جبران دمایی در اندازه گیری فشار

به نظرتون ممکنه که هوای گرم محیطی که سنسور فشار داخلش استفاده میشه باعث بشه خروجی سنسور تغییر بده؟

تقریباً هر سنسور فشار دارای نوعی مشخصات دمای محیط در دیتاشیت خود هست. دما می‌تواند تغییرات قابل‌توجهی در دقت اندازه‌گیری ایجاد کند و این موضوع اهمیت آشنایی با مشخصات دمایی سنسور را دوچندان می‌کند. این مقاله به بررسی اثرات دمای محیطی بر سنسورهای فشار، تعیین میزان تاثیر می‌پردازد.

چرا سنسورهای فشار تحت تأثیر تغییرات دمای محیط قرار می گیرند؟

مانند هر چیز دیگری در دنیای اندازه گیری فیزیکی و صنعتی، سنسورهای فشار متاثر از تغییرات در شرایط محیطی هستند. 

“دمای بالا بیشترین تاثیر را بر دقت اندازه گیری فشار دارد.”

اثرات دما مستقیماً بر حسگر فشار و مدار مورد استفاده برای اندازه گیری سنسور تأثیر می گذارد. همانطور که می دانید سنسورهای فشار ← از مدارهای الکترونیکی استفاده می کنند که یک خروجی آنالوگ متناسب با فشار ورودی ارائه می کنند.

سه عامل در مدار سنسور وجود دارد که تحت تأثیر تغییرات دمای محیط قرار می گیرند: ولتاژ خروجی فشار صفر، محدوده فشار و مقاومت پل اندازه گیری فشار. 

سنسورهای جبران‌ کننده دما، تکنیک‌هایی را برای تصحیح و به حداقل رساندن تأثیر تغییرات دما بر این عوامل به کار می‌گیرند.

برای درک تاثیر دمای محیط بر روی سنسور، بهتر است ابتدا با برخی از اصطلاحات رایج را که ممکن است در برگه مشخصات سنسور فشار مشاهده کنید، آشنا شوید.

محدوده دمای عملیاتی:

به محدوده‌ای از دما گفته می‌شود که سنسور فشار می‌تواند در آن بدون هیچ آسیبی به طور صحیح کار کند. اگر سنسور فشار خارج از این محدوده دمایی قرار گیرد، ممکن است عملکرد آن تحت تأثیر قرار بگیرد و حتی آسیب‌های جبران‌ناپذیری به قطعات داخلی آن وارد شود.

محدوده دمای جبران شده با دقت ثابت:

به محدوده دمایی اشاره دارد که در آن سنسور فشار می‌تواند بدون افت دقت و با کمترین تأثیرات ناشی از تغییرات دما عمل کند. در این محدوده، سنسور به کمک مدارهای جبرانی یا تکنولوژی‌های خاص طوری طراحی شده که تغییرات دما، حداقل تاثیر ممکن را بر خروجی آن داشته باشد. این محدوده معمولاً توسط تولیدکننده مشخص می‌شود و استفاده از سنسور در خارج از این محدوده، ممکن است باعث ایجاد خطاهای اندازه‌گیری شود. انتخاب سنسوری با محدوده جبران‌شده مناسب برای شرایط محیطی، دقت بالاتری در اندازه‌گیری فشار به همراه خواهد داشت.

ضریب دما:

(Temperature Coefficient) یک پارامتر عددی است که میزان تأثیر تغییرات دمای محیط بر دقت و خروجی سنسور فشار را نشان می‌دهد. این ضریب به نوعی بیانگر خطای اضافی است که ممکن است هنگام استفاده از سنسور در خارج از محدوده دمای جبران‌شده رخ دهد. ضریب دما معمولاً به‌صورت درصدی از محدوده کامل (Full Scale) یا به‌صورت تغییرات در واحد ولتاژ یا میلی‌بار به ازای هر درجه تغییر دما بیان می‌شود.

درک ضریب دما اهمیت زیادی دارد؛ زیرا به کمک آن می‌توان تأثیر تغییرات دما بر دقت اندازه‌گیری را محاسبه و کنترل کرد. انتخاب سنسور با ضریب دمای پایین‌تر در شرایط محیطی متغیر، موجب پایداری بیشتر و دقت بالاتر در اندازه‌گیری فشار خواهد شد.

بسیاری از سنسورها فقط در دمای آزمایشگاهی آزمایش و کالیبره می شوند. در این حالت، هنگام استفاده از سنسور در خارج از دمای آزمایشگاه، باید ضریب دما در دقت اندازه گیری در نظر گرفته شود.

تعیین مقدار تاثیر دمای محیط

پس حالا دمای محیط چقدر بر دقت اندازه گیری شما تاثیر می گذارد؟ خوب، این به محدوده دمای جبران شده و ضریب دما بستگی دارد.

برای نشان دادن این موضوع، بیایید سه سنسور مختلف را در نظر بگیریم. همانطور که از مشخصات زیر می بینید، همه آنها دارای دقت یکسانی 0.05% FS هستند.

با این حال، همانطور که محدوده دمای جبران شده با دقت ثابت و ضریب دما را در نظر می گیرید، تغییرات نسبتا زیادی بین سه سنسور مشاهده خواهید کرد.

	سنسور فشار ۱	سنسور فشار ۲	سنسور فشار ۳
دقت	0.05% FS	0.05% FS	0.05% FS
محدوده دمایی با دقت ثابت	N/A	۱۵ تا ۳۵ درجه سانتی گراد	-۱۰ تا ۵۰ درجه سانتی گراد
ضریب دمایی	از ۲۳ درجه ۰.۰۰۳ اضافه می شود.	در -۱۰ تا ۱۵ درجه - ۳۰ تا ۵۰ درجه ۰.۰۰۳ اضافه می شود.	N/A

نمودار زیر کل دقت مشخص شده را هنگام در نظر گرفتن اثرات دما بر روی سنسورهای فشار نشان می دهد. همانطور که در یک مورد در اینجا مشاهده می کنید، عدم جبران دما و درج مشخصات ضریب دما بیش از سه برابر مشخصات دقت FS 0.05٪ است.

نتایج تست جبران دما

برای اینکه بیشتر نشان دهیم جبران دما اثر واقعی دارد، ما یک سنسور فشار غیر جبران کننده دما را در یک محفظه دما قرار دادیم و فشار آن را از 0 تا 40 بار و در محدوده دمای محیطی 0 تا 40 درجه آزمایش کردیم. سپس همان آزمایش را روی یک سنسور جبران کننده دما انجام دادیم.

همانطور که ممکن است انتظار داشته باشید – هرچه فشار بیشتر باشد، تاثیر دمای محیط بیشتر است. در زیر نموداری وجود دارد که سنسور جبران کننده دما را با گیج غیر جبران کننده دما مقایسه می کند.