Диапазон термокомпенсации что это

Влияние температуры на работу тензодатчиков

Тензодатчики работают за счет тензоэффекта — изменения сопротивления полупроводников при их деформации. При растяжении сопротивление повышается за счет удлинения резисторов и уменьшения поперечного сечения. Сжатие наоборот — уменьшает этот показатель. Разница сопротивлений улавливается вольтметром, после чего преобразуется в электрический сигнал, который перерабатывается в удобный для восприятия формат.

Тензометрические датчики стали изобретением, которое открыло новую страницу в истории весоизмерительного оборудования, но и у них есть один серьезный недостаток — зависимость от влияния окружающей среды. В том числе от температуры и влажности воздуха.

Что происходит с датчиками при изменении температуры

Проблема нестабильной работы при изменении температуры обусловлена двумя факторами:

влияние ТКС (температурный коэффициент сопротивления) резистора на его сопротивление;

паразитный тензорезистивный эффект за счет разницы температурного расширения между подложкой и материалом резистора.

При повышении температуры происходит размягчение клея и снижение прочностных качеств, за счет чего снижается чувствительность и появляется погрешность в измерениях. Отрицательная температура наоборот — приводит к излишнему отверждению, что также изменяет диапазон растяжения и сжатия.

Ниже приводятся рабочие диапазоны температур для разных видов клея:

Приведенные диапазоны являются максимальными и сильно зависят от состава клея.

Большое значение имеет основа, на которую нанесен полупроводник. У фольговых резисторов ТКС может составлять всего ±0,05 ppm/°C в диапазоне от 0 до +60⁰С. Это один из самых стабильных видов датчиков.

Самый большой ТКС наблюдается у датчиков на основе углеродной проводящей пленки. Он может достигать 500 ppm/°С и погрешность будет не менее 5%, а то и все 10%. Поэтому такие тензодатчики не используются там, где нужна высокая точность измерений.

Чем ниже ТКС, тем стабильнее резистор в условиях колебаний температур. Учитываем и клеящий состав, который тоже вносит свою лепту в появление погрешностей.

Защита тензодатчиков от действия окружающей среды

Существует несколько способов температурной компенсации. Наиболее распространенные из них следующие:

использование константановой проволоки;

соединение двух полупроводников с р и n-проводимостью;

применение термочехлов для защиты от низких и высоких температур.

Тензодатчики выпускаются в низко- и высокотемпературном исполнении. Такие устройства предназначены для работы в экстремальных условиях. Они изготавливаются из специальных сплавов (нихром) с использованием защитных покрытий (термочехол с подогревом, термостойкая обмазка из стекла и алюминия, специальный цемент, эмали).

Полная компенсация воздействия окружающей среды, к сожалению, невозможна, особенно для экстремальных условий. Наибольшая точность достигается в стабильных условиях и с применением защитных устройств и покрытий.

Источник

Температурная компенсация: Ключ к точным измерениям

Почему температура является важным фактором?

Во избежание серьезных ошибок при осуществлении измерений, механическая работа измерительного прибора также зависит от текущей температуры. Это в основном влияет на компоненты, такие как электрические подсоединения и кабели, используемые для передачи измеренных значений. Всего несколько из стандартных материалов могут выдержать воздействие окружающей температуры, тем более, если температура 100 °C. Кабельные клеммы и сами кабели могут расплавиться или даже возгореться. Кроме того, точность измерения, температура, также влияют на безопасность рабочего процесса.

К счастью, пользователи могут избежать выше описанных рисков, так как датчики давления можно оптимизировать для различных температурных условий – с одной стороны, с помощью температурной компенсации, а с другой стороны – используя дополнительные охлаждающие элементы, а особенно, термо-устойчивые материалы.

Возможность избежать образование температурной погрешности

Существует два вида термокомпенсации:

Активная компенсация температуры остается самым предпочитаемым методом, потому что она приводит к получению самых точных результатов.

Сама термокомпенсация, с одной стороны, не имеет ограничений. Как было указано ранее, температура влияет не только на точность предоставляемых датчиком давления измерений. Механические компоненты измерительной ячейки подвергаются негативному воздействию температуры 150 °C. При наличии такой температуры, контакты и заземляющие перемычки ослабляются, и происходит повреждение датчика. Если при осуществлении измерений ожидается воздействие особо высоких температур, то будет необходимо использование дополнительных охлаждающих элементов, для правильной работы прибора.

