Kako izračunati nesigurnost merne ćelije?

Hej tamo! Kao dobavljač mernih ćelija, u poslednje vreme dobijam mnogo pitanja o tome kako da izračunam nesigurnost merne ćelije. To je ključna tema, posebno kada se oslanjate na tačna mjerenja za svoje aplikacije. Pa, mislio sam da vam to razložim u ovom postu na blogu.

Šta je nesigurnost ćelije opterećenja?

Prvo, hajde da razumemo šta podrazumevamo pod nesigurnošću ćelije. Jednostavno rečeno, nesigurnost je procjena raspona unutar kojeg leži prava vrijednost mjerenja. Kada koristite mjernu ćeliju za mjerenje sile ili težine, postoje različiti faktori koji mogu uzrokovati da izmjerena vrijednost odstupi od stvarne vrijednosti. Ovi faktori doprinose nesigurnosti merne ćelije.

Faktori koji utiču na nesigurnost ćelije opterećenja

Postoji nekoliko faktora koji mogu uticati na nesigurnost merne ćelije. Pogledajmo neke od najčešćih:

1. Nelinearnost

Nelinearnost je mjera koliko izlazna snaga ćelije odstupa od prave linije. U idealnom svijetu, odnos između primijenjene sile i izlaznog signala mjerne ćelije bio bi savršeno linearan. Međutim, u stvarnosti, uvijek postoji određeni stepen nelinearnosti. Ovo može biti uzrokovano mehaničkom strukturom ćelije za opterećenje, kao što je oblik opružnog elementa ili način na koji su mjerači naprezanja pričvršćeni.

2. Histereza

Histereza se javlja kada je izlaz merne ćelije različit za isto primijenjeno opterećenje, ovisno o tome da li se opterećenje povećava ili smanjuje. Na primjer, kada primijenite opterećenje na mjernu ćeliju, a zatim je uklonite, izlaz se možda neće vratiti točno na svoju originalnu vrijednost. To je zbog unutrašnjeg trenja i elastičnih svojstava materijala ćelija za opterećenje.

3. Ponovljivost

Ponovljivost se odnosi na sposobnost merne ćelije da da isti izlaz za isto primenjeno opterećenje kada se test ponovi pod istim uslovima. Ako merna ćelija ima lošu ponovljivost, to znači da postoji značajna varijacija u izmerenim vrednostima svaki put kada se primeni isto opterećenje. Ovo može biti uzrokovano faktorima kao što su električna buka, mehaničke vibracije ili habanje komponenti mjerne ćelije.

4. Temperaturni efekti

Temperatura može imati značajan uticaj na performanse merne ćelije. Promjene temperature mogu uzrokovati promjenu dimenzija merne ćelije, što može utjecati na mjerače naprezanja, a time i na izlazni signal. Osim toga, temperatura također može utjecati na električna svojstva mjerača naprezanja, kao što je njihov otpor. Većina ćelija za opterećenje je dizajnirana s temperaturnom kompenzacijom kako bi se minimizirali ovi efekti, ali još uvijek postoji određena preostala nesigurnost zbog temperaturnih varijacija.

Izračunavanje nesigurnosti ćelije opterećenja

Sada kada smo shvatili faktore koji utiču na nesigurnost ćelije opterećenja, hajde da razgovaramo o tome kako da je izračunamo. Proračun nesigurnosti merne ćelije se obično zasniva na statističkom pristupu. Evo općih koraka:

1. Identifikujte izvore nesigurnosti

Kao što smo ranije raspravljali, postoji nekoliko izvora nesigurnosti, uključujući nelinearnost, histerezu, ponovljivost i temperaturne efekte. Morate identificirati sve relevantne izvore nesigurnosti za vašu specifičnu ćeliju opterećenja i primjenu.

2. Procijenite nesigurnost za svaki izvor

Nakon što ste identificirali izvore nesigurnosti, morate procijeniti nesigurnost za svaki izvor. Ovo se može uraditi putem kalibracionih testova, specifikacija proizvođača ili istorijskih podataka. Na primjer, proizvođač može dati grešku nelinearnosti kao postotak punog izlaza. Ovu vrijednost možete koristiti kao procjenu nesigurnosti zbog nelinearnosti.

3. Kombinirajte neizvjesnosti

Nakon procjene nesigurnosti za svaki izvor, trebate ih kombinirati da biste dobili ukupnu nesigurnost ćelije za opterećenje. Ovo se obično radi pomoću metode korijena suma kvadrata (RSS). Formula za RSS metod je:

[U_{total}=\sqrt{U_{1}^{2}+U_{2}^{2}+\cdots+U_{n}^{2}}]

gdje je (U_{total}) ukupna nesigurnost, a (U_{1}, U_{2},\cdots, U_{n}) su nesigurnosti zbog svakog izvora.

