Transducer Kalibrasyon Süreçleri'nde Linearity ve Hysteresis'in İşareti

Transducer kalibrasyonu, ölçüm bilimi üzerinde temel bir süreçtir, baskı, güç, yer değiştirme veya sıcaklık gibi fiziksel miktarların, bilinen doğrulukla elektrik sinyallerine dönüştürülür. Etkilerinin nice parametreleri arasında, yüksek hassasiyet talep edilen modern endüstriyel, tıbbi ve havacılık uygulamaları için iki nokta vardır.

Transducer Kalibrasyonda Linearity Anlamak

Linearity, transducer'in çıktı sinyalinin yalnızca belirli bir aralıkta ölçülen giriş için orantılı olduğunu açıklar. İdeal transducer, girişlere karşı bir akış, mükemmel bir düz çizgiye sahip herhangi bir sapma, bu ideal çizgiden sadece dikkatli bir kalibrasyon veya tasarım yoluyla telafi edilebilir bir hata sunar.

Gerçek transdüserler nadiren mükemmel doğrusallık sergiliyorlar. sapma gerçek kalibrasyon eğrisi ile en iyi bir uyum hattı arasındaki en yüksek fark olarak ölçülmektedir, genellikle tam ölçekli çıktının yüzdesi olarak ifade edilir.Bu sapma doğrusal olmayan bir hatadır.

• [FONT:0)Integral nonlinearity (INL)) - tam ölçüm aralığı üzerindeki ideal çizgiden genel kalkış.
• [DNL)[0]Differential nonlinearity (DNL)[DFLT:1), bitişik giriş değerleri arasında adım büyüklüğü, analog-dijital dönüştürücüler gibi dijital çıktı transdüserlerinde kritik.

Lineerlik mekanik ilkbahar nonlinearity gibi fiziksel etkilerden kaynaklanabilir, değişken reluctance transducers veya yarı iletken çatlaklardaki termal değişikliklerden kaynaklanır. Örneğin, bükme deformasyonu biraz eğrili bir çıktı üretebilir, baskı transducers, diyafram deflection yüksek baskılarda doğrusal olmayan bir ilişkiyi takip edebilir. lineerlik özellikleri, verilen bir uygulama için transducersiyonun en önemli figürlerinden biridir.

Kalibrasyon sırasında, teknisyenler bilinen referans girişleri ile transdüser çıktı arasında bir ilişki kurarlar.Eğer nonlinearity şu anda, basit bir kazanç ve düzeltme düzeltmesi yetersizdir. Bunun yerine, daha sofistike matematiksel modeller -[Döneticisel kontraseptif olmayan kondüksiyonlar veya göz ardı edilen tablolar – ham çıktıları gerçek ölçütlere göre haritaya haritalamak için kullanılır).

Nonlinearity ve onların ölçüm türleri

Nonlinearity genellikle aralıktaki birden çok okuma alarak değerlendirilir. En iyi performans çizgisi, en az kare yöntemiyle veya sıfır ve tam ölçekli puanlar (son nokta lineerliği) ile sabitlenebilir.

Transducers için çok düşük doğrusal olmayanlık - hassas LVDT gibi - hata tam ölçek% 0.1'den daha az olabilir. Aksine, bazı kalın film baskı sensörleri doğrusal olmayan eğriliği kullanarak sergilenebilir.

Transducer Calibration'taki Hysteresis'i Anlayın

Hysteresis, girdinin tarihinde bir transducer'in çıkışının bağımlılığına atıfta bulunur, sadece anlık değeri değil. giriş tam ölçek için sıfırdan yükselir ve sonra geri azaldı, artan döngü sırasında verilen bir giriş seviyesindeki çıktı genellikle bu fark histeris hatasıdır.

Hysteresis transducer tipine bağlı olarak farklı fiziksel mekanizmalardan doğar:

• [FONT:0]Mechanical hisesis[[Dönetici: 1) İç sürtünme, ilkbaharlarda elastik After effectss veya ilkbaharlarda plastik deformasyon, diyaframlar veya Bourdon tüpleri nedeniyle.
• [FONT=0)Magnetic hisesis[[Dönetici: 1))[Dönetici ve magnetostrik transdüsers, domain duvar hareketine ve remanent magnetizasyona neden olan.
• [FONT=0] ⁇ histerileri[[[DÜT:1) - gecikmiş termal denge veya sıcaklık bağımlı malzeme özellikleri, genellikle dirençli sıcaklık dedektörlerinde (RTDs) ve termo çiftleri hızlı sıcaklık değişiklikleri altında görürler.
• [FONT:0)Dielektrik histerileri[[[Döneticileri: 1)) - kutupizasyon gecikmesi nedeniyle, dielektrik malzemelerde kutuplaşma gecikmesi nedeniyle kapasitif transdüserler meydana gelir.

Hysteresis genellikle, motor kontrol sistemleri veya robotlardaki pozisyon sensörleri için giriş için en yüksek fark olarak ölçülmektedir, bu da bir deterministik haritalama yoluyla düzeltilebilir.Bu hata özellikle de giriş döngülerinin sık sık sık sık sık sık sık, robotlarda basınç sensörleri gibi sorunlarla ilgilidir.

