Sensor

센서 정확도 예산

옵셋, 이득, 비선형성, 분해능 및 온도 드리프트 오류로부터 RSS 및 최악의 경우 방법으로 총 센서 시스템 정확도를 계산합니다.

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공식

e_RSS = √(e₁² + e₂² + ... + eₙ²)

e_WC— 최악의 경우: 모든 오류의 합계 (% FS)

e_RSS— RSS: 제곱근합계 (% FS)

작동 방식

센서 정확도 예산 계산기는 최악의 경우 또는 RSS 방법을 사용하여 여러 오류 원인을 결합하여 전체 시스템 불확실성을 계산합니다. 이는 계측 엔지니어, 교정 기술자 및 측정 시스템 설계자에게 필수적입니다.센서 정확도 버짓은 오프셋 (제로 시프트), 게인/감도 오차 (기울기 편차), 비선형성 (이상적인 곡선으로부터의 편차), 해상도 (양자화 또는 노이즈 플로어), 이력 현상 (경로 종속 오차), 온도 드리프트 (온도에 따른 파라미터 변화) 등 모든 오류 기여도를 체계적으로 분석합니다.NIST 기술 노트 1297 (GUM) 에 따르면 오류는 두 가지 방식을 결합합니다. 최악의 경우 (절대 오차의 대수 합) 는 보장된 한계를 제공하지만 보수적입니다. RSS (제곱근합: e_total = sqrt (e1^2 + e2^2 +... + en^2)) 는 독립 오류를 통계적으로 처리하고 일반적인 예상 정확도를 제공합니다.ISO/IEC 가이드 98-3은 95% 신뢰도 (k=2 커버리지 팩터) 로 상관관계가 없는 오류에 대해 RSS를 권장합니다.산업용 센서는 IEC 61298에 따라 총 오차 대역 (TEB) 을 지정하며, 작동 온도 범위의 모든 오류를 단일 수치로 포함합니다 (일반적으로 +/-0.1 ~ +/ -1% FS).

계산 예제

문제: 압력 측정 시스템을 위한 정확도 예산을 마련하십시오.구성 요소: 하니웰 센서 (-40~+85°C 이상의 +/ -0.25% FS TEB), AD7124 ADC (INL +/2ppm, +/-1 ppm 게인 오차, +/-0.5ppm/c 드리프트), 신호 컨디셔닝 (+/ -0.05% 게인 정확도).작동 온도는 25°C 칼로리 포인트에서 +/-30°C입니다.

해결책: 1.센서 TEB: e1 = 0.25% FS (오프셋, 게인, 비선형성, 온도 드리프트 포함) 2.첨가 잉크: e2 = 2ppm = 0.0002% FS 3.ADC 게인 오류: e3 = 1ppm = 0.0001% FS 4.ADC 온도 드리프트: e4 = 0.5ppm/c * 30C = 15ppm = 0.0015% FS 5.앰프 게인: e5 = 0.05% FS 6.RSS 합계: e_RSS = sqrt (0.25^2 + 0.0002^2 + 0.0001^2 + 0.0015^2) = sqrt (0.0625 + 0.0025) = sqrt (0.065) = 0.255% FS 7.최악의 경우 합계: E_wC = 0.25 + 0.0002 + 0.0001 + 0.0015 + 0.05 = 0.302% FS 8.주요 오차: 센서 TEB (0.25%) >> 모든 전자 장치 합산 (0.05%)

결과: RSS 정확도는 +/ -0.26% FS이고 최악의 경우 FS는 +/ -0.30% FS입니다.센서 TEB가 우세하지만 ADC 또는 증폭기를 개선해도 효과가 미미합니다.

