Какъв всъщност е проблемаЗа най-различни цели/приложения може да ви потрябва да сложите датчик за налягане. Хубавото е, че производители на такива датчици има доста, не са скъпи и ги правят удобни за интегриране с микроконтролери (с цифров интерфейс). Лошото е, че тези датчици НЕ СА нещо, което слагаш и забравяш за него! Нормално е като се сложи един компонент в електронно у-во - той да си работи по един и същи начин много години докато вече в края на живота си вземе да дава отклонения и накрая спре да работи. Така е с повечето компоненти, които влагате в у-вата си (с изключение на някои кондензатори).
Всичко това изобщо не е така с датчиците за налягане - те още от ден 1-ви след производството си започват да дават отклонения. Тези отклонения са по-бързо променящи се в началото (първите години) и после се стабилизират (но и в това няма гаранция). Производителите дават един параметър в спецификациите наречен Long-term stability в милибари на година, който означава какво най-голямо изменение в показанието допускат на година. Обикновено този параметър е 1 mBar/y, а при някои по-непретенциозни датчици е 2 mBar/y.
Как направих тестоветеТеста в барокамера претърпя известен провал по две направления. Първото беше, че не всички уреди записаха данни - вината за това си е изцяло моя - не отделих достатъчно време да си поиграя с настройките им и да проверя всичко преди вкарването им в барокамерата. Второто беше, че барокамерата не можеше да държи постоянно налягане - явно някое уплътнение беше спукано и пропускаше. Така при ниските налягания (400 - 700 милибара) процеждането на външен въздух в камерата се е случвало с висока скорост и задържане на налягането за измерване на практика не се е случвало въпреки, че на манометъра изглеждаше че е постоянно. Това стана ясно няколко дни по-късно когато вече нямаше възможност за повтаряне на теста.
Следващите два теста (вече успешни) направих с изкачване от ниско на високо. Първия - от с. Български Извор (250 м) до прохода Витиня (920 м), втория от центъра на София (500 м) до хижа Алеко на Витоша (1850 м). След като всички уреди си записаха данните - последва сваляне на записите, сметки и графики.
Резултати от тестоветеОт 7-те уреда 4 са Швейцарско производство, един Словенски, един Португалски и един Корейски. От 4-те Швейцарски уреда - 3 са с аналогови датчици, и един с цифров датчик. Останалите 3 са с цифрови датчици. (подробности по това - по-надолу)
На двете графики са показани грешките на всеки уред (показаното от уреда налягане минус истинското налягане според контролния уред) спрямо истинското налягане. Всички налягания са в хектопаскали (милибари - едно и също е). С квадратни маркери са обозначени цифровите датчици, а с кръгли - аналоговите. Ето и изчислените с линейна регресия промени в предавателните х-ки:
За експеримента Витоша
Swiss3 [2015]: bias = -0.005587511597333435, offset = -1.4461429531574008
Port1 [2016]: bias = -0.01701893595272436, offset = -5.321262087115246
Swiss1 [2012]: bias = -0.003203916907546966, offset = -2.6415732254489264
Slo1 [2013]: bias = 0.0013500040536335942, offset = -0.4764651279713829
Kor1 [2016]: bias = -0.0027731715437938845, offset = -9.496792517984582
Swiss4 [2019]: bias = -0.0023308436987694234, offset = -0.13399798328788348
За експеримента Витиня
Swiss3 [2014]: bias = -0.006812229433105039, offset = -1.9990865230807187
Port1 [2016]: bias = -0.015926137663226137, offset = -6.084913551306032
Swiss2 [2015]: bias = -0.001426677875300018, offset = -1.547368359686346
Slo1 [2013]: bias = 2.0160731256935023E-4, offset = -0.8214976800519422
Kor1 [2016]: bias = -0.002642798986280059, offset = -9.355095860977926
Swiss1 [2012]: bias = -0.004839123526108476, offset = -2.6290366056387535
Swiss4 [2019]: bias = -0.0028595883486701905, offset = -0.0532063986159211
Както се вижда с просто око - не всички датчици успяват да постигнат обещаното от производителите им отместване в рамките на 1 милибар на година. Другото, което прави впечатление е, че не всички датчици успяват да запазят нулев наклон на предавателната си характеристика.
Изводи от цялата тази работа- Обещаното не е като даденото - някои параметри по спецификация не се спазват и за съжаление - това е параметър, за който става ясно след години! Не може да стане ясно на входящ контрол.
- Някои датчици освен "offset" с течение на времето получават и "bias".
- За да имате в устройството, което правите, точно измерване на налягане за дълги години - то трябва да бъде обслужваемо и да осигурите поне едното от следните две: възможност за лесна подмяна на датчика с нов; възможност за софтуерно калибриране.
- Ако устройството, което правите няма да бъде обслужваемо, но въпреки това искате да имате точно налягане за максимално дълго време - ето някои насоки: (1) датчиците трябва да бъдат оставени да "улегнат" - фирмите ги купуват и ги държат на склад за известно време и чак след това ги калибрират в собствени барокамери. (2) калибрирането на датчик задължително трябва да се прави след запояването му. (3) използването на аналогов датчик дава по-добри резултати, но само ако останалата част от схемата е направена много добре - много добър контрол на тока през датчика и качествен ADC. (4) ако използвате цифров датчик - след запояването му го калибрирайте и заложете новите константи в софтуера си. (5) винаги екранирайте добре датчика (и аналоговата част около него ако има такава). (6) купувайте датчици от фирми, които произвеждат датчици, а не от фирми, които произвеждат всичко и между другото и датчици.