4-20 mA Sensor mit logarithmischer Skalierung

Wir haben einen Leitfähigkeitssensor/Messgerät für Flüssigkeiten, das so konfiguriert werden kann, dass es seinen Sensorwert kodiert an eine 4-20-mA-Stromschleife ausgibt. Das Messgerät bietet Optionen zur Ausgabe der 4-20-mA-Schleife als lineare oder logarithmische Skala. Wir brauchen die logarithmische Skala, damit wir am unteren Ende eine feinere Auflösung erhalten, aber immer noch einen breiten vollen Bereich haben.

Bei der Konfiguration des Messgeräts für den logarithmischen Modus wurden die folgenden Eingaben angefordert, und ich zeige, was wir eingeben:

Sensor Min: 0,02 uS/cm
Sensor Max: 2,00 mS/cm
Anzahl der Dekaden: 4 (war nicht ganz sicher, was ich hier schreiben sollte)

Meine Frage ist: Basierend auf diesen Einstellungen, was ist die Formel, um mA wieder in Siemens / cm umzuwandeln? Ich habe den Hersteller um Hilfe gebeten, aber keiner ihrer technischen Support schien eine konkrete Formel zu haben. Einer ihrer Ingenieure war in der Lage, unsere Zählereinstellungen zu replizieren und einige Messwerte zu "simulieren", nur um zu sehen, was der Strom messen würde. Das war sein Tisch:

1) 4 mA = 0,02 µS/cm
2) 6 mA = 0,625 µS/cm
3) 8 mA = 2,00 µS/cm
4) 10 mA = 6,5 µS/cm
5) 12 mA = 20 µS/cm
6) 14 mA = 66 µS/cm
7) 16 mA = 200 µS/cm
8) 18 mA = 660 µS/cm
9) 20 mA = 2000 µS/cm

Basierend auf diesen Zahlen ist dies meine beste Vermutung einer Formel:

uS = 10^((mA-const)/4)
const = 20 - 4 *log10(uS_max)
uS_max = 2000

Aber das gibt mir nicht genau die gleichen Werte. Das untere Ende der Skala ist auch etwas wackelig, weil diese Gleichung darauf beruht, dass alle 4 Milliampere eine Sensordekade vorhanden ist, aber das bricht am unteren Ende zusammen.

Kann jemand helfen, herauszufinden, was die Umrechnungsformel ist?

Der Sensor ist ein Mettler Toledo InPro-7000 VP. Das Messgerät (dasjenige, in dem die Stromschleife erzeugt wird) ist das Mettler Toledo M300 (die ältere Version, mit Tasten anstelle des Touchscreens).

Das sind übrigens 5 Jahrzehnte.
Ich würde einem mir übergebenen Tisch nicht trauen. Ich möchte Rohdaten. Fragen, die ich haben könnte, sind: (1) Gibt es einen verbleibenden, nicht berücksichtigten Offset in den Daten? (2) Könnten den Daten mehrere Signalexponenten hinzugefügt werden? (Die Summe zweier Exponentiale kann beispielsweise nicht mit einem Exponential modelliert werden.) (3) Wie groß ist die signalbedingte Verstärkungsschwankung? (4) Wie sieht das Geräusch aus? Schauen Sie sich die Verteilungen an. (5) Gibt es Standards? (Wie „Gefrierpunkte“ für die Temperatur.) Oder nicht? (6) Was ist die Sensorphysik? (*) usw. Ich möchte die Entwicklung einer Formel möglichst gut dokumentieren.

Antworten (1)

Ich vermute, dass die von Ihnen gepostete Tabelle einen Fehler enthält. Der Messwert steigt mit Ausnahme des ersten um 4 mA pro Dekade. Das sollten 4 mA = 0,2 µS/cm sein. Angenommen das ist dann so:

mA    µS/cm
 4       0.2
 8       2.0
12      20.0
16     200.0
20    2000.0

Deshalb

℧ = 0,2 ⋅ 10 ich − 4 4

wobei i der Strom in mA ist.

Nachdem Marke und Modell veröffentlicht wurden (ohne Links zu Datenblättern), scheint es, dass das Gerät eine Reichweite von fünf Jahrzehnten hat. Siehe InPro 7000, Seite 6 . Die einzige Erwähnung von 4 - 20 mA findet sich in Abschnitt 8.3 des M300- Messgerätehandbuchs, aber es gibt keine Erklärung der Skalierung.

Der Aout-Typ kann Normal, Bi-Linear, Auto-Range oder Logarithmisch sein. Der Bereich kann 4–20 mA oder 0–20 mA betragen.

Für 5 Dekaden müsste die Skalierung 3,2 mA/Dekade betragen.

mA        µS/cm
 4.0       0.02
 7.2       0.2
10.4       2.0
13.6      20.0
16.8     200.0
20.0    2000.0

Für diese Einstellung

℧ = 0,2 ⋅ 10 ich − 4 3.2

wobei i der Strom in mA ist.

Ihre Formel trifft die meisten Datenpunkte aus seiner Tabelle, mit Ausnahme der Zahlen mit 6 (und offensichtlich der 4-mA-Zahl). Es liegt ein Fehler vor. Außerdem bin ich mir nicht ganz sicher, ob die Originaltabelle einen Fehler enthielt oder nicht, da das Sensorminimum 0,02 uS / cm und nicht 0,2 / cm uS beträgt. Daher würde es für mich Sinn machen, dass 4 mA tatsächlich auf 0,02 landen sollten US/cm
Für 18 mA ergibt meine Formel 632 ℧ was ziemlich gut aussieht. Hat der Sensor einen Namen und ein Datenblatt?
Ich habe der ursprünglichen Frage gerade Sensor- / Messgerätinformationen hinzugefügt.
Einige Annahmen? (1) Es gibt einen verbleibenden, nicht berücksichtigten Ausgleich. (2) Es gibt ein gleichmäßiges Abweichungsrauschen, was bedeutet, dass die Erwartungen darüber, wie viel Datenpunkte nahe dem Boden zu gewichten sind, ziemlich anders sind als die Gewichtungen, die Datenpunkten näher am oberen Rand gegeben werden, wenn zuerst linearisiert wird. (3) Daher führt die Verwendung von Standard-Regressionsinstrumenten wahrscheinlich zu schlechteren Ergebnissen. Ein handgefertigtes Design aus den partiellen Ableitungen und unter der Annahme des oben Gesagten ist wahrscheinlich nicht leicht zu finden und muss (meiner Meinung nach) individuell angefertigt werden. Natürlich kenne ich die Domäne des OP nicht. Nur meins, wo es ernsthaft darauf ankam.
4-20 mA Sensor mit logarithmischer Skalierung
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