Охлаждающие элементы при наличии высоких температур среды

Для защиты датчика от высоких температур существует четыре варианта в зависимости от сферы применения и температуры.

Вариант A: Температура среды около 150 °C

В данном варианте, охлаждающий элемент встраивается между измерительной ячейкой и расширителем. Это делается для ограждения электроники от среды, таким образом, последняя продолжает работать без повреждений при повышении температуры.

Вариант B: температуры выше 150 °C

Вариант C: экстремально высокие температуры (до 250 °C)

При наличии экстремально высокой температуры среды, следует использовать как охлаждающий элемент направленную вперед изоляционную систему, имеющую охлаждающую секцию в своей конструкции. Однако, такая система имеет довольно крупные размеры и может негативно сказаться на точности измерений.

Датчик с изолятором и охлаждающей секцией подходит для температур выше 250 °C

Вариант D: Особый случай с использованием теплового шкафа или камеры для климатических испытаний

В случае, когда необходимо произвести измерение давления в тепловом шкафу при температуре среды до 150 °C, электронику датчика давления нельзя подвергать воздействию температуры, так как повреждения будут неизбежны. Таким образом, только измерительная ячейка (с напорным отверстием и корпусом из нержавеющей стали) должна быть расположена внутри теплового шкафа, а электроника должна быть подключена дистанционно за пределами шкафа (она также должна находиться в корпусе из нержавеющей стали) с помощью фторированного этилен-пропиленового кабеля, выдерживающего воздействие высоких температур.

Итоги: правильная консультация – ключ к верному выбору оборудования

Точность пьезорезистивных датчиков давления напрямую зависит от температурного воздействия. Температурное воздействие на напорное отверстие может быть компенсировано пассивным или активным образом, таким образом, используемый прибор будет отвечать требованиям касательно получения максимально точных измерений по всему заданному температурному диапазону. Более того, учитывается влияние температуры среды на механические компоненты измерительного прибора. Необходимо проконтролировать использование предварительно вмонтированных охлаждающих элементов и устойчивых к тепловому воздействию материалов. Таким образом, пользователь всегда должен полагаться на инструкции от производителя и убедиться, что доступные датчики давления возможно оптимизировать в соответствии с выдвигаемыми требованиями.

Источник

Диапазон термокомпенсации что это

Дополнительная температурная погрешность является важной характеристикой датчиков механических величин, определяющей погрешность их измерения. Поэтому эта величина всегда указывается в числе основных параметров этих датчиков. Большинство производителей нормирует дополнительную температурную погрешность с помощью линейного температурного коэффициента, т.е. в процентах от диапазона изменения выходного сигнала датчика на один или десять градусов Цельсия (или Фаренгейта в англоязычных странах). При этом, как правило, предполагается, что знак температурной погрешности может быть любой, так что обычно она указывается как ± λ %/°С (или + λ %/10°С). Так рекомендуют нормировать температурную погрешность и нормативные документы МЭК, а вслед за ними российские стандарты.

В настоящей статье рассмотрены недостатки такого метода нормирования дополнительной температурной погрешности датчиков механических величин, особенно явно проявляющиеся в тензорезисторных полупроводниковых датчиках, которые сегодня составляют большинство используемых датчиков давления, силы, параметров движения и т.д. В конкретных примерах используются тензорезисторные датчики давления на основе гетероэпитаксиальных структур «кремний на сапфире» (КНС), широко распространенные в России.

Совершенно очевидно, во-первых, что указанное нормирование имеет смысл только при линейной зависимости выходного сигнала датчика от температуры. Однако линейная аппроксимация температурной зависимости выходного сигнала тензорезисторного датчика с приемлемой степенью точности может быть использована лишь для датчиков с металлическими тензорезисторами и/или в сравнительно небольшом интервале температур. Поскольку для полупроводников характерна сильная и нелинейная зависимость параметров от температуры, то и выходной сигнал полупроводниковых тензорезисторных датчиков, как правило, существенно нелинейно зависит от температуры, что особенно заметно при работе в широком диапазоне температур.

