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Budget de Précision du Capteur

Calcule la précision totale du système de capteur par méthodes RSS et pire cas à partir des erreurs d'offset, gain, non-linéarité, résolution et dérive thermique.

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Formule

e_RSS = √(e₁² + e₂² + ... + eₙ²)

e_WC— Worst-case: sum of all errors (% FS)
e_RSS— RSS: root-sum-square (% FS)

Comment ça marche

Un budget de précision des capteurs est une analyse systématique de toutes les sources d'erreur d'une chaîne de mesure et de leur effet combiné sur la précision totale du système. Les termes d'erreur individuels incluent : erreur de décalage (décalage de zéro par rapport à l'idéal), erreur de gain/sensibilité (écart de pente), non-linéarité (écart par rapport à une ligne droite), résolution (quantification ou bruit de fond) et dérive de température (variation d'un paramètre en fonction de la température). Deux méthodes de combinaison sont utilisées : dans le pire des cas (somme de toutes les erreurs absolues), on suppose que toutes les erreurs sont simultanément à leur maximum et dans le même sens. Cela donne une limite garantie mais est trop prudente. Le RSS (racine carrée) traite chaque erreur comme étant statistiquement indépendante et les combine en quadrature : e_total = √ (e₂² + e₂² +... + e²). Le RSS fournit une estimation réaliste pour les systèmes dans lesquels les erreurs sont réellement indépendantes et non corrélées ; il est couramment utilisé dans les normes d'instrumentation et d'étalonnage. Pour les applications critiques pour la sécurité, utilisez le scénario le plus défavorable ; pour les compromis en matière de conception du système, utilisez RSS comme estimation de travail.

Exemple Résolu

Problème : Un système de capteur de température présente les caractéristiques suivantes : décalage = 0,2 % FS, erreur de gain = 0,3 % FS, non-linéarité = 0,1 % FS, résolution = 0,05 % FS, dérive de température = 0,01 % FS/°C sur une plage de 25 °C. Calculez la précision totale. Solution : 1. Erreur de température : e_temp = 0,01 × 25 = 0,25 % FS 2. Total des flux RSS : e_RSS = √ (0,2² + 0,3² + 0,1² + 0,05² + 0,25²) = √ (0,04 + 0,09 + 0,01 + 0,0025 + 0,0625) = √ 0,205 = 0,453 % FS 3. Total dans le pire des cas : e_WC = 0,2 + 0,3 + 0,1 + 0,05 + 0,25 = 0,90 % FS Résultat : précision RSS ± 0,45 % FS ; dans le pire des cas ± 0,90 % FS. Pour une plage de 100 °C, l'erreur RSS est de ±0,45 °C, dans le pire des cas de ±0,90 °C.

Conseils Pratiques

  • ✓Identifiez d'abord le terme d'erreur dominant. Le meilleur moyen d'améliorer le système est de le réduire. Si la dérive de température domine, l'ajout d'une compensation de température est plus efficace que l'amélioration de la résolution de l'ADC.
  • ✓L'étalonnage du système peut éliminer complètement les erreurs de décalage et de gain, ne laissant que la non-linéarité résiduelle et la dérive de température dans le budget. Spécifiez toujours la précision après l'étalonnage.
  • ✓Pour comparer les fiches techniques des capteurs, vérifiez si les spécifications de précision sont avant ou après l'étalonnage : certains fabricants spécifient une bande d'erreur totale (TEB) incluant la dérive de température, d'autres spécifient chaque terme séparément.

Erreurs Fréquentes

  • ✗En utilisant le pire scénario pour chaque analyse budgétaire, le pire scénario pour un système à 10 erreurs peut être 5 fois plus élevé que le RSS, ce qui entraîne des composants inutilement surspécifiés et coûteux.
  • ✗Oublier la dérive de température comme terme d'erreur distinct : si la plage de température de fonctionnement est de 50 °C et que la dérive est de 0,01 % FS/°C, la contribution à la dérive (0,5 % FS) peut dominer tous les autres termes.
  • ✗Traiter les erreurs corrélées comme indépendantes dans le RSS : si l'offset et le gain augmentent tous deux avec la température à partir du même mécanisme, ils sont corrélés et doivent être ajoutés directement, et non dans RSS.

Foire Aux Questions

Utilisez le pire scénario pour les applications critiques pour la sécurité (dispositifs médicaux, instruments de sécurité), les tests d'homologation où des limites garanties sont requises ou lorsque des erreurs sont corrélées. Utilisez le RSS pour les études de compromis de conception, la sélection des composants et pour estimer la précision typique qu'un système de production atteindra auprès de sa population.
La TEB est une spécification unique utilisée par certains fabricants de capteurs qui englobe toutes les sources d'erreur (décalage, gain, non-linéarité, effets de température) sur une plage de températures de fonctionnement spécifiée. Il s'agit de l'écart maximal par rapport à la sortie idéale quelle que soit la combinaison de température et de pression. TEB = erreur totale dans le pire des cas et constitue la spécification la plus prudente et la plus utile pour la conception du système.
% FS (pourcentage de la pleine échelle) correspond à la même erreur absolue quelle que soit la valeur mesurée. Il s'agit de la norme pour les spécifications des capteurs. % de la valeur lue signifie que l'erreur varie en fonction de la valeur mesurée (courante dans les multimètres). Convertir : erreur absolue = (% FS/100) × plage pleine échelle. Pour un capteur de 0 à 100 kPa, 0,5 % FS = 0,5 kPa d'erreur à n'importe quel point de la plage.

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