Общие сведения. Датчики могут быть основаны на применении самых разнообразных физических явлений

Датчики могут быть основаны на применении самых разнообразных физических явлений. В качестве выходных величин чаще всего используются активное, индуктивное, ёмкостное сопротивления, ток, ЭДС или падение напряжения, частота и сдвиг фаз переменного тока. Основной характеристикой датчика является его чувствительность S [1, c. 407]:

, (6.1)

где, DY – приращение выходной величины;

DX – приращение входной величины.

В практике пользуются также относительной чувствительностью S₀.

, (6.2)

где, Y – полное изменение выходной величины;

X – полное изменение входной величины.

Датчики могут быть линейными (S – постоянная) и нелинейными (S – переменная). У последних чувствительность зависит от значения входной величины.

Существенным параметром датчика является порог чувствительности – это изменение входной величины, вызывающее наименьшее изменение выходной величины, которое может быть обнаружено без каких – либо дополнительных устройств.

Важнейшим параметром датчика является его погрешность.

Номинальной характеристикой датчика называется зависимость выходной величины от входной, которая приписывается паспортом и используется как расчетная при проведении измерений. Экспериментально снятая, реальная зависимость «вход – выход» отличается от номинальной на погрешность.

Различают абсолютную и относительную погрешности датчика по входу.

Абсолютная погрешность DX равна:

DX = X_вх×н – X_д, (6.3)

относительная погрешность:

g₀ = DX / X_д , (6.4)

где, X_вх×н – значение входной величины датчика, определяемое по физическому значению выходной величины и номинальной характеристике;

X_д – истинное значение входной величины.

Аналогично могут быть рассмотрены погрешности датчика по выходу.

На погрешность оказывают влияние внешние условия: температура, магнитные и электрические поля, влажность окружающей среды, напряжение и частота источника питания, вибрации и др.

Допустимая интенсивность внешних (влияющих) факторов ограничивается техническими условиями или стандартом.

Погрешности датчика при нормальных значениях влияющих внешних факторов называются основными.

На рисунок 6.1. показана зависимость относительной погрешности g₀ от входной величины X [1, c. 408]. Здесь X_H – нижнее значение, X_В – верхнее значение входных величин, при которых нормируется основная погрешность.

Различают аддитивную погрешность, независимую от Х, и мультипликативную погрешность, зависимую от входной величины (погрешность чувствительности).

Рисунок 6.1. Погрешности датчиков

Абсолютная и относительная погрешности выражаются формулами;

(6.5)

(6.6)

где, D₀ – аддитивная погрешность;

g_S – относительная погрешность чувствительности.

Если влияющие внешние факторы выходят за границы нормируемых, то возникают дополнительные погрешности. Для уменьшения дополнительных погрешностей либо снижают чувствительность датчика к внешним факторам, либо уменьшают их действие путём экранирования и других средств.

Наряду с высокой чувствительностью и малой погрешностью датчики должны обладать следующими свойствами: необходимым диапазоном изменения входной величины, удобным согласованием с измерительной схемой, минимальным воздействием на входную величину. При быстро протекающих процессах изменения входной величины важно, чтобы датчик был малоинерционным.