Curva característica, histéresis, error de medición: terminología en tecnología de medición de presión

Curva característica, histéresis, error de medición: terminología en tecnología de medición de presión

Las primeras fuentes de datos para los usuarios de la tecnología de medición de presión son a menudo las hojas de datos suministradas por los fabricantes. Aquí suelen ser de particular interés los datos de precisión. En este contexto, aparecen una gran cantidad de términos cuya comprensión es de gran importancia en la valoración de ese instrumento de medida en particular.

Sobre el tema de la precisión , se puede afirmar fundamentalmente que el término en sí no está sujeto a ningún estándar definido. Sin embargo, este no es el caso de la terminología que surge en asociación con las especificaciones de precisión, incluida la curva característica, histéresis, no linealidad, no repetibilidad y error de medición. A continuación, explicaremos brevemente estos términos.

Curva característica

La curva característica indica la dependencia de la señal de salida (valor medido) de la señal de entrada (presión). En el escenario ideal, la curva característica será una línea recta.

No linealidad

La mayor desviación (positiva o negativa) de la curva característica de una línea de referencia se describe como no linealidad. La línea de referencia en sí se puede determinar mediante tres métodos diferentes : ajuste del punto final, línea recta de mejor ajuste (BFSL) y mejor ajuste hasta cero. Cada uno de estos métodos llega a resultados diferentes, siendo el ajuste del punto límite el método más utilizado en Europa. Aquí, la línea de referencia pasa por el punto inicial y final de la curva característica.

Error de medición

El error de medición, o desviación de medición, describe el cambio del valor mostrado del valor “correcto”. Este valor “correcto” es ideal, que en la práctica sólo se puede alcanzar con un dispositivo de medición de alta precisión en condiciones de referencia, como un patrón primario que se utilizaría en la calibración. El error de medición se expresa como un error absoluto o relativo. El error absoluto se muestra en las mismas unidades que el valor medido, mientras que el error relativo se refiere al valor correcto y permanece libre de unidades.

Errores de tramo y punto cero

En la producción de sensores, existen desviaciones del dispositivo de referencia (estándar). Las desviaciones de medición en los puntos inicial y final del rango de medición se denominan errores de punto cero y rango. Este último se relaciona con la diferencia entre los dos valores. El error de punto cero es la diferencia entre el punto cero ideal de la línea característica objetivo y el valor de salida real de la curva característica real.

El usuario puede leer fácilmente el error de punto cero en un estado sin presión. Para eliminarlo, el usuario debe ingresarlo como una compensación en la unidad de evaluación. La eliminación del error de rango es algo más difícil, ya que la presión al final del rango de medición debe aproximarse con precisión.

Histéresis

El valor medido mostrado depende no solo de la variable de entrada (aquí, presión), sino también de los valores medidos previamente a partir de la variable de entrada.

Si la curva característica del dispositivo de medición se registra con presión continuamente creciente y luego se compara con la curva característica a presión continuamente decreciente, se nota que las señales de salida, a pesar de presiones idénticas, no son exactamente idénticas. La desviación máxima entre estas dos curvas características se denomina histéresis y se expresa como un porcentaje de la escala completa (% FS).

No repetibilidad

Incluso cuando se miden en condiciones idénticas, los transmisores de presión electrónicos están sujetos a influencias estocásticas, por lo que la señal de salida no es idéntica a los mismos valores de presión en mediciones sucesivas. La mayor desviación en tres mediciones sucesivas tomadas desde la misma dirección de aproximación se expresa así como no repetibilidad. Un dispositivo de medición de presión confiable es reconocido por los usuarios por su no repetibilidad más baja posible.

De manera similar a la histéresis, la no repetibilidad no se puede compensar.

