Гистерезис в датчиках давления
2 месяца назад
1 мин.
2
Гистерезис в датчиках давления — физическая природа, влияние на точность и методы снижения.
Гистерезис датчика давления — это явление, при котором выходной сигнал датчика при одинаковом значении давления отличается в зависимости от направления изменения давления: при повышении или при снижении. Гистерезис является важным метрологическим параметром и напрямую влияет на точность и повторяемость измерений.
Физическая природа гистерезиса
Гистерезис возникает вследствие:
- упругих остаточных деформаций мембраны;
- внутреннего трения материалов;
- неполного восстановления упругого состояния сенсора;
- микросдвигов в структуре сенсорного материала;
- зависимостей сопротивления (тензорезисторы) или ёмкости (ёмкостные сенсоры) от истории нагружения;
- температурных напряжений в сенсоре.
Иными словами, мембрана не возвращается в исходное положение идеально, а «запаздывает».
Как проявляется гистерезис на практике
Пример:
- датчик нагружается до 100% давления;
- затем давление сбрасывается до 0%;
- датчик вместо точного нуля показывает остаточное значение.
Таким образом, на графике отклика получается «петля гистерезиса»: траектория нарастания давления отличается от траектории спадания.
Гистерезис vs ошибка нуля
Важно различать:
- ошибка нуля — сдвиг нулевой точки постоянный;
- гистерезис — разница показаний при движении вверх и вниз по диапазону.
Если датчик при подъёме давления показывает одно значение, а при снижении другое — это гистерезис.
Влияние гистерезиса на метрологическую точность
Гистерезис приводит к:
- снижению повторяемости измерений;
- нелинейности отклика;
- увеличению суммарной погрешности;
- необходимости дополнительной калибровки;
- снижению качества регулирования в автоматических системах.
В реальных задачах управления процессами — это критический фактор.
Причины усиления гистерезиса
Гистерезис увеличивается при:
- старении мембраны;
- пластической деформации;
- работе на предельных давлениях;
- циклических нагрузках;
- воздействии высоких температур;
- длительной работе в агрессивных средах;
- вибрационных нагрузках.
Чем хуже условия эксплуатации — тем больше гистерезис.
Методы снижения гистерезиса
Для уменьшения гистерезиса применяются:
- правильный выбор материала мембраны (нержавеющая сталь → хастеллой → инконель → тантал);
- использование разделительных гильз и демпфирующих элементов;
- работа в пределах рекомендованного диапазона;
- температурная стабилизация перед поверкой;
- предварительная циклическая нагрузка («разминка»);
- алгоритмическая цифровая коррекция отклика.
У качественных датчиков гистерезис минимизирован конструктивно.
Методы измерения гистерезиса при поверке
Гистерезис оценивается при поверке следующим образом:
- фиксируется показание при достижении давления по нарастающей;
- фиксируется показание при снижении давления до тех же значений;
- рассчитывается разница.
Если разница превышает норму для данного класса датчика — измерительный узел признан нестабильным.