传感器Vmin和DR量的解释

2011-03-17 23:23:13来源: 互联网
设计衡器时对传感器的两个特征量Vmin和DR的认识是至关重要的。根据OIML R60国际建议,它们的定义如下:

“2.3.9 最小静载荷输出回程(DR)

最小静载荷F,测量其加载前和加载后传感器输出的差值”,“2.3.10传感器最小检定分度值(Vmin)在传感器的测量范围内可被划分的最小检定分度值(以质量为单位)”。

这两个特征量在衡器设计中决定了所用传感器的最小可使用范围,对它们物理意义的正确理解,有助于对传感器的正确使用。

Vmin和DR两个特征量,是根据对传感器的实际测量结果、依照规定的计算公式得到的,不随传感器的使用量程或范围而改变。它们的大小确定了传感器可使用的范围。

例如:使用一只C3级,Emax=1t的传感器,是否可用来制作一台静(死)载荷为0.5t,最大秤量Max=0.3t, h=3000分度的衡器,Vmin起着决定性的作用。三种温度t,该传感器的最小载荷的输出实测值分别为:

t=20℃0.01500mV/V
t=40℃0.01440mV/V
t=-10℃ 0.0157mV/V

可求得每改变1℃,传感器最小载荷的最大变化为:

(0.01500-0.01440)mV/V÷20℃=0.00003mV/V/℃
对于灵敏度为2mV/V的传感器,满量程的变化为:

(0.00003÷2)×100%F·S/℃=0.0015%F·S/℃

由此,根据OIML R60(2000版)的5.5.1.3和附录的C.2.4.4,并设分配因子PLc=0.7,可求得该传感器的最小检定分度值:

Vmin=(0.0015%F·S/℃×5℃)÷0.7=0.011%F·S
或Vmin(kg)=(1000kg×0.011%F·S)÷100=0.11kg。
当要求n=3000分度时,该传感器的最小可使用范围为:
最小使用范围=(3000×0.11kg×100%)÷1000kg=33%
所以在扣除0.5t静(死)载荷,用它来设计一台Max=0.3t,n=3000分度的秤,是能满足精度要求的。

最小静载荷回程(DR)的物理意义就比较直观。它是描述传感器蠕变特性的物理量,根据OIML R60中:C.2.5最小静载荷回程,可由以分度值V为单位的最小静载荷误差值CDR按下式求得

DR=(Emax×CDR)/nmax

在此DR以质量为单位,且不得大于0.5V。

Vmin和DR这两个参量对设计衡器和判别同级传感器谁优谁劣是非常重要的。在2000年版的OIML R60号国际建设中,给出了两个非强制要求的附加相关量(relative):

Y=Emax/Vmin和
Z=Emax/(2×DR).

根据Y的数值我们很容易判断该传感器是否可用做多量程衡器(multiple range instrument)或该传感器不超过最大允许误差(mpe)的最小秤量范围。一般C3级传感器的Y值为10000左右。OIML R60(2000)附录给出的例中Y=12000。C3级传感器的Z值为4000左右。

DR值是用来描述多分度秤(multi-interalinstrument),因为此时多分度秤的最小分度值应该满足下列条件:

DR≤0.5e

也即是可由Z值来确定。

由Vmin值描述的Y值,是表征不依赖于传感器秤量的分辨力。用于多量程的设计。例如,在1992版OIML R76非自动衡器国际建议中给出的例子:最大秤量Max=15kg 三级秤

其局部量程为:

e1=1g 0~2kgn=2000
e2=2g 2kg~5kgn=2000
e3=10g 5k~15kg n=2000

此时Max/e1=15000,所以若选用Y=12000的C3级传感器是不能满足该设计要求的,需选择Y≥15000的C3级传感器,才能满足要求。因为此时e1≥Vmin。另一方面设传感器的灵敏度为2mV/V,对激励电压为10V的显示
仪表而言,对15000分辨力而言,一个分度相当1.33μV,若显示仪的分辨力为0.4μV/d将基本能满足要求,若显示仪表的激励电压为5V,则一个分度的电压为0.67μV。此时显示仪表的分辨力若仍为0.4μV/d就显得不够了,需选用0.2μV/d以上的显示仪表。

所以,同样是C3级的传感器,若不知道Vmin和DR值,或Y和Z值,是不能辨别其优劣,也无法用来设计衡器的。

关键字:解释

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2011/0317/article_890.html
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