Датчики

Датчики (сенсоры) - измерительные устройства, преобразующие измеряемые величины (давление, температуру, влажность, уровень, частоту, скорость, перемещение и т.п.) в сигналы. Иногда датчики называют измерительными преобразователями. В конструкцию датчика входят:

  • - чувствительный (воспринимающий) элемент, реагирующий на изменения измеряемой величины;
  • - преобразователь, преобразующий изменение чувствительного элемента в изменение выходного сигнала датчика.

Датчики, используемые в измерительных системах, классифицируются по следующим признакам:

  • - вид входной величины;
  • - энергетический признак;
  • - род энергии выходного сигнала;
  • - характер изменения во времени выходного сигнала.

В зависимости от вида входной величины различают датчики: перемещения, усилия, температуры, давления, влажности, размеров, расхода, уровня и т.д. Следует отметить, что восприятие и преобразование одних и тех же входных величин может осуществляться датчиками, основанными на различных принципах действия.

По энергетическому признаку датчики классифицируются на пассивные (параметрические) и активные (генераторные). Пассивные датчики имеют источник энергии, активные не имеют источника энергии.

По роду энергии выходного сигнала датчики бывают: электрические, пневматические и гидравлические. Среди электрических датчиков выделяют телеметрические датчики, имеющие встроенные передатчики, и выдающие модулированные сигналы.

По характеру изменения во времени выходного сигнала различают датчики непрерывного и дискретного действия, а также цифровые датчики.

К показателям, характеризующим датчики, относятся: диапазоны изменения измеряемой величины и выходного сигнала, статическая и динамическая характеристики, чувствительность, разрешающая способность, погрешность.

Диапазон изменения измеряемой величины - значения измеряемой величины, которые датчик может воспринять и преобразовать, не выходя за пределы допустимой погрешности.

Диапазон изменения выходного сигнала - значения выходного сигнала в интервале от значения сигнала, соответствующего минимальному значению измеряемой величины, до значения сигнала, соответствующего максимальному значению измеряемой величины.

Под статической характеристикой датчика понимают зависимость между установившимися значениями выходного сигнала и измеряемой величины. Эта зависимость называется тарировочной кривой или функцией преобразования, которая может быть линейной, нелинейной, релейной. Гистерезисом называется неоднозначность хода статической характеристики датчика при увеличении и уменьшении измеряемой величины, это явление носит случайный характер и ухудшает работу датчиков.

Под динамической характеристикой датчика понимают поведение выходного сигнала во время переходного процесса в ответ на мгновенное (ступенчатое) изменение измеряемой величины.

Чувствительностью датчика называется отношение изменения выходного сигнала к изменению измеряемой величины. Диапазон значений измеряемой величины, не оказывающих воздействие на значение выходного сигнала, называется зоной нечувствительности (мертвой зоной), чем больше зона нечувствительности, тем хуже датчик.

Разрешающая способность - минимальное изменение измеряемой величины, способное вызвать изменение выходного сигнала. Разрешающая способность характеризует минимальное изменение измеряемой величины, которое может почувствовать датчик. При непрерывном изменении внешнего воздействия в пределах диапазона измеряемых значений выходные сигналы датчиков не будут всегда абсолютно гладкими, даже при отсутствии шумов. На них всегда будут видны небольшие ступеньки. Особенно отчетливо это видно в потенциометрических датчиках, инфракрасных датчиках контроля территории с сетчатой маской и других устройствах, в которых выходные сигналы меняются только при определенных изменениях внешних воздействий. Например, для инфракрасного датчика контроля территории можно дать следующее определение разрешающей способности: возможность обнаружения объекта на расстоянии 5 м при его перемещении на 20 см.

Погрешность датчика - отклонение статической характеристики датчика от статической характеристики идеального датчика; разница между значениями выходного сигнала реального и идеального датчиков при одном и том же значении измеряемой величины. Погрешность датчика может увеличиваться в процессе эксплуатации в результате изменения его внутренних свойств (старение, износ) или влияния внешних факторов (воздействие температуры, влажности, питающего напряжения и т.д.). Погрешность датчика складывается из основной и дополнительных погрешностей. Основная погрешность датчика - максимальная разность между получаемым выходным сигналом и его номинальным значением, определяемым по статической характеристике эталонного датчика при нормальных условиях. Дополнительные погрешности - погрешности, вызываемые изменением внешних условий по сравнению с их нормальными значениями. Они выражаются в процентах, соответствующих изменению мешающего фактора на определенное значение, например, температурная погрешность 1,5 % на 10 °С.

Погрешность датчиков может быть установлена в следующих видах:

  • - непосредственно в единицах измеряемой величины;
  • - в процентах от максимального значения измеряемой величины;
  • - в единицах выходного сигнала.

Устройство и принципы действия различных датчиков подробно описаны в работах [1, 12, 16].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >