Search
Close this search box.
صحت اندازه گیری| قدرت تفکیک ابزار دقیق

خدمات

ساخت و تولید

طراحی و مهندسی

ویژگی های تجهیزات اندازه گیری (پارامترهای مهم یک سنسور)

فهرست مطالب

در این مقاله می‌خواهیم دو مورد از مشخصات استاتیکی ابزار دقیق ها و سنسورها  را شرح دهیم. ویژگی‌های صحت  اندازه گیری (Accuracy) و قدرت تفكيك (Resolution) دو ویژگی هستند که میخواهیم در این مقاله آنها را توضیح دهیم. همچین در مقاله‌های بعدی ویژگی‌های تكرار پذيري (Repeatability) یا دقت (Precision) و  هيسترزيس (Hysteresis) را بصورت مختصر شرح می‌دهیم و آنگاه در مقاله سوم خطی بودن مبدل‌ها را توضیح دادیم.

براي تعيين مشخصات استاتيكی سنسور، كارخانجات سازنده، رفتار آن ها را با انجام آزمايش­ هايي مورد بررسي قرار داده و در قالب منحني‌هاي كاليبراسيون به مصرف كننده ارائه مي‌كنند و با تكرار آزمايش در شرايط مختلف، منحني‌هاي مختلف عملكرد سنسور را استخراج مي‌كنند.

در به دست آوردن منحني كاليبراسيون بايد:

اولاً از مقادير دقيق ورودي و خروجي مطلع باشيم كه اين به وسيله اندازه‌گيري دقيق و مقايسه با استاندارد واحدها، ميسر خواهد بود و

ثانياً بايد مقدار خروجي پس از حذف پاسخ گذرا و از بين رفتن تغييرات ديناميكي ثبت شود تا منحني استاتيك به دست آيد.

در ادامه به بررسی برخی ویژگی های استاتیکی ابزار دقیق ها می­ پردازیم:

خدمات نیکسا: مشاوره، نصب و راه اندازی تجهیزات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی نیکسا

 

 

 

 

ویژگی های تجهیزات اندازه گیری

لیستینگ

خطا (Error) و صحت (Accuracy)

از مهم ترين ویژگی هایی كه بيش ترين استفاده صحيح و يا غلط از آن مي‌شود، صحت ابزار دقیق است. در واقع صحت (Accuracy)، به صورت درصد خطا مشخص مي­ گردد. خطا عبارت است از تفاوت بين خروجي حقيقي (صحيح) مبدل و خروجي واقعي (قرائت شده). صحت به صورت درصد خطا بيان مي­ گردد. سوال این جاست که صحت درصد چه خطایی هست؟ در عمل این درصد خطا به سه صورت زير تعريف مي‌شود.

  • درصدی از مقدار خروجي انحراف كامل يا ماکزيمم

فرمول صحت مبدل

  • درصدی از مقدار خروجي قرائت شده

فرمول صحت مبدل

  • درصدی از مقدار ورودي

فرمول صحت مبدل

در عمل، رابطه سوم استفاده كم تري دارد. در هر حال، در هنگام به کارگیری ابزار دقیق های مختلف بايد به نحوه به دست آمدن صحت ابزار دقیق توجه نمود كه كارخانه سازنده چه نوع صحتي را ارائه نموده است.

معرفی نیکسا

قابلیت تفکیک (Resolution)

طبق تعریف، كم ترين مقدار از تغييرات ورودي مبدل كه منجر به تغييرات محسوس در خروجي آن گردد را قدرت تفكيك ابزار دقیق (Resolution)گويند. براي مثال يك مبدل آنالوگ به ديجيتال n بيتي، قدرت تفكيكي برابر با (2n / Vin(max  خواهد داشت، به بیان دیگر يك مبدل نوري با چهار سوراخ كه بر روي يك محور دوار نصب شده است قدرت تفكيكي معادل 90 درجه دارد پس محور بايد 90 درجه بچرخد تا خروجي تغيير را حس كند.

بیشتر بخوانید: اصول و مبانی ابزار دقیق

 

مشخصات استاتیکی مبدل ها

دقت (Precision) و تكرارپذيری (Repeatability)

اين كميت، مشخص كننده پراكندگي مقادير خروجي در اندازه‌گيري‌هاي متوالي يك مقدار از ورودي مي‌باشد.

تكرار پذيري به صورت­ های زير تعريف مي‌شود:

  • درصدی از اختلاف بزرگ ترین و کوچک ترین مقدار اندازه ­گیری شده نسبت به کل رنج اندازه­ گیری:

فرمول تکرارپذیری مبدلها

  •  درصدی از اختلاف بزرگ ترین انحراف و مقدار میانگین نسبت به کل رنج اندازه­ گیری:

فرمول تکرار پذیری مبدلها

كه در آن “Largest deviation بزرگ ترين انحراف از مقدار متوسط است، چه بزرگ تر و يا كوچك تر از آن باشد. هنگام به کارگیری این کمیت، باید به این نکته توجه شود كه كارخانه سازنده، این کمیت را به چه نحوی محاسبه و ارائه نموده است. لازم به ذکر است که اگر يك مبدل داراي صحت كافي نبوده ولي داراي تكرارپذيري قابل قبولی باشد، يعني دارای دامنه پراكندگي كوچك باشد، اين مبدل هنوز می­ تواند مفيد و قابل استفاده باشد. به این صورت که انحراف مبدل مي‌تواند به وسيله تنظيم صفر در پيش پردازنده‌هاي سيگنال حذف شده و مقادير واقعي از سنسور به دست بیاید. به طور كلي، مبدل تكرارپذير حتي اگر داراي صحت كافي هم نباشد، هم چنان قابل استفاده است و نشان دهنده آن است که در مبدل ها، تكرارپذيري (Repeatability) و دقت (Precision) مفاهيم مشابهي دارند.

مبدل ابزاردقیق

هیسترزیس (Hysteresis)

هيسترزيس (Hysteresis) نيز ویژگی و يا نشان دهنده “تكرارپذيري دوباره” خروجي يك مبدل است. مقدار خاصی، ورودي در حالت افزايش ممكن است خروجي توليد كند كه با خروجي توليد شده با همان مقدار ورودي (اما در حالت كاهشي) اختلاف داشته باشد. به همين دليل است كه معمولاً باید دو نوع اطلاعات كاليبراسيون افزايشي و كاهشي را به دست آورد.

به طور مثال به شکل زیر توجه نمایید. این شکل نمودار تغییرات ورودی و خروجی یک مبدل را نشان می ­دهد (مبدل وزن به ولتاژ). این نمودار با اندازه­ گیری مقادیر خروجی برای وروردی­ های مختلف در دو مرحله، یکی با افزایش وزن تا 100 کیلوگرم و سپس کاهش وزن تا صفر و ثبت خروجی به دست آمده است. با توجه به شكل، در حالت افزايشي به ازای وزن 55 كيلوگرم، خروجي برابر mV85/9 (ميلي ولت) است. در حالي كه در حالت برگشت (كاهشي) در همين وزن، خروجي برابر mV80/11 (ميلي ولت) است.

 

نمودار هیسترزیس

برای محاسبه مقدار هیسترزیس به صورت زیر عمل می شود:

  •  ابتدا بايد اختلاف بين خروجي حالت كاهشي و افزايشي را براي هر نقطه از ورودي حساب نمود.
  •  سپس باید بزرگ ترين مقدار اين اختلاف­ ها، به فرم درصدي از انحراف كامل (Full Scale)، مشخص گردد.

فرمول محاسبه هیسترزیس

علت روی دادن وضعیت هيسترزيس، به خاطر ساختار فيزيكي مبدل است كه مقداري از ورودي‌هاي اعمال شده قبلي را به علت هيسترزيس خود حفظ مي‌كند. بنابراین در بررسی هیسترزیس یک مبدل، باید به نکات زیر توجه شود:

  • مقدار هيسترزيس به وجود آمده بستگي به دامنه ورودي‌هاي قبلي اعمال شده دارد.
  • در موقع تست يك مبدل، ابتدا بايد تمامي ورودي‌ها تا انحراف نهايي (ماکزيمم ورودي) را اعمال و سپس شروع به كاهش ورودي‌ها نماييم.
  • اگر مقدار ورودي‌‌هاي يك مبدل را تا به حد نهايي نرسانيم و شروع به كاهش نماييم مقدار هيسترزيس كم تري به دست مي‌آيد.
  • اگر مقدار ورودي‌ها با فاصله بيش تري اعمال شود نتيجه نامطلوبی گرفته خواهد شد.

در مقاله بعدی سه روش متداول  خط بودن مبدل ها بررسی می شود.

