2.4. Анализ источников погрешности и определение ее результирующего значения

При измерении венозного давления с помощью интегрального тензорезистивного датчика давления могут возникнуть погрешности. Рассмотрим основные виды погрешностей и причины их возникновения.

1. Погрешность от нестабильности тока I₀.

2. Погрешность от разброса сопротивления R₅ электроизмерительной схемы представленной на рис.2.27.

3. Температурная погрешность.

4. Погрешность от разброса ненагруженного сопротивления тензорезистора R₀.

5. Погрешность от разброса коэффициента тензочувствительности S_т.

1. Для нахождения погрешности, вызванной нестабильностью источника тока необходимо продифференцировать по I₀.

(2.69)

Эта погрешность носит чисто мультипликативный характер, то есть увеличивается с ростом выходного сигнала.

При I₀=0,1%=610^-6А, и при максимальном сигнале на входе р = 70мм.рт.ст.

.

2. Для нахождения погрешности, вызванной разбросом сопротивления R₅ необходимо продифференцировать по R₅.

(2.70)

Эта погрешность тоже носит чисто мультипликативный характер. При R₅=0,1%= 37Ом и при максимальном сигнале на входе р =9332,54Па.

3. Распишем температурную погрешность схемы

R_T = R₀(1 + T)(1 + (1 + T)S_T_l) =

= R₀T + R₀(1 + T)S_Te_l + R₀T(1 + T)S_Te_l + R₀ (2.71)

пренебрегаем членом R₀TTS_Te_l, так как он является членом второго порядка малости.

R_T = R₀T + R₀TS_Te_l + R₀TS_Te_l + R₀(1 + S_Te_l) (2.72)

где R₀T – аддитивная погрешность; R₀TS_Te_l + R₀TS_Te_l – мультипликативная погрешность; R₀(1 + S_Te_l) – полезный сигнал.

Тогда можно записать:

e_R = T+TS_Te_l +TS_Te_l + S_Te_l (2.73)

Записывая, таким образом, e_R1, e_R2, e_R3, e_R4 и подставляя в выражение (2.59), получим, что аддитивная и мультипликативная составляющая погрешности компенсируются. Это стало возможным в результате применения четырёх тензорезисторов в измерительном мосте.

4. Распишем погрешность от разброса R_0.

R_T=(R₀+R₀)(1+e_R) (2.74)

(2.75)

где – аддитивная погрешность; – мультипликативная погрешность.

Если R₀ у всех тензорезисторов одного знака, что наиболее вероятно при совместном изготовлении тензорезисторов на одной мембране, то схема включения с четырьмя тензорезисторами также позволяет скомпенсировать эту погрешность.

5. Распишем погрешность от разброса S_T.

R_T=R₀(1+(S_T+S_T)e_l), (2.76)

e_R=S_Te_l +S_Te_l, (2.77)

где S_Te_l – мультипликативная погрешность.

При совместном изготовлении тензорезисторов на одной мембране, в одних и тех же условиях S_T у них одинаково, следовательно эта погрешность тоже компенсируется за счёт схемы включения.

Общая погрешность датчика давления будет составлять:

U=U(I₀)+U(R5)=0,000202В. (2.78)

Так как погрешность при 70мм.рт.ст. составляет 0,1В, следовательно 0,000202В будет соответствовать 0,14 мм.рт.ст

При расчёте требований к функциональным элементам электронного измерителя артериального давления и пульса общая погрешность измерения была распределена между этими элементами. Погрешность датчика должна быть не больше 1,2 мм.рт.ст. Это условие выполнено.