Перейти к содержанию

Комбинированная погрешность

В паспорте тензодатчика рядом стоят нелинейность, гистерезис и комбинированная погрешность. Последняя — не третья независимая ошибка, а их сумма, измеренная на одной кривой нагружения и разгрузки.

Обновлено Редакция GAW

Комбинированная погрешность (combined error) — наибольшее отклонение выхода датчика от прямой при нагружении от нуля до номинала и разгрузке обратно. По TI это сумма двух ошибок (SBAA532A, разд. 4.6, рис. 4-2):

  • нелинейность — изгиб характеристики относительно прямой полной шкалы;
  • гистерезис — различие выхода при росте и при спаде нагрузки.

Нелинейность тензодатчика TI относит к свойствам самих резистивных элементов и отличает от нелинейности схемы моста. Элемент становится нелинейнее, если выйти за его диапазон нагрузки, поэтому паспорта советуют ограничивать максимальную нагрузку.

Как задают прямую

Microchip в AN717 описывает два способа: прямая через конечные точки характеристики и прямая наилучшего приближения. Отклонения от этих прямых различаются, и одно и то же число нелинейности у разных производителей может означать разное — то же касается нелинейности АЦП.

Место в бюджете погрешности

ОшибкаВеличина у тензодатчиков по TIКалибруется?
Смещение и ошибка полной шкалыкрупныеда, по двум точкам
Нелинейность и гистерезисобычно намного меньшеплохо
Ползучестьзадаётся за время, например 5 миннет

TI подчёркивает, что нелинейность и гистерезис трудно калибровать: они различаются от экземпляра к экземпляру, и для поправки нужны измерения по всему диапазону. Калибровка по двум точкам их не трогает. Microchip для ошибок линейности предлагает кусочно-линейную коррекцию в прошивке — но гистерезис ею не исправить, он зависит от направления изменения нагрузки.

Рядом в паспорте обычно стоит невоспроизводимость — разброс при повторных нагружениях: в примере TI ±0,05 % шкалы, ±1 г для датчика на 2 кг. Это уже повторяемость, а не комбинированная погрешность. Подробнее о точности весов — в статье «Тензодатчики и HX711».

Частые вопросы

Что такое комбинированная погрешность тензодатчика?

Наибольшее отклонение выхода от прямой при нагружении от нуля до номинала и разгрузке обратно. В неё входят нелинейность — изгиб кривой — и гистерезис — разница между ветвями роста и спада. TI определяет её как сумму этих двух ошибок на одной характеристике.

Убирает ли калибровка нелинейность и гистерезис?

Калибровка по двум точкам — нет: она проводит прямую через две точки, а эти ошибки — отклонения от прямой. TI отмечает, что их трудно калибровать: они разные у разных экземпляров, и нужны измерения по всему диапазону. Гистерезис к тому же зависит от направления, с которого пришли к нагрузке, и одной таблицей не описывается.

Относительно какой прямой считают нелинейность?

По-разному: Microchip в AN717 называет два варианта — прямая через конечные точки характеристики и прямая наилучшего приближения. Числа по разным определениям не совпадают, поэтому при сравнении датчиков проверяют, как производитель определил нелинейность.

Источники

  1. Texas Instruments. Lizon B., Wu J. A Basic Guide to Bridge Measurements (SBAA532A, February 2022, revised March 2024) — разд. 4.6: нелинейность — отклонение выходной кривой от прямой полной шкалы по мере роста выхода, следствие свойств резистивных элементов, отличается от нелинейности топологии моста; элемент может быть нелинейнее за пределами диапазона нагрузки, поэтому паспорта советуют ограничивать нагрузку; гистерезис — ошибка, разная при росте и спаде выхода; нелинейность плюс гистерезис — комбинированная погрешность, наибольшее отклонение от прямой от нуля до максимальной нагрузки при росте и спаде (рис. 4-2); обе калибруются плохо, могут отличаться от экземпляра к экземпляру, но обычно намного меньше смещения и ошибки полной шкалы; вклад нелинейности АЦП обычно пренебрежимо мал; табл. 4-1 — невоспроизводимость ±0,05 % шкалы (±1 г для датчика на 2 кг)
  2. Microchip. Baker B. C. AN717: Building a 10-bit Bridge Sensing Circuit using the PIC16C6XX and MCP601 Operational Amplifier (DS00717A, 1999) — разд. System Linearity Errors: ошибка линейности по-своему влияет на каждый код, её определяют как отклонение передаточной функции от прямой — проведённой через конечные точки или по наилучшему приближению; иногда её описывает полином, но чаще она плохо предсказуема от системы к системе, и применяют кусочно-линейную коррекцию в прошивке; ошибки линейности в такой системе идут прежде всего от датчика

Нашли ошибку?

Смотрите также