất để xác định xem nó có phải là sự lựa chọn phù hợp cho một ứng dụng nhất định hay không.

Đồng hồ đo, tuyệt đối hoặc vi sai, bộ chuyển đổi hoặc bộ phát, phạm vi đo, kiểu dáng / kích thước phù hợp và tiêu chuản an toàn đa tuyệt đối như áp suất nổ là một trong những yếu tố quan trọng nhất.

Một số cảm biến có thể đáp ứng các yêu cầu ứng dụng, về các khía cạnh này.

Việc đưa ra lựa chọn đúng sau đó có thể xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác.

Về cơ bản, điều này xác định các phép đo áp suất được cung cấp có đáng tin cậy để sử dụng trong ứng dụng hay không.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác

Các đặc điểm chính của cảm biến ảnh hưởng đến độ chính xác là hệ số nhiệt độ, độ trễ nhiệt độ, độ trễ áp suất và độ không tuyến tính.

Các hệ số nhiệt độ áp dụng bao gồm các thay đổi liên quan đến nhiệt độ đối với độ lệch 0, độ nhạy và khoảng đo.

Biểu dữ liệu có thể mô tả riêng lẻ các đặc điểm liên quan đến độ chính xác hoặc như một tuyên bố về độ chính xác tổng thể được tính toán như là căn bậc hai (RSS) của các yếu tố riêng lẻ.

Lưu ý rằng độ chính xác có thể được biểu thị bằng phần trăm của toàn dải đo hoặc phần trăm của giá trị đọc.

Phần trăm toàn dải đo (% FS) thường được sử dụng, có nghĩa là nếu cảm biến có phạm vi toàn thang đo là 200 psi và được chỉ định là 1% FS, thì bất kỳ số đọc nào ở bất kỳ áp suất nào trong phạm vi 0-200 psi đều nằm trong khoảng ± 2 psi áp suất thực.

Ngoài ra, nếu độ chính xác được nêu dưới dạng phần trăm giá trị đọc, thì độ chính xác 1% ở 200 psi sẽ chuyển thành sai số ± 2 psi như trước đây.

Tuy nhiên, ở 100 psi, sai số sẽ là ± 1 psi. Rõ ràng lỗi không thể có xu hướng về 0 ở 0 psi: ở mức đọc thấp hơn, biểu dữ liệu có thể trích dẫn một giá trị  tuyệt đối, chẳng hạn ± 0,4 psi, đối với các giá trị áp suất dưới ngưỡng đã nêu.

Biểu dữ liệu

Sai số nhiệt độ được thể hiện trên một phạm vi, được gọi là Phạm vi nhiệt độ được bù (CTR), thường nhỏ hơn phạm vi nhiệt độ hoạt động.

Việc hiểu các loại lỗi khác nhau và cách tính toán chúng có thể giúp ích khi so sánh giữa các cảm biến khác nhau và chọn thành phần phù hợp nhất cho một ứng dụng nhất định.

Hệ số nhiệt độ của độ lệch 0

Độ lệch 0 của cảm biến là đầu ra khi áp suất trên cả hai mặt của màng ngăn bằng nhau.

Độ lệch không đổi có thể được tính toán khi sản xuất, nhưng độ lệch cũng thay đổi theo nhiệt độ.

Hệ số nhiệt độ của độ lệch 0, hoặc Lỗi nhiệt độ – 0 (cách gọi khác là TCZ) được tính bằng cách đo sự khác biệt giữa đầu ra bù ở nhiệt độ tiêu chuẩn và ở giới hạn dưới và trên của Dải nhiệt độ được bù ( CTR). và thể hiện mức chênh lệch lớn hơn trong số hai sự khác biệt dưới dạng tỷ lệ của toàn dải đo

Hệ số nhiệt độ nhạy cảm

Độ nhạy định lượng sự thay đổi đầu ra trên mỗi đơn vị thay đổi áp suất áp dụng.

Nó thường bị ảnh hưởng bởi điện áp kích thích và được biểu thị bằng milivôn đầu ra trên mỗi vôn áp dụng của điện áp kích thích (mV / V).

Độ nhạy có thể thay đổi theo điều kiện hoạt động, đặc biệt là nhiệt độ.

