Когда в техническом описании датчика давления указана «точность ±0,075 %», за этим единственным числом скрывается несколько различных источников погрешности — и статистическое допущение, определяющее, сколько единиц с производственной линии действительно уложатся в эту цифру. В этой статье разбирается, из чего складывается спецификация точности датчика давления и как правильно её читать.
Правило 3σ: что на самом деле означает ±0,075 %
Погрешности датчиков давления, измеренные по производственной партии, подчиняются нормальному (гауссовому) распределению. Правило трёх сигм нормального распределения гласит:
- 68,2 % измерений попадают в диапазон μ ± σ
- 95,4 % попадают в диапазон μ ± 2σ
- 99,7 % попадают в диапазон μ ± 3σ
Когда производитель указывает «точность ±0,075 % при 3σ», это обязательство, что 99,7 % датчиков с производственной линии уложатся в значение ±0,075 %. Оставшиеся 0,3 % могут его превысить. Спецификация, указанная при 1σ, гарантировала бы лишь 68,2 % — гораздо более слабое обещание при той же заявленной цифре.
Не в каждом техническом описании указан уровень доверия. Сравнивая два датчика с одинаковым значением точности, уточняйте, к какому уровню сигма привязана спецификация. Если ответа в техническом описании нет, сравнение некорректно.
Пять составляющих точности
В нормальных условиях — при стандартной температуре окружающей среды, напряжении питания и технологической среде, заданных для испытаний, — то, что в техническом описании называют «точностью», на самом деле представляет собой совокупность пяти отдельных показателей. Каждый из них определяется и измеряется по-своему.
1. Неточность (базовая точность)
Для одного цикла испытаний, при увеличении, а затем уменьшении входного сигнала по всему диапазону, неточность — это максимальное положительное или отрицательное отклонение между измеренным и номинальным значением в любой контрольной точке. Проще говоря: наихудшая погрешность на прямом или обратном ходе.
2. Максимальная средняя погрешность
Сначала погрешности прямого и обратного хода в каждой контрольной точке усредняются. Затем выбирается контрольная точка с наибольшим положительным или отрицательным отклонением от номинала. Это исключает гистерезис из расчёта и выделяет систематическое смещение датчика.
3. Нелинейность по конечным точкам
Через нижнее (LRV) и верхнее (URV) значения диапазона усреднённой калибровочной кривой проводится прямая опорная линия. Нелинейность — это максимальное отклонение между фактической кривой и этой линией.
Датчики давления калибруются на заводе, а затем на объекте проходят повторную установку нуля и диапазона по конечным точкам. Нелинейность по конечным точкам — это та форма, которая соответствует реальной практике ввода в эксплуатацию. Нелинейность по наилучшей прямой, хотя и часто встречается в лабораторных спецификациях, практически менее значима после того, как датчик был отрегулирован на месте.
4. Гистерезис
В любой контрольной точке гистерезис — это разница между выходными сигналами прямого и обратного хода в пределах одного цикла испытаний. Он возникает из-за механических эффектов в мембране сенсора и заполняющей жидкости — небольшой упругой «памяти» материалов.
Зона нечувствительности определяется при 50 % входного диапазона путём увеличения или уменьшения входного сигнала до момента, когда выходной сигнал начинает меняться. Погрешность гистерезиса затем рассчитывается как полный гистерезис за вычетом зоны нечувствительности.
5. Невоспроизводимость
Алгебраическая разница между предельными значениями, полученными при подаче одного и того же входного сигнала с одного направления многократно подряд при неизменных рабочих условиях. Невоспроизводимость обычно выражается в процентах от идеального выходного диапазона и указывается отдельно от гистерезиса.
Как Microcyber объединяет это в единую спецификацию
Монокремниевый датчик давления Microcyber сочетает АЦП высокого разрешения с алгоритмом многоточечной программной компенсации. Стандартный класс точности — ±0,075 % от полной шкалы (FS), с возможностью повышения до ±0,05 % FS. Оба значения гарантируются при 3σ и оба уже включают нелинейность, гистерезис и невоспроизводимость — это не отдельные слагаемые, которые пользователь должен суммировать по спецификации.
Датчики имеют сертификаты для взрывоопасных зон как взрывонепроницаемого исполнения (Ex d), так и искробезопасного (Ex ia). Уровень искробезопасности достигает наивысшей категории — «ia», — поэтому датчики применимы во взрывоопасных зонах класса Zone 0, а также Zone 1 и Zone 2.
Что проверять в любом техническом описании датчика давления
При сравнении технических описаний датчиков давления стоит задать три вопроса:
- При каком уровне указана точность — 1σ, 2σ или 3σ? Обязательство при 3σ — гораздо более сильная статистическая гарантия, чем при 1σ, для одной и той же процентной цифры.
- Включает ли значение линейность, гистерезис и воспроизводимость — или они перечислены отдельно как слагаемые? Если они указаны отдельно, пользователю придётся суммировать их, чтобы получить реальную точность в установленных условиях.
- Как измерена нелинейность — по конечным точкам или по наилучшей прямой? Метод по конечным точкам более консервативен и соответствует поведению, которое прибор покажет после регулировки на объекте.
Техническое описание, которое явно отвечает на все три вопроса, — признак того, что производитель проводил испытания честно. Описание, в котором указано единственное число точности без дальнейших подробностей, — сигнал задать уточняющие вопросы.
