Quando si acquista un sensore di pressione, spesso gli utenti si concentrano principalmente sull’accuratezza. A questo aspetto sono collegati numerosi concetti rilevanti che abbiamo già spiegato in un’altra occasione. L’accuratezza, però, è solo uno degli aspetti di un altro concetto presente nelle schede tecniche dei trasmettitori di pressione: l’errore totale. Di seguito chiariamo come va inteso questo dato delle schede tecniche e quale ruolo dovrebbe svolgere nella scelta del giusto sensore di pressione.
Innanzitutto, l’accuratezza non fornisce informazioni circa l’errore totale. Quest’ultimo dipende da diversi fattori, ad esempio in quali condizioni si utilizza il sensore di pressione. Nell’immagine 1 si possono vedere i tre aspetti di cui si compone l’errore totale: l’errore regolabile, l’accuratezza e gli effetti termici.
Immagine 1: composizione dell’errore totale
Errore regolabile
Come si vede dall’immagine, l’aspetto parziale dell’errore regolabile è composto dall’errore del punto zero e dall’errore dell’intervallo. La denominazione “errore regolabile” è dovuta al fatto che questi due errori – l’errore del punto zero e l’errore dell’intervallo – sono facili da riconoscere e regolare. Si tratta dunque di errori con cui gli utenti non devono imparare a convivere. Nei sensori di pressione della STS questi due errori vengono corretti già in fabbrica.
La stabilità a lungo termine, detta anche deriva o errore a lungo termine, è la causa dell’errore del punto zero e dell’errore dell’intervallo durante l’impiego. Vale a dire che con un lungo utilizzo entrambi questi errori regolabili possono verificarsi nuovamente e intensificarsi. Attraverso una calibrazione e, a seguito, una messa a punto, la deriva a lungo termine può essere di nuovo corretta. Qui è possibile trovare maggiori informazioni sulla calibrazione e sulla messa a punto.
Accuratezza
L’aspetto parziale dell’accuratezza compare nelle schede tecniche anche sotto la denominazione di deviazione della curva caratteristica. L’imprecisione nella terminologia è dovuta anche al fatto che “l’accuratezza” non è definita da nessuno standard stabilito dalla legge.
Questo concetto comprende gli errori di non-linearità, l’isteresi (pressione) e non la non-ripetibilità (vedi immagine 2). La non-ripetibilità descrive le variazioni osservate applicando più volte una medesima pressione. L’isteresi si riferisce al fatto che i segnali di uscita di una stessa identica pressione possono essere diversi, se la pressione viene applicata “dall’alto” o “dal basso”. Nei trasmettitori di pressione piezoresistivi questi due fattori sono molto ridotti.
Dunque è la non-linearità ad influenzare maggiormente l’accuratezza e, di conseguenza, l’errore totale. Con questo termine si intende la massima deviazione positiva e negativa della curva caratteristica da una linea retta di riferimento a pressione crescente e decrescente. Qui è possibile trovare maggiori informazioni su questi concetti.
Immagine 2: Si definisce non-linearità la differenza maggiore all’interno della curva caratteristica applicando più volte la pressione da misurare.
Effetti termici
Le variazioni di temperatura influenzano i valori misurati da un sensore di pressione. Esiste anche un’isteresi di temperatura. L’isteresi, in generale, descrive la variazione di un sistema, quando si raggiunge lo stesso punto da direzioni diverse. Nel caso dell’isteresi di temperatura, l’isteresi descrive la differenza (errore) del segnale di uscita ad una determinata temperatura, quando questa temperatura definita viene misurata partendo da una temperatura più bassa o da una temperatura più elevata. La STS considera come tipica una temperatura di 25 °C.
Immagine 3: Comportamento tipico degli effetti termici nei trasmettitori di pressione.
Errore totale o accuratezza?
Naturalmente, la domanda principale che nasce da tutti questi aspetti è a cosa devono prestare maggiormente attenzione gli utenti nella scelta del sensore. La risposta è diversa da caso a caso. L’errore regolabile, poiché viene già corretto in fabbrica,svolge solo un ruolo secondario. Per questo aspetto basta solo tener presente che di norma dopo un anno di utilizzo il sensore deve essere ricalibrato e regolato.
Quando si acquista un nuovo sensore, sia l’accuratezza che gli effetti termici sono due aspetti determinanti. A tal proposito la domanda principale da farsi è: “eseguo delle misurazioni della pressione in condizioni controllate?” Se ciò avviene, questo significa che quando l’utente durante la calibrazione esegue le sue misurazioni in prossimità della temperatura di riferimento (tip. 25 °C), gli effetti termici sono trascurabili. Il valore dell’errore totale è importante quando la misurazione della pressione viene eseguita su un ampio intervallo di temperatura.
In conclusione esaminiamo la scheda tecnica del trasmettitore di pressione piezoresistivo ATM.1st della STS (immagine 4):
Immagine 4: Parte di una scheda tecnica (ATM.1st)
Nelle specifiche tecniche dell’ATM.1st sono indicati sia l’accuratezza che l’errore totale. I dati di accuratezza sono suddivisi per i rispettivi campi di pressione. I valori quantificati derivano dalla non-linearità, dall’isteresi e dalla non-ripetibilità a temperatura ambiente. Gli utenti che desiderano eseguire misurazioni in condizioni di temperatura controllate (temperatura ambiente) possono, quindi, orientarsi sulla base dei valori di accuratezza forniti.
L’errore totale indicato nella scheda tecnica, invece, comprende gli effetti termici. In aggiunta, l’errore totale viene completato dalle indicazioni “tip.” e “max.”. La prima indicazione descrive l’errore totale tipico. Non tutti i sensori di pressione sono del tutto identici e la loro accuratezza può variare leggermente. La precisione dei sensori corrisponde alla distribuzione normale di Gauss. Ovvero:il 90% dei valori misurati nell’intero campo di pressione e temperatura di un sensore corrisponde al valore espresso dall’errore totale tipico. I restanti valori misurati si posizionano nell’errore totale massimo.
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