Дополнительная температурная погрешность

Основная приведенная погрешность — первый и наиболее популярный параметр для оценки технического уровня датчика давления, который принимается во внимание при выборе. Бесспорно, данная характеристика является показателем технологического уровня используемого сенсора — ячейки давления. Некоторые технологии, безусловно, имеют ограничения и не могут в массовом производстве обеспечить низкую погрешность и отклоняются по данному признаку.

Серьезное влияние на итоговую основную приведенную погрешность датчика давления оказывает электронный (вторичный) преобразователь прибора. Именно он обрабатывает сигнал измерительной ячейки и преобразовывает его в унифицированный аналоговый выходной сигнал 4−20 мА или цифровые протоколы в зависимости от исполнения датчика.

Датчик давления «ЭМИС-БАР» выпускается с погрешностями 0,04, 0,065, ±0,1; ±0,15; ±0,16; ±0,2; ±0,25; ±0,4; ±0,5; ±0,6; ±1,0; ±1,5; ±2,0; ±2,5%, что дает широкий выбор при подборе решения для использования датчика в узлах коммерческого учета и использовании датчика в «технологии». Погрешности 0,2% и ниже используются там где не требуется высокая точность, а метрологическая база заказчика не рассчитана на поверку или калибровку высокоточных средств измерения.

Следует понимать, что данный ряд погрешностей используется производителем по требованию технического задания, заказчика, а сами датчики давления «ЭМИС-БАР» практически во всех исполнениях, кроме капилляров и разделителей сред, имеют техническую способность «укладываться» в интервал основной приведенной погрешности 0,04%. При этом погрешности 0,04% не являются результатом специального отбора, т.к. в конструкторской части и в части производственного процесса все датчики «ЭМИС-БАР» используют одну технологию с выходом продукции с постоянными метрологическими характеристиками. На минимальную погрешность могут повлиять конструктивные особенности конкретного исполнения датчика — разделитель сред мембранный на капилляре или фланец с разделительной мембраной для измерения гидростатического давления.

Поэтому при сравнении технических характеристик допустимо оперировать минимальной погрешностью 0,04%, а при решении каждой конкретной задачи говорить о той погрешности, которая необходима по условиям технического задания.

Однако, при рассмотрении подобных вопросов упускается параметр, который существенно влияет на результат измерения в реальных условиях, т.к. основная приведенная погрешность это параметр, который гарантирован при эксплуатации оборудования в диапазоне нормальных условий, а это коридор значений для трех параметров:

Данные из описания типа СИ на датчик давления ЭМИС БАР, номер в госреестре 72888−18.

Как видно из таблицы, далеко не все регионы Российский Федерации укладываются в температурный диапазон нормальных условий и все применения датчиков давления оказываются за пределами температуры нормальных условий. Следует отметить, что для большинства датчиков давления на рынке, нормальные условия измерений в части температуры еще жестче. Обычно это диапазон температур от +21 до +25

Следовательно, при выборе преобразователя давления необходимо учитывать параметр, который существенно меняется в реальных условиях эксплуатации, а именно температура окружающей среды (эксплуатации), которая в подавляющем большинстве случаев отличается от диапазона нормальных условий. Называется он дополнительная температурная погрешность, погрешность, которая добавляется основной приведенной погрешности при изменении температуры окружающей среды от границы температуры нормальных условий.

Дополнительная температурная погрешность. Далее, продолжая тему климатических требований к датчикам давления, необходимо рассмотреть дополнительную температурную погрешность, которая в отдельных случаях может превышать основную приведенную погрешность.

Для расчета дополнительной температурной погрешности используется формула: γt= ±(a+b*P_max/P_в), где a и b - это коэффициенты, которые для каждого типа датчиков давления, а иногда и исполнения по материалам являются результатом технологических и конструкционных особенностей датчика давления, а также физических свойств используемых материалов; Pmax/Pв — значение при определенном коэффициенте перенастройки диапазона, т. е. отношения Pmax максимального верхнего предела измерений конкретной измерительной ячейки к настроенному верхнему пределу измерений Pв.

Например датчик дифференциального давления имеет Pmax равные 10 кПа, 100 кПа, 500 кПа, 3 МПа и 14 МПа. Возьмем датчик с ячейкой Pmax =3 МПа для задачи измерения диапазона перепада давления 300 кПа (Pв). В данном случае: P_max/P_в = 3 Мпа/ 300 кПа=10.

Пример, для датчика «ЭМИС -БАР 143» с основной приведенной погрешностью γ = 0,065%, при P_max/P_в=10 и температуре минус 55 °C.

