Погрешность преобразования индуктивного датчика
Информативная способность индуктивного датчика в значительной мере определяется его погрешностью преобразования измеряемого параметра. Суммарная погрешность индуктивного датчика складывается из большого числа составляющих погрешностей.
15. Ёмкостные датчики, принцип работы, достоинства, погрешности преобразования, конструктивное исполнение, области применения
Ёмкостный датчик — преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение ёмкости конденсатора.
Приближение объекта воздействия из металла или диэлектрика к чувствительной поверхности увеличивает емкость между электродами конденсатора и вызывает увеличение амплитуды колебаний генератора.
Емкостные датчики обладают целым рядом преимуществ по сравнению с датчиками других типов. К их достоинствам относятся:
· простота изготовления, использование недорогих материалов для производства; - малые габариты и вес; - низкое потребление энергии; - высокая чувствительность;
· отсутствие контактов (в некоторых случаях – один токосъем);
· долгий срок эксплуатации;
· потребность весьма малых усилий для перемещения подвижной части емкостного датчика;
· простота приспособления формы датчика к различным задачам и конструкциям;
Емкостные преобразователи могут быть использованы при измерении различных величин по трем направлениям в зависимости от функциональной связи измеряемой неэлектрической величины со следующими параметрами:
· переменной диэлектрической проницаемостью среды ε;
· площадью перекрытия обкладок S;
· изменяющимся расстоянием между обкладками d.
В первом случае емкостные преобразователи можно применять для анализа состава вещества, поскольку диэлектрическая проницаемость является функцией свойств вещества. При этом естественной входной величиной преобразователя будет состав вещества, заполняющего пространство между пластинами. Особенно широко емкостные преобразователи этого типа применяются при измерении влажности твердых и жидких тел, уровня жидкости, а так же определения геометрических размеров небольших объектов. В большинстве случаев практического использования емкостных преобразователей их естественной входной величиной является геометрическое перемещение электродов относительно друг друга. На основе этого принципа построены датчики линейных и угловых перемещений, приборы измерений усилий, вибраций, скорости и ускорения, датчики приближения, давления и деформации (экстензометры).
Возможные области применения емкостных датчиков чрезвычайно разнообразны. Они используются в системах регулирования и управления производственными процессами почти во всех отраслях промышленности. Емкостные датчики применяются для контроля заполнения резервуаров жидким, порошкообразным или зернистым веществом, как конечные выключатели на автоматизированных линиях, конвейерах, роботах, обрабатывающих центрах, станках, в системах сигнализации, для позиционирования различных механизмов и т. д.
16. Пьезоэлектрические датчики, принцип действия, области применения
Пьезоэлектрические датчики ( кристаллы кварца, сег-нетовой соли и др.) создают на своей поверхности заряды, пропорциональные действующей внешней силе. Наиболее пригодными для датчиков являются кристаллы кварца, так как они имеют высокий модуль упругости 106 кГ / см2) и предел прочности при сжатии ( 60 кГ / мл.)
Применяемые пьезорезистивные чувствительные элементы имеют очень высокую перегрузочную способность, а также стабильность и воспроизводимость в течение длительного срока. Датчики давления могут использоваться во всех пневматических и гидравлических системах.
17. Термоэлектрические датчики, принцип действия, погрешности, схемы подключения, конструктивное исполнение
Термоэлектрические датчики ( термