دقت و درستی
دقت و درستی سنسورهای فشار به چندین عامل کلیدی بستگی دارد که هر یک از آنها می تواند خطاها یا انحرافاتی را از قرائت فشار واقعی ایجاد کند. درک این عوامل برای انتخاب سنسور مناسب برای یک کاربرد و برای حفظ عملکرد اندازه گیری مطمئن ضروری است.
طراحی و فناوری سنسور
عنصر حسگر: نوع سنسور (سنسور، پیزومقاومت، خازنی و …) بر دقت آن تأثیر می گذارد. هر فناوری حساسیت خاص خود را نسبت به عوامل محیطی دارد. برای مثال سنسورهای پیزورزیستیو اغلب به تغییرات دما حساس هستند، در حالی که سنسورهای خازنی ممکن است پایداری بهتری را در شرایط مختلف ارائه دهند.
کیفیت مواد و ساخت: کیفیت مواد به کار رفته در دیافراگم و سایر اجزا می تواند بر پایداری سنسور، به ویژه در شرایط سخت، تأثیر بگذارد.
اثرات دمایی
دمای محیط: تغییرات در دمای محیط می‌تواند باعث انبساط یا انقباض اجزای حسگر شود و منجر به دریفیت حرارتی شود.
دمای فرآیند: دمای محیطی که اندازه گیری می شود می تواند بر عملکرد حسگر تأثیر بگذارد، به ویژه در فرآیندهای با دمای بالا مانند اکستروژن پلیمری. مثال: اگر سنسوری بدون جبران دما در دمای 70 درجه سانتیگراد کار کند، خطای آن بسیار فراتر از دقت ± 0.1% معمولی آن در دمای اتاق باشد.
جبران دما: سنسورهای فشار سطح بالا برای کاهش این اثر، جبران‌سازی داخلی دارند.
با مراجعه به مقاله جبران دمایی در اندازه گیری فشار می توانید این موضوع را مفصل تر دنبال کنید.
خطی بودن - Linearity
خطی بودن در سنسورهای فشار به این اشاره دارد که خروجی سنسور با چه دقتی از یک خط مستقیم نسبت به فشار اعمال شده پیروی می کند. در حالت ایده آل، با افزایش فشار، خروجی باید به طور متناسب افزایش یابد.
با این حال، در واقعیت، پاسخ سنسور ممکن است کمی منحنی شود. خطای خطی حداکثر انحراف این منحنی از خط مستقیم ایده آل است. هرچه این انحراف کمتر باشد، دقت سنسور بهتر است.
مثال:
اگر فشار 2 بار اعمال می کنید و انتظار خروجی 2 ولت را دارید (بر اساس محدوده 0-10 ولت)، اما سنسور 2.02 ولت می دهد، این اختلاف 0.02 ولت یک خطای خطی است.
هرچه پاسخ سنسور به یک خط مستقیم نزدیکتر باشد، دقیق تر است.
عکس زیر از بلاگ شرکت ویکا این موضوع را بهتر نشان می دهد.
هیسترزیس - Hysteresis
هیسترزیس تاخیر بین تغییر فشار و تغییر متناظر در سیگنال فرستنده فشار است. این نشان دهنده سرعت یا کندی یک فرستنده فشار به تغییرات ورودی است.
چرا این اتفاق می افتد: اجزای داخلی حسگر (مانند دیافراگم) ممکن است پس از تغییر شکل در اثر فشار به موقعیت مشابه خود برنگردند و باعث ایجاد تفاوت های جزئی در خوانش ها در همان نقطه فشار می شود.
مثال:
هنگامی که فشار از 0 به 5 بار افزایش می یابد، سنسور 5.00 بار را نشان می دهد.
اما وقتی فشار از 10 به 5 بار کاهش می یابد، سنسور به جای 5.00 بار 4.98 بار را نشان می دهد.
تفاوت 0.02 بار خطای هیسترزیس است.
هیسترزیس «اثر حافظه» در حسگرها است که بسته به افزایش یا کاهش فشار، خوانش‌ها متفاوت است. هیسترزیس کوچکتر به معنای اندازه گیری دقیق تر است.
تکرارپذیری - Repeatability
توانایی یک حسگر برای دادن خروجی یکسان در شرایط فشار و دمای یکسان.
اگر خوانش یا خروجی که حسگر تحت فشار یکسان ارائه می دهد متفاوت باشد، یعنی تکرار پذیری این سنسور ضعیف است و نشان دهنده دقت پایین است.
مثال: اگر به یک سنسور فشار 50 بار را چندین بار اعمال کنید، اما خوانش ها و خروجی های متناظر بین 49.9 و 50.1 در نوسان باشد، این یک مشکل تکرارپذیری است.
خطای صفر و خطای گستره - Zero and Span Errors
خطای صفر: به تفاوت بین مقدار اندازه‌گیری شده توسط حسگر و مقدار ایده‌آل مورد انتظار در شرایط فشار صفر اشاره دارد.
خطای گستره (Span Error): به اختلاف بین مقدار اندازه‌گیری شده و مقدار ایده‌آل در حداکثر محدوده فشار قابل اندازه‌گیری توسط حسگر اشاره دارد.
هر دو خطا بر دقت کلی سنسور تأثیر می گذارد و ممکن است نیاز به کالیبراسیون مکرر داشته باشد.
چرا این اتفاق می افتد
- کالیبراسیون نادرست سنسور
- تاثیر تغییرات دما بر حساسیت سنسور
- کهنگی یا دریفیت قطعات الکترونیکی یا قطعات مکانیکی
پایداری بلند مدت - دریفت
پایداری طولانی مدت که به عنوان دریفت نیز شناخته می شود، به تغییر تدریجی در خروجی سنسور فشار در طول زمان اشاره دارد، حتی زمانی که فشار اندازه گیری شده ثابت بماند. مقادیر قابل قبول براساس میزان خطا در فواصل کالیبراسیون مشخص می شود.
جمع‌بندی
پاسخ: دماهای بالا، که در کاربردهای ترانسمیتر فشار مذاب رایج است، می تواند باعث انبساط یا تخریب مواد حسگر شود که به طور بالقوه منجر به دریفت یا عدم دقت اندازه گیری می شود. سنسورها باید طوری طراحی شوند که در برابر دمای بالا بدون از دست دادن کالیبراسیون یا عملکرد مقاومت کنند. بدون جبران حرارتی مناسب یا مواد مقاوم در برابر حرارت، خروجی یک ترانسمیتر ممکن است ناپایدار شود و بر کنترل و کیفیت فرآیند قالب‌گیری اکستروژن یا تزریق تأثیر بگذارد.
پاسخ: خطی بودن بسیار مهم است زیرا تضمین می کند که خروجی سنسور متناسب با فشار افزایش می یابد. هنگامی که سنسور از این ایده آل منحرف می شود، خطا در فشارهای بالاتر بیشتر محسوس است و منجر به اندازه گیری های نادرست می شود. اطمینان از خطی بودن خوب، این خطر را به حداقل می رساند، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به اندازه گیری دقیق در طیف وسیعی دارند.