Во-вторых, указанное нормирование фактически дезориентирует потребителя, заставляя его удваивать реальную погрешность измерений. Дело в том, что у конкретных датчиков с линейной температурной зависимостью выходного сигнала наклон этой зависимости имеет вполне определенный знак, так что сигнал может только либо убывать, либо возрастать с температурой. Имея нормирование температурной погрешности в %/°С с указанием определенной величины и знака, потребитель может реально оценить и учесть погрешность измерения, например, давления, при определенной температуре; однако, если знак не определен, то и неопределенность измерения сильно возрастает.

Сказанное поясняется рис.1. На рис.1а показан случай, когда измеряемое давление (пропорциональное выходному сигналу датчика) линейно падает с ростом температуры. В этом случае при известной температуре Т_изм потребитель может учесть температурную погрешность и привести измеряемое датчиком давление Р_изм к фактическому давлению Р_н, которое нормируется при «нормальной» температуре Т_н:

где λ – наклон зависимости Р(Т) (λ Рис.1. Температурная погрешность измерения давления при линейной зависимости выходного сигнала датчика от температуры в случае отрицательного (а) и неопределенного (б) знака линейного температурного коэффициента λ.

Совершенно по-другому обстоит дело, когда знак температурной погрешности не определен (рис.1б). В этом случае даже при известной температуре измерения неопределенность измеряемого давления составляет ΔР = (Р_н1 – Р_н2) даже без учета основной погрешности датчика.

Конечно, если температура измерения неизвестна даже приблизительно, и о ней известно лишь, что она лежит в пределах (Т_макс – Т_мин) рабочего интервала температур, то результирующая неопределенность измерения давления составляет

вне зависимости от того, известен знак коэффициента наклона прямой Р(Т) или нет.

Рассмотрим случай нелинейной температурной зависимости выходного сигнала тензорезисторного преобразователя (ТП). Например, для ТП давления на основе структур КНС, температурный дрейф которых компенсируется схемой с термонезависимыми резисторами, зависимость выходного сигнала от температуры близка к параболической [5]. Аналогичную зависимость имеют кремниевые ТП с диффузионными или имплантированными тензорезисторами. Соответственно измеряемое датчиком с таким ТП давление (пропорциональное выходному сигналу датчика) также нелинейно зависит от температуры (рис.2), если не принимать специальные меры для его дополнительной корректировки в электронной схеме, например, с помощью микропроцессора. В этом случае в соответствии с буквой нормативных документов, если нормировать температурную погрешность линейным коэффициентом, то необходимо указывать максимальное (по абсолютной величине) значение наклона ±λ_макс касательной к параболе (тонкие прямые на рис.2). В результате нормативную суммарную температурную погрешность в рабочем интервале температур Т_макс….Т_мин следует определять по (2):

Очевидно, что эта величина намного превосходит фактическую суммарную температурную погрешность (см. рис.2)

Отсюда следует, что при нелинейной температурной зависимости выходного сигнала датчика использовать для нормирования дополнительной температурной погрешности измерения линейный температурный коэффициент λ бессмысленно, поскольку в пределах рабочего интервала температур он изменяется по величине и по знаку (в том числе проходя через ноль), а по существующим правилам в руководстве по эксплуатации необходимо указывать максимальное (по абсолютной величине) значение λ.

Именно по этой причине в датчиках давления МИДА-13П в качестве меры дополнительной температурной погрешности нормируется зона температурной погрешности в рабочем интервале температур ΔР_ф, которая и указывается в паспорте датчика. Статистические данные по величине зоны температурной погрешности датчиков МИДА-13П приведены в [6]. Надо сказать, что Госстандарт вполне согласен с таким подходом, и все нормативные документы датчиков МИДА признаны Госреестром РФ. Использование для нормирования дополнительной температурной погрешности измерений зоны температурной погрешности (наряду с линейным температурным коэффициентом) допускается и некоторыми зарубежными стандартами.

Рис.2. Определение зоны температурной погрешности измерения давления для датчика с нелинейной температурной зависимостью выходного сигнала:

ΔРф – фактическая зона температурной погрешности; ΔРн – нормативная зона температурной погрешности при нормировании температурной погрешности

линейным коэффициентом температурной зависимости.

Рис.3. Типичная температурная зависимость дополнительной температурной погрешности измерения давления датчиком МИДА-13П, термокомпенсированным в 120-градусном интервале температур (-40. +80 °С). «Нормальная» температура Тн = (20±5) °С. При термокомпенсации в другом интервале температур такой же ширины (например, 200. 320 °С) температурная зависимость погрешности имеет аналогичный вид (но в этом случае для приведенного примера «нормальная» температура должна быть Тн = (260+5) °С).

