堡盟压力传感器技术规格的准确解释

作者:Daniel Schmid,堡盟压力传感器高级产品经理 文章来源:堡盟 点击数:231 发布时间:2019-06-10
技术规格主要为用户提供产品技术和产品功能方面的信息。由于没有法律要求或行业标准来强制规定技术规格的内容和形式,因此每家制造商的技术规格都不尽相同。在分析技术规格的数据时,了解重要的细节、差异以及需要注意的问题至关重要。
堡盟压力传感器技术规格的准确解释

技术规格主要为用户提供产品技术和产品功能方面的信息。由于没有法律要求或行业标准来强制规定技术规格的内容和形式,因此每家制造商的技术规格都不尽相同。在分析技术规格的数据时,了解重要的细节、差异以及需要注意的问题至关重要。

“精确度”和“精度”两个术语的含义是不同的,对测量型传感器来说,必须对二者进行正确区分。精确度包括测量范围内的线性误差、迟滞误差和重复性误差(或重复精度)。测量值或多或少总是接近于最终的平均值,可用“散布圆”来表示。不过,精确度并不能用于描述多次测量平均值与真实值之间的误差,此类误差用“精度”来表示。

精确度和精度

Fig 1 精确度和精度

精确度 → 散布圆;精度 → 固定误差

精确度用以平均值为圆心的散布圆来表示。“精度”指多次测量平均值与真实值之间的误差。

最大测量误差 vs 单独的标准测量误差

不同供应商对传感器规格的定义也不同。有的供应商提供最大测量误差,而有的则提供单独的标准测量误差。不过,这两种变量是截然不同的。

最大测量误差

Fig 2 最大测量误差

最大测量误差 = 固定误差 + 标准测量误差(散布圆)

标准测量误差用散布圆半径(精确度)来表示,而最大测量误差是固定误差(精度)与标准测量误差(精确度)之和。

由于所执行的通用规格不同,参数值相同的两种传感器,其性能可能天壤之别。如果两种传感器均以0.1%全量程(FS)来标示,其中一种未明确固定误差。而且,测量值与真实值之间的关系也未标明。因此,标准测量误差为0.1% FS的传感器极有可能对应的是最大测量误差为0.5% FS的传感器。为了使最大测量误差达到0.1% FS,传感器必须要精确得多,例如:0.05% FS的标准测量误差(精确度,散布圆)加上0.05% FS的固定误差。

测量误差和最大测量误差

Fig 3 测量误差和最大测量误差

FS:全量程

如果数据表没有明确规定是最大测量误差还是标准测量误差,则必须使用小字进行说明,以便区别。问题的关键在于零点误差和满量程误差是否包含在技术规范中。例如:

根据标准测量误差规定的技术规格包括线性误差(根据最小值设定,BFSL)以及迟滞误差和重复性误差;根据最大测量误差规定的技术规格包括零点误差、满量程误差、线性误差(极限点设定之后)以及迟滞误差和重复性误差(EN 61298-2)。

误差定义

无论是标准测量误差,还是最大测量误差,都必须进一步考虑误差的定义。误差也有两种常见的定义方式。

误差定义

Fig 4 误差定义

以上为正态分布误差模型,显示的是最大测量误差

测量过程中使用到大量传感器,每个传感器都进行相应的多次测量。如果以“典型”误差来定义,只有68%(1s)的传感器符合技术规格。这意味着有32%的传感器都不符合制造商提供的技术规格。

如果是以“最大”误差来定义的,则为高质量产品,因为从统计角度看,有99.7%(3s)的测量型传感器都符合这一技术规格。因此,在这种情况下,几乎所有传感器都符合制造商的技术规格。

术语定义:温度影响

标准测量误差和/或最大测量误差的规定与参考温度有关,通常是20°C。不过,在大多数情况下,传感器的工作温度都不稳定,或者偏离了20°C,这会对标准测量误差造成相应的影响,对最大测量误差的影响更大。这是由于传感器的性能只能针对一个温度值进行调节。因此,在变化的温度下,零点误差和满量程误差(极限点或最小值设定)都会发生变化。

“零点温度系数”用于描述温度在压力为零的情况下对标准测量误差或最大测量误差的影响。一般而言,零点温度系数用%FS/10°C表示。如果一只传感器的初始最大测量误差为0.1%FS(20°C下),若传感器的零点温度系数为0.05%FS/10°C,那么传感器在40°C的工作温度下所对应的最大测量误差则是0.2%FS。

“满量程温度系数”用于描述温度在满量程的情况下对标准测量误差或最大测量误差的影响。通常情况下,满量程温度系数用%FS/10°C表示。满量程温度系数与零点温度系数合起来相当于精确度的下降值。

温度对标准测量误差和最大测量误差的影响

Fig 5 温度对标准测量误差和最大测量误差的影响

满量程温度系数 → 标准测量误差;零点温度系数 → 对固定误差的影响

本图示与图1相似,即真实值(蓝点)与多次测量的平均值(红点)之间的距离对应的便是固定误差。散布圆(标准测量误差)反映的是精确度,是多次测量值(灰点)构成的点云。最后,最大测量误差则用绿色虚线所构成的圆弧来表示,具体取决于散布圆和固定误差。零点温度系数对固定误差有影响,而满量程温度系数对标准测量误差有影响,二者合起来则表示温度对最大测量误差有影响。

实际应用中的温度影响

从图6可以清楚地看到,在选择压力传感器的过程中,需要考虑温度对最大测量误差的影响。在以下示例中,所有传感器在20°C下的最大测量误差均为0.3%FS,这说明参考温度下的初始精度并不是影响最大测量误差的重要因素。

温度影响和变化的初始精度

Fig 6 温度影响和变化的初始精度

蓝色实线:堡盟高稳定性压力传感器;灰色实线:市面上其它同类产品;蓝色虚线:初始精度略低的堡盟高稳定性压力传感器

如果实际应用中的温度范围很宽,那么温度稳定性通常比初始精度更为重要,如上图中虚线所示。即便工作温度比参考温度高10°C,初始精度较低的堡盟传感器也比图中所用的大多数传感器更加精确。因此,产品应用工况(工作温度和温度波动)必须经过仔细检查。

严格的高质量和高可靠性技术指标

堡盟压力传感器性能出色,符合严格的技术规格,同时保证客户放心可靠地使用。

在多数情况下,堡盟在技术规格中提供的是最大测量误差,而不是单独的标准测量误差。若需比较技术规格描述不同但参数值相同的传感器,最大测量误差小的传感器更加精确。若需测量绝压,或者测量系统(处于满/空或其它已知状态)无法提供参考压力,则应选择根据最大测量误差定义的传感器。其中的原因是,其它技术规格并未载明平均测量值与真实值之间的误差,或者只载明一小部分。堡盟根据“最大”误差而非“典型”误差来定义传感器的质量。从统计数据来看,在根据“最大”误差定义的堡盟传感器中,有99.7%都符合技术规格,而在根据“典型”误差定义的传感器中,有32%都不符合技术规格。

由于温度对于最大测量误差的影响极大,因此在考虑传感器的应用温度范围时,需要特别注意。此外,零点温度系数和满量程温度系数也必须考虑在内,具体取决于应用。温度稳定型传感器是所有应用的首选。

堡盟所有技术规格均根据“极其严格”的定义规定,这意味着堡盟能够为客户提供所需的可靠性和高质量的产品。