Sự thay đổi độ nhạy trên phạm vi nhiệt độ được bù (CTR) được biểu thị bằng phần trăm của toàn thang đo trên mỗi ° C thay đổi nhiệt độ.

Hệ số nhiệt độ của khoảng đo

Giá trị của đầu ra toàn bộ cảm biến bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

Đây được gọi là Lỗi nhiệt độ – Khoảng cách trong mẫu biểu dữ liệu TE, và cũng có thể được gọi là hệ số nhiệt độ của khoảng (TCS). Nó được tính toán theo cách tương tự như TCZ.

Giá trị toàn dải đo ở giới hạn CTR trên và dưới được so sánh với quy mô đầy đủ ở nhiệt độ tiêu chuẩn. Sự khác biệt lớn hơn được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm trên độ (% / ° C).

Độ trễ áp suất và độ trễ nhiệt độ

Một cảm biến có thể cho các giá trị đọc khác nhau đối với cùng một áp suất đo được, tùy thuộc vào việc áp suất tăng hay giảm để đạt được giá trị đo.

Các yếu tố chính gây ra hiện tượng trễ áp suất bao gồm các đặc tính của màng ngăn hoặc vật liệu đo thay đổi.

Cảm biến áp suất cũng có thể biểu hiện độ trễ nhiệt độ, dẫn đến việc tạo ra một giá trị đọc áp suất khác nhau ở một áp suất và nhiệt độ nhất định tùy thuộc vào việc nhiệt độ đã tăng hay giảm đến giá trị mà phép đo được thực hiện.

Độ trễ nhiệt độ bị ảnh hưởng bởi các điều kiện đo như thời gian dừng và phạm vi nhiệt độ, và được biểu thị bằng phần trăm của thang đo đầy đủ trên CTR.

Không tuyến tính

Tính không tuyến tính thể hiện sự khác biệt giữa đầu ra thực tế của cảm biến và phản hồi dự đoán theo hiệu suất điển hình của nó.

Các phản ứng phi tuyến tính có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và độ rung hoặc các nhiễu khác.

Tính phi tuyến tính có thể được biểu thị bằng toán học, dưới dạng phần trăm:

  • Din (max) là độ lệch đầu vào tối đa
  • s. là đầu vào tối đa, toàn dải đo

Tính phi tuyến tính cũng có thể được hiển thị bằng đồ thị minh họa cách điện áp đầu ra có thể lệch trong phạm vi toàn dải đo.

Trong trường hợp này, độ tuyến tính có thể được định lượng bằng phương pháp Đường thẳng phù hợp nhất (BFSL), sử dụng hồi quy toán học để vẽ biểu đồ BFSL cho các điểm trên và dưới đường thẳng.

            Biểu diễn đồ họa về độ không tuyến tính bằng phương pháp Đường thẳng Phù hợp nhất

Các phương pháp thay thế có thể được sử dụng, chẳng hạn như kỹ thuật đường đầu cuối, thể hiện tính phi tuyến tính là độ lệch lớn nhất từ ​​một đường thẳng nối các điểm không và toàn thang (xem bên trái). Phương pháp dòng thiết bị đầu cuối loại bỏ các lỗi điểm 0 và toàn dải, giúp đơn giản hóa việc hiệu chuẩn lại nếu một cảm biến được thay thế tại hiện trường.

Biểu dữ liệu phải nêu rõ phương pháp nào đã được sử dụng.

Cảm biến áp suất tuyến tính cao có thể được sản xuất bằng cách tối ưu hóa cấu trúc của cảm biến, chẳng hạn như lắp màng ngăn, chế tạo cảm biến bằng vật liệu chất lượng cao và áp dụng bù điện tử.

Một số thông số khác có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến và cần được cân nhắc khi chọn cảm biến phù hợp cho một ứng dụng nhất định. Chúng bao gồm độ phân giải, đặc điểm động và tính ổn định lâu dài

Độ phân giải

Độ phân giải là sự thay đổi gia tăng nhỏ nhất của áp suất có thể được hiển thị ở đầu ra. Nó có thể được biểu thị bằng tỷ lệ của giá trị đọc hoặc phạm vi toàn tỷ lệ, hoặc dưới dạng con số tuyệt đối. Tùy thuộc vào ứng dụng, độ phân giải áp suất có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong thực tế: cảm biến áp suất có độ phân giải 3mbar, được sử dụng trong máy đo độ sâu, sẽ cho phép đo độ sâu 3cm trong nước. Lưu ý rằng độ chính xác của cảm biến không thể lớn hơn độ phân giải của nó.