Для преобразователя дифференциального давления «ЭМИС -БАР 143», действует формула (±0,02+0.023 P_max/P_в) на каждые 10 °C разницы с температурой нормальных условий (от 15 °C до 25 °С). Формула единая для всего диапазона температуры окружающей среды от минус 60 °C до 80 °C.

Рассчитаем дополнительную температурную погрешность измерений датчика, вызванную изменением температуры окружающей среды от 15 ºС до минус 55 ºС.

γ_t= (±0,02+0.023 P_max/P_в)=±0,25%, — на каждые 10 °C.

А для температуры в минус 55 °C получаем: γ_t-55= γ_t·| (-55°C-15°C)|/10°C=1,75%, — что подтверждается описанием типа СИ на датчик давления торговой марки «ЭМИС».

Для расчета итоговой погрешности используем формулу: γ_t+γ== γ_t-55+γ = 1,75% +0,065%= 1,815%.

γ_t-55 — Дополнительная температурная погрешность, γ - основная приведенная погрешность.

Из сказанного выше следует несколько выводов:

1. Как видно из расчета, реальная погрешность измерений при температурах, отличающихся от нормальных условий измерений, может существенно отклоняться от основной приведенной погрешности.
2. При выборе датчика давления необходимо рассматривать дополнительную температурную погрешность, как важный параметр выбора оборудования, не пренебрегая расчетами.
3. Для быстрой оценки можно использовать оценку составляющих a и b в стандартной формуле расчёта дополнительной температурной погрешности γ_t= ±(a+b*P_max/P_в).
4. Следует обращать внимание, что применение данной формулы может иметь особенности для разных температурных диапазонов, как-то увеличение составляющих, а и b при температурах ниже определенной границы или выше определенной границы.
5. Необходимо учитывать соотношение P_max/P_в в оценке конкретно своего диапазона эксплуатации.

В заключении хотелось бы еще раз подчеркнуть, что описанные выше характеристики и особенности эксплуатации датчиков давления в зависимости от температуры окружающей среды являются общими для всех образцов, так как данная зависимость является характеристикой физических процессов, протекающих в первичном и вторичном преобразователе прибора. Но степень этой зависимости, выражающаяся, как дополнительная температурная погрешность, может быть выше или ниже с учетом типа ячейки, конструкции датчика давления и характеристик микроэлектронных компонентов, как совокупности в виде технического решения, применяемого отдельно взятым производителем.

Благодаря технологии активной температурной компенсации, которая используется во всех датчика давления «ЭМИС-БАР», и стабильным характеристикам используемой измерительной ячейки датчика давления торговой марки «ЭМИС», удалось добиться минимальной дополнительной температурной погрешности, вызванной изменением температуры окружающей среды от нормальных условий измерений.

Для демонстрации этого преимущества, предлагаем ознакомиться с таблицей значений коэффициентов a и b для формулы γ_t= ±(a+b*P_max/P_в) у основных производителей датчиков давления на рынке Российской Федерации в сравнении с датчиками давления «ЭМИС-БАР». Также добавим результаты расчета дополнительной температурной погрешности при температурах окружающей среды минус 55 °C и минус 60 °C, с коэффициентом перенастройки P_max/P_в=3.

Дополнительная температурная погрешность для минус 60 и минус 55 градусов Цельсия для различных датчиков производимых в Российской Федерации, перенастройка диапазона r= P_max/P_в=3:

Таблица наглядно демонстрирует существенную разницу дополнительной температурной погрешности для различных датчиков давления в зависимости от диапазона перенастройки и температуры окружающей среды. Из формулы γ_t= ±(a+b*P_max/P_в) на каждые 10 °C следует, что с увеличением глубины перенастройки диапазона дополнительная температурная погрешность будет возрастать и тем больше будет разница между различными образцами датчиков давления при конкретной температуре.

Для минимизации данного эффекта без дополнительных затрат на поддержание температурного режима необходимо выбирать датчик давления с минимальными коэффициентами a и b, внимательно изучая при этом технические характеристики преобразователя давления.

Компания «ЭМИС» всегда готова оказать консультации и помощь в подборе технического и анализе существующего технического решения, проработке эффективного и доступного варианта автоматизации при измерении давления, расхода и уровня в технологических процессах. Наиболее распространенный вариант запроса может быть в виде заполненного опросного листа или готового заказного кода любого производителя. Подбор датчика давления «ЭМИС-БАР» по заказному коду конкурентных аналогов является стандартной процедурой при подготовке технических предложений.

Получить подробную консультацию или заказать преобразователь давления «ЭМИС-БАР» возможно, перейдя по ссылке. Для получения технико-коммерческого предложения необходимо скачать опросный лист и отправить на адрес электронной почты: sales@emis-kip.ru, — либо региональному представителю в своем регионе по контактам на странице.