Основная концепция измерения пропорционального регулятора давления и датчика давления

1. Что такое пропорциональный регулятор давления и датчик давления?

В процессе контроля вакуумного давления используются различные датчики вакуумного давления иПропорциональный регулятор давления KAOLUчасто используются. Эти датчики иПропорциональный регулятор давления KAOLUобычно отмечают различное содержание индекса точности, такое как линейность, гистерезис, повторяемость, чувствительность и т. д., а некоторые дают только общий индекс точности. Определения этих показателей точности часто представляют разные значения, которые необходимо четко различать при использовании, что особенно важно для точного измерения и контроля вакуумного давления.

В этой статье будут представлены основные понятия таких параметров, как линейность, гистерезис, повторяемость и чувствительность для различных датчиков иПропорциональный регулятор давления KAOLUиспользуется в процессе контроля вакуумного давления, и объясняет, как эффективно и правильно использовать эти прецизионные индикаторы.

2. Основная концепция точности

Международная электротехническая комиссия (МЭК) определяет точность как «максимальное положительное или отрицательное отклонение от заданной характеристической кривой, наблюдаемое при испытании устройства по определенной процедуре в определенных условиях». Однако определение точности датчика давления иПропорциональный регулятор давлениягораздо сложнее, поскольку источники ошибок могут включать нелинейность, гистерезис, повторяемость, температуру, нулевой баланс, калибровку и влияние влажности.

Точность оказывает большое влияние на стоимость датчиков давления иПропорциональный регулятор давленияи, что более важно, качество или эффективность их процесса измерения. При выборе датчиков иПропорциональный регулятор давления, важно понимать, какие факторы определяют точность. Хотя не существует единого стандартного определения точности датчиков давления иПропорциональный регулятор давлениясуществует стандарт IEC, определяющий факторы, влияющие на точность. В стандарте IEC 61298-2 указано, что точность должна включать нелинейность, гистерезис и повторяемость. Источники ошибок, связанные с точностью, и соответствующие им методы измерения будут представлены по пунктам ниже:

2.1 Нелинейность и метод ее измерения

Нелинейность также часто называют линейностью, прямолинейностью или ошибкой линейности. Нелинейность означает отклонение между кривой выходного электрического сигнала датчика давления и заданной прямой линией в пределах измеряемого диапазона давления. Отклонение между кривой выходного давленияПропорциональный регулятор давления KAOLUи указанная прямая линия в пределах диапазона входного электрического сигнала, что означает, что выходной сигнал линейного устройства отклоняется на степень желаемых характеристик.

Распространенным методом расчета ошибки линейности является метод наименьших квадратов, который математически обеспечивает наиболее подходящую прямую линию для точек данных, как показано на рисунке 1. Другой способ определения ошибки линейности - это терминальная линейность базовой линии, как показано на рисунке 2. Линейность терминала определяется путем рисования прямой линии (L1) между двумя точками данных терминала на выходной кривой. Затем нарисуйте вертикальную линию от линии L1 до точек данных на выходной кривой. Выберите точки данных, чтобы достичь максимальной длины вертикальной линии. Длина вертикальной линии представляет собой ошибку линейности конечной прямой линии. Конечная линейность примерно в два раза лучше линейности наилучшего соответствия.
 

Нелинейность обычно выражается в процентах от полной шкалы, единицей измерения является %FS, а соответствующая ошибка нелинейности = диапазон × нелинейность. Если диапазон измерения составляет 1 МПа, а нелинейность составляет 0,05% полной шкалы, нелинейная погрешность составит: 1 МПа×0,05%=0,5 кПа.

Для определения нелинейности датчиков давления иПропорциональный регулятор давления, сначала необходимо собрать данные измерений. Типичный способ сделать это — подавать давление через регулярные промежутки времени в диапазоне давления от нуля до полной шкалы или подавать аналоговый сигнал через регулярные промежутки времени в диапазоне аналогового электрического сигнала от нуля до полной шкалы, а также при каждом наборе давления и аналогового сигнала. точка измеренного выхода.

Чем больше точек давления, тем точнее нелинейный расчет. После того, как измерения записаны, необходимо определить, с какой линией сравнивать данные испытаний. Существует несколько различных строк, которые можно использовать для расчета погрешности линейности датчика давления. Ниже приведены три наиболее широко используемые:

Подходящая посадка прямая линия

Подходящая прямая линия обычно дает наименьшую ошибку, поскольку она оптимизирована для наименьшего среднего отклонения во всех точках измерения. Для определения смещения и наклона линии можно использовать различные математические методы: от простой линии, проведенной между двумя параллельными линиями, содержащими все точки, до расчета аппроксимации методом наименьших квадратов.
1. Конечная линия
   Хотя это не приведет к малейшей ошибке, это очень полезно для выявления фактической линейности датчика. При подключении датчика давления к измерительному прибору выходной сигнал датчика давления преобразуется в показания путем установки нулевого и максимального давления и предположения о прямой линии между двумя точками. Это самый простой и удобный метод калибровки.
2. Идеальная прямая линия
   Выходные данные каждой точки измерения напрямую сравниваются с выходными данными высокоточного датчика давления. Например, выходной сигнал 0–10 В в диапазоне 0–5 бар будет точно генерировать сигнал напряжения 2,5 В при давлении 1,25 бар. Идеальные прямые линии редко используются в датчиках давления, поскольку они обычно не включают компоненты подстройки для регулировки смещения нуля и усиления диапазона. Кроме того, не существует двух одинаковых датчиков давления. Все они имеют разные характеристики нуля и диапазона, отклонения которых могут значительно превышать ошибки линейности.

Следовательно, для партии датчиков давления спецификация погрешности линейности должна быть больше, чтобы учитывать изменения в характеристиках нуля и диапазона. Однако в некоторых приложениях все еще требуется идеально прямая линия, например, в приложениях, где неисправный датчик давления необходимо заменять напрямую, без какой-либо калибровки настроек нуля и диапазона.

2.2 Повторяемость

Ошибка повторяемости — это отклонение выходных показаний, когда любое заданное входное давление непрерывно измеряется несколько раз при условии, что другие условия остаются неизменными. ДляПропорциональный регулятор давления KAOLU, это отклонение показаний выходного давления при непрерывном измерении любого заданного сигнала входного напряжения. Ошибки повторяемости можно разделить на ошибки повторяемости и ошибки неповторяемости.

Повторяемая ошибка относится к предсказуемым неопределенностям, которые можно охарактеризовать или устранить из измерений с помощью дополнительной аналоговой обработки или электроники на базе микропроцессора. Обычно для датчиков давления иПропорциональный регулятор давленияПовторяемые ошибки — это ошибки линейности и термического смещения нуля/диапазона.

Ошибка повторяемости датчика давления иногда включает кратковременную ошибку повторяемости, которая указывает на стабильность датчика давления в течение серии циклов давления, полученную путем сбора второй и третьей калибровочных точек вскоре после первого сбора данных.

Сравните каждую точку давления с одной и той же точкой в циклах 2 и 3, чтобы определить ошибку повторяемости, то есть сравните одну и ту же точку давления для каждого цикла давления с первым циклом, чтобы определить величину изменения. Кратковременная повторяемость редко проявляется в виде отдельной ошибки в спецификации и обычно включается в состав комбинированных ошибок нелинейности, гистерезиса и повторяемости.

Неповторяющиеся ошибки — это сложные неопределенности измерений, которые невозможно предсказать и охарактеризовать, такие как гистерезис, краткосрочная повторяемость и долговременная стабильность. Неповторяемая ошибка зависит от изменений давления, количества и частоты циклов давления и, таким образом, варьируется от приложения к приложению. Долговременная стабильность — это мера того, насколько хорошо выходной сигнал дрейфует со временем в нормальных условиях эксплуатации.

Долгосрочный дрейф выражается в процентах от полной шкалы за период времени, обычно 12 месяцев. Иногда нулевая и промежуточная долгосрочная стабильность указывается отдельно, особенно если одна из них намного больше другой. Долгосрочный дрейф на самом деле представляет собой просто числовое значение, сравнивающее одну технологию с другой, и на него нельзя положиться в конкретном приложении. Это связано с тем, что количество циклов давления, температурных циклов, вибрации и ударов, которые датчик давления испытает в течение своего срока службы, предсказать непросто.

Все эти факторы в разной степени влияют на работу датчика давления в зависимости от амплитуды и частоты. Короче говоря, в декларации точности датчиков давления общего назначения иПропорциональный регулятор давления, индекс повторяемости обычно относится к повторяемости, а повторяемость здесь обычно относится к кратковременным повторяемым ошибкам.

2.3 Гистерезис

Ошибка гистерезиса обычно выражается как комбинация механического гистерезиса и температурного гистерезиса. Механический гистерезис — это отклонение выходного сигнала при определенном входном давлении, поскольку входное значение приближается сначала с увеличением давления, а затем с уменьшением давления. Аналогично, температурный гистерезис — это отклонение выходного сигнала на входе до и после температурного цикла. Гистерезис представлен как комбинация двух эффектов, как показано на рисунке 3.

Температурный гистерезис вряд ли будет упомянут в характеристиках датчика давления, поэтому сложно определить, включен ли он в общую температурную погрешность. Если указан температурный гистерезис, он будет выражен в процентах от полной шкалы в компенсируемом температурном диапазоне.

Индивидуальная ошибка гистерезиса измерения рассчитывается путем сравнения выходного сигнала в одной и той же точке давления в наборе данных возрастающего и понижающегося давления. Однако когда лаги рассчитываются с другими данными для расчета общей точности, каждая точка рассматривается индивидуально и сравнивается с наилучшей прямой линией.

Гистерезис датчиков давления иПропорциональный регулятор давленияизмеряется путем приложения давления или управляющего напряжения от нуля до полной шкалы, обычно с остановкой на 5 равноудаленных шагах без превышения измеренного значения. Затем процесс повторяется в противоположном направлении от полной шкалы до нуля.

Чтобы обеспечить наилучшие результаты, важно тщательно контролировать давление или напряжение, чтобы оно не превышало точку измерения, поскольку изменения направления приложенного давления и напряжения вызывают вторичные эффекты гистерезиса.

Ошибка гистерезиса представляет собой отклонение значения между увеличивающимися и уменьшающимися значениями давления или напряжения, измеренными в одной и той же точке шага. Затем можно определить процент гистерезиса, взяв максимальное отклонение и разделив его на давление полной шкалы. Как показано на рисунке 3, конкретный процесс расчета выглядит следующим образом:
Гистерезис % = ((Vp1 - dVp1)/FRO) × 100
Vp1 = Выходное напряжение при давлении P1 во время повышения давления.
dVp1 = Выходное напряжение при давлении P1 во время декомпрессии.
FRO = Выходное напряжение при полном диапазоне давления

2.4 Разрешение и чувствительность

Разрешение относится к способности датчика воспринимать небольшие изменения измеряемой величины. То есть, если входная величина медленно изменяется от определенного ненулевого значения, когда значение входного изменения не превышает определенного значения, выходной сигнал датчика не изменится, что означает, что датчик не может распознать изменение входной величины. Его выходной сигнал изменяется только тогда, когда входное количество выходит за пределы разрешения.

Разрешение каждой точки датчика в полномасштабном диапазоне обычно не одинаково, поэтому значение изменения входной величины, которое может вызвать ступенчатое изменение выходной величины в полномасштабном диапазоне, часто используется в качестве индекса для измерения разрешение, то есть разрешение = измеренное изменение выходной величины/измеренное изменение. Чувствительность относится к отношению изменения выходного напряжения ΔV к изменению входного давления ΔP в установившемся рабочем состоянии датчика давления, то есть чувствительность = изменение отклика/измеренное изменение.

Чувствительность – это наклон характеристической кривой выход-вход. Если между выходом и входом датчика давления существует линейная зависимость, то чувствительность является постоянной. В противном случае это будет зависеть от количества ввода.

Когда выходной и входной сигнал датчика имеют одинаковый размер, чувствительность можно понимать как увеличение. Вообще говоря, чем выше чувствительность, тем лучше разрешение и выше точность измерений. Однако чем выше чувствительность, тем уже диапазон измерения и хуже стабильность.

Показатели разрешения и чувствительности очень важны при применении контроля давления.Пропорциональный регулятор давления, что часто определяет его окончательную точность. Особенно в процессе управления давлением внешнего ПИД-регулятора, чем выше чувствительностьПропорциональный регулятор давления, тем большеПропорциональный регулятор давленияможет получать минимизированный выходной сигнал управляющего напряжения от ПИД-регулятора, чтобы достичь более точного регулирования и контроля давления.

3. Связь между общей погрешностью и точностью.

Точность обычно является основным фактором, который следует учитывать при выборе датчика давления иПропорциональный регулятор давления. Следует отметить, что точность является лишь частью общей погрешности, а общая погрешность иногда проявляется в технических показателях датчика иПропорциональный регулятор давления. Общая погрешность зависит от различных факторов, таких как условия использования датчика и т. д. Как показано на рисунке 4, общая погрешность в основном включает в себя три аспекта: регулируемую погрешность, точность и влияние температуры.

Как показано на рисунке 4, регулируемая погрешность состоит из ошибок нуля и диапазона. Регулируемые ошибки можно легко выявить и откорректировать. Эти два индикатора датчика давления иПропорциональный регулятор давленияобычно калибруются перед отправкой с завода и во время процесса калибровки.

Долговременная стабильность, также известная как долговременная ошибка или долговременный дрейф, является причиной ошибок нуля и диапазона во время работы. Это означает, что эти две регулируемые ошибки могут появиться снова или даже «ухудшиться» после длительного использования датчика. Благодаря калибровке и последующим настройкам этот долгосрочный дрейф можно снова исправить.

Общая ошибка температурного воздействия заключается в том, что колебания температуры влияют на измеренное значение датчика давления иПропорциональный регулятор давления. Существует также эффект, известный как температурный гистерезис. В общем, гистерезис представляет собой систематическое отклонение от измерения одной и той же точки в прямом и обратном направлениях. Что касается температурного гистерезиса, здесь гистерезис описывает разницу (т. е. отклонение) выходного сигнала при определенной температуре, когда определенная температура увеличивается или уменьшается.

4. Вывод

При практическом применении датчиков давления иПропорциональный регулятор давления KAOLU, основная проблема заключается в том, что должно быть наиболее важным при выборе датчиков иПропорциональный регулятор давления KAOLU, что требует конкретного анализа конкретных ситуаций. Поскольку регулируемая погрешность исправлена производителем, она играет лишь второстепенную роль. Кроме того, датчики давления обычно требуют регулярной калибровки и доводки в процессе использования.

Поэтому в практических приложениях точность и тепловые эффекты часто играют решающую роль. Ключевой вопрос: используется ли он в контролируемых условиях? Это означает, что при измерении вблизи эталонной температуры во время калибровки (обычно 25°C) влияние температуры практически незначительно, и основное содержание общей погрешности составляет только влияние точности. Однако при измерении и контроле давления в широком диапазоне температур температурные эффекты становятся очень важными.