Eroare de temperatură pentru senzorii de presiune. Eroare suplimentară și cum să o rezolvi

Calibrele cu arc sunt caracterizate de următoarele erori instrumentale.

1. Erori caracteristice (erori de scară) cauzate de compensarea reciprocă incompletă a neliniarității caracteristicilor elementului de detectare și a mecanismului de transfer-multiplicator, iar în senzori - și convertor electric. Aceste erori sunt minimizate prin ajustarea individuală a mecanismului în mostrele fabricate de instrumente și senzori.

Există mecanisme speciale care permit reducerea erorilor la zero în multe puncte ale caracteristicii. Un exemplu de astfel de mecanism este un corector de eroare de scară mecanică, în care o rolă glisează peste o came din bandă flexibilă; curbura camei poate fi schimbată fără probleme datorită îndoirii locale a benzii cu ajutorul șuruburilor de reglare (Fig. 6.15.). Rola este montată pe o pârghie, care, atunci când este rotită, informează axa de ieșire despre o mișcare unghiulară suplimentară a unuia sau altuia. Semnul mișcării suplimentare depinde dacă rola lovește marginea sau cavitatea camei.

2. Erori datorate influenței forțelor dăunătoare, care includ, în primul rând, forțele de frecare în mecanismul angrenaj-multiplicator și convertizorul electric, forțele din dezechilibrul pieselor în mișcare, forțele electromagnetice sau electrostatice din atracția sau respingerea reciprocă a părțile mobile și staționare ale convertorului electric. Aceste erori pot fi reduse în următoarele moduri:

a) reducerea forțelor dăunătoare prin îmbunătățirea calității suporturilor, echilibrarea atentă a mecanismului etc. Creșterea preciziei de echilibrare vă permite să slăbiți tensiunea arcurilor care selectează jocul, ceea ce la rândul său ajută la reducerea forțelor de frecare;

b) creșterea zonei efective a elementului sensibil;

c) utilizarea traductoarelor electrice diferenţiale, în care, în poziţia iniţială, forţele de atracţie se compensează reciproc;

d) utilizarea sistemelor de urmărire care descarcă elementul sensibil din forțele de frecare.

3. Erori de temperatură ale manometrelor cauzate de influența temperaturii mediu inconjurator asupra parametrilor fizici ai materialelor și dimensiunilor geometrice ale pieselor.

Temperatura are cel mai semnificativ efect asupra modulului de elasticitate al elementului sensibil.

Dependența liniarizată a modulului elastic de temperatură are forma

n/m2,

Unde E o- valoarea initiala E(la 6 \u003d 9o) in n/m2;

- coeficient de temperatura E;

Caracteristica elementului sensibil al manometrului diferenţial este legată de modulul elastic prin relaţie

Eroare de temperatură relativă

Efectul temperaturii asupra dimensiunilor geometrice ale elementului senzor și mecanismului de transfer-multiplicator este exprimat prin dependență

m,

unde este dimensiunea geometrică;

Coeficient expansiune liniară.

Acest efect afectează mult mai slab citirile dispozitivului datorită faptului că coeficienții de temperatură de dilatare liniară a metalelor sunt cu un ordin de mărime mai mici decât coeficienții de temperatură ai modulului de elasticitate.

Temperatura afectează și valoarea presiune reziduala creştereîn interiorul aneroidilor (elemente sensibile evacuate) utilizate în manometrele absolute. Când temperatura se modifică cu o valoare, apare o eroare

. În cele din urmă, pe măsură ce temperatura se schimbă, parametrul de ieșire se poate modifica R, L, M sau DIN convertor electric.

Reducerea erorilor de temperatură se realizează în următoarele moduri:

a) fabricarea elementelor sensibile dintr-un aliaj de tip elinvar, care au un coeficient de temperatură foarte scăzut al modulului de elasticitate;

b) scăderea presiunii reziduale în interiorul aneroidelor prin evacuarea mai aprofundată a acestora;

c) introducerea în proiectarea dispozitivului de compensatoare bimetalice speciale, care, în funcție de temperatură, provoacă o creștere a citirii dispozitivului, egală ca mărime și semn opus erorii de temperatură a dispozitivului.

Există compensatoare bimetalice de primul și al doilea fel.

Acțiunea compensatoarelor de felul I (Fig. 6.16, a) se bazează pe introducerea în serie cu elementul sensibil elastic a unei legături cinematice, realizată sub forma unei plăci bimetalice în consolă, deplasarea liniară a capătului liber al care, proporțional cu creșterea temperaturii, se adaugă la deformarea s a elementului sensibil elastic (sau se scade din acesta). Calculul valorii pentru un compensator de tip plăci bimetalice (vezi Fig. 6.19, a) se efectuează conform formulei (vezi în capitolul II):

m,

unde este grosimea plăcii bimetalice în m;

- coeficienţii de dilatare liniară a componentelor

bimetal;

Introduceți lungimea în m;

- creşterea temperaturii °C.

Compensatorul de tip 1 compensează doar eroarea de temperatură aditivă.

Acțiunea compensatoarelor de al 2-lea fel (vezi Fig. 6.16.6) se bazează pe introducerea unei legături cinematice în manivelă, realizată sub forma unei plăci bimetalice, a cărei mișcare a capătului liber, proporțional cu creșterea temperaturii, determină o creștere sau o scădere a manivelei cu o sumă , care se determină la fel ca valoarea lui As pentru compensatorul de felul I, după formula (6.16). Natura influenței compensatorului de al 2-lea fel asupra creșterii citirilor instrumentului depinde de unghiul inițial de instalare al manivelei (vezi Fig. 6.16, a). Dacă acest unghi este aproape de zero, adică dacă la s = 0 manivela este aproximativ perpendiculară pe biela, atunci creșterea brațului manivelei aproape că nu provoacă rotația inițială a manivela, ci doar schimbă raportul de transmisie a mecanismului. Prin urmare, la = 0, corecția introdusă de compensatorul de al 2-lea fel este pur multiplicativă.

d) utilizarea traductoarelor electrice diferenţiale care produc doi parametri variabili z1Și z2și conectat conform circuitului divizor de tensiune; atunci când funcționează la o sarcină de înaltă rezistență, convertorul diferențial nu are o eroare de temperatură, deoarece mărimea tensiunii este îndepărtată de mărimea parametrilor z1Și z2 nu depinde, ci este determinat de relație z1 / z2 este important să se asigure doar egalitatea coeficienților de temperatură ai parametrilor z1Și z2,

e) utilizarea compensatoarelor electrice realizate sub formă de rezistențe termice de sârmă sau semiconductor și incluse într-un circuit electric extern astfel încât să compenseze erorile de temperatură introduse de toate celelalte elemente ale senzorului. Variante ale unor astfel de scheme sunt discutate în cap. VII.

4. Erori de la joc în suporturi, balamale și ghidaje ale mecanismului transfer-multiplicator. Pentru a elimina erorile cauzate de joc, pe axa de ieșire a mecanismului angrenaj-multiplicator este instalat un arc spiralat (par), căruia i se oferă o etanșeitate inițială. Valoarea de preîncărcare este aleasă din aceste considerente astfel încât în ​​întreaga gamă de unghiuri de rotație a axei de ieșire, momentul creat de arc în jurul axei sale depășește oarecum momentul de dezechilibru redus înmulțit cu valoarea maximă a suprasarcinii de vibrație sau suprasarcină din liniar. acceleratii. Presarcina prea mare a arcului este nedorită, deoarece duce la o creștere a erorilor de frecare.

5. Erori datorate histerezisului și efectelor secundare elastice. Reducerea acestor erori se realizează prin alegerea materialelor cu proprietăți elastice bune și îmbunătățirea modurilor de tratare termică a acestora. Cele mai mici erori de histerezis și efecte secundare elastice au elemente sensibile din aliaje de tip 47KhNM și bronz beriliu.

6. Erori de la influența presiunii ambientale. Aceste erori apar la manometrele cu elemente sensibile duble (vezi Fig. 3.6 și 6.8) în cazul inegalității zonelor efective ale acestora. Pentru a reduce erorile, sunt selectate elemente sensibile cu zone efective cât mai apropiate.

Este clar că după 4 ani întrebarea nu mai este relevantă, dar după cum am înțeles, la + 23С s-a obținut o eroare (25,04 / 25-1) * 100% = + 0,16% (în % din URL, care sunt 25MPa). ), la + 55С s-a primit eroare (24,97/25-1)*100% = -0,12%.

Și eroarea senzorului la +23С este normalizată ca 0,2% din URL, iar la +55С ar trebui să fie 0,2% + 0,08% * (55С-23С) / 10С = 0,456% din URL.

adică nu pot fi probleme cu verificarea (la +23С avem +0,16% cu o toleranță de +/-0,2%, la +55С avem -0,12% cu o toleranță de +/-0,456%). La +55C, dispozitivul sa dovedit a fi chiar mai precis decât la temperatura normală (+23C).

Adică, nu pot fi probleme cu verificarea (la + 23С avem + 0,16% cu o toleranță de +/-0,2% ...

Se pare că toate lecturile luate se încadrează în eroarea de bază , egal în acest caz cu 0,05 MPa....

apărea urmatoarea intrebare: la un senzor de presiune care este pregătit pentru testarea de tip pe un instrument de măsurare...

Pe parcursul acestor teste, trebuie stabilită corectitudinea și validitatea MX... propus de dezvoltatorul acestui senzor, în acest caz. eroare suplimentară a senzorului din cauza schimbării temperaturii mediu inconjurator...

Valorile măsurate au arătat că eroarea principală a senzorului testat nu a depășit valoarea limitelor de eroare admise propuse de dezvoltator pentru acesta - ± 0,2% sau în valori absolute ± 0,05 MPa, dar

valoarea rezultată a erorii suplimentare din schimbările de temperatură pentru acest senzor depășit valoarea propusă de dezvoltator pentru limitele erorii suplimentare admisibile:

Conform metodei de calcul a erorii suplimentare de temperatură, obținem:

(24,97-25,04)/(25*0,1*(55-23)) * 100 = -0,0875% i.e. senzorul nu se încadrează în eroarea suplimentară de temperatură !!!

Acestea. dezvoltatorul a sugerat că acest tip de senzor are eroare suplimentară de la o schimbare de temperatură de ±0,08% din URL-ul la fiecare 10 °C, iar la verificarea acestei valori pe primul senzor care a apărut, a obținut -0,0875%....

Aici apare imediat întrebarea cu privire la corectitudinea valorii stabilite de dezvoltator eroare suplimentară de la o schimbare de temperatură egală cu ± 0,08% din URL pentru fiecare 10 ° C ..., deoarece este necesar să nu verificați eroarea totală a senzorului la o temperatură de +55 ° C, așa cum faceți (imaginați-vă ce s-ar întâmpla dacă valoarea obținută a erorii principale ar fi la limita erorii permise pentru acest senzor.. .), și anume, parametrul care este normalizat..., adică. valoare schimbări erori din corespunzătoare schimbări temperatura....

În plus, valorile măsurate fac posibilă estimarea erorii suplimentare numai din schimbările de temperatură sus de la temperatura luată ca normal + 23 ° С.

De asemenea, este necesar să se estimeze eroarea suplimentară din cauza schimbărilor de temperatură jos de la temperatura luată ca normal +23°C, adică la -40°C, iar această modificare nu este la 32°C, ca înainte temperatura de +55°C, ci la 63°C ...., adică, cel mai probabil, valoarea erorii suplimentare din schimbările de temperatură jos va fi chiar mai mare decât valoarea obţinută pentru acest senzor sus (-0.0875%)....

De regulă, eroarea suplimentară de la modificarea temperaturii pentru SI este setată la maximumul erorilor suplimentare susȘi jos.... sau, în cazuri rare, două sunt diferite...

Prin urmare, în acest caz, este necesar să se efectueze o serie de teste suplimentare pe un eșantion reprezentativ al senzorilor considerați pentru a stabili o eroare suplimentară adecvată pentru aceștia (pentru acest tip de senzori) din schimbările de temperatură...

Senzorii de temperatură mecanici și electrici în contact cu mediul a cărui temperatură este măsurată (aceasta nu include pirometrele cu radiații) se caracterizează prin următoarele erori metodologice.