Recimo da ste procijenili nesigurnost zbog nelinearnosti ((U_{nl})), histereze ((U_{h})), ponovljivosti ((U_{r})) i temperaturnih efekata ((U_{t})). Ukupna nesigurnost merne ćelije bi bila:

[U_{total}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}]

Primjer izračuna

Prođimo kroz primjer kako bismo ilustrirali kako izračunati nesigurnost ćelije opterećenja. Pretpostavimo da imate mjernu ćeliju sa sljedećim specifikacijama:

• Greška nelinearnosti: ±0,1% izlaza pune skale
• Greška histereze: ±0,05% izlaza pune skale
• Greška u ponovljivosti: ±0,03% izlaza pune skale
• Temperaturni koeficijent nulte ravnoteže: ±0,002%/°C pune skale izlaza
• Temperaturni koeficijent osjetljivosti: ±0,001%/°C pune skale izlaza

Puni izlaz merne ćelije je 1000 N, a temperaturni opseg tokom merenja je od 20°C do 30°C.

Prvo, izračunajmo nesigurnost zbog temperaturnih efekata. Promjena temperature (\Delta T = 30 - 20=10^{\circ}C).

Nesigurnost zbog temperaturnog koeficijenta nulte ravnoteže ((U_{t1})) je:

[U_{t1}=0,002%\times10\times1000 = 0,2N]

Nesigurnost zbog temperaturnog koeficijenta osjetljivosti ((U_{t2})) je:

[U_{t2}=0,001%\times10\times1000 = 0,1N]

Ukupna nesigurnost zbog temperaturnih efekata ((U_{t})) je:

[U_{t}=\sqrt{U_{t1}^{2}+U_{t2}^{2}}=\sqrt{0.2^{2}+0.1^{2}}=\sqrt{0.04 + 0.01}=\sqrt{0.05}\približno 0.22N]

Nesigurnost zbog nelinearnosti ((U_{nl})) je:

[U_{nl}=0,1%\times1000 = 1N]

Nesigurnost zbog histereze ((U_{h})) je:

[U_{h}=0,05%\times1000 = 0,5N]

Nesigurnost zbog ponovljivosti ((U_{r})) je:

[U_{r}=0,03%\times1000 = 0,3N]

Sada, hajde da izračunamo ukupnu nesigurnost ćelije opterećenja koristeći RSS metod:

[U_{total}=\sqrt{U_{nl}^{2}+U_{h}^{2}+U_{r}^{2}+U_{t}^{2}}=\sqrt{1^{2}+0.5^{2}+0.3^{2}+0.22^{2}}=\0.22^{2}}=+.0.2 +9 0,0484}=\sqrt{1,3884}\približno 1,18N]

Važnost poznavanja nesigurnosti ćelije opterećenja

Poznavanje nesigurnosti merne ćelije je ključno iz nekoliko razloga. Prvo, pomaže vam da osigurate tačnost vaših mjerenja. Ako koristite mjernu ćeliju u kritičnoj primjeni, kao što je u proizvodnom procesu gdje su potrebna precizna mjerenja sile, razumijevanje nesigurnosti može vam pomoći da odredite da li je mjerač opterećenja prikladan za posao.

Drugo, omogućava vam da procenite kvalitet vaše ćelije za opterećenje. Upoređujući izračunatu nesigurnost sa specifikacijama proizvođača, možete identificirati sve potencijalne probleme s mernom ćelijom i poduzeti odgovarajuće mjere.

Naša ponuda ćelija za opterećenje

U našoj kompaniji nudimo široku paletu mernih ćelija koje zadovoljavaju vaše potrebe. Bilo da tražite aKompresijska ćelija opterećenja,Nehrđajući čelik S tipa Load Cell, iliAlloy Steel S Load Cell, pokrili smo te. Naše mjerne ćelije su dizajnirane s visokom preciznošću i niskom nesigurnošću kako bi se osigurala pouzdana i precizna mjerenja.

Zaključak

Izračunavanje nesigurnosti merne ćelije važan je korak u osiguravanju točnosti vaših mjerenja sile i težine. Razumijevanjem faktora koji utječu na nesigurnost i slijedeći korake navedene u ovom postu na blogu, možete izračunati nesigurnost svoje ćelije opterećenja i donijeti informirane odluke o njenoj prikladnosti za vašu primjenu. Ako imate bilo kakvih pitanja ili ste zainteresirani za kupovinu mjerne ćelije, slobodno nam se obratite za više informacija i da započnete raspravu o nabavci.

Reference

• OIML R60: Preporuke za merne ćelije, Međunarodna organizacija za zakonsku metrologiju.
• ASTM E4: Standardne prakse za verifikaciju sile mašina za ispitivanje, Američko društvo za ispitivanje i materijale.