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Die Beurteilung der Linearität eines Drucksensors ist eine sehr wichtige und häufige Aufgabe, da sie sich direkt auf die Messgenauigkeit des Sensors auswirkt.
1. Was ist Linearität?
Linearität, auch Nichtlinearitätsfehler genannt, bezieht sich auf die maximale Abweichung zwischen der tatsächlichen Ausgangskennlinie eines Drucksensors (das Verhältnis zwischen Ausgangssignal und Eingangsdruck) und einer idealen Geraden (der angepassten Linie). Diese Abweichung wird normalerweise als Prozentsatz der Gesamtleistung (FSO, Full Scale Output) ausgedrückt.
Vereinfacht ausgedrückt sollte der Ausgang eines idealen Drucksensors perfekt proportional zum Eingangsdruck sein und eine gerade Linie bilden. In der Realität weist jedoch die tatsächliche Kurve jedes Sensors aufgrund von Herstellungsprozessen, Materialeigenschaften und anderen Faktoren leichte Schwankungen auf. Linearität ist die Metrik, die misst, wie „gerade“ die tatsächliche Kurve ist.
2. Wichtige Schritte zur Berechnung der Linearität
1). Erhalten Sie Kalibrierungsdaten
Dies ist die Grundlage für die Beurteilung der Linearität. Sie müssen die Ausgabe des Sensors an einer Reihe bekannter, gleichmäßig verteilter Druckpunkte aufzeichnen (normalerweise einschließlich des Nullpunkts und des Endpunkts sowie mindestens 3–5 Zwischenpunkten). Diese Daten werden häufig vom Sensorhersteller bereitgestellt (im Produktdatenblatt) oder Sie können sie mithilfe hochpräziser Kalibriergeräte selbst erfassen.
2). Bestimmen Sie die „Anpassungslinie“
Für die Berechnung der Linearität ist eine Referenz erforderlich – die „Anpassungslinie“. Wie diese Linie gezeichnet wird, ist unterschiedlich und die gewählte Methode wirkt sich direkt auf die Linearitätszahl aus. Bei der Interpretation der Linearität besteht die erste Aufgabe darin, zu bestätigen, welche Anpassungsmethode im Datenblatt oder Bericht verwendet wurde.
Zu den gängigen Methoden gehören:
Endpunktlinie: Zeichnen Sie eine gerade Linie zwischen dem Nullpunkt (0 % Druck) und dem Endpunkt (100 % Druck). Dies ist die gebräuchlichste und einfachste Methode.
Best Fit Straight Line (BFSL) oder Methode der kleinsten Quadrate: Verwenden Sie Mathematik, um die Linie zu finden, die die Summe der quadratischen Abweichungen zwischen der Linie und allen tatsächlichen Datenpunkten minimiert. Dies führt normalerweise zu einem kleineren Linearitätsfehler als die Endpunktmethode.
Nullbasierte Methode: Erzwingen Sie, dass die angepasste Linie durch Null geht, und passen Sie dann ihre Steigung an, um die maximale Abweichung zu minimieren.
Wichtiger Hinweis: Mit unterschiedlichen Anpassungsmethoden ermittelte Linearitätswerte sind nicht direkt vergleichbar! Beispielsweise könnte ein Sensor, der mit der Endpunktmethode eine Linearität von ±1,0 % FS spezifiziert, eine ähnliche Leistung erbringen wie ein Sensor, der mit der Best-Fit-Methode eine Linearität von ±0,5 % FS spezifiziert hat. Daher müssen Sie sich über die Referenzmethode im Klaren sein.
3). Berechnen Sie die maximale Abweichung. Bestimmen Sie die „Anpassungslinie“
Berechnen Sie auf der Grundlage der gewählten Anpassungslinie an jedem Kalibrierungspunkt die Differenz zwischen der tatsächlichen Ausgabe und dem theoretischen Wert auf der Anpassungslinie:
Abweichung = tatsächliche Ausgabe – angepasster Linienwert
Finden Sie die größte absolute Abweichung unter allen Punkten – das ist die maximale Abweichung (Δmax).
4). Berechnen Sie den Linearitätsfehler
Teilen Sie die maximale Abweichung durch den Vollausschlag (FSO) des Sensors und geben Sie ihn als Prozentsatz an:
Linearitätsfehler (%) = (|Δmax| / FSO) × 100 %
Wobei FSO = V_max − V_min.
3. Wie interpretiert man Linearitätsangaben in einem Datenblatt?
Überprüfen Sie den Wert: Je kleiner der Wert, desto besser die Linearität und desto höher die Sensorgenauigkeit. Beispielsweise ist ±0,1 %FS weitaus besser als ±1,0 %FS.
Überprüfen Sie das Gerät: Stellen Sie sicher, dass es sich um %FS (Prozentsatz des Skalenendwerts) handelt. Das ist die Standardeinheit. Manchmal wird %Reading (Prozentsatz des Lesevorgangs) angezeigt, der am unteren Ende strenger ist – achten Sie darauf, die beiden zu unterscheiden.
Überprüfen Sie die Bedingungen: Beachten Sie die Temperatur und andere Bedingungen, unter denen die Linearität angegeben wurde (normalerweise Raumtemperatur, 25 °C). Temperaturänderungen können die Linearität erheblich beeinträchtigen.
Überprüfen Sie die Methode (am wichtigsten!): Bestätigen Sie stets, welche Anpassungslinienmethode zur Berechnung der Linearität verwendet wurde.
Die Linearität und das Steilheitsverhalten sind ausgezeichnet
Abschluss
Die Linearität misst, wie genau der Ausgang eines Drucksensors einer idealen geraden Linie folgt, und wird als maximale Abweichung relativ zum Vollausschlag (FSO) ausgedrückt. Um dies zu beurteilen, sammeln Sie Kalibrierungspunkte, wählen eine Anpassungsmethode (Endpunkt, BFSL oder nullbasiert), berechnen die maximale Abweichung Δmax und wandeln sie in einen Prozentsatz des FSO um. Überprüfen Sie immer die Einheit, die Temperaturbedingungen und die Montagemethode im Datenblatt, bevor Sie Sensoren vergleichen.
Die obige Einführung kratzt nur an der Oberfläche der Anwendungen der Drucksensortechnologie. Wir werden weiterhin die verschiedenen Arten von Sensorelementen untersuchen, die in verschiedenen Produkten verwendet werden, wie sie funktionieren und welche Vor- und Nachteile sie haben. Wenn Sie detailliertere Informationen zu den hier besprochenen Themen wünschen, können Sie sich die entsprechenden Inhalte weiter unten in diesem Handbuch ansehen. Wenn Sie unter Zeitdruck stehen, können Sie auch hier klicken, um die Details dieser Leitfäden herunterzuladen PDF -Daten des Luftdrucksensorprodukts.
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