20 °С) и в крайних точках рабочего интервала температур, то линейный коэффициент температурной погрешности в области низких температур по абсолютной величине получается значительно больше, чем в области высоких температур (штрих-пунктирные прямые на рис.4), хотя реальная температурная зависимость погрешности симметрична относительно центра области термокомпенсации.

Точно так же невозможно обеспечить одновременную минимизацию температурной погрешности измерения в двух температурных интервалах, если их центры не совпадают. Поскольку минимальная температурная погрешность достигается в центре интервала термокомпенсации, то в температурном интервале, смещенном от центра, температурная погрешность всегда будет больше, чем если бы термокомпенсация проводилась в этом температурном интервале (рис.5).

C учетом вышесказанного тем более неприемлемо нормирование температурной погрешности измерения линейным температурным коэффициентом для высокотемпературных датчиков давления (если только их реальная температурная зависимость выходного сигнала не описывается линейным законом). Более того, при термокомпенсации и нормировании дополнительной температурной погрешности высокотемпературных датчиков давления возникает еще одна проблема.

Рис.4. Если определение температурной погрешности датчика проводится по измерениям при температуре Т_к, не совпадающей с серединой интервала термокомпенсации (Т_н), и крайних температурах интервала, то, во-первых, возникает кажущая разница в температурных погрешностях с «минусовой» и с «плюсовой» сторон, а, во-вторых, занижается значение зоны температурной погрешности по сравнению с фактической.

Рис.5б. Температурная погрешность для того же самого датчика, скомпенсированного

Δ₂= 4,27% (увеличение менее, чем в 1,5 раза).

Как правило, высокотемпературные процессы, при которых необходимо измерять давление жидкой или газообразной среды, находящейся при высокой температуре (до 300-400 о С) проходят при фиксированной температуре Т_пр, определяемой технологией процесса. Очевидно, что погрешность измерения давления была бы минимальна, если бы калибровка датчика (определение основной погрешности измерения) производилась при температуре Т_пр, а температурная компенсация – в некотором диапазоне температур вокруг Т_пр. Правда, при этом и периодическая поверка таких датчиков должна была бы проводиться при рабочей температуре Т_пр, а это практически невозможно осуществить ни у потребителя, ни в лабораториях Госстандарта. Если же калибровать датчик при комнатной температуре, то при рабочей температуре погрешность измерения будет неоправданно велика.

При периодической поверке при комнатной температуре Т_к (точность поддержания которой не должна быть хуже 1-2 о С) при необходимости с помощью регулировок «нуля» и «диапазона» устанавливаются паспортные значения I_ок (или I_рк) и I_мк. Проверяется нелинейность и вариация датчика, и в случае их соответствия паспортным данным датчик можно использовать для измерения давления высокотемпературных сред с погрешностью, определяемой величиной основной погрешности (при близости значений Т_н и Т_пр) или не выходящей за ширину зоны температурной погрешности (при Т_пр € [Т_н-50 о С, Т_н+50 о С]). Это, среди прочего, гарантируется тем, что компенсация температурной погрешности в датчиках МИДА проводится с помощью термонезависимых резисторов, находящихся в электронном блоке вдали от высокотемпературной измеряемой среды.

Рис.7. Выходной сигнал датчика высокотемпературных сред МИДА-ДИ-12П

Таким образом, для тензорезисторных датчиков механических величин, работающих в широком интервале температур, нормирование дополнительной температурной погрешности с помощью линейного температурного коэффициента приводит к значительному искажению результатов измерения. Более правильным является нормирование зоны температурной погрешности в интервале температур, в котором производится термокомпенсация датчиков. Это особенно важно для полупроводниковых тензорезисторных датчиков с нелинейной температурной зависимостью выходного сигнала.

ПРИМЕЧАНИЕ: В настоящее время в высокотемпературных датчиках МИДА-ДИ-12П компенсация температурной погрешности производится цифровой обработкой сигнала и не превышает 0,5% во всём рабочем диапазоне температур.

