Le concept de base de la mesure du régulateur de pression proportionnel et du capteur de pression

1. Qu'est-ce qu'un régulateur de pression proportionnel et un capteur de pression ?

Dans le processus de contrôle de la pression sous vide, divers capteurs de pression sous vide etRégulateur de pression proportionnel de KAOLUsont souvent utilisés. Ces capteurs etRégulateur de pression proportionnel de KAOLUmarquent généralement divers contenus dans l'indice de précision, tels que la linéarité, l'hystérésis, la répétabilité et la sensibilité, etc., et certains ne donnent qu'un indice de précision général. Les définitions de ces indicateurs de précision représentent souvent des significations différentes, qui doivent être clairement distinguées lors de leur utilisation, ce qui est particulièrement important pour la mesure et le contrôle précis de la pression du vide.

Cet article présenterait les concepts de base des paramètres tels que la linéarité, l'hystérésis, la répétabilité et la sensibilité pour divers capteurs etRégulateur de pression proportionnel de KAOLUutilisé dans le processus de contrôle de la pression du vide et explique comment utiliser ces indicateurs de précision de manière efficace et correcte.

2. Concept de base concernant la précision

La Commission électrotechnique internationale (CEI) définit la précision comme « l'écart positif ou négatif maximal par rapport à une courbe caractéristique spécifiée observé lorsqu'un appareil est testé selon une procédure spécifiée dans des conditions spécifiées ». Cependant, la définition de la précision pour un capteur de pression etRégulateur de pression proportionnelest beaucoup plus compliqué car les sources d’erreur peuvent inclure les effets de non-linéarité, d’hystérésis, de répétabilité, de température, d’équilibre zéro, d’étalonnage et d’humidité.

La précision a un impact important sur le coût des capteurs de pression etRégulateur de pression proportionnel, et plus important encore, la qualité ou l’efficacité de leur processus de mesure. Lors de la sélection des capteurs etRégulateur de pression proportionnel, il est important de comprendre quels facteurs déterminent l’exactitude. Bien qu'il n'existe pas de définition standard unique de la précision des transducteurs de pression etRégulateur de pression proportionnel, il existe une norme CEI qui définit les facteurs qui composent la précision. La CEI 61298-2 spécifie que la précision doit inclure la non-linéarité, l'hystérésis et la répétabilité. Les sources d’erreurs liées à la précision et leurs méthodes de mesure correspondantes seront présentées élément par élément ci-dessous :

2.1 Non-linéarité et sa méthode de mesure

La non-linéarité est également souvent appelée erreur de linéarité, de rectitude ou de linéarité. La non-linéarité fait référence à l'écart entre la courbe de sortie du signal électrique du capteur de pression et la ligne droite spécifiée dans la plage de pression mesurée. L'écart entre la courbe de sortie de pression deRégulateur de pression proportionnel de KAOLUet la ligne droite spécifiée dans la plage du signal électrique d'entrée, ce qui signifie que la sortie du dispositif linéaire dévie du degré de performance souhaité.

Une méthode courante pour calculer l'erreur de linéarité est la méthode des moindres carrés, qui fournit mathématiquement une ligne droite la mieux ajustée pour les points de données, comme le montre la figure 1. Une autre façon de définir l'erreur de linéarité est la linéarité de la ligne de base terminale, comme le montre la figure 2. La linéarité du terminal est déterminée en traçant une ligne droite (L1) entre deux points de données terminaux sur la courbe de sortie. Tracez ensuite une ligne verticale de la ligne L1 aux points de données sur la courbe de sortie. Sélectionnez les points de données pour atteindre la longueur maximale de la ligne verticale. La longueur de la ligne verticale représente l’erreur de linéarité terminale de la ligne droite. La linéarité terminale est environ deux fois meilleure que la linéarité la mieux adaptée.
 

La non-linéarité est généralement exprimée en pourcentage de la sortie à pleine échelle, et l'unité est %FS, et l'erreur de non-linéarité correspondante = plage × non-linéarité. Si la plage de mesure est de 1MPa et la non-linéarité est de 0,05%FS, l'erreur non linéaire est : 1MPa×0,05%=0,5kPa.

