Глава 6: Датчики.
Датчик или первичный измерительный преобразователь – это устройство, которое служит для преобразования неэлектрической измеряемой величины в электрическую.
Различают параметрические и генераторные датчики.
параметрические – преобразуют измеряемую величину в параметр электрической цепи (сопротивление, ёмкость, индуктивность), для них необходим внешний источник питания.
генераторные – преобразуют измеряемую величину в ЭДС. Внешний источник питания не нужен.
6.1. Основные характеристики датчиков.
функция преобразования – на входе x на выходе y – функциональная зависимость y=f(x)
статическая характеристика – величина х не изменяется с течением времени, а время измерений не ограничено
чувствительность – отношение изменения выходной величины, к вызвавшему её изменению входящей величины
В общем случае эта величина размерная.
порог чувствительности – это минимальное значение входной величины, вызывающей изменение выходной величины
абсолютная. относительная, приведённая погрешность
Приведённая погрешность – отношение абсолютной погрешности к верхнему пределу измерения *100%.
если датчик является линейной системой, и может быть описан линейным диф. уравнением, тогда для него можно определить передаточную функцию
- комплексная передаточная функция
АЧХ и ФЧХ – можно определить время установления попаданий, динамическую погрешность и некоторые другие параметры.
Требования к выбору датчиков.
Чтобы был линеен во всем диапазоне изменения измеряемой величины
Чтобы датчик оказывал минимальное воздействие на контролируемый объект
Если датчик имеет линейную функцию преобразований, то:
6.2. Основные схемы включения измерительных преобразователей.
Последовательные схемы
Дифференциальные схемы
Компенсационные схемы
Логометрические схемы
Последовательной называется такая схема, в которой входной величиной каждого последовательного преобразования является выходная величина предыдущего. Входной величиной первого преобразователя является измеряемая величина.
Чувствительность прибора с последовательной схемой включения равна произведению чувствительности всех входящих в него преобразований.
Погрешность устройства с последовательным включением преобразователей равна сумме пересчитанных к выходу погрешностей всех входящих в него преобразователей.
Достоинство:
простота конструкции
Недостаток:
большая аддитивная и мультипликатная погрешности
Дифференциальные схемы – это такие схемы, которые содержат 2 канала с последовательным соединением преобразователей, выходные величины которых подаются на вычитающий преобразователь.
вычит. преобразователь с двумя входами, выходная величина которой является функцией разности входных величин
Дифференциальные схемы бывают 2 типов:
измеряемая величина воздействует на вход первого канала, на вход второго канала воздействует величина той же физической природы, но имеющая постоянное значение
входная величина воздействует на оба канала, но таким образом, что когда на входе первого канала она увеличивается, на входе другого канала она уменьшается
В любом случае это используется для уменьшения аддитивных погрешностей.
а)
б)
Дифференциальная схема подавляет аддитивную погрешность
Пример: мостик измерительный
Компенсационные схемы.
Принцип действия компенсационных схем/схем с обратной связью, основан на компенсации неизвестной измеряемой величины однородной известной.
обеспечивает минимальную аддитивную и мультипликатную погрешность и наивысшую точность измерений
Выходная величина, определяется главным образом вторым преобразованием и мало зависит от первого преобразователя.
если в качестве второго преобразователя будет использовано простое, но точное устройство, то высокую точность будет иметь вся схема в целом.
J = 0
Логометрические схемы содержат 2 канала с последовательным соединением преобразователей, выходные величины которых подключаются на логометрический преобразователь.
Два входа:
Логометрические схемы применяются для компенсации мультипликатных погрешностей.