خطاهای سیستم های اندازه گیری

خطاهای سیستم های اندازه گیری

در دستگاه های گوناگون اندازه گیری شکل های متفاوتی از خطا ممکن است که ظاهر شود. در این میان بسیاری از خطاها منحصر به یک دستگاه خاص است و گاهی نیز با صورتی از خطاها روبه رو می شویم که ، این نوع خطاها به صورت مشترک در بسیاری از انواع دستگاه های سنجش و اندازه گیری مشترک می باشد. در ادامه سعی بر آن است که با گونه های متفاوتی از این خطاها که بیشتر رایج است ، آشنا شویم.

· از جمله خطاهای بسیار رایج خطای دید است. برای نمونه ، زمانی که از اندازه گیرهایی استفاده می شود که دارای ارائه ی اطلاعات به صورت آنالوگ می باشند ، با این صورت از خطاها روبه رو می شویم. معمولا این خطا در خواندن انواع خط کش ، مشاهده ی عقربه ها و نمودارها می باشد. البته گاهی این ها به دلیل عوامل فیزیکی ای چون شکست نور رخ می دهند.

· در اندازه گیرهای مقاومتی رطوبت به دلیل محدودیت بازه ی اندازه گیری ، حدود ابتدایی و انتهایی ، نمی توان رطوبت را به درستی در همه رنج اندازه گرفت.

· در اندازه گیری رطوبت از طریق دما ، ممکن است حباب ها کاملا به صورت مطلق خیس و یا خشک نباشند ، به علاوه ممکن است با خطای دید ، به صورت اشتباه در خواندن جداول ، نقشه ها ، خط کش و نمودار سایکومتری روبه رو باشیم.

· در روش هیدروگراف استفاده ی مداوم از دستگاه ممکن است سبب شود که موی انسان و یا پوست غورباقه از حالت کالیبره خارج شود و تلرانس های لازم از بین برود.

· در مانومترها همواره مشکل انحنای سطح سیال درون لوله وجود دارد ، که این می تواند سبب بروز خطای دید در خواندن ارتفاع ستون سیال گردد.〔3〕

· در هنگام خواندن مانومترها باید به این نکته کاملا دقت کرد ، که مانومتر کاملا تراز قرار گرفته باشد. در صورت تراز نبودن مانومتر ، خطا در ارتفاع نشان داده به وجود خواهد آمد. 〔3〕

· در مقادیر کم فشار نسبی ، به دلیل حد تفکیک کم در مانومترها به ویژه در انواع جیوه ای ، با مشکل خطای دید روبه رو خواهیم بود.

· لوله های بوردن در اثر ضربه خوردن دچار خطا می شوند که معمولا این باعث بروز یک خطای سیستماتیک مثل خطای صفر می شود.

· کم شدن سیال درون نمایشگرهای عقربه ای (مثل فشارسنج ها)، می تواند باعث لرزیدن عقربه شود.

· استرین گیج ها که با تغییرات مقاومتی کرنش سنجی می کنند ، اگر در برابر تغییرات حرارتی در محل آزمایش قرار گیرند ، دچار خطای اندازه گیری خواهند شد.

· استفاده از قطعات و اجزای اضافی در سیستم های اندازه گیری سبب بالا رفتن هزینه می شود و احتمال وارد شدن نویز و ایجاد خطا را افزایش می دهد. 〔2〕

· در لوله های پیتوت در اثر مسدود شدن مجراهای و یا لوله های ارتباط با مانومتر ، خطا در سنجش رخ خواهد داد.

· انحراف نوک لوله ی پیتوت از راستای جریان اگر زیاد باشد ، از عوامل خطا زا خواهد بود.

· اشتباه در تعیین دانسیته ی سیالات مورد سنجش توسط لوله ی پیتوت ، می تواند تولید خطا کند.

· در سرعت های زیر 2/0 ماخ ، که با لوله ی پیتوت سنجیده می شوند ، فرض را بر این می گیریم که سیال تراکم ناپذیر است ، که این فرض در سرعت های بالا نتایج را دچار اشتباهات زیادی می کند.

· وجود ذرات معلق در سیال معمولا سبب می گردد که در مسیر کانال ها ، لوله ها و یا در اطراف وسیله ی اندازه گیری (مثل سرعت سنج های اختلاف هد) ، جرم گرفته و سرعت ها به صورت مجازی ، بیشتر از مقدار واقعی خود نشان داده شوند.

· با استهلاک دستگاه های اندازه گیری ، خطا در نتایج حاصل از این وسایل به مقدار زیادی وارد می شود. خوردگی در این وسایل ، مسبب بروز خطا خواهد بود.

· از مواردی که ممکن است در بسیاری از اندازه گیرها به طور مشترک وجود داشته باشد ، این است که خود این وسایل نیز ممکن است باعث نتیجه شدن پارامتری از جنس پارامترهای مورد اندازه گیری شوند. در این صورت باید این خطا را در محاسبات منظور کرد.