Statik vs. Dynamic Hysteresis

Kalibrasyonda, statik histeriler, transducer'in sonlu yanıt süresini ortadan kaldırmak için yavaş yavaş yavaş girişler tarafından ölçülmektedir. Transducer yüksek hızlarda çalışır ve ölçümler stabilizasyondan sonra kaydedilir. Dinamik histeriler, diğer yandan transducer'un sonlu yanıt süresinden daha fazla etkiler içerir.

Standart kalibrasyon yöntemleri, tarif edilenler gibi, [FONT:0)IEEE[DÜT:1) ve ISO yönergeleri, histerilerin tekrarlanabilirliği sağlamak için en az üç tam döngüsü üzerinde değerlendirilmesini tavsiye eder. histeriler döngüsü aynı zamanda birden fazla sıcaklık noktasında ölçülmelidir, çünkü histeriler genellikle aşırı sıcaklık noktaları ile kötüleşir.

The Interplay Between Linearity and Hysteresis in Calibration

Linearity ve histeriler genellikle ayrı olarak tedavi edilir, ancak kombine etkisi en sonunda transducer'in toplam hata bütçesini belirleyen şeydir.Bir transducer mükemmel doğrusallık ancak zayıf histeriler veya yardımcısı ve tersi olabilir. Örneğin, bir bağlanmış folyo su basıncı ölçümü çok düşük histerilere sunabilir (tipik olarak <0.1 FS) ancak Poisson etkileri nedeniyle yüksek susayabilir.

Kalibrasyon sırasında, toplam ölçüm belirsizlik, nonlinearity, histerilerin, tekrarlanabilirlik ve diğer hata bileşenlerinin kök-sum-square kombinasyonudur. Bu nedenle, kalibrasyon raporlarının her iki boyutlu haritalama ve histerilerin de son giriş değeri ve son giriş noktası için telafi etmeye çalışan düzeltme algoritmaları kullanması gerekir - özellikle giriş yönüne göre önemli ölçüde hataları azaltacaktır.

Pratik Örnek: Basınç Transducer Kalibrasyon

Bir pastazist baskı transdüserinin kalibrasyonunu bir hidrolik basında kullanılan bir baskı olarak düşünün. Transducer sadece baskıyı artırmakta ve baskı yanıtlarını azaltmakta fayda görebilir, sistem bir histeri düzeltmesi ve yükleme işlemine kadar gizli kalabilir, histeriler% 0,5'in okuma farkına neden olabilir, kuvvetin her ikisinde de artış ve basınç yanıtlarını azaltır.

Linearity ve Hysteresis'in Kalibrasyonunda Önemi

Kalibrasyon, transducer çıktısı ile gerçek giriş değeri arasında bir ilişki kurma sürecidir. Eğer lineerlik ve histeriler hesaplanamazsa, yoldaki ölçüm hataları sistem hatalarına neden olabilir.In medical devices - infüzyon pompaları veya hasta izleme sistemleri gibi - bir baskı transducerünün hataları yapmasına neden olabilir, bir akış sensöründe histeriler tehlikeli akış değişiklikleri maskeleyebilir.In havacılıkta histeriler, hız kontrolleri için kullanılan bir hız kontrolleri için kullanılabilir.

Proper kalibrasyon prosedürleri bu faktörleri içerir:

• [FONT:0)Biyyolojik kalibrasyon döngüleri[Dönlendirme:0)[Dönlendirme:0)[Dönlendirme döngüsü[Dönlendirme:0) - her iki yönde de histerileri yakalamak için giriş uygulayın.
• [FONT:0) Çok noktalı bir özellik[[[Dönetici:0))
• [FONT:0]Temperyatür tazminatı[Dönetici: 1) - çünkü hem lineer hem de histeriler sıcaklıkla sürüklenebilir.
• [FONT:0)Repeated döngüleri[[Dönetici:0)[Dönlendirmeler ve denetim etkilerini kontrol etmek için.

ISO 10012 ve ANSI/NCSL Z540 gibi standartlar, kalibrasyon sertifikalarının aslı olmayan ve histeri değerleri içerdiğini gerektirir. Bu veriler, transdüser'in nasıl düşünüleceğini tahmin etmek için gereklidir.

Kalibrasyon Raporlarında Hysteresis ve Linearity in Calibration Reports

Bir transducer kalibrasyon için gönderilirken, laboratuvar genellikle iki yönlü ve ters yönde tam bir 5 nokta veya 11 nokta kalibrasyonu gerçekleştirecektir. Raporlanmamış nonlinearity, üreticinin tüm noktaları ve uygulama gereksinimlerine karşı en yüksek sapmadır.

Linearity'yi geliştirmek ve Hysteresis'i azaltmak için teknikler

Lineerliği geliştirmek ve histerileri azaltmak hem transducer tasarım aşamasından hem de kalibrasyon sürecinden gelebilir. Aşağıda endüstride ve araştırmada kullanılan kanıtlanmış teknikler vardır.

Tasarım-Level Yaklaşımları

• [FONT=0)Malzeme seçimi[Dönetici 1] - Manyetik malzemelerden kaçınan veya tek kristal silikon gibi düşük iç sürtünme ile malzeme kullanın.
• [FONT:0)Geometri optimizasyonu[[[Dönetici: 1))[Dönetici:0)[Döneticisel elastik deformasyon ile tasarım algılayıcıları. Örneğin, merkezi bir patronla bir diyafram kullanarak, dayanıklılık ilişkisini kapasitif baskı sensörlerine doğrusalleştirebilir.
• [FONT=0] Dijital tazminat devreleri [Dönder: 1) - hafızada saklanan katlibrasyon katları ile bütünleştirici mikrokontroller. Birçok modern akıllı transducers, polinom denklemleri veya göz ardı masaları kullanarak gerçek zamanlı olarak telafi etmek için telafi eder.
• [FONT=0]Temperature stabilizasyon[[Dönetici: 1 ) – Sürekli bir sıcaklıkta transdüserleri korumak veya ısıtılmış histerilerin doğrulanması için çip sıcaklığı sensörleri kullanın.

Kalibrasyon-Process Teknikleri

• [FONT:0]Cyclical Prevaling[[Dönem: 1)) – Mekanik stres ve manyetik alan hizasını yerleşmeden önce transdüsere konu.
• [FONT:0)Polynom veya spline interpolasyon[Dönetici:0)[Dönetici:0)) Daha yüksek siparişli polinom (e.g., üçüncü sipariş) Doğru doğrusal olmayanlık için.For histeriler için, bir yön bağımlı düzeltme eğrisi uygulayın.
• [FONT:0] İki yönlü kalibrasyon[Dönetici] – Önce bir koarse kalibrasyonu gerçekleştirin, o zaman histerik döngüyü içeren iyi bir kalibrasyon. Bazı sistemler girdi değişiklikleri yönünün gerektirdiği bir “hipsteresis modeli” kullanır.
• [FONT:0) Düşük histerilerle referans standartlarının kullanımı[DÜDÜT:1) - Kalibrasyon ekipmanının kendini neyin uygun histerilere tanıtabilmesini sağlamak, böylece ölçül histerilerin test altında transducer ait olduğu anlamına gelir.

Son derece talep edilen uygulamalar için - malzeme testlerinde hassas güç ölçümü gibi - tüm bu tekniklerin tümü, tam ölçeklerin% 0.0'inin altında kalan doğrusal olmayanlığı ve histerileri itebilir.

Linearity ve Hysteresis'in Nereden Olduğunu Uygulamalar

Havacılık ve Savunma

Uçak uçuş kontrol sistemlerinde, eylemcilerdeki pozisyon transdüserleri, MIL-STD-45662 gibi askeri standartlara uymak için son derece düşük histerilere sahip olmalıdır.

Tıbbi Cihazlar

Infüzyon pompaları, tıkanıklıkları tespit etmek için baskı sensörlerine güveniyor. Bu sensörlerdeki Hysteresis yanlış alarmlara veya kaçırılmış pıhtılara neden olabilir. Akış sensörlerin Linearizasyonu, bir dizi akış oranları üzerinde ilaçların doğru teslimatını sağlar. Ventilatörlerin basınç ve akış transdüserleri kombine lineerliği ve histerilerin altında% 0,5'i hasta güvenliğini korumak için% 0,5'i gerekir.

Endüstriyel Süreç Kontrol Kontrolü

Kimyasal bitkilerde, basınç ve sıcaklık vericileri ürün kalitesini korumak için yüksek doğrulukla doludur. Akış ölçüm için diferansiyel baskı vericisi, kütle dengesini hesaplamaları etkileyen hataları ortaya çıkarabilir. Hysteresis kontrol valf pozisyonundaki pozisyonlarda avlanmaya veya istikrarsızlığa neden olabilir.

Otomotiv Testi

Motorda dynamometre testi sırasında, tork transducers, sabit tonlar ölçmek için düşük histeriler sergilemeli. Kaza testlerinde kullanılan yük hücreleri, lineerleri doğru bir şekilde yeniden yapılandırmak için% 0.05% içinde lineerity gerektirir. Hysteresis in accelerometers can distort the measure deceleration profillerini, yanıltıcı güvenlik değerlendirmelerine yol açan.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Linearity ve histeriler, transdüser ölçümlerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini belirleyen temel özelliklerdir. Lineerity, girişe çıktının orantılılığını açıklarken, histeriezler, giriş yönünde farklı okumalara bağlı olarak farklı okumalara neden olan hafızayı yakalar. Her iki durumda da ölçümleme hatalarının anlaşılması ve en aza indirgenme teknikleri ile, doğru kalibrasyon algoritmalarının doğrulanması ve ileri tazminat algoritmalarının doğrulanması gibi standartların çok düşük seviyelere ulaşması mümkündür.