Передаточная характеристика датчика

Для каждого датчика можно вывести идеальное (теоретическое) соотношение, связывающее сигналы на его входе и выходе. Оно бы соответствовало реальному соотношению, если бы была возможность идеально спроектировать датчик, изготовить его из идеальных материалов идеальными инструментами и идеальными работниками. Это идеальное соотношение S = f(s) называют передаточной функцией. Она может быть как линейной, так и нелинейной. Зачастую передаточная функция является одномерной (т. е. связывает выходной сигнал только с одним внешним воздействием). Одномерная линейная функция может быть представлена выражением вида: S= a+ bs где a – значение выходного сигнала при нулевом входном, b – наклон прямой, называемый чувствительностью датчика. Тогда для более широкого диапазона значений передаточная функция может быть представлена в виде отрезков прямых (т. е. кусочно-линейная аппроксимация) с разным значением b. В случаях, когда выходной сигнал датчика зависит от нескольких видов внешних воздействий, его передаточная функция является многомерной (например, инфракрасный датчик температуры). Как правило, передаточные функции представляются в виде зависимости «выход от входа», однако когда датчик используется для количественного определения величины внешнего воздействия, необходимо получить зависимость вида s = g(S) («вход от выхода»). При линейной передаточной функции это не представляет особых сложностей, в случае же присутствия в системе нелинейности, задача усложняется. Во многих случаях не удается получить пригодного аналитического выражения, тогда применяют различные методы аппроксимации.

Существует несколько методов экспериментального определения параметров передаточной функции W(p), правомерных для линейных средств измерений, не имеющих чистого запаздывания. Наибольшее распространение получил метод, основанный на использовании переходных характеристик L(t) исследуемых устройств и характеристик типовых динамических звеньев. Переходной характеристикой L(t) динамической системы называется ее реакция на входной сигнал, имеющий вид ступенчатой функции, при нулевых начальных условиях.

Последовательность операций для определения передаточной функции измерительного устройства. На вход исследуемого измерительного устройства подается сигнал в виде

единичной функции, т. е. на входе устройства изменяются скачком напряжение, ток и т. д. Скачок входной величины может быть как положительным, так и отрицательным. Для определенности все последующие рассуждения проводятся применительно к положительному скачку входного сигнала. В зависимости от свойств исследуемого устройства переходная характеристика может иметь апериодический или колебательный характер, а работа устройства может быть описана дифференциальным уравнением первого, второго, третьего и т. д. порядков. При этом измерительные устройства соответственно называются устройствами первого, второго, третьего и т. д. порядков. По переходным характеристикам, полученным экспериментально в соответствии с изложенным, отыскивается передаточная функция измерительного

устройства. Вид передаточной функции определяется главным образом порядком устройства. Зная входной сигнал системы и передаточную функцию, можно восстановить выходной сигнал.