Основные метрологические характеристики измерительных преобразователей. Методы их оценки

· погрешность восприятия и преобразования (желательно знать случайную, систематическую, статическую, динамическую составля­ющие);

• характеристику (функцию) преобразования датчика, представля­ющую связь входной с выходной величинами: у = fix) и её линейность;

• диапазон восприятия и преобразования входной величины;

• чувствительность;

• частотные и динамические характеристики (переходная, амплитуд- но-фазовая, амплитудно-частотная характеристики; время реакции; посто­янная времени и др.).

К основным систематическим погрешностям датчика следует отнести следующие погрешности.

· Погрешности значения меры. Например, загрязнение смеси воды со льдом при определении «нулевой» температуры термопары.

· Погрешности при определении характеристик датчика. Напри­мер, при определении функции преобразования тензодатчиков уста­навливают её для одного датчика из изготовленной партии. Какой- то конкретный датчик может иметь отличную от испытанного датчика характеристику.

· Методические погрешности. К ним относятся, например, иска­жение температуры объекта измерения за счёт теплопроводности дат­чика температуры, «саморазогрев» термометра сопротивления «из­мерительным» током и др.

Основные причины возникновения случайных погрешностей в датчиках:

Во-первых, погрешности, связанные с изменениями собственных параметров датчика. Примером может служить вариация порога чув­ствительности у потенциометрического датчика. Порог чувствитель­ности датчика определяется как максимальное изменение измеряе­мой величины, которое не вызывает обнаруживаемого изменения выходного сигнала датчика. Если в датчике есть элемент с гистерезисными свойствами, то выходной сигнал зависит от предшествую­щих условий эксплуатации.

Во-вторых, погрешности из-за появления в измерительной цепи датчиков паразитных сигналов случайного характера (тепловые шумы, наводки от внешних электромагнитных полей, временной дрейф сигналов и параметров элементов датчика и др.).

Характеристика преобразования датчика должна определяться для нескольких значений входной величины, чаще всего для трех: х = 0; х = 1/2; х = 1. Более детальное представление характеристики бывает необходимо при нелинейном её характере.

Определение характеристик.Для выполнения этой работы необходимо создать специальное оборудование и разработать методику его использования. Можно использовать следующее оборудо­вание: генераторы входных величин в заданных динамическом и час­тотном диапазонах с заданной точностью (создание источника входной величины с погрешностью не более трети допустимой часто является трудной задачей); генераторы влияющих величин (они могут быть ме­нее точны). Наиболее квалифицированные работы по определению ха­рактеристик датчиков выполняют в специальных лабораториях, напри­мер, тепловых, оптических, акустических и др.

Важной характеристикой является время преобразования сигна­ла в датчике (время реакции). По виду переходного процесса, возни­кающего при подаче на вход датчика ступенчатой известной по размеру величины, датчики можно отнести к апериодическим, диф­ференцирующим, интегрирующим или колебательным звеньям дина­мической системы. Динамика цифровых устройств определяется временем, последовательностью и количе­ством выполнения операций преобразования сигнала.

Постоянные времени датчиков различны. Для кратковременного применения мож­но изготовить термопары и терморезисторы из тонких (диаметром порядка 50 мкм) калиброванных проволок и добиться уменьшения постоянных времени таких датчиков до десятков миллисекунд. Если же

термодатчики размещены в защитной оболочке, то тогда постоянная вре­мени их существенно увеличивается.

Динамические свойства датчиков зачастую определяют быстро­действие всего измерительного устройства. Имеются методы коррек­ции динамических характеристик путем введения обратных связей по производным от входной величины и других приемов, позволяющих на порядок уменьшить инерционность устройств.

2. Средства измерений: контрольно-измерительные системы, измерительные приборы, измерительные преобразователи и датчики.

Измерительный прибор - средство измерения, предназначенное для

преобразования измерительного сигнала в форму, позволяющую наблюдателю

воспринимать значение измеряемой величины.

Измерительный преобразователь (ИП) - средство измерения, предназначенное для выработки информативного измерительного сигнала в форме удобной для передачи, преобразования, обработки, хранения, но не для непосредственного восприятия. Это техническое устройство, построенное на определенных физических принципах и выполняющее одно частное измерительное преобразование. Обычно неэлектрическая физиологическая или физическая величина преобразуется в электрическую ил наоборот. В общем случае ИП может состоять из нескольких преобразовательных

элементов, в каждом из которых происходит одно из последовательных

преобразований измерительного сигнала

Датчик – это конструктивно завершенное устройство, размещаемое в зоне действия объекта и выполняющее функцию измерительного преобразователя