Error de temperatura

Los cambios de temperatura afectan directamente las características de un sensor de presión . La resistencia eléctrica de los semiconductores, tal como se utilizan en los transmisores de presión piezorresistivos, disminuye con el aumento de la temperatura, por ejemplo. Por lo tanto, los fabricantes optimizan sus productos mediante una característica térmica equilibrada. Los errores relacionados con la temperatura se compensan directamente en el sensor o se realizan electrónicamente. Algunos dispositivos también tienen un sensor de temperatura que compensa directamente estos errores relacionados con la temperatura. De todos modos, errores como este solo se pueden minimizar pero no eliminar por completo. Algunos fabricantes indican este error de temperatura residual como un coeficiente de temperatura.

Presión de sobrecarga – Sobrepresión

Los límites de error especificados se superan en el rango de sobrecarga. Sin embargo, el transmisor de presión no sufre daños duraderos.

Presión de rotura

La presión de ruptura indica la presión a la que se produce la deformación del transductor de presión, donde se daña mecánicamente.

Estabilidad a largo plazo

Las influencias externas afectan al instrumento de medición. Por esta razón, la curva característica no permanece constante durante años de uso. La estabilidad a largo plazo (también deriva a largo plazo) la determinan los fabricantes en condiciones de laboratorio y se enumeran en las hojas de datos como un porcentaje de la escala total por año.

Sin embargo, las condiciones de funcionamiento reales del dispositivo pueden diferir significativamente de las condiciones de prueba. Los procedimientos de prueba entre fabricantes también pueden variar ampliamente, lo que dificulta aún más la comparación de los datos. En general, se recomienda que el transductor de presión se calibre a intervalos regulares y, si es necesario, se ajuste.

Precisión: No conformidad de una curva

Como se mencionó al principio, la “ precisión ” no es un valor fijo. Otro término que se utiliza ocasionalmente para referirse a la precisión es la no conformidad de una curva. Describe el error total máximo según IEC 770 y comprende la desviación de linealidad y la histéresis, así como la no repetibilidad. Por lo tanto, es la desviación de la línea característica ideal en el valor final del rango de medición y se expresa como un porcentaje.

Descargue la infografía STS gratuita sobre el error total aquí:

Sensores de presión con bucle de corriente: ¿Qué se debe tener en cuenta en caso de autocalentamiento?

Sensores de presión con bucle de corriente: ¿Qué se debe tener en cuenta en caso de autocalentamiento?

Cuando se utilizan sensores de presión equipados con un bucle de corriente, puede producirse un autocalentamiento debido a su diseño inherente. Este calor se produce cuando la corriente eléctrica fluye a través de un conductor o semiconductor eléctrico. El efecto de la formación de calor se basa en la primera ley de Joule, según la cual se genera un voltaje a través de la resistencia eléctrica del conductor. Todo el conductor eléctrico se ve afectado por este aumento de temperatura, donde el calor eléctrico creado también se conoce como “calentamiento Joule”.

Una investigación correspondiente en STS ha demostrado que el autocalentamiento puede conducir a fluctuaciones de precisión en las mediciones. El alcance de estas fluctuaciones depende de la calidad del sensor respectivo, así como de los entornos y condiciones de aplicación específicos.

En aplicaciones donde la presión se ejerce rápidamente en todo el rango de presión del sensor, puede ocurrir una tasa de error máxima de <0.1% FS. Sin embargo, según el diseño del sensor, este  error de medición  también suele desaparecer después de un período de dos minutos. Con un suministro de energía constante y uniforme y una temperatura elevada, prevalece un estado de equilibrio, donde el calor creado es ahora igual a la energía eléctrica consumida.

Sin embargo, para evitar imprecisiones temporales de medición, STS recomienda los siguientes procedimientos:

  • Reduzca la tensión de alimentación de 24 V a 12 V, ya que una tensión más baja también implica una entrada de energía menor.
  • Aumente la resistencia a la carga.
  • Cambie a sensores con salida de voltaje.

Las ventajas de seguir estos consejos son obvias. Al reducir la entrada de energía, obtendrá inmediatamente resultados más precisos, mejorando tanto la eficiencia como la confiabilidad de todo el proceso de medición. Una vez que se han eliminado las inexactitudes temporales de medición, también se puede aplicar una medición dinámica precisa y confiable.

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