HIỆU CHUẨN CẢM BIẾN ĐO ĐỘ RUNG

VIBRATION ACCELEROMETERS CALIBRATION

Với những điều kiện thông thường, cảm biến đo độ rung piezoelectric cực kỳ ổn định và đặc tính của chúng không thay đổi theo thời gian. Tuy nhiên, cảm biến đo độ rung đôi khi hoạt động với điều kiện môi trường khắc nghiệt, ví dụ như bị sốc cơ học, sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm,… Vì vậy, cảm biến cần được thiết lập kế hoạch hiệu chuẩn. Với những ứng dụng cần độ chính xác cao, các hãng khuyên nên hiệu chuẩn lại gia tốc kế sau khi sử dụng với điều kiện khắc nghiệt hoặc ít nhất 2 năm một lần.

1/ Hiệu chuẩn là gì?

Hiệu chuẩn là quá trình cấu hình thiết bị để loại bỏ các tác nhân gây ảnh hưởng phép đo và có thể đảm bảo cho thiết bị đạt chuẩn thiết kế và cho ra kết quả lấy mẫu tốt nhất với dải đo chuẩn.

Quá trình hiệu chuẩn thường sử dụng thiết bị hiệu chuẩn (calibrator) để kiểm tra mẫu vật với các giá trị có sẵn. Kết quả đo sẽ cho thấy sự khác hoặc giống nhau của kết quả đo và giá trị có sẵn. Quá trình hiệu chuẩn thực chất sẽ “dạy” cho thiết bị để thiết bị cho ra kết quả chính xác hơn với điều kiện đo giống như bình thường.

2/ Nên hiệu chuẩn cảm biến đo độ rung như thế nào?

Nếu không có bộ hiệu chuẩn nào đang được sử dụng trên tay, dải đo có thể được hiệu chuẩn điện tử bằng

  • Điều chỉnh bộ khuếch đại tăng lên để xác định độ nhạy gia tốc kế.
  • Điều chỉnh độ nhạy khi sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu dựa vào máy tính.
  • Thay thế gia tốc kế bằng một tín hiệu của bộ phát và đo đại lương tương đương.

Hiểu được giới hạn của sự hiệu chuẩn cảm biến.

Một vài điều không chắc chắc có thể xảy ra khi hiệu chuẩn của các đại lượng và góc pha theo ISO 16063-21:

Thông sốHiệu chuẩn với điều kiện được điều khiển tốt trong  phòng labHiệu chuẩn với thiết bị có độ chính xác kém hơn
(Ví dụ với bộ hiệu chuẩn cầm tay)
Biên độ (0.1 – 1000 m/s²)  
Gia tốc kế 0.4 – 1000 Hz1 %3 %
Gia tốc kế 1- 2 kHz2 %5 %
Gia tốc kế 2 – 10 kHz3 %10 %
Cảm biến vận tốc và sự dịch chuyển (20 – 1000 Hz)4 %6 %
Dịch chuyển pha  
Tại biên độ và tần số của bộ cảm biến1 °
Điểm bên ngoài cảm biến2.5 °5 °

Tần số hiệu chuẩn được khuyên theo ISO 16063-21 là 8, 16, 40, 80 và 160 Hz với biên độ là 1, 2, 5, 10, 20, 50 và 100 m/s² (RMS).

3/ Các lỗi mà cảm biến đo độ rung thường gặp phải

Để đánh giá kết quả đo, việc đánh giá lỗi của phép đo rất quan trọng. Ba nhóm lỗi dưới đây xảy ra với cảm biến đo độ rung piezoelectric:

  • Lỗi về độ nhạy: lỗi hiệu chuẩn, lỗi tuyến tính, lỗi phản hồi tần số và pha, lỗi tuổi thọ, hệ số nhiệt độ
  • Lỗi kết nối: phụ thuộc khối lượng bộ cảm biến, chất lượng của bề mặt kết nối, độ nhạy lệch phương
  • Yếu tố tiếng ồn và môi trường: tiếng ồn, độ biến dạng, trường điện từ, không ổn định nhiệt độ, áp suất âm thanh, sự chuyển động của cáp, hiệu ứng điện từ trong cáp, hiệu ứng tích điện trong cáp

Lỗi hệ thống có thể được sửa theo phương pháp số học nếu biết được qua quá trình hình thành của chúng. Tác động của những lỗi đó được giảm tối thiểu và được mô tả kỹ càng bởi nhà sản xuất.

Đa số lỗi hệ thống có thể bị bỏ qua nếu so sánh kết quả đo với phép đo khác dưới điều kiện môi trường tương tự. Đây thường là những lối hệ thống không được biết và mô tả.

Hầu hết lỗi sẽ xảy ra bất ngờ. Chúng có thể không được phát hiện bởi các mẫu đơn giản bởi vì không biết số lượng và tiến trình của nó.

Với phép đo thực tế, lỗi hệ thống và lỗi ngẫu nhiên thường được xem là một và được gọi là sự không chắc chắn của phép đo.

Ví dụ dưới đây minh họa một vài thành phần lỗi và số lượng điển hình của chúng:

Gia tốc kế

  • Lỗi cơ bản 2%
  • Lỗi tần số (giới hạn liên kết tại độ sai lệch 5%) 5%
  • Lỗi tuyến tính 2%
  • Tác động bên ngoài 5%

Dụng cụ với phép tính RMS:

  • Lỗi cơ bản 1%
  • Lỗi tần số (giới hạn liên kết tại độ sai lệch 5%) 5%
  • Lỗi tuyến tính 1%
  • Lỗi dạng sóng 1%

Chỉ có thể đạt đến độ không chắc chắn trên 10% nếu nguồn lỗi chính xác được phát hiện và nếu thiết bị đo đạt chất lượng.

4/ Thiết bị hiệu chuẩn

Với việc hiệu chuẩn lại, nếu bạn đang sử dụng thiết bị của MMF, có thể gửi bộ cảm biến về cho hãng. Dịch vụ hiệu chuẩn của Metra dựa trên một tiêu chuẩn được kiểm tra bởi Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB).

Nhiều công ty chọn giải pháp mua thiết bị hiệu chuẩn để tự căn chỉnh cảm biến đo độ rung. Điều này tiết kiệm chi phí, thường trong trường hợp sử dụng số lượng lớn cảm biến. Có thể hiệu chuẩn cảm biến đo độ rung của tất cả thiết bị đo về thông số nhất định của tín hiệu rung. Điều này có thể được thực hiện bởi dòng thiết bị hiệu chuẩn rung của Metra VC2X. Thiết bị hiệu chuẩn VC20 cung cấp một hằng số rung 10 m/s² gia tốc, 10 mm/s vận tốc và 10 µm sự chuyển tại 159.2 Hz điều khiển bởi thạch anh. Tần số của VC21 có thể được chọn trong  bảy bước từ 15.92 đến 1280 Hz. Hệ thống hiệu chuẩn độ rung VC120 có tần số rung có thể điều chỉnh từ 70 đến 10,000 Hz tại mức độ rung 1 m/s².  Nó có thể được điều khiển bởi một phần mềm máy tính. Màn hình hiển thị LCD cho thấy độ nhạy của cảm biến để hiệu chuẩn. VC120 thường thích hợp cho việc đo tần số quét.

Tham khảo các thiết bị hiệu chuẩn cảm biến đo độ rung.