Déterminer la non-linéarité des transducteurs de pression etRégulateur de pression proportionnel, les données de mesure doivent être collectées en premier. La manière typique de procéder consiste à appliquer une pression à intervalles réguliers sur la plage de pression de zéro à la pleine échelle, ou de charger un signal analogique à intervalles réguliers sur la plage du signal électrique analogique de zéro à la pleine échelle, et à chaque ensemble de pression et de signal analogique. point de sortie mesuré.

Plus il y a de points de pression, plus le calcul non linéaire est précis. Une fois les mesures enregistrées, il est nécessaire de déterminer sur quelle ligne comparer les données de test. Il existe plusieurs lignes différentes qui peuvent être utilisées pour calculer l’erreur de linéarité d’un capteur de pression. Voici les trois plus largement utilisées :

La ligne droite adaptée

La ligne droite d'ajustement appropriée produira généralement le moins d'erreur car elle est optimisée pour le plus petit écart moyen sur tous les points de mesure. Diverses méthodes mathématiques peuvent être utilisées pour déterminer le décalage et la pente d'une ligne, depuis une simple ligne tracée entre deux lignes parallèles contenant tous les points jusqu'à un calcul d'ajustement des moindres carrés.
1. Ligne terminale
   Bien que cela ne produise pas la moindre erreur, cela est très utile pour révéler les performances réelles de linéarité du capteur. Lors de la connexion d'un capteur de pression à un instrument de mesure, la sortie du capteur de pression est convertie en une lecture en définissant la pression zéro et pleine échelle et en supposant une ligne droite entre deux points. Il s’agit de la méthode d’étalonnage la plus simple et la plus pratique.
2. Ligne droite parfaite
   La sortie de chaque point de mesure est directement comparée à la sortie d'un capteur de pression de plus haute précision. Par exemple, une sortie 0-10 V dans la plage 0-5 bar générera avec précision un signal de tension de 2,5 V à 1,25 bar. Les lignes droites parfaites sont rarement utilisées dans les transducteurs de pression car elles n'incluent généralement pas de composants de réglage pour ajuster le décalage du zéro et le gain d'envergure. De plus, il n’y a pas deux capteurs de pression exactement identiques. Ils ont tous des caractéristiques de zéro et d'étendue différentes qui peuvent présenter des écarts bien supérieurs aux erreurs de linéarité.

Par conséquent, pour un lot de capteurs de pression, la spécification de l’erreur de linéarité doit être plus grande pour inclure les variations des caractéristiques du zéro et de l’étendue. Cependant, certaines applications nécessitent encore une ligne parfaitement droite, comme dans les applications où un capteur de pression défectueux doit être remplacé directement, sans aucun étalonnage des paramètres de zéro et d'échelle.

2.2 Répétabilité

L'erreur de répétabilité est l'écart de la lecture de sortie lorsqu'une pression d'entrée donnée est mesurée en continu plusieurs fois à condition que les autres conditions restent inchangées. PourRégulateur de pression proportionnel de KAOLU, il s'agit de l'écart de la lecture de sortie de pression lorsqu'un signal de tension d'entrée donné est mesuré en continu. Les erreurs de répétabilité peuvent être divisées en erreurs de répétabilité et erreurs de non-répétabilité.

L'erreur répétable fait référence aux incertitudes prévisibles qui peuvent être caractérisées ou supprimées des mesures avec un conditionnement analogique supplémentaire ou une électronique basée sur un microprocesseur. Généralement, pour les transducteurs de pression etRégulateur de pression proportionnel, les erreurs reproductibles sont les erreurs de linéarité et de décalage thermique du zéro/de l'étendue.

L'erreur de répétabilité du capteur de pression inclut parfois une erreur de répétabilité à court terme, qui indique la stabilité du capteur de pression sur une série de cycles de pression, obtenue en collectant un deuxième et un troisième point d'étalonnage peu de temps après la première collecte.

Comparez chaque point de pression au même point dans les cycles 2 et 3 pour déterminer l’erreur de répétabilité, c’est-à-dire comparez le même point de pression pour chaque cycle de pression au premier cycle pour déterminer l’ampleur du changement. La répétabilité à court terme apparaît rarement comme une erreur distincte sur une fiche technique et est généralement incluse dans les erreurs combinées de non-linéarité, d'hystérésis et de répétabilité.

Les erreurs non répétables sont des incertitudes de mesure complexes qui ne peuvent être prédites et caractérisées, telles que l'hystérésis, la répétabilité à court terme et la stabilité à long terme. L'erreur non reproductible varie en fonction des changements de pression, du nombre et de la fréquence des cycles de pression, et varie donc d'une application à l'autre. La stabilité à long terme est une mesure de la façon dont le signal de sortie dérive au fil du temps dans des conditions de fonctionnement normales.

