Uitgebreide informatie over de nauwkeurigheid van drukmetingen

Karakteristieke curve, nauwkeurigheid en meetfout van instrumenten

Zelfs de beste meetapparatuur vertoont een zekere afwijking van de werkelijke waarde. Het is belangrijk om te weten hoe deze meetnauwkeurigheid is gedefinieerd. In dit artikel leggen we de basisprincipes van verschillende meetafwijkingen uit en hoe deze worden gedefinieerd. Voor veel sensoren wordt de totale nauwkeurigheidswaarde uitgedrukt als een percentage van het meetbereik. De totale nauwkeurigheid is een gecombineerd gevolg van:

  • Niet-lineariteit
  • hysteresis
  • Nulpunt verschuiving en spanfout
  • Eindwaarde-afwijking

Deze verschillende nauwkeurigheidsbeïnvloedende factoren worden in de volgende paragrafen in detail uitgelegd.

Karakteristieke curve

De karakteristieke curve geeft de relatie tussen het ingangs- en uitgangssignaal weer. In de ideale situatie is het uitgangssignaal lineair afhankelijk van het ingangssignaal. Dit zou betekenen dat de karakteristiek een rechte lijn is. Dit is echter niet het geval, de karakteristiek wijkt af van de ideale rechte lijn. De nauwkeurigheid wordt vaak gedefinieerd als de afwijking van de karakteristieke curve ten opzichte van de ideale lijn. De nauwkeurigheid voor druksensoren wordt anders gedefinieerd. IEC 61298-2 stelt dat de nauwkeurigheid hysteresis, Niet-herhaalbaarheid en Niet-Lineairheid moet bevatten. Om de totale meetfout te bepalen, wordt ook rekening gehouden met andere afwijkingen. Deze meetfouten worden normaal gesproken gedefinieerd als een percentage van het meetbereik (bijv. ±1 % van het meetbereik). Het meetbereik wordt gedefinieerd als het verschil tussen de minimale en maximale signaalwaarde. Het bereik van een 4-20 mA-signaal is bijvoorbeeld 16 mA.

karakterstieke curve vs ideale curve

Maximale meetfout

Een manier om de nauwkeurigheid te definiëren is te kijken naar de maximale meetfout. De maximale meetfout is de maximale afwijking van de karakteristieke curve ten opzichte van de ideale lijn bij een gedefinieerde temperatuur. 

Niet-lineariteit

De niet-lineariteit wordt de grootst mogelijke afwijking (positief of negatief) van de karakteristieke curve ten opzichte van een referentielijn genoemd. Er bestaan verschillende methoden om de referentielijn te bepalen. De eindmethode en de best passende rechte lijn (BFSL) methode zijn de meest gebruikte. Bij de eindmethode passeert de referentielijn het begin- en eindpunt van de karakteristieke curve. De BFSL-referentielijn wordt bepaald met de kleinste-kwadratenmethode. De eindmethode resulteert meestal in een twee keer zo grote afwijking als de BFSL-methode. Bij het vergelijken van meetinstrumenten is het belangrijk om te controleren of dezelfde methode wordt gebruikt. 

niet-lineariteit

hysteresis

De karakteristieke curve wordt geregistreerd door de druk geleidelijk te verhogen, gevolgd door een geleidelijke verlaging van de druk. De opname laat zien dat de drukverhogende en -verlagende lijnen niet precies overeenkomen. Het maximale verschil tussen deze twee curven wordt de hysteresis genoemd. De hysteresis wordt veroorzaakt door de elastische eigenschappen van het materiaal van het instrument en het ontwerp van de instrumenten zelf. Deze fout kan niet door de gebruiker worden gereduceerd. Als er lagere hysteresisfouten nodig zijn, moet er contact worden opgenomen met de fabrikant.

hysteresis

Nulpunt verschuiving en spanfout

Het nulpunt en eindpunt van het uitgangssignaal kunnen verschillen van het nulpunt en eindpunt van de ideale lijn. De nulpuntsfout en de spanfout zijn de afwijkingen tussen de werkelijke en de ideale waarde van het nulpunt en het eindpunt van het signaal. 

nulpunt verschuiving en spanfout

Niet-herhaalbaarheid

Het uitgangssignaal voor opeenvolgende metingen bij dezelfde druk is niet altijd exact hetzelfde. Deze variabiliteit of fout wordt de herhaalbaarheid genoemd. Deze wordt gedefinieerd als de grootste afwijking gedurende drie opeenvolgende metingen onder constante identieke omstandigheden (IEC 61298-2), of eenvoudiger: het verschil tussen de laagste en de grootste waarde van de opeenvolgende uitgangssignalen. Een betrouwbaar instrument of een betrouwbare sensor moet een kleine niet-herhaalbaarheid hebben.

Temperatuurfout

De temperatuur heeft een directe invloed op het uitgangssignaal. Temperatuurveranderingen beïnvloeden de elektronica van het meetinstrument. Als de temperatuur stijgt, neemt de elektrische weerstand van geleidende metalen toe, terwijl deze bij halfgeleiders afneemt. Bovendien zullen de meeste materialen uitzetten als de temperatuur stijgt. 

Oplossing

Om de temperatuurfout te beperken, balanceren de fabrikanten de thermische eigenschappen. Deze compensatie gebeurt rechtstreeks op de sensor of elektronisch. De temperatuurfout kan niet volledig worden geëlimineerd. De restfout wordt meestal uitgedrukt als een percentage van het volledige bereik voor een gedefinieerd temperatuurbereik ten opzichte van een referentietemperatuur.

Temperatuur hysteresis

Naast de temperatuurfout is er ook nog de temperatuurhysterese. De temperatuurhysterese is vergelijkbaar met de normale hysterese, maar wordt hier veroorzaakt door een temperatuurverhoging en -verlaging in plaats van drukveranderingen.

Lange termijn drift

De karakteristieke curve van een meetinstrument is niet constant gedurende de gehele levensduur. De eigenschappen zullen in de loop van de tijd veranderen door mechanische en thermische invloeden. Deze langzame verandering van de karakteristieken over een lange tijd wordt de lange termijn drift genoemd. De lange termijn drift wordt bepaald door testen. Aangezien verschillende fabrikanten verschillende testprocedures gebruiken, moet de lange termijn termijn drift informatie niet worden vergeleken. De tests worden uitgevoerd met behulp van referentiecondities. Dit kan aanzienlijke verschillen veroorzaken als de bedrijfsomstandigheden verschillen van de referentieomstandigheden.


Maandelijkse nieuwsbrief

  • Wie: Voor iedereen met interesse in fluid control technologie!
  • Waarom: Heldere en interessante technische informatie over ons vakgebied in een compact maandelijks overzicht.
  • Wat: Nieuwe producten, technische achtergrondartikelen, video’s, aanbiedingen, branche info, en nog veel meer waarvoor u zich moet aanmelden om het te zien!