1. Eroare datorată pierderilor din radiația și conducția căldurii. Această eroare se datorează faptului că temperatura pereților conductei diferă de temperatura măsurată a gazului sau lichidului care curge prin această conductă. Ca rezultat, împreună cu schimbul de căldură util între mediu și senzor, are loc un schimb de căldură dăunător între senzor și pereții conductei din cauza radiației și conducției căldurii (din cauza fluxului de căldură către punctul de atașare al senzorului). Acest lucru duce la faptul că temperatura senzorului diferă de temperatura mediului și apare o eroare metodologică. Pentru a reduce această eroare, este necesar să măriți lungimea părții scufundate și a perimetrului senzorului, să reduceți grosimea peretelui, să izolați termic suprafața interioară a conductei, partea neimersată a senzorului și locul atașarea acestuia.

2. Eroare de la decelerarea incompletă a fluxului de gaz. În termometre concepute pentru a măsura temperatura adevărată T a fluxului de aer care se apropie, apare o eroare, cauza căreia este creșterea temperaturii senzorului datorită transferului de energie cinetică a fluxului de aer în căldură atunci când este frânat de senzor.

Temperatura maxima de franare

Temperatura senzorului din cauza frânării incomplete a debitului nu atinge temperatura T P, este determinat de formula

,

Unde r- coeficientul de franare in functie de forma senzorului.

Pentru unele forme de senzor, coeficientul r are următoarele semnificații:

pentru un cilindru situat peste flux, r = 0,65;

pentru un cilindru situat de-a lungul fluxului, r=0,87;

pentru sferă r = 0,75.

Eroarea relativă a măsurării temperaturii reale

.

Aceasta eroare poate fi luata in considerare prin introducerea unei corectii; în dispozitivele informatice de navigație, această corecție este introdusă automat.

În termometre concepute pentru a măsura temperatura T P gaze stagnante, eroarea apare din cauza decelerării incomplete a fluxului de către senzor.

Eroare relativă de măsurare a temperaturii de frânare

.

Această eroare poate fi luată în considerare și prin introducerea unei corecții.

3. Eroare dinamică. Această eroare se datorează faptului că căldura este transferată de la mediu la elementul senzor cu o oarecare întârziere din cauza ratei finale de transfer de căldură, care depinde de materialul masei și de suprafața termochuckului.

Inerția termică a unui termometru într-o aproximare liniară este caracterizată prin funcția sa de transfer (3.3):

,

Unde S T - sensibilitate

T 1 - timpul constant ()

Principala caracteristică calitativă a oricărui senzor de instrumentare este eroarea de măsurare a parametrului controlat. Eroarea de măsurare a instrumentului este cantitatea de discrepanță dintre ceea ce a arătat (măsurat) senzorul de instrumentare și ceea ce este de fapt. Eroarea de măsurare pentru fiecare tip de senzor este indicată în documentația de însoțire (pașaport, instrucțiuni de utilizare, procedură de verificare), care este furnizată împreună cu acest senzor.

După forma de prezentare, erorile se împart în absolut, relativȘi dat erori.

Eroare absolută- aceasta este diferența dintre valoarea lui Hism măsurată de senzor și valoarea reală Xd a acestei valori.

Valoarea reală Xd a mărimii măsurate este valoarea găsită experimental a mărimii măsurate cât mai aproape de valoarea sa adevărată. vorbind limbaj simplu valoarea reală Xd este valoarea măsurată de un instrument de referință sau generată de un calibrator sau de un punct de referință de inalta clasa precizie. Eroarea absolută este exprimată în aceleași unități ca și valoarea măsurată (ex. m3/h, mA, MPa etc.). Deoarece valoarea măsurată poate fi fie mai mare, fie mai mică decât valoarea reală, eroarea de măsurare poate fi fie cu semnul plus (citirile instrumentului sunt prea mari) fie cu semnul minus (instrumentul subestimează).

Eroare relativă este raportul dintre eroarea absolută de măsurare Δ și valoarea reală Xd a mărimii măsurate.

Eroarea relativă este exprimată ca procent sau este o cantitate adimensională și poate lua atât valori pozitive, cât și negative.

Eroare redusă este raportul dintre eroarea absolută de măsurare Δ și valoarea de normalizare Xn, care este constantă pe întregul domeniu de măsurare sau pe o parte a acestuia.

Valoarea de normalizare Xn depinde de tipul scalei senzorului de instrumentare:

1. Dacă scara senzorului este unilaterală și limita inferioară de măsurare este zero (de exemplu, scara senzorului este de la 0 la 150 m3/h), atunci Xn este considerat egal cu limita superioară de măsurare (în cazul nostru, Xn = 150 m3/h).
2. Dacă scara senzorului este unilaterală, dar limita inferioară de măsurare nu este egală cu zero (de exemplu, scara senzorului este de la 30 la 150 m3/h), atunci Xn este considerat egal cu diferența dintre măsurarea superioară și inferioară. limite (în cazul nostru, Xn = 150-30 = 120 m3/h ).
3. Dacă scara senzorului este cu două fețe (de exemplu, de la -50 la +150 ˚С), atunci Хn este egal cu lățimea intervalului de măsurare a senzorului (în cazul nostru, Хn = 50+150 = 200 ˚С).

Eroarea dată este exprimată ca procent sau este o valoare adimensională și poate lua atât valori pozitive, cât și negative.

Destul de des, în descrierea unui anumit senzor, nu este indicat numai domeniul de măsurare, de exemplu, de la 0 la 50 mg/m3, ci și domeniul de citire, de exemplu, de la 0 la 100 mg/m3. Eroarea dată în acest caz este normalizată la sfârșitul intervalului de măsurare, adică la 50 mg/m3, iar în intervalul de indicații de la 50 la 100 mg/m3, eroarea de măsurare a senzorului nu este determinată deloc - de fapt, senzorul poate arăta orice și poate avea orice eroare de măsurare. Domeniul de măsurare al senzorului poate fi împărțit în mai multe sub-domenii de măsurare, pentru fiecare dintre acestea putând fi determinată propria eroare atât ca mărime, cât și sub formă de reprezentare. În același timp, la calibrarea unor astfel de senzori pentru fiecare subgamă, pot fi utilizate propriile lor instrumente de măsurare exemplare, a căror listă este indicată în procedura de calibrare pentru acest dispozitiv.

Pentru unele dispozitive din pașapoarte, în loc de eroarea de măsurare, este indicată clasa de precizie. Astfel de instrumente includ manometre mecanice care indică termometre bimetalice, termostate, debitmetre, ampermetre și voltmetre pentru montare pe panou etc. Clasa de precizie este o caracteristică generalizată a instrumentelor de măsurare, determinată de limitele erorilor de bază și suplimentare permise, precum și de o serie de alte proprietăți care afectează acuratețea măsurătorilor efectuate cu ajutorul lor. În același timp, clasa de precizie nu este o caracteristică directă a preciziei măsurătorilor efectuate de acest dispozitiv, ci indică doar o posibilă componentă instrumentală a erorii de măsurare. Clasa de precizie a dispozitivului este aplicată la scara sau carcasa acestuia în conformitate cu GOST 8.401-80.

La atribuirea unei clase de precizie unui dispozitiv, aceasta este selectată din intervalul 1·10 n ; 1,5 10n; (1,6 10n); 2 10n; 2,5 10n; (3 10n); 4 10n; 5 10n; 6 10n; (unde n = 1, 0, -1, -2 etc.). Valorile claselor de precizie indicate între paranteze nu sunt stabilite pentru instrumentele de măsură nou dezvoltate.

Determinarea erorii de măsurare a senzorilor se realizează, de exemplu, în timpul verificării și calibrării periodice a acestora. Cu ajutorul diverșilor setari și calibratori, anumite valori ale unei anumite mărimi fizice sunt generate cu mare precizie, iar citirile senzorului verificat sunt comparate cu citirile unui instrument de măsurare exemplar, la care aceeași valoare a mărimii fizice. este furnizat. Mai mult, eroarea de măsurare a senzorului este controlată atât în ​​timpul cursei înainte (creșterea mărimii fizice măsurate de la minim la maximul scalei), cât și în timpul cursei invers (reducerea valorii măsurate de la maxim la minim de scara). Acest lucru se datorează faptului că, datorită proprietăților elastice ale elementului sensibil al senzorului (membrana senzorului de presiune), debite diferite reacții chimice(senzor electrochimic), inerție termică etc. citirile senzorului vor fi diferite în funcție de modul în care se modifică mărimea fizică care acționează asupra senzorului: scade sau crește.

Destul de des, în conformitate cu procedura de verificare, citirea citirilor senzorului în timpul verificării trebuie efectuată nu în funcție de afișajul sau scara acestuia, ci în funcție de valoarea semnalului de ieșire, de exemplu, în funcție de valoarea curentului de ieșire. a curentului de ieșire 4 ... 20 mA.

Pentru un senzor de presiune calibrat cu o scară de măsurare de la 0 la 250 mbar, eroarea relativă principală de măsurare pe întregul interval de măsurare este de 5%. Senzorul are o ieșire de curent de 4…20 mA. O presiune de 125 mbar este aplicată senzorului de către calibrator, în timp ce semnalul său de ieșire este de 12,62 mA. Este necesar să se determine dacă citirile senzorului sunt în limite acceptabile.

În primul rând, este necesar să se calculeze care ar trebui să fie curentul de ieșire al senzorului Iout.t la o presiune Pt = 125 mbar.

Iout.t \u003d Ish.out.min + ((Ish.out.max - Ish.out.min) / (Rsh.max - Rsh.min)) * Pt

unde Iout.t este curentul de ieșire al senzorului la o presiune dată de 125 mbar, mA.

Ish.out.min – curent minim de ieșire al senzorului, mA. Pentru un senzor cu o ieșire de 4…20 mA, Ish.out.min = 4 mA, pentru un senzor cu o ieșire de 0…5 sau 0…20 mA, Ish.out.min = 0.

Ish.out.max - curentul maxim de ieșire al senzorului, mA. Pentru un senzor cu o ieșire de 0…20 sau 4…20 mA, Ish.out.max = 20 mA, pentru un senzor cu o ieșire de 0…5 mA, Ish.out.max = 5 mA.

Psh.max - scara maximă a senzorului de presiune, mbar. Rsh.max = 250 mbar.

Psh.min - scala senzorului de presiune minima, mbar. Rsh.min = 0 mbar.

Pt este presiunea furnizată de la calibrator la senzor, mbar. RT = 125 mbar.

Înlocuind valorile cunoscute, obținem:

Iout.t = 4 + ((20-4)/(250-0))*125 = 12 mA

Adică, cu o presiune de 125 mbar aplicată senzorului, curentul său de ieșire ar trebui să fie de 12 mA. Considerăm în ce limite se poate modifica valoarea calculată a curentului de ieșire, având în vedere că eroarea principală de măsurare relativă este de ± 5%.

ΔIout.t \u003d 12 ± (12 * 5%) / 100% \u003d (12 ± 0,6) mA

Adică, cu o presiune de 125 mbar aplicată senzorului, semnalul de ieșire la ieșirea curentă ar trebui să fie în intervalul de la 11,40 la 12,60 mA. În funcție de starea problemei, avem un semnal de ieșire de 12,62 mA, ceea ce înseamnă că senzorul nostru nu s-a încadrat în eroarea de măsurare specificată de producător și necesită ajustare.

Principala eroare relativă de măsurare a senzorului nostru este:

δ = ((12,62 – 12,00)/12,00)*100% = 5,17%

Verificarea și calibrarea instrumentelor de instrumente trebuie efectuate în condiții normale de mediu pentru presiunea atmosferică, umiditate și temperatură și la tensiunea nominală a senzorului, deoarece temperatura scazuta iar tensiunea de alimentare poate duce la erori suplimentare de măsurare. Condițiile de verificare sunt specificate în procedura de verificare. Dispozitivele a căror eroare de măsurare nu s-a încadrat în cadrul stabilit prin procedura de verificare fie sunt reajustate și ajustate, după care sunt re-testate, fie, dacă reglarea nu a dat rezultate, de exemplu, din cauza îmbătrânirii sau a deformării excesive a senzorului, acestea sunt reparate. Dacă reparația nu este posibilă, dispozitivele sunt respinse și scoase din funcțiune.

Daca, totusi, aparatele au fost reparate, atunci acestea nu mai sunt supuse verificarii periodice, ci primare cu indeplinirea tuturor punctelor prevazute in procedura de verificare pentru acest tip de verificare. În unele cazuri, aparatul este supus în mod special unor reparații minore () deoarece, conform metodei de verificare, este mult mai ușor și mai ieftin să se efectueze verificarea primară decât verificarea periodică, din cauza diferențelor între setul de instrumente de măsură exemplare care sunt utilizate în verificare periodică și primară.

Pentru a consolida și testa cunoștințele acumulate, recomand să faceți.