Problema al interpretar y calcular el efecto de la temperatura de un módulo amplificador

Refiriéndose a su publicación anterior titulada Una pregunta sobre el cambio de temperatura de un transductor , la sensibilidad de la celda de carga se define como \ $ C_n = 2 \, mV / V \ $, y se especifica el efecto de la temperatura de la celda de carga en la sensibilidad \ $ TK_C \ $ como \ $ 0.05 \, \% \, de \, C_n / 10 \, K \ $:

$$ C_n = C_ {n0} +0.05 \, \% \; C_ {n0} \ left (\ frac {T-T_0} {10} \ right) \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (1) \\ [0.35in] \flecha correcta C_n = C_ {n0} \, \ left \ {1 + \ left (\ frac {1/20} {100} \ right) \ left (\ frac {T-T_0} {10} \ right) \ right \} \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (2) \\ [0.35in] \flecha correcta C_n = C_ {n0} \ left (1 + \ frac {T-T_0} {20,000} \ right) \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (3) $$

donde

T0   = Load cell's initial (or reference) temperature, e.g., 25 °C
T    = Load cell's final temperature
Cn0  = Load cell's sensitivity when the load cell's temperature is T0
Cn   = Load cell's sensitivity when the load cell's temperature is T

La hoja de datos del módulo amplificador afirma que por cada aumento de 10K en la temperatura ambiente, el amplificador afecta la sensibilidad de la celda de carga ¹ en menos del 0.1% de la escala completa, donde "escala completa" es de $ C_n \ $ en la ecuación (4):

$$ C_n ^ {'} < C_n + 0.1 \, \% \; C_ {n} \ left (\ frac {T-T_0} {10} \ right) \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (4) \\ [0.35in] \flecha correcta C_n ^ {'} < C_n \, \ left \ {1 + \ left (\ frac {1/10} {100} \ right) \ left (\ frac {T-T_0} {10} \ right) \ right \} \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (5) \\ [0.35in] \flecha correcta C_n ^ {'} < C_n \ left (1 + \ frac {T-T_0} {10,000} \ right) \ Bigg \ rvert_ {C_n = RHS \; de \; ecuación (3)} \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (6) \\ [0.35in] \flecha correcta C_n ^ {'} < C_ {n0} \ left (1 + \ frac {T-T_0} {20,000} \ right) \ left (1 + \ frac {T-T_0} {10,000} \ right) \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (7) \\ [0.35in] \ rightarrow C_n ^ {'} < C_ {n0} \ left \ {1 + \ frac {3 (T-T_0)} {20,000} + \ frac {(T-T0) ^ 2} {200,000,000} \ right \} \; \; \; \; \; \; \; (8) $$

Varias fórmulas en la hoja de datos del módulo amplificador tienen un parámetro "Sensibilidad en mV / V"; sustituya \ $ C_n ^ {'} \ $ - es decir, el RHS de desigualdad (8), para ese parámetro de sensibilidad.

:: RENUNCIA DE RESPONSABILIDAD :: Vuelva a verificar estas ecuaciones antes de usarlas en cualquier producto.

NOTAS

¹ En la parte superior de la página 17 de la hoja de datos del módulo amplificador hay una fórmula (arriba del Ejemplo 1) donde la palabra "sensibilidad" se refiere a la sensibilidad de la celda de carga. Así que asumo que la especificación "Efecto de un cambio de 10 K en la temperatura ambiente sobre la sensibilidad" en la página 47 de la hoja de datos del amplificador también se refiere a la sensibilidad de la celda de carga.

² Las ecuaciones anteriores son para el caso especial donde la temperatura inicial \ $ T_0 \ $ y la temperatura final \ $ T \ $ son las mismas tanto para la celda de carga como para el amplificador. He proporcionado una respuesta por separado a continuación para el caso más general en el que las temperaturas de inicio / finalización de la celda de carga pueden ser diferentes de las temperaturas de inicio / finalización del amplificador.

El uso de MATLAB generó una fórmula para determinar el efecto en la sensibilidad de la celda de carga para el caso general, donde las temperaturas de inicio / finalización de la celda de carga pueden ser diferentes de las temperaturas de inicio / finalización del módulo amplificador.

Cn = L_Cn0 + (A_T-A_T0)*A_TKC*L_Cn0/1000 + (L_T-L_T0)*L_Cn0*L_TKC/1000 + (L_T-L_T0)*A_T*A_TKC*L_Cn0*L_TKC/1000000 + (L_T0-L_T)*A_T0*A_TKC*L_Cn0*L_TKC/1000000

donde

:: Load cell parameters ::
L_Cn0 = Sensitivity at temperature L_T0 (e.g., 2 mV/V)
L_TKC = Temperature effect on sensitivity (e.g., 0.0 5% of Cn/10K)
L_T0  = Initial temperature
L_T   = Final temperature

:: Amplifier parameters ::
A_TKC = Temperature effect on load cell sensitify (e.g., <0.1% of Cn (Full Scale))
A_T0  = Initial temperature
A_T   = Final temperature

  

@ DonCarlos > Una cosa un poco me confunde aquí. Utilizo tensión de excitación de 10V. Pero la sensibilidad se define para una excitación de 1 V, es decir, mV / V. En mi caso quiero estimar la deriva total. Su Cn 'es el voltaje de deriva total para la sensibilidad. ¿Debería ser 100 * Cn 'en mi caso? (Para excitación de 10V)

No estoy 100% seguro de entender correctamente la información en la hoja de datos del Clip IG, por ejemplo, los dos ejemplos que se muestran en la página 17 para la unidad de amplificador de medición AE101 mencionan las selecciones de interruptor S21 que no tienen sentido para mí. la información en la Tabla 4.1 en la página 16.