· در اندازه گیرهایی که برای سنجش از خاصیت مغناطیسی استفاده می کنند ، قرار گیری در اطراف یک وسیله که خاصیت مغناطیسی القاء می کند ، می تواند به پدیدار شدن نویز در اثر تداخل میدان های مغناطیسی ، در دستگاه اندازه گیری و در نتیجه خطا در نتایج شود.

· در ابزارهای سنجشی که نیاز به منبع تغذیه ی الکتریکی دارند و به ویژه آن هایی که از برق شهر استفاده می کنند ، نوسان در فرکانس آن ها می تواند عامل تولید خطا باشد.

· پوشش های گوناگونی از جنس رنگ ، انواع غلاف ها و حتی پوسیدگی و اکسید شدن سطوح که روی انواع سنسورها قرار می گیرند ، باعث کند شدن زمان پاسخ دهی و یا بروز خطا می گردند.

· در اندازه گیری دما از طریق فشار بخار ، تغییر حجم لوله ها در اثر تغییر حرارت و کامل نبودن گاز مورد استفاده ، سبب ایجاد خطا در سنجش می گردد. 〔2〕

· در اندازه گیری تشعشعی دما ، وجود گرد و غبار و بخار موجب فیلترینگ و تضعیف تشعشعات در بعضی طول موج ها می گردد. به علاوه آلودگی عدسی نیز می تواند از عوامل پیدایش خطا شمرده شود. 〔2〕

· در ترموکوپل ها عوامل گوناگونی ممکن است سبب پیدایش خطا و یا ناپایداری گردد ، در زیر به عوامل اصلی از این دست اشاره می کنیم:

o تبلور مجدد کریستال های هادی ترموکوپل ها

o واکنش با محیط اطراف

o بخار شدن یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده ی ترموکوپل

o رفتار موادی که به هادی ها افزوده شده اند

o تغییر و تبدیل در ساختمان داخلی کریستال ها 〔7〕

o استفاده از غلاف در ترموکوپل سبب زیاد شدن ثابت زمانی می گردد. 〔2〕

· محل و چگونگی نصب ترموکوپل دارای اهمیت فراوانی است ، چرا که نقاط مختلف و حتی نزدیک به هم در یک پروسه ممکن است دماهای مختلف داشته باشند ، بنابراین باید توجه نمود که ترموکوپل در محلی نصب گردد که نقطه ی اندازه گیری ، منطبق بر نقطه ی اتصال دو فلز در ترموکوپل باشد. 〔2〕

· در مورد نصب RTD ها باید دقت کرد که تنش های مکانیکی بر آن ها وارد نشود ، چرا که تنش های مکانیکی نیز مانند تغییرات درجه حرارت می توانند موجب تغییر مقاومت الکتریکی شوند. به همین دلیل سیم پیچ های اندازه گیر حرارت را با چسب های مخصوص با هدایت حرارتی خوب ، در محل مورد نظر به طور محکم نصب می کنند. 〔2〕

· در RTD ها تغییرات مقاومت سیم های رابط با دما ، منجر به بروز خطاهای بزرگ در اندازه گیری می شود. برای حل این مشکل از اندازه گیرهای سه سیمه یا چهار سیمه استفاده می کنند. 〔2〕

· سرهای اتصال بلند در اندازه گیرهای RTD ، به دلیل اعمال مقاومت بالا به مدار ، سبب ایجاد خطا می شوند. 〔9〕

· از آن جایی که RTD ها ابزارهای مقاومتی هستند ، با عبور جریان از دو سر آن ها در RTD تولید حرارت می شود و در نتیجه خطا در اندازه گیری بروز می کند. با استفاده از حداقل جریان تحریک ، می توان این مقدار حرارت ناشی از خود گرمایی RTD را به حداقل رساند. مقدار این حرارت به محل و چگونگی استفاده از حسگر بستگی دارد. 〔9〕

· یکی از مشکلات ترمیستورها وجود تلرانس در آن ها است ، به طوری که ترمیستورهای ساخت یک کمپانی و تحت یک نام و شماره از نظر رفتار و مشخصه ها باید با یکدیگر تفاوت دارند و این امر هنگام تعویض و جابجایی عناصر اندازه گیر مشکل آفرین خواهد شد. 〔2〕 این مشکل در رابطه با RTD ها که تولید کمپانی های گوناگون باشند نیز صادق است. 〔9〕

· لحیم کاری پایه ی ترمیستور می بایستی سریع و در دمای پایین انجام شود ، زیرا این امکان وجود دارد که عناصر فلز لحیم کاری از طریق پایه ها به اتصال فلز – نیمه هادی در ترمیستور نفوذ کرده و عملا در آن محل تشکیل یک ترموکوپل دهند و در اندازه گیری ، ایجاد خطا و اشتباه نمایند. پدیده ای که در بسیاری از موارد موجب تعجب و سردرگمی مهندسین می گردد. 〔2〕

· اثر خود گرمایی (Self Heating) در اندازه گیری مقاومتی در ترمیستورها با شدت بیشتری ظاهر می شود. علت این امر مقاومت بزرگ ترمیستور است. همچنین به دلیل کوچک بودن ثابت زمانی ، دمای آن ها در برابر این پدیده سریع تغییر می کند. برای جلوگیری از این پدیده همان طور که در قبل هم اشاره شد ، باید سعی شود که از مدار کم ترین میزان ممکن جریان عبور کند. 〔9و2〕

· همان گونه که پیش تر هم اشاره شد ، تغییر ویژگی های ذاتی و فیزیکی اندازه گیر با مرور زمان از عوامل خطا زا در سیستم می باشد. عناصر اندازه گیر در اثر تحمل حرارت ، یا در اثر فعل و انفعال شیمیایی تدریجی با محیطی که با آن در تماس هستند ، ویژگی های اولیه ی خود را به تدریج از دست می دهند. 〔2〕

· در هنگام تبدیل شکل سیگنال ها و دریافت اطلاعات نیز ممکن است خطا ظاهر شود ، این خطا را با نام خطای کوانتیزه کردن معرفی می کنند. زمانی که یک عدد تکی دیجیتایز شده با یک محدوده از مقادیر آنالوگ ، که هر کدام از آن ها را می توان به آن عدد کوانتیزه کرد ، متناظر است. عرض هر پله بیانگر محدوده ی مقادیر آنالوگی است که به طور بالقوه ، به هر خروجی دیجیتالی می تواند منجر شود و این معادل با محدوده ی ورودی کامل آنالوگ قطعه ، تقسیم بر تعداد حالت های دیجیتال گسسته خواهد بود. در مورد اغلب سیگنال ها ، این خطا را می توان به صورت خطای تصادفی غیر همبسته با سیگنال در نظر گرفت.〔16〕

در زمانی که به دقت و اطمینان زیادی در اندازه گیری نیاز داشته باشیم ، پارامتر مورد نظر را با کمک دو اصل فیزیکی متفاوت اندازه گیری می کنیم. به این صورت عمل اندازه گیری قابلیت اطمینان بیشتری خواهد داشت. 〔2〕

در آنالیزها باید دقت کرد که معمولا محاسبات دچار یک عدم قطعیت می گردند. برای مثال در تونل باد با این مشکل مواجه می شویم که ، ضریب انتقال گرمای جریان هوا ، بر سایر اتلافات حرارتی ، دقت سیستم ترموکوپل و دقت ارزیابی شیب منحنی سرد شدن موثر است. بنابراین سرعت جریان اغلب تاثیر مهمی روی نتایج آزمایش می گذارد. میزان خنک کاری در سرعت های بالاتر افزایش می یابد ، ولی سرعت جریان به تنهایی اندازه گیری نمی شود ، زیرا سرعت با دما ، به صورت وابسته از عوامل تاثیر گذار هستند. هر خطایی در این رابطه شامل سیستم ترموکوپل نیز می شود و از طرف دیگر سرعت جریان ، عدد رینولدز را کنترل می کند. عدد رینولدز به همراه عدد ناسلت ، مشخصات حرارتی سیستم انتقال حرارت را معیین می کنند. از این رو در رابطه با صحت سرعت جریان ، صحت مشخصات گرمایی کل سیستم را بیان می کنند. 〔10〕

منابع:

۲- اصول و اجزاء: کنترل صنعتی / سبزپوشان- سید حجت / انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران / چاپ پنجم 1386

۳- ابزار دقیق و کنترل فرآیند به ضمیمه آزمایشگاه / تقوی فر- محسن / انتشارات صفار / چاپ چهارم 1386

۷- دماسنجی با پدیده ی ترموالکتریک / پروبراژنسکی / تشکری- شعبانعلی / مرکز آموزش و تحقیقات سرامیک شرکت مقره سازی ایران / چاپ اول 1370

۹- اصول کاربردی و آزمایشگاهی سیستم های کنترل خطی – جلد دوم / موسوی انزهایی- سید محمود – حاجی حسینی- پیمان / انتشارات سرافراز

۱۰ - HEAT TRANSFER AND PRESSURE DROP CHARACTERISTICS OF CROSS FLOW OF AIR OVER A CIRCULAR TUBE IN

۱۶- تئوری و عملی ابزار دقیق / M.Hill – J.Turner / طلوع خراسانیان- محمد / نشر طراح / چاپ پنجم 1387

خطاهای سیستم های اندازه گیری

مطالب مشابه :

تمام دانشگاه های مردانه و زنانه کنکور/ ۲۹ دانشگاه تک جنسیتی دانشجو می پذیرند

خطاهای سیستم های اندازه گیری

تولید انرژی الکتریکی از سیستم ترمز هواپیما!

سیستم های ابزار دقیق ، کالیبراسیون و خطا

رزومه (مشخصات، سوابق و فعالیتها)

آشنایی با اویونیک به زبان ساده

سخنرانی شیطان در روز قیامت ....

کتاب مدل‌سازی و شبیه‌سازی دینامیک اجسام پرنده منتشر شد

گمانه زنی ها در مورد اضافه کاری روبات فضانورد!