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Sensor

Orçamento de Exatidão do Sensor

Calcula a exatidão total do sistema de sensor pelos métodos RSS e pior caso a partir de erros de offset, ganho, não-linearidade, resolução e deriva térmica.

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Fórmula

eRSS=√(e12+e22+...+en2)e_RSS = √(e₁² + e₂² + ... + eₙ²)
e_WC— Pior caso: soma de todos os erros (% FS)
e_RSS— RSS: soma raiz quadrada (% FS)

Como Funciona

A calculadora de orçamento de precisão do sensor calcula a incerteza total do sistema combinando várias fontes de erro usando métodos de pior caso ou RSS — essenciais para engenheiros de instrumentação, técnicos de calibração e projetistas de sistemas de medição. Um orçamento de precisão do sensor analisa sistematicamente todas as contribuições de erro: deslocamento (desvio zero), erro de ganho/sensibilidade (desvio de inclinação), não linearidade (desvio da curva ideal), resolução (quantização ou ruído mínimo), histerese (erro dependente do caminho) e desvio de temperatura (mudança de parâmetro com a temperatura). De acordo com a Nota Técnica 1297 (GUM) do NIST, os erros combinam duas maneiras: o pior caso (soma algébrica dos erros absolutos) fornece limites garantidos, mas é conservador; o RSS (raiz da soma quadrada: e_total = sqrt (e1^2 + e2^2 +... + en^2)) trata os erros independentes estatisticamente e fornece a precisão típica esperada. O Guia ISO/IEC 98-3 recomenda RSS para erros não correlacionados com 95% de confiança (fator de cobertura k = 2). Os sensores industriais especificam a Banda de Erro Total (TEB) de acordo com a IEC 61298, abrangendo todos os erros na faixa de temperatura operacional em um único valor (+/- 0,1 a +/- 1% FS típico).

Exemplo Resolvido

Problema: Crie um orçamento de precisão para um sistema de medição de pressão. Componentes: sensor Honeywell (+/- 0,25% FS TEB acima de -40 a +85C), AD7124 ADC (+/- 2 ppm INL, erro de ganho de +/- 1 ppm, desvio de +/- 0,5 ppm/C), condicionamento de sinal (+/- 0,05% de precisão de ganho). A temperatura de operação é de +/- 30C a partir do ponto de cal de 25C.

Solução:

  1. Sensor TEB: e1 = 0,25% FS (inclui compensação, ganho, não linearidade, desvio de temperatura)
  2. ADC INL: e2 = 2 ppm = 0,0002% FS
  3. Erro de ganho de ADC: e3 = 1 ppm = 0,0001% FS
  4. Desvio de temperatura ADC: e4 = 0,5 ppm/C * 30C = 15 ppm = 0,0015% FS
  5. Ganho do amplificador: e5 = 0,05% FS
  6. Total de RSS: E_RSS = sqrt (0,25 ^ 2 + 0,0002 ^ 2 + 0,0001 ^ 2 + 0,0015 ^ 2 + 0,05 ^ 2) = sqrt (0,0625 + 0,0025) = sqrt (0,065) = 0,255% FS
  7. Total do pior caso: E_wc = 0,25 + 0,0002 + 0,0001 + 0,0015 + 0,05 = 0,302% FS
  8. Erro dominante: sensor TEB (0,25%) >> todos os componentes eletrônicos combinados (0,05%)
Resultado: a precisão do RSS é de +/- 0,26% FS; o pior caso é +/- 0,30% FS. O sensor TEB domina; melhorar o ADC ou o amplificador tem um efeito insignificante.

Dicas Práticas

  • ✓Identifique primeiro o termo de erro dominante - reduzi-lo fornece a maior melhoria do sistema; se o desvio de temperatura predominar, adicionar compensação de temperatura é mais eficaz do que atualizar a resolução do ADC de acordo com os princípios de design do sistema de medição
  • ✓A calibração do sistema pode eliminar totalmente os erros de compensação e ganho na temperatura de calibração, deixando apenas a não linearidade, a resolução e a variação de temperatura no orçamento pós-calibração; sempre especifique se a precisão é antes ou depois da calibração
  • ✓Para comparações de folhas de dados, confirme se a precisão do fabricante inclui temperatura (TEB) ou se é de apenas 25° C; alguma precisão de cotação sem temperatura, o que subestima o erro real em 2 a 5 vezes

Erros Comuns

  • ✗Usando o pior caso para cada análise: o pior cenário para um orçamento de 10 prazos pode ser 3 a 5 vezes maior do que o RSS, resultando em componentes caros e sobreespecificados; reserve o pior caso para aplicações críticas de segurança de acordo com as diretrizes do NIST GUM
  • ✗Esquecendo o desvio de temperatura como termo separado: acima da faixa operacional de +/- 50C, o desvio de 0,01% de FS/C contribui com 1% de FS - geralmente o erro dominante; sempre inclua a temperatura no orçamento de acordo com a IEC 61298
  • ✗Tratar erros correlacionados como independentes em RSS: se o deslocamento e o ganho derivarem da temperatura do mesmo mecanismo físico, eles serão correlacionados e deverão ser adicionados diretamente, não combinados com RSS; verifique a correlação de erros antes de selecionar o método

Perguntas Frequentes

Use o pior caso para: aplicações críticas de segurança (dispositivos médicos de acordo com a IEC 62304, automotivas de acordo com a ISO 26262), testes de aprovação de tipo que exigem limites garantidos e quando os erros estão correlacionados (por exemplo, todos variam com a temperatura do fornecimento comum). Use RSS para: projetar estudos de compensação onde o desempenho típico é importante, seleção de componentes para atender às metas de custo e quando os erros são realmente independentes (sensor e ADC de diferentes mecanismos físicos). De acordo com a Nota Técnica 1297 do NIST, o RSS com fator de cobertura k=2 fornece intervalo de confiança de 95%.
O TEB é uma especificação única que abrange todas as fontes de erro (compensação, ganho, não linearidade, histerese, variação de temperatura) em toda a faixa de temperatura operacional. É o desvio máximo da saída ideal em qualquer combinação de temperatura e pressão - essencialmente o pior erro total possível. O TEB é a especificação mais útil para o design do sistema porque inclui tudo; nenhuma redução adicional de temperatura é necessária. De acordo com a IEC 61298, o TEB é preferido para transmissores de pressão industriais; Honeywell, Sensata e Bosch especificam o TEB para sensores automotivos e industriais.
% FS (porcentagem da escala completa) significa o mesmo erro absoluto em qualquer valor de medição; é o padrão para sensores industriais de acordo com a IEC 61298.% de leitura significa escalas de erro com o valor medido (comum em DMMs e analisadores de potência). Com 10% do alcance, um sensor FS de 1% tem 10% de erro em relação à leitura, enquanto um sensor de 1% de leitura tem apenas 1% de erro. Conversão: erro absoluto = (% FS/100) * full_scale_range. Para um sensor de 0-1000 kPa, +/- 0,5% FS = +/- 5 kPa em qualquer lugar na faixa.

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