Rigtig fortolkning af specifikationer for tryksensorer. En orienteringshjælp

Desto vigtigere er det at vide, hvilke detaljer det kommer an på, hvor forskellene findes, og hvordan dataene skal håndteres.

De to begreber præcision (precision) og nøjagtighed (accuracy) er ikke det samme, og de skal holdes korrekt ude fra hinanden, når der tales om målesensorer. Præcision indeholder linearitetsafvigelsen i måleområdet, hysteresen og gentagelsesnøjagtigheden. Måleværdierne ligger mere eller mindre tæt op ad det endelige gennemsnit og kan kvantificeres ved spredningen. Præcisionen indeholder dog intet udsagn om, hvor tæt gennemsnitsværdien af de enkelte målinger ligger op ad den sande værdi. Denne afvigelse er graden af nøjagtigheden. 

Præcisionen er karakteriseret ved spredningen omkring gennemsnitsværdien. Nøjagtigheden er afvigelsen af gennemsnitsværdien af de enkelte målinger fra den sande værdi.

Maksimal måleafvigelse vs. isoleret standardafvigelse

Sensorer specificeres forskelligt afhængigt af udbyderne. Hos nogle udbydere angives den maksimale måleafvigelse, mens andre bekendtgør standardmålefejlen isoleret. De to størrelser er dog principielt forskellige.

Standardmålefejlen er karakteriseret ved spredningen (radius) (præcision), mens den maksimale måleafvigelse baserer på summen af offset (nøjagtighed) og standardmålefejlen (præcision).

På grund af disse forskellige specifikationer opstår der den problematik, at sensorer med «den samme værdi» ligger langt væk fra hinanden. Angives begge sensorer med 0,1% Full Scale (FS), mangler oplysningen om offsettet ved den ene. Her fremgår det så ikke, i hvilket omfang den målte værdi korrelerer med den sande værdi. Det er altså muligt, at sensoren med en standardmålefejl på 0,1% FS svarer til en maksimal måleafvigelse på 0,5% FS. For at realisere en maksimal måleafvigelse på 0,1% FS burde sensoren altså være betydeligt bedre dvs. f.eks. 0,05% FS for standardmålefejlen (præcision, spredning) plus 0,05%FS for offsettet.

Angives det ikke udtrykkeligt og på en forståelig måde i datablade, om der er tale om den maksimale måleafvigelse eller om standardmålefejlen, bliver man nødt til at nærlæse teksten. Det springende punkt er, om nulpunkt- og slutværdiafvigelsen er indeholdt i angivelsen. Her et eksempel:

Specifikationen efter standardmålefejl indeholder linearitetsafvigelsen (efter indstilling af mindste værdi, BFSL) samt hysteresen og ikke-reproducerbarheden, mens specifikationen efter den maksimale måleafvigelse indeholder nulpunkt-, slutværdi- og linearitetsafvigelsen (efter grænsepunktindstilling) samt hysteresen og ikke-reproducerbarheden (EN 61298-2).

Konstatering af afvigelserne

Desuden skal man være opmærksom på, hvordan afvigelserne konstateres, uafhængigt af om det drejer sig om standardmålefejlen eller den maksimale måleafvigelse. Også her findes der to udbredte, forskellige fremgangsmåder.

Der arbejdes med et stort antal sensorer, og der gennemføres tilsvarende enkelte målinger. Ved angivelsen «typisk» fejl ligger kun 68% (1) inden for specifikationen. Det vil sige, at 32% af sensorerne ikke svarer til den specifikation, som angives af producenten.

Det er tegn på en høj kvalitet, hvis der specificeres efter den «maksimale» fejl, da statistisk set 99,7% (3) af måleinstrumenterne opfylder specifikationen. Der findes altså praktisk taget ingen sensor uden for producentens oplysninger.

Begrebsdefinition temperaturafhængighed

Standardmålefejlen og/eller den maksimale måleafvigelse angives mht. en referencetemperatur. Denne ligger typisk på 20°C. For det meste anvendes en sensor hverken ved 20°C eller ved konstant temperatur. Dette påvirker standardmålefejlen og den maksimale måleafvigelse, der forringes. Dette skyldes, at karakteristikken kun kan sammenlignes for en temperatur. Således ændres ved varierende temperaturer både nulpunktets position og margenfejlen (indstilling af grænsepunkt eller mindste værdi) i hele trykområdet.

