Основные характеристики датчиков

Входной величиной преобразователей, представленных на рисунке 3.1, является измеряемый параметр Х (физический параметр) технологического процесса, а выходной – некоторая электрическая величина Y. На преобразователь (датчик) помимо полезного сигнала Х воздействуют помехи в виде вибраций, изменений температуры окружающей среды и нестабильности питающих напряжений, которые являются на ряду с собственными шумами преобразования.

Одной из основной характеристик преобразователей измерительной информации является статическая (градировочная) характеристика (зависимость между выходным сигналом Y и входным сигналом Х) в установившемся режиме.

. (3.1)

Статистическая характеристика (3.1) представлена на рисунке 3.2, а.

Рисунок 3.2. Статические характеристики датчиков

В большинстве случаев для уменьшения погрешности преобразования стремятся сделать характеристику (рисунок 3.2, а) линейной.

Коэффициент преобразования, характеризующий чувствительность датчика определяет способность измерительного преобразователя реагирования на изменения входного сигнала.

. (3.2)

Коэффициент преобразования К_П обладает размерностью, зависящей от размерностей входной Х и выходной величины Y. Например, если размерность входной величины (мм), а выходной (В), то размерность . Для линейной статической характеристики очевидно . Относительный коэффициент преобразования характеризует чувствительность датчика, независящей от размерностей входной и выходной величии (в относительных единицах).

(3.3)

Общая чувствительность датчика состоящего из n последовательно соединенных преобразователей определяется произведением частных чувствительностей.

. (3.4)

Порог чувствительности (разрешающая способность) датчика характеризует минимальное изменение входной величины , которое может быть обнаружено на выходе преобразователя при наличие сигнала помехи (рисунок 3.2, а).

Динамический диапазон преобразования входных величин, датчиком представляет собой диапазон входных величин ( ), для которых нормирована допустимая погрешность.

Вследствие изменения внутренних свойств отдельных элементов датчика (износ, старение) или изменения внешних условий (изменение температурного режима и напряжения питания) возникают погрешности преобразования.

Различают абсолютную погрешность (разность между полученным
значением выходной величины и градуировочным (расчетным) ее значением Y).

. (3.5)

Относительную погрешность – отношение абсолютной погрешности к действительному значению выходной величины.

. (3.6)

Приведенную относительную погрешность – отношение абсолютной погрешности к максимальному значению выходной величины.

. (3.7)

Применительно к статической характеристике (рисунок 3.2, а) следует различать: представленную на рисунке 3.2, б аддитивную (под действием дестабилизирующих факторов параллельное смещение статической характеристики); мультипликативную (рисунок 3.2, в), приводящую к изменению коэффициента преобразования и погрешность нелинейности (рисунок 3.2, г).

Большинство используемых в системах управления датчиков по характеру динамических свойств можно отнести к безоперационным и апериодическим звеньям и их инерционность может быть определена постоянной времени Т.