传感器Vmin和DR量的解释

作者：中国计量科学研究院 周祖濂

欢迎访问e展厅 展厅 12 流量计展厅 涡轮流量计, 涡街流量计, 旋涡流量计, 电磁流量计, 罗茨流量计, ... 设计衡器时对传感器的两个特征量Vmin和DR的认识是至关重要的。根据OIML R60国际建议，它们的定义如下： “2.3.9 最小静载荷输出回程（DR） 最小静载荷F，测量其加载前和加载后传感器输出的差值”，“2.3.10传感器最小检定分度值（Vmin）在传感器的测量范围内可被划分的最小检定分度值（以质量为单位）”。 这两个特征量在衡器设计中决定了所用传感器的最小可使用范围，对它们物理意义的正确理解，有助于对传感器的正确使用。 Vmin和DR两个特征量，是根据对传感器的实际测量结果、依照规定的计算公式得到的，不随传感器的使用量程或范围而改变。它们的大小确定了传感器可使用的范围。 例如：使用一只C3级，Emax=1t的传感器，是否可用来制作一台静（死）载荷为0.5t，最大秤量Max=0.3t， h=3000分度的衡器，Vmin起着决定性的作用。三种温度t，该传感器的最小载荷的输出实测值分别为： t=20℃0.01500mV/V t=40℃0.01440mV/V t=-10℃ 0.0157mV/V 可求得每改变1℃，传感器最小载荷的最大变化为： （0.01500-0.01440）mV/V÷20℃=0.00003mV/V/℃ 对于灵敏度为2mV/V的传感器，满量程的变化为： （0.00003÷2）×100%F·S/℃=0.0015%F·S/℃ 由此，根据OIML R60（2000版）的5.5.1.3和附录的C.2.4.4，并设分配因子PLc=0.7，可求得该传感器的最小检定分度值： Vmin=（0.0015%F·S/℃×5℃）÷0.7=0.011%F·S 或Vmin（kg）=（1000kg×0.011%F·S）÷100=0.11kg。 当要求n=3000分度时，该传感器的最小可使用范围为： 最小使用范围=（3000×0.11kg×100%）÷1000kg=33% 所以在扣除0.5t静（死）载荷，用它来设计一台Max=0.3t，n=3000分度的秤，是能满足精度要求的。 最小静载荷回程（DR）的物理意义就比较直观。它是描述传感器蠕变特性的物理量，根据OIML R60中：C.2.5最小静载荷回程，可由以分度值V为单位的最小静载荷误差值CDR按下式求得 DR=（Emax×CDR）/nmax 在此DR以质量为单位，且不得大于0.5V。 Vmin和DR这两个参量对设计衡器和判别同级传感器谁优谁劣是非常重要的。在2000年版的OIML R60号国际建设中，给出了两个非强制要求的附加相关量（relative）： Y=Emax/Vmin和 Z=Emax/（2×DR）. 根据Y的数值我们很容易判断该传感器是否可用做多量程衡器（multiple range instrument）或该传感器不超过最大允许误差（mpe）的最小秤量范围。一般C3级传感器的Y值为10000左右。OIML R60（2000）附录给出的例中Y=12000。C3级传感器的Z值为4000左右。 DR值是用来描述多分度秤（multi-interalinstrument），因为此时多分度秤的最小分度值应该满足下列条件： DR≤0.5e 也即是可由Z值来确定。 由Vmin值描述的Y值，是表征不依赖于传感器秤量的分辨力。用于多量程的设计。例如，在1992版OIML R76非自动衡器国际建议中给出的例子：最大秤量Max=15kg 三级秤 其局部量程为： e1=1g 0~2kgn=2000 e2=2g 2kg~5kgn=2000 e3=10g 5k~15kg n=2000 此时Max/e1=15000，所以若选用Y=12000的C3级传感器是不能满足该设计要求的，需选择Y≥15000的C3级传感器，才能满足要求。因为此时e1≥Vmin。另一方面设传感器的灵敏度为2mV/V，对激励电压为10V的显示仪表而言，对15000分辨力而言，一个分度相当1.33μV，若显示仪的分辨力为0.4μV/d将基本能满足要求，若显示仪表的激励电压为5V，则一个分度的电压为0.67μV。此时显示仪表的分辨力若仍为0.4μV/d就显得不够了，需选用0.2μV/d以上的显示仪表。 所以，同样是C3级的传感器，若不知道Vmin和DR值，或Y和Z值，是不能辨别其优劣，也无法用来设计衡器的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/12/2008)