Источник

Температурная компенсация в зарядных устройствах MEAN WELL

Практически все аккумуляторы являются химическими источниками тока. Многие химические реакции зависят от температуры – в общем случае, чем температура окружающей среды и вещества выше, тем быстрее протекают процессы химической реакции, и наоборот, процессы замедляются при низкой температуре. Один из наиболее популярных типов аккумуляторных батарей (АКБ) – свинцово-кислотный аккумулятор является классическим примером химического источника тока. Заряд такой аккумуляторной батареи является электрохимической реакцией, и, соответственно, зависит от температуры. Чем батарея горячее, тем меньше становится внутреннее сопротивление АКБ, а при низкой температуре внутреннее сопротивление АКБ наоборот – увеличивается. Поэтому целесообразно корректировать напряжение заряда в зависимости от температуры АКБ.

Такая корректировка напряжения называется температурной компенсацией заряда, которая позволяет быть уверенным, что АКБ не окажется в недозаряженном состоянии или получит перезаряд при номинальном напряжении заряда в условиях температуры, имеющей значительное отклонение от нормальной. При этом сам заряд будет проходить в щадящем для аккумулятора режиме, что продлит срок его службы и уменьшает затраты на обслуживание.

В первую очередь, при обслуживании аккумуляторных батарей следует ориентироваться на рекомендации по эксплуатации производителей аккумуляторов и паспортной документации. Так, нормальный температурный диапазон для заряда свинцово-кислотных АКБ составляет +20…+25°С, и в этом случае температурная компенсация заряда не требуется. Однако, в ряде применений, например, при расположении АКБ в необслуживаемых помещениях, где нет возможности обеспечить оптимальный температурный режим, или аккумуляторная батарея большой емкости и габаритных размеров, когда ее транспортировка в помещение для обслуживания является сложной задачей, тогда температурная компенсация заряда будет необходимой.

Для таких случаев компания MEAN WELL в старших моделях зарядных устройств серий PB-600, PB-1000, HEP-600C реализовала встроенную функцию температурной компенсации заряда в автоматическом режиме. В составе комплекта идет датчик температуры – термистор с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), который подключается к специальному разъему зарядного устройства.

Как осуществляется температурная компенсация – при отклонении температуры АКБ (поверхности в месте крепления датчика) происходит изменение напряжения заряда с температурным коэффициентом 3.3 мВ/(элемент×°С)*, что составляет ≈ 0.02В для 12В АКБ или ≈ 0.036В для 24В АКБ. С ростом температуры напряжение заряда уменьшается пропорционально произведению разницы температур (между нормальным +25°С и фактическим значениями) и температурного коэффициента. При уменьшении температуры напряжение заряда увеличивается также пропорционально произведению разницы температур и температурного коэффициента для АКБ. Например, для моделей зарядных устройств PB-600-12 и PB-600-24 номинальные значения напряжения заряда при температурной компенсации составляют:

В младших моделях зарядных устройств MEAN WELL функция температурной компенсации заряда не предусмотрена, так как, как правило, это АКБ небольшой емкости и могут быть транспортированы в помещение с подходящими температурными условиями для обслуживания.

Источник

Что такое температурная компенсация PH метра и для чего нужна

На показания PH-метров оказывает влияние ряд возмущающих факторов – от движения потока жидкости внутри посуды с измеряемым раствором до периодичности калибровки.
Но в значительной мере ошибка зависит от текущей температуры. Это касается и других измерительных приборов, основанных на непрямом методе измерения, например влагомеров зерна.
Причина в том, сопротивление образца, активность движения заряженных ионов зависят от температуры. Речь идет как о жидкости, так и приборе, так и температуре окружающего воздуха.

Что такое PH метр с термокомпенсацией

Это разные вещи. Калибровка по стандартным образцам и подстройка под температуру. Для точного результата нужно и первое и второе. Точнее, калибровка точно нужна, а термокомпенсация только, когда нужна идеальная точность.

Если проанализировать ассортимент пш-метров, представленных в продаже в Украине, можно заметить, что ряд из них на корпусе имеют нанесенные буквы АТС. Это и есть рассматриваемая нами термокомпенсация. По цене такие РН метры стоят дороже и это понятно. Во-первых, сам термометр стоит денег, во-вторых, вы получаете устройство более точное, что не может стоить дешево.
Другой вопрос, что встречается и откровенный обман. То есть написано АТС, а термометра и близко не видно. Поэтому перед выбором того или иного измерителя кислотности, нужно обратить внимание на :

Источник