실용적인 팁

✓주요 오차 항을 먼저 식별하십시오. 오차 항을 줄이면 시스템 개선이 극대화됩니다. 온도 편차가 우세한 경우 측정 시스템 설계 원칙에 따라 ADC 해상도를 업그레이드하는 것보다 온도 보상을 추가하는 것이 더 효과적입니다.
✓시스템 교정은 교정 온도에서의 오프셋 및 게인 오류를 완전히 제거하여 교정 후 예산에 비선형성, 분해능 및 온도 편차만 남길 수 있습니다. 정확도가 교정 전인지 사후인지 항상 명시하십시오.
✓데이터시트 비교의 경우 제조업체 정확도가 온도 (TEB) 를 포함하는지 아니면 25C만 정확한지 확인하십시오. 일부 견적에서는 온도를 제외한 정확도를 인용하여 실제 오차를 2~5배 과소평가합니다.

흔한 실수

✗모든 분석에 최악의 경우 사용: 10년 예산의 경우 최악의 경우 RSS보다 3-5배 더 높아 구성 요소가 과도하게 지정되고 비용이 많이 들 수 있습니다. NIST GUM 가이드라인에 따라 안전이 중요한 애플리케이션에만 최악의 경우를 남겨두십시오.
✗온도 편차를 별도의 용어로 잊어버리기: +/-50C 작동 범위를 초과할 경우 0.01% FS/C 드리프트가 1% FS에 기여합니다. 이는 종종 주요 오류입니다. IEC 61298에 따라 예산에 항상 온도를 포함시키십시오.
✗RSS에서 상관관계가 있는 오차를 독립적으로 처리: 동일한 물리적 메커니즘에서 온도에 따른 편차를 상쇄하고 이득을 모두 상쇄하는 경우 상관관계가 있으므로 RSS를 결합하지 말고 직접 추가해야 합니다. 방법을 선택하기 전에 오류 상관관계를 확인하십시오.

자주 묻는 질문

최악의 경우와 RSS 정확도 분석은 언제 사용해야 하나요?

최악의 경우에는 안전이 중요한 애플리케이션 (IEC 62304에 따른 의료 기기, ISO 26262에 따른 자동차), 보증 범위가 필요한 형식 승인 테스트, 오류의 상관 관계가 있는 경우 (예: 공통 공급 장치의 온도에 따른 모든 드리프트) 에 사용하십시오.RSS는 일반적인 성능이 중요한 경우 설계 트레이드오프 연구, 비용 목표를 충족하기 위한 부품 선택, 오류가 완전히 독립적일 때 (서로 다른 물리적 메커니즘의 센서 및 ADC) 에 사용하십시오.NIST 기술 노트 1297에 따르면 커버리지 팩터 k=2인 RSS는 95% 신뢰 구간입니다.

총 오류 대역 (TEB) 이란 무엇입니까?

TEB는 전체 작동 온도 범위에서 모든 오류 원인 (오프셋, 게인, 비선형성, 히스테리시스, 온도 드리프트) 을 포함하는 단일 사양입니다.이는 모든 온도와 압력 조합에서 이상적인 출력과의 최대 편차로, 전체 오차가 가장 심각할 수 있습니다.TEB는 모든 것을 포함하고 있기 때문에 시스템 설계에 가장 유용한 사양이며 추가적인 온도 경감이 필요하지 않습니다.IEC 61298에 따르면 산업용 압력 트랜스미터에는 TEB가 선호되고, 하니웰, 센사타, 보쉬는 자동차 및 산업용 센서에 TEB를 지정하고 있습니다.

정확도를 전체 척도의 백분율과 판독값의 백분율로 표현하려면 어떻게 해야 합니까?

% FS (전체 스케일의 백분율) 는 모든 측정값에서 동일한 절대 오차를 의미하며, IEC 61298에 따른 산업용 센서의 표준입니다. 판독값의 %는 측정값이 있는 오류 스케일을 의미합니다 (DMM과 전력 분석기에서 일반적으로 사용됨).범위가 10% 일 때, 1% FS 센서는 판독에 대한 오차가 10% 인 반면, 판독값 센서의 1% 는 오차가 1% 에 불과합니다.전환: 절대 오차 = (% FS/ 100) * 풀_스케일_범위.0-1000kPa 센서의 경우 범위 내 모든 곳에서 +/ -0.5% FS = +/-5 kPa.