Thời gian phản hồi và hiệu suất làm việc

Thời gian đáp ứng thể hiện khả năng thay đổi và ổn định của cảm biến ở giá trị mới, trong phạm vi dung sai được chỉ định, để đáp ứng với sự thay đổi áp suất tác dụng. Thời gian phản hồi có thể khác nhau tùy thuộc vào việc thay đổi là tích cực hay tiêu cực.

Biểu dữ liệu có thể báo giá thời gian phản hồi dưới dạng hằng số thời gian, là thời gian để tín hiệu cảm biến thay đổi từ 0 đến 63,2% trong phạm vi toàn thang khi áp dụng thay đổi áp suất toàn thang tức thời.

Cảm biến hoạt động nhanh hơn có thể được mô tả dưới dạng đáp ứng tần số, hoặc tần số phẳng, là tần số thay đổi áp suất tối đa có thể được chuyển đổi thành tín hiệu đầu ra mà không bị biến dạng.

Tuyến tính động là một thông số quan trọng trong các ứng dụng phải theo dõi áp suất thay đổi nhanh chóng. Nó có thể bị ảnh hưởng không chỉ bởi thời gian đáp ứng mà còn bởi các đặc điểm khác như biên độ và độ méo pha.

Ổn định lâu dài hoặc trôi tự nhiên

Độ chính xác của cảm biến có xu hướng thay đổi theo thời gian, do lão hóa, các yếu tố môi trường cũng như các yếu tố và ảnh hưởng liên quan đến ứng dụng khác.

Sự thay đổi như vậy không thể dự đoán được và có thể có hệ số thay đổi tích cực hoặc tiêu cực, giả sử dòng điện và nhiệt độ là không đổi, tính ổn định chỉ có thể được sử dụng như một hướng dẫn chứ không phải là một đảm bảo về hiệu suất trong ứng dụng

Các yếu tố hoạt động khác cần xem xét

Trong bài viết này, chúng tôi đã mô tả các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến áp suất.

Tùy thuộc vào ứng dụng, một số yếu tố như hiệu suất động hoặc độ phân giải có thể ít quan trọng hơn những yếu tố khác như độ tuyến tính hoặc độ lệch liên quan đến nhiệt độ.

Khi cảm biến tối ưu đã được chọn trên tài liệu, điều quan trọng cần nhớ là các yếu tố khác như thiết kế thiết bị và việc sử dụng hàng ngày cũng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của cảm biến áp suất khi lắp đặt và lâu dài.

Ví dụ lắp đặt không đúng cách thường là nguyên nhân cơ bản nếu một hệ thống không mang lại độ chính xác như mong đợi khi sử dụng. Điều này có thể được ngăn chặn bằng thiết kế hoặc bằng cách đảm bảo thiết bị được cung cấp với hướng dẫn lắp đặt rõ ràng.

Các biến liên quan đến ứng dụng như nhiệt độ, trọng lượng riêng của chất lỏng được theo dõi, đặc tính điện môi, sự hỗn loạn, thay đổi áp suất khí quyển hoặc các vật cản không mong muốn, tắc nghẽn hoặc khóa hơi cũng có thể làm giảm độ chính xác.

Tính đến bất kỳ tác động nào có thể xảy ra khi sử dụng thiết bị và nếu có thể, việc lựa chọn các cảm biến miễn nhiễm hoặc ảnh hưởng tốt từ việc bù phù hợp, có thể giúp giảm hoặc tránh độ chính xác ngoài dải mong muốn.

Và tất nhiên, việc đảm bảo hiệu chuẩn ban đầu, với hiệu chuẩn lại thường xuyên trong khoảng thời gian phù hợp là điều cần thiết để đảm bảo đáp ứng độ chính xác

 

Tin liên quan

0988062602