La dérive à long terme est exprimée en pourcentage de la pleine échelle sur une période de temps, généralement 12 mois. Parfois, la stabilité à long terme nulle et la durée sont indiquées seules, surtout si l'une est beaucoup plus grande que l'autre. La dérive à long terme n'est en réalité qu'un chiffre comparant une technologie à une autre et on ne peut pas s'y fier pour une application particulière. En effet, le nombre de cycles de pression, de cycles de température, de vibrations et de chocs qu'un capteur de pression subira au cours de sa durée de vie n'est pas facile à prévoir.

Tous ces facteurs affectent les performances d'un capteur de pression à des degrés divers en fonction de l'amplitude et de la fréquence. En bref, dans la déclaration de précision des capteurs de pression généraux etRégulateur de pression proportionnel, l'indice de répétabilité fait généralement référence à la répétabilité, et la répétabilité fait ici généralement référence aux erreurs répétables à court terme.

2.3 Hystérésis

L'erreur d'hystérésis est généralement exprimée comme une combinaison d'hystérésis mécanique et d'hystérésis de température. L'hystérésis mécanique est l'écart de sortie à une certaine pression d'entrée lorsque cette entrée s'approche d'abord avec une pression croissante, puis lorsque la pression diminue. De même, l'hystérésis de température est l'écart de sortie au niveau d'une entrée avant et après un cycle de température. L'hystérésis est représentée comme une combinaison de deux effets, comme le montre la figure 3.

Il est peu probable que l'hystérésis de température soit mentionnée dans les spécifications des capteurs de pression. Il est donc difficile de déterminer si elle est incluse dans l'erreur de température globale. Si une hystérésis de température est indiquée, elle sera exprimée en pourcentage de la pleine échelle sur la plage de température compensée.

L'erreur d'hystérésis de mesure individuelle est calculée en comparant le signal de sortie au même point de pression dans un ensemble de données de pression croissantes et décroissantes. Cependant, lorsque les décalages sont calculés avec d’autres données pour calculer les performances globales en matière de précision, chaque point est considéré individuellement et comparé à la meilleure ligne droite.

L'hystérésis des transducteurs de pression etRégulateur de pression proportionnelest mesuré en appliquant une pression ou une tension de commande de zéro à la pleine échelle, en s'arrêtant généralement à 5 pas équidistants sans dépasser la valeur mesurée. Le processus est ensuite répété dans la direction opposée, de la pleine échelle à zéro.

Pour garantir les meilleurs résultats, il est important de contrôler soigneusement la pression ou la tension afin qu'elle ne dépasse pas le point de mesure, car les changements dans la direction de la pression et de la tension appliquées introduisent des effets d'hystérésis secondaires.

L'erreur d'hystérésis sera l'écart de valeur entre les valeurs de pression ou de tension croissantes et décroissantes mesurées au même point de pas. Le pourcentage d'hystérésis peut ensuite être déterminé en prenant l'écart maximum et en le divisant par la pression à pleine échelle. Comme le montre la figure 3, le processus de calcul spécifique est :
Hystérésis % = ((Vp1 - dVp1)/FRO) × 100
Vp1 = Sortie de tension à la pression P1 pendant l'augmentation de la pression.
dVp1 = Tension de sortie à la pression P1 pendant la décompression.
FRO = Sortie de tension à pleine échelle de pression

2.4 Résolution et sensibilité

La résolution fait référence à la capacité d'un capteur à percevoir de petits changements dans une mesure. C'est-à-dire que si la quantité d'entrée change lentement à partir d'une certaine valeur non nulle, lorsque la valeur de changement d'entrée ne dépasse pas une certaine valeur, la sortie du capteur ne changera pas, ce qui signifie que le capteur ne peut pas distinguer le changement de quantité d'entrée. Sa sortie ne change que lorsque la quantité d'entrée change au-delà de la résolution.

La résolution de chaque point du capteur dans la plage pleine échelle n'est généralement pas la même, de sorte que la valeur de changement de la quantité d'entrée qui peut provoquer un changement progressif de la quantité de sortie dans la plage pleine échelle est souvent utilisée comme indice pour mesurer la résolution, c'est-à-dire la résolution = le changement mesuré de la quantité de sortie/variation mesurée. La sensibilité fait référence au rapport entre le changement de tension de sortie ΔV et le changement d'entrée de pression ΔP dans des conditions de fonctionnement stables du capteur de pression, c'est-à-dire sensibilité = changement de réponse/changement mesuré.

La sensibilité est la pente de la courbe caractéristique sortie-entrée. S'il existe une relation linéaire entre la sortie et l'entrée du capteur de pression, alors la sensibilité est constante. Sinon, cela variera en fonction de la quantité d’entrée.

Lorsque la sortie et l'entrée du capteur ont la même dimension, la sensibilité peut être comprise comme le grossissement. D’une manière générale, plus la sensibilité est élevée, meilleure est la résolution et plus la précision des mesures peut être obtenue. Cependant, plus la sensibilité est élevée, plus la plage de mesure est étroite et plus la stabilité est mauvaise.

Les indicateurs de résolution et de sensibilité sont très importants dans l'application de contrôle de pression deRégulateur de pression proportionnel, qui en détermine souvent la précision finale. Surtout dans le processus de contrôle de pression d'un contrôleur PID externe, plus la sensibilité deRégulateur de pression proportionnel, plus leRégulateur de pression proportionnelpeut recevoir une sortie de signal de tension de commande minimisée par le contrôleur PID, afin d'atteindre une régulation et un contrôle de pression de plus grande précision.

3. La relation entre l'erreur totale et la précision

La précision est généralement le principal facteur à prendre en compte lors du choix d'utiliser un transducteur de pression etRégulateur de pression proportionnel. Il convient de noter que la précision ne représente qu'une partie de l'erreur totale, et l'erreur totale apparaît parfois dans les indicateurs techniques du capteur etRégulateur de pression proportionnel. L'erreur totale dépend de divers facteurs, tels que les conditions d'utilisation du capteur, etc. Comme le montre la figure 4, l'erreur totale comprend principalement trois aspects : l'erreur réglable, la précision et l'effet de la température.

Comme le montre la figure 4, l'erreur réglable se compose d'erreurs de zéro et d'étendue. Les erreurs réglables peuvent être facilement identifiées et ajustées. Ces deux indicateurs de capteur de pression etRégulateur de pression proportionnelsont généralement calibrés avant de quitter l’usine et pendant le processus d’étalonnage.

La stabilité à long terme, également connue sous le nom d'erreur à long terme ou de dérive à long terme, est à l'origine d'erreurs de zéro et d'échelle pendant le fonctionnement. Cela signifie que ces deux erreurs réglables peuvent réapparaître ou même « pire » après une utilisation prolongée du capteur. Grâce à l'étalonnage et aux ajustements ultérieurs, cette dérive à long terme peut être à nouveau corrigée.

L'erreur d'effet de température de l'erreur totale est que la fluctuation de température affectera la valeur mesurée du capteur de pression etRégulateur de pression proportionnel. Il existe également un effet appelé hystérésis de température. En général, l'hystérésis représente l'écart systématique par rapport à la mesure du même point sur les trajets aller et retour. Concernant l'hystérésis de température, l'hystérésis décrit ici la différence (c'est-à-dire l'écart) du signal de sortie à une certaine température lorsqu'une température spécifique augmente ou diminue.

4. Conclusion

Dans l'application pratique des capteurs de pression etRégulateur de pression proportionnel de KAOLU, le principal problème est de savoir ce qui devrait être le plus important lors de la sélection des capteurs etRégulateur de pression proportionnel de KAOLU, ce qui nécessite une analyse spécifique de situations spécifiques. L’erreur de réglage ayant été corrigée par le constructeur, elle ne joue qu’un rôle secondaire. De plus, les capteurs de pression nécessitent généralement un étalonnage et un débogage réguliers pendant leur utilisation.

C’est pourquoi, dans les applications pratiques, la précision et les effets thermiques jouent souvent un rôle décisif. La question clé est la suivante : est-il utilisé dans des conditions contrôlées ? Cela signifie que lors d'une mesure proche de la température de référence pendant l'étalonnage (généralement 25 °C), l'effet de la température est essentiellement négligeable et le contenu principal de l'erreur totale est uniquement l'effet de précision. Cependant, lors de la mesure et du contrôle de la pression sur une large plage de températures, les effets de la température deviennent très importants.