Temperaturkoefficienten «nulpunkt» (TK-nulpunkt) betegner temperaturindflydelsen på standardmålefejlen eller den maksimale måleafvigelse i trykløs tilstand. Typisk angives koefficienten som % af FS pr. 10°C. En sensor med en initial, maksimal måleafvigelse på 0,1% FS (ved 20°C) har en tilsvarende afvigelse på 0,2% FS ved et TK-nulpunkt på 0,05% FS/10°C og en brugstemperatur på 40°C.

Temperaturkoefficienten «margen» (TK-margen) betegner indflydelsen på standardmålefejlen eller den maksimale måleafvigelse i hele måleområdet. Typisk angives koefficienten som % af FS pr. 10°C. Dette adderes med nulpunktforskydningen og kan ligestilles med den faldende præcision.

Illustrationen er i analogi med Fig. 1 dvs. at afstanden mellem sand værdi (blåt punkt) og gennemsnittet af de enkelte målinger (rødt punkt) svarer til offsettet. Strøkredsen (standardmålefejl) genspejler præcisionen og er punktskyen med de enkelte målinger (grå punkter). Til sidst fører strøkredsen og offsettet til den maksimale måleafvigelse, der illustreres med det grønne, stiplede cirkelsegment. TK-nulpunktet påvirker offsettet. TK-margenen påvirker standardmålefejlen. Sammen påvirker TK-nulpunktet og TK-margenen den maksimale måleafvigelse

Reelle temperaturafhængigheder

På Fig. 6 ses det tydeligt, at temperaturafhængigheden for den maksimale målefejl ubetinget skal betragtes, når der vælges tryksensorer. I det illustrerede eksempel blev alle sensorer betragtet ved 20°C og 0,3% FS maksimal måleafvigelse. Det betyder, at det her ikke drejer sig om den initiale nøjagtighed ifm. referencetemperaturen.

Dækker anvendelsen et større temperaturområde, er temperaturstabiliteten for det meste vigtigere end nøjagtigheden i starten. På illustrationen ses dette i form af en stiplet linje. Allerede ved temperaturer, der afviger mere end 10°C fra referencetemperaturen, er denne sensor med mere initialnøjagtighed nøjagtigere end de fleste andre på illustrationen. Anvendelsessituationen (driftstemperatur og temperatursvingninger) skal altså kontrolleres nøje.

Strenge specifikationskriterier for høj kvalitet og pålidelighed

Baumer leverer fremragende tryksensorer, som er specificeret ordentligt og kan bruges af kunden til pålidelige opgaver.

I de fleste tilfælde specificerer Baumer den maksimale måleafvigelse og ikke isoleret standardmålefejlen. Sammenlignes sådanne udvalgte tryksensorer med «samme værdier» med hinanden, så er sensoren efter maksimal måleafvigelse mere præcis. Skal det absolutte tryk måles, eller er referenciering ikke mulig i et målesystem (tom/fuld eller en yderligere kendt tilstand), skal der vælges en sensor, der er specificeret efter maks. måleafvigelse. Årsagen er her, at afvigelsen fra gennemsnitlig måleværdi til sand værdi ved den anden specifikation ikke eller i det mindste betinget er kendt. Baumer fastlægger kvaliteten af sensorerne efter «maksimal» og ikke efter «typisk» fejl. Iht. statistik ligger 99,7% af sensorerne, der er prøvet iht. «maksimal» fejl, inden for specifikationen, mens 32% af sensorerne, der er prøvet iht. «typisk» fejl, ikke opfylder denne.

Man skal være forsigtig mht. sensorernes temperaturområde, da den maksimale måleafvigelse som følge af temperaturafhængigheden kan påvirkes i stort omfang. Der skal tages højde for TK-nulpunkt og TK-margen afhængigt af den enkelte opgave. En temperaturstabil sensor skal i hvert fald foretrækkes.

Baumer står for den «skarpere» definition for alle elementer. Dermed gives kunden den nødvendige sikkerhed og høj kvalitet.

Yderligere informationer: www.baumer.com/druck