Mirando la fórmula en la parte superior de la página 17, mi mejor estimación de los significados reales de los términos de la fórmula es la siguiente:

1. Carga parcial: = \ $ L_ {aplicada (max)} \ $, la carga aplicada máxima de su sistema
2. Carga nominal: = \ $ L_ {nominal (máx.)} \ $, la carga máxima nominal de la celda de carga
3. 10V: = \ $ V_ {out (max)} \ $, El voltaje de salida máximo deseado, donde \ $ V_ {out (max)} \ le10 \, Volts \ $
4. Rango de medición en V: = \ $ V_E \ $, el voltaje de excitación del puente (?)
5. Sensibilidad en mV / V: = \ $ C_n \ $, la sensibilidad especificada de la celda de carga
6. Rango de medición nominal (mV / V): = \ $ R_n \ $, sensibilidad del rango de medición de AE101

  

EJEMPLO 1

     

Requisitos de diseño

     

1. Necesito medir masas que no excedan los 75 kg, así que escogeré una celda de carga cuyo Max. la capacidad \ $ E_ {max} \ $ es de 100 kg.
  
2. A plena carga (75 kg aplicados), el voltaje de salida de AE101 \ $ V_ {out (max)} \ $ debe ser de 9 voltios para mi aplicación particular.
  

Especificaciones de la hoja de datos

     

1. De acuerdo con la hoja de datos de la celda de carga, la tensión de excitación de referencia de la celda de carga \ $ U_ {ref} \ $ (aka, \ $ V_E \ $) es 5 Voltios
  
2. De acuerdo con la hoja de datos de la celda de carga, sensitivity C $ {n} \ $ de la celda de carga es de 2 mV / V.
  

Calculations

     

$$ R_n = \ left (\ frac {L_ {apply (max)}} {L_ {rated (max)}} \ right) \ left (\ frac {V_ {out (max)}} {V_E} \ derecha) C_n \; \; \; \; \; \; \; \; (1) \\ [0.35in] = \ left (\ frac {75 \, kg} {100 \, kg} \ right) \ left (\ frac {9 \, V} {5 \, V} \ right) 2 \, mV / V \\ [0.35in] \ rightarrow R_n = 2.7 \, mV / V $$

     

Mirando la Tabla 4.1 en la hoja de datos de Clip IG, para \ $ V_E = 5 \, V \ $ y   \ $ R_n = 2.7 \, mV / V \ $, la selección de rango S21 interruptores 5 + 8 están encendidos.   Después de configurar S21, se aplica una carga precisa de 75 kg a la celda de carga,   y luego el potenciómetro de calibración P22 se ajusta para una salida   Voltaje de 9 voltios.

Tras la calibración, el voltaje de salida del AE101 se define mediante la ecuación (2) a continuación, donde la configuración del potenciómetro de calibración P22 es la constante de calibración 'k' y 'F' es la masa aplicada en kilogramos:

$$ V_ {out} = R_n \, k \, F \, \ Bigg \ rvert_ {R_n = RHS \, of \, ecuación \, (1)} \; \; \; \; \; \; \; \; (2) \\ [0.35in] \flecha correcta V_ {out} = \ left (\ frac {L_ {apply (max)}} {L_ {rated (max)}} \ right) \ left (\ frac {V_ {out (max)}} {V_E} \ right ) \, C_n \, k \, F \; \; \; \; \; \; \; \; (3) $$

Para el EJEMPLO 1 anterior, el valor de k es 44.444 ... V / kg. [Consejo: Dado Vout (max) = 9V, F = 75kg, Rn = 2.7mV / V, resolver para k.] Básicamente, la constante de calibración \ $ k \ $ ajusta la sensibilidad de la celda de carga \ $ C_n \ $.

  

EJEMPLO 2

     

Supongamos que el procedimiento de calibración del EJEMPLO 1 se realiza a temperatura   \ $ T_0 = 25 \, ° C \ $. Ahora quiero saber el límite máximo de voltaje de salida para   una carga aplicada de 75 kg a temperatura \ $ T = 50 \, ° C \ $. (n.b. Tanto la carga   la celda y el AE101 comienzan a 25 ° C y terminan a 50 ° C.) en la ecuación (3)   Reemplace \ $ C_n \ $ con el RHS de la ecuación (8) en mi respuesta anterior a   tu pregunta original Esto se deja como un ejercicio para el lector. ;-)