Основные характеристики приборов и датчиков.
Любой прибор представляет собой совокупность функционально-соединенных элементов: первичного преобразователя физических величин (или датчиков), усилителя, аналогового цифрового преобразователя (и устройства) отображения информации (как правило жидкокристаллического индикатора или дисплея, размещенных в корпусе.). Как правило, чаще всего первичный преобразователь прибора для измерения температуры выполняется в виде выносного щупа, соединенного с измерительным прибором посредством провода.
Первичный преобразователь (далее преобразователь) – это элементарное устройство, обеспечивающее функциональное преобразование одной физической величины в другую, удобную для дальнейших операций.
Рассмотрим структурную схему прибора для измерения температуры.
Рис. 4. Структурная схема прибора для измерения температуры.
Датчик-совокупность первичного преобразователя и отдельных звеньев структурной схемы, расположенных за ним. Например, преобразователь и усилитель или преобразователь, усилитель, АЦП. Отличительной частью прибора всегда является наличие шкалы или в электронных приборах обязательно наличие индикатора (ЖКИ).
Если в рассмотренной выше структурной схеме прибора результаты измерения температуры будем подавать с выхода АЦП, пошлем в ЭВМ, то это означает, что мы имеем не прибор, а систему, состоящую из датчика и компьютера.
Система – это совокупность функционально-объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях предоставления потребителю в требуемом виде для автоматического осуществления логических функций, измерения, контроля, диагностики и т.д.
Основные характеристики преобразователей:
1. Статическая характеристика – зависимость выходной величины преобразователя А от изменения входной величины Х.
Статическая характеристика может быть задана:
· Аналитически в виде формул: A= f (x);
|
Х |
0 |
0,1 |
0,2 |
|
А |
0 |
2 |
7 |
· Графически:
;
· Таблично:
Большинству преобразователей предъявляются требование линейности статической характеристики.
2. Диапазоны изменения входной и выходной величин. Любой преобразователь имеет нижний и верхний предел изменения входной величины.
Где, XI и AI – нижние пределы изменения входной и выходной величин; XI I и AII – верхние пределы изменения входной и выходной величин; DX= XI… XI I и DА= АI… АI I – диапазоны изменения входной и выходной величин.
3. Чувствительность – это степень изменения выходной величины от входной:
Для линейной статической характеристики чувствительность определяется так:
, 
;
, 
.
Вышерассмотренное определение чувствительности применительно к случаю, когда статическая характеристика возрастает.
Для случаев убывающей характеристики чувствительность определяется:
,
;
,
.
4. Порог чувствительности - это наименьшая входная величина, при которой на выходе преобразователя появляется достаточная для дальнейших операций (преобразований) выходная величина.
Предположим, преобразователь, на выходе – усилитель:
Порог чувствительности преобразователя определяется чувствительностью последующего преобразователя.
5. Степень нелинейности статической характеристики.
Степень нелинейности показывает насколько статическая характеристика отличается от линейной. Существуют аналитические и графические методы определения степени нелинейности.
Аналитический метод определения степени нелинейности полностью отображает графический, но с использованием математических методов.
Рассмотрим графический метод определения степени нелинейности.
, где A=f(x) – статическая характеристика.
Определение степени нелинейности графическим путем включает в себя следующие этапы:
1) Соединяются прямой линией I-II предельные точки статической характеристики I и II;
2) Проводятся касательные к статической характеристике в точках ее перегиба, параллельные линии I-II;
3) Определяются отклонения касательных в точках перегиба от линии I-II по оси ординат (по вертикале);
4) Находим степень нелинейности по формуле:
.
Рассмотрим частные случаи:
1) 
,
;
2) 
,
.