Минимальная разрешающая способность преобразователей давления ОВЕН

Выбирая преобразователь давления, чаще всего обращают внимание на диапазон измерения и класс точности. Но в задачах, где необходимо регистрировать небольшие изменения давления, возникает еще один вопрос: какое минимальное изменение давления способен зафиксировать датчик? Например, способен ли ПД100-ДИ1,6-111-0,5 отличить давление 0,001 МПа от «нуля»?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, как сигнал проходит через измерительный тракт преобразователя.

Как обрабатывается сигнал в ПД100

Нормирование, или выпрямление характеристики сигнала сенсора в преобразователях давления ОВЕН выполняется промышленным микроконтроллером внутри датчика. Цифровая обработка позволяет корректировать характеристику в широком диапазоне, независимо на разных участках, и выполнять температурную компенсацию.

Милливольтовый сигнал от сенсора поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Разрядность встроенного в микроконтроллер ПД100 АЦП составляет 13-14 бит. После обработки микроконтроллером полученное значение преобразуется в выходной сигнал 4…20 мА с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), разрядность которого составляет 11 бит.

Разрешающая способность всего измерительного тракта ограничивается звеном с меньшей разрядностью, поэтому в расчете будем исходить из 11 бит. Теоретически это соответствует:

2¹¹ = 2048 отсчетам

Однако фактически при формировании выходного сигнала используется не весь этот диапазон.

Почему фактическое количество отсчетов меньше

Полный набор отсчётов – 2048 – рассчитывается на штатное сопротивление шунта – выходного сопротивления ЦАП, переводящего вольтовый сигнал от ЦАП в 4…20 мА, равного 50 Ом. Но поскольку шунт создаёт отрицательное напряжение сдвига в нулевой точке, топри увеличении сопротивления шунта растет и напряжение смещения в нулевой точке, что усложняет калибровку датчика. При максимальном токе 20 мА и номинале шунта 50 Ом напряжение смещения настолько велико, что калибрующее датчик оборудование перестаёт его «видеть».

ОВЕН идёт на разумный компромисс между точностью и технологической сложностью нормировщика датчика, и поэтому в ПД100 используется шунт сопротивлением 28,7 Ом.Это решение позволяет обеспечить необходимую работу выходного каскада и технологичность калибровки, но одновременно уменьшает доступное количество отсчетов:

2048 × 28,7 / 50 ≈ 1175 отсчетов

Именно это значение используется при дальнейшем расчете дискретности.

Кроме того, при калибровке с каждой стороны номинального диапазона предусматривается дополнительный допуск в 5 % для сохранения линейности выходного сигнала в крайних точках измерения.

Поэтому полная шкала нормирования при диапазоне 0…1,6 МПа составляет 1,6 × 1,1 = 1,76 МПа – таков реальный диапазон преобразования в цифру выходного аналогового сигнала сенсора. Иными словами, около 1175 доступных отсчетов распределяются по шкале 1,76 МПа.

Может ли ПД100-ДИ1,6-111-0,5 различить изменение в 0,001 МПа

Для того чтобы АЦП зафиксировал изменение на величину 0,001 МПа в диапазоне 1,76 МПа, его дискретность должна составлять 1,76 / 0,001 = 1760 отсчетов. Фактически в рассматриваемом измерительном тракте доступно около 1175 отсчетов. Следовательно, изменение давления на 0,001 МПа меньше минимального шага преобразования.

Вывод: отличить давление 0,001 МПа от 0,0 МПа датчик ПД100-ДИ1,6-ххх-х,х не способен.

Как рассчитать дискретность для другого диапазона

Для преобразователей давления ОВЕН ПД100И расчетную дискретность можно определить по формуле:

Дискретность = Диапазон × 1,1 / 1175

Полученное значение показывает величину давления в МПа/кПа/Па, которую способен «различить» датчик, откалиброванный на «Диапазон». Следует отметить, что чем меньше диапазон измерения преобразователя, тем меньше абсолютная величина одного отсчета и тем более небольшие изменения давления способен различить датчик.

Практический вывод

В задачах, где важно контролировать минимальные изменения давления, при выборе преобразователя следует учитывать не только его погрешность и верхний предел измерения, но и соответствие выбранного диапазона реальным рабочим значениям процесса.