8. Технологические датчики

Датчик – это элемент, преобразующий контролируемую величину од­ного вида в величину другого вида, удобную для передачи по линиям связи и дальнейшего преобразования. В электрическом датчике изменение контролируе­мого (часто неэлектрического) параметра на входе вызывает опреде­ленное изменение выходного электрического параметра (тока или э. д. с.). Датчики для измерения неэлектрических величин обязательно содер­жат измерительный преобразователь (ИП) неэлектрической величины в электри­ческую, который устанавливает однозначную функциональную зависи­мость выходной величины у (э. д. с. или I) от входной неэлектрической вели­чины х (температуры, перемещения, освещенности, магнитного поля и т. д.). Эта зависимость выражается уравнением преобразования .

При оценке и сравнении ИП необходимо учитывать их следующие основ­ные характеристики:

1. Постоянство во времени функции преобразования. При изменении, с течением времени, функции преобразования приходится повторять градуи­ровку, что крайне нежелательно, а в некоторых случаях невозможно.

2. Вид функции преобразования – обычно наиболее желателен линейный ха­рактер зависимости, . Многозначность или разрыв функции преобразо­вания указывают на непригодность ИП для работы в данном интер­вале изменения измеряемой величины.

3. Погрешность и чувствительность. Основная погрешность ТП – это по­грешность при нормальных условиях, т. е. при номинальных значениях влияю­щих величин. Дополнительная погрешность ИП – это погрешность, обу­словленная отклонением одной из влияющих величин от номинального значе­ния.

4. Обратное воздействие преобразователя на измеряемую величину. Пояснить это можно на примере термопреобразователя сопротивления; из­вестно, что он представляет собой термочувствительный резистор, помещен­ный в среду, температура которой измеряется. Изменение температуры среды вы­зывает изменение температуры, а, следовательно, и сопротивления терморези­стора. Для измерения сопротивления терморезистора по нему необхо­димо пропускать электрический ток. Ток нагревает терморезистор и та­ким образом увеличивает температуру окружающей среды. В этом проявля­ется обратное воздействие преобразователя на измеряемую величину. Об­ратное влияние на практике учесть трудно, поэтому стараются его сделать минимальным.

5. Динамические свойства преобразователя. При изменении входной величины в ИП возникает переходный процесс, характер которого зависит от наличия в преобразователе элементов, запасающих энергию (перемещаю­щихся деталей, конденсаторов, катушек индуктивности, деталей, обладающих теплоемкостью, и т. д.). Пере­ходный процесс проявляется в виде инерции – запаздывания реакции ИП на изменение входной величины. Например, при погружении термопары в среду, температура которой измеряется, термоЭДС на выходе термопары бу­дет соответствовать измеряемой температуре только по истечении некоторого промежутка времени. При измерении быстро изменяющихся величин ИП рабо­тает в нестационарном режиме, а поэтому при оценке качества ИП необхо­димо учитывать их динамические характеристики, которые в значитель­ной мере определяют точность измерения. Обычно от преобразова­теля требуется, чтобы вносимое им запаздывание в процесс преобразования было минимальным.

Кроме рассмотренных свойств при оценке ИП учитываются также и дру­гие показатели: влияние внешних факторов, например, температуры, давле­ния и вибрации; взрывобезопасность, устойчивость к механическим, терми­ческим, электрическим и другим перегрузкам; удобство монтажа и обслу­живания; габариты; масса; удобство градуировки; стоимость изготовле­ния и эксплуатации; надежность и т. д.