 

معرفی نیکسا

خطی بودن (Linearity)

به طور ايده‌آل منحني انتقال يك مبدل (نوع صفر) يك خط مستقيم است. با يك تغيير در مقدار ورودي، چه خروجي در محدوده 25% يا محدوده 75% مقدار حداکثر باشد؛ اثر مشابه‌اي در خروجي خواهد داشت. این ویژگی ممكن است به صورت هاي مختلفي بيان شود. سه روش متداول خطي بودن عبارت اند از: خطي بودن

  • نقطه نهايي (End Point)
  • خط مستقيم مستقل
  • بهترين عبور (Best Fit) يا حداقل مربعات (Least Square)

در نهایت با محاسبه خطی بودن به یکی از سه روش فوق، نتیجه آن به صورت درصد مثبت و منفی از حداکثر مقدار خروجی گزارش می­ گردد.

معرفی نیکسا

در چنین روشی، خطی مستقيم بين ابتدا و انتهاي منحني كاليبراسيون رسم مي‌گردد. اگر براي اين كار از مقادير محاسباتي صفر و مقدار نهايي استفاده شود به منحني به دست آمده منحني “تئوريكي خطي” مي‌گويند. پس از رسم اين خط، باید ماکزيمم انحرافات بالا و پايين خط مستقيم مشخص شود. شكل زير خطي بودن نقطه نهايي را نشان مي‌دهد. میزان خطی بودن در این روش (4.70- و FSO% (+7.85 می باشد.

 

روش خطی بودن نقطه نهایی

خطی بودن خط مستقيم مستقل

براي تعيين خط مستقيم مستقل ابتدا بايد دو خط مستقیم و موازي به گونه­ ای ترسیم نمود كه تمامي نقاط منحني كاليبراسيون را در خود احاطه كند. خط مستقيم مستقل، خطي است كه در وسط و به موازات اين دو خط رسم شود. سپس ماکزيمم انحرافات بالا و پاييني اين خط مشخص می شود. شكل زير چگونگي رسم خط مستقيم مستقل را نشان مي‌دهد. میزان خطی بودن در این روش (5.2- و FSO% (+5.85 می باشد.

روش خطی بودن خط مستقیم مستقل

خطی بودن حداقل مربعات

براي رسم خط حداقل مربعات از محاسبات آماري بر روي منحني كاليبراسيون استفاده مي­ گردد. اين نمودار، خطي مستقیم است كه مجموع مربعات فاصله (خطاي) آن از منحنی حداقل باشد. براي اين كار، داده‌هاي ورودي و خروجي را به صورت يك جفت مجموعه (x,y) در نظر گرفته و با فرمول­ هاي زير معادله خط را محاسبه مي‌كنيم:

فرمول روش خطی بودن حداقل مربعات

فرمول روش خطی بودن حداقل مربعات

كه در آن x مقادیر ورودی، y مقادیر خروجی، شيب خط مستقیم و b نقطه تقاطع با محور عمودي y و n تعداد نقاط مي­ باشد. پس از رسم خط، باید ماکزيمم انحرافات بالا و پاييني اين خط مشخص شود. شكل زیر، رسم خط بهترین عبور را نشان مي‌دهد:

میزان خطی بودن در این روش (5.46- و FSO% (+5.71 می باشد.

 

روش خطی بودن حداقل مربعات

 

خدمات مشاوره فنی

 

سخن پایانی

در این مقاله یکی از ویژگی‌های استاتیکی ابزار دقیق ها به نام صحت اندازه گیری  (Accuracy) را بصورت درصدی از خطا تعریف کردیم سپس برای محاسبه درصد خطا سه فرمول را ارائه نمودیم و سپس یک ویژگی استاتیکی دیگر از ابزار دقیق ها بنام قدرت تفکیک ابزار دقیق را توضیح دادیم.

در این مقاله دو تا از ویژگی های استاتیکی ابزار دقیق ها به نام های تکرار پذیری یا دقت در اندازه گیری و هیسترزیس توضیح می‌دهیم همچنین فرمول محاسبه تکرار پذیری یا دقت و نحوه محاسبه آن را بیان می کنیم سپس به کمک تصویر سعی می کنیم تفاوت صحت و دقت در اندازه گیری ابزار دقیق ها نشان دهیم  در انتها نیز ویژگی هیسترزیس در ابزار دقیق و فرمول محاسبه هیسترزیس را شرح می دهیم با ما همراه باشد.

برای مطالعه سایر ویژگی‌های استاتیکی ابزار دقیق‌ها می‌توانید به لینک‌های زیر مراجعه کنید.

اصول و مبانی ابزاردقیق: بخش سوم – ویژگی صحت اندازه گیری و قدرت تفکیک ابزار دقیق

اصول و مبانی ابزاردقیق: بخش سوم – ویژگی خطی بودن ابزار دقیق

اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *