Линейность характеристик датчика

Измерительная система является линейной в каком-то диапазоне измеряемых величин, если её чувствительность не зависит от величины измеряемого параметра. Величина электрического сигнала в такой системе должна быть пропорциональной значению измеряемого параметра (линейным должен быть не только датчик, но и усилители, преобразователи и т.д.). В этом случае сильно упрощается обработка результатов измерений. При нелинейности датчика стремятся сделать линейной измерительную систему, вводя устройства коррекции. Этот процесс называется линеаризацией.

При градуировании датчика экспериментальные точки аппроксимируют уравнением прямой S = am + b, что делается методом наименьших квадратов. Отклонение от линейности на практике всегда оговаривается и величина его приводится.

Быстродействие датчика

Быстродействие – это параметр датчика, позволяющий оценить, как выходная величина следует во времени за изменениями измеряемого параметра. Возможные отставания связаны, как правило, с переходными процессами. Существует тенденция свести к минимуму влияние переходных процессов. Для этого изменяют материал датчика, принцип, схему измерения и т.д.

Для количественного описания быстродействия используется время установления измеряемого параметра, т.е. интервал времени прошедший после резкого ступенчатого изменения измеряемой величины, в течение которого сигнал на выходе датчика достиг уровня, отличающегося от установившегося значения на определенную фиксированную величину (в % или долях).

Чем меньше время установления, тем выше быстродействие. Время установления чувствительности должно соответствовать определенному значению измеряемой величины.

При ступенчатом изменении параметра различают:

1. _зн – время задержки нарастания, время необходимое для возрастания сигнала до 10% полного изменения;

2. _н – время нарастания сигнала от 10% до 90%;

3. _зу – время задержки убывания до 90%;

4. _у – время убывания от 90% до 10%.

В системах 1^ого порядка для экспоненциального переходного процесса , обратно пропорционально f_с.

_уст. = 1/2π f_с

Т.е. уменьшение чувствительности и расширение полосы пропускания – два взаимосвязанных аспекта увеличения быстродействия датчика.

_уст. зависит в свою очередь не только от датчика, но и от связанных с ним элементов, окружающей среды и др. Так _уст. Pt – резистивного термометрического зонда в воде 2,6с (скорость движения среды 0,2 м/с), а в воздухе 40с (скорость движения среды 1 м/с).

Для фотоприемников  устанавливается на уровне от _уст. и составляет в зависимости от материала чувствительного элемента: от 5 (PbSe) до 1000 мкс (CdS).

Параметры измерительной системы, влияющие на точность измерений

Точность работы датчиков следует оценивать в связи с условиями применения и влиянием самого датчика на измеряемую величину.

Для датчиков температуры желательно, чтобы его теплоемкость и тепловая проводимость с окружающей средой были меньше, чем соответствующие величины исследуемой среды.

Для датчиков давления точность тем больше, чем меньше его собственный (мертвый) объем и объем деформации под действием измеряемой величины.

Для ряда датчиков точность измерения и чувствительность являются противоречивыми требованиями. Так для датчиков давления чувственность бывает тем больше, чем больше его деформация, но это снижает точность (деформация должна быть минимальной).

Влияние датчиков на измеряемую величину можно свести к нулю, если использовать бесконтактные методы измерения. При этом связью между датчиком и носителем измеряемого параметра является излучение (оптическое, акустическое, электромагнитное).

Здесь мы видим одно из основных преимуществ оптических датчиков при измерении температуры (оптическая пирометрия), линейной скорости (эффект Доплера), толщины среды (по поглощению излучения), деформации (на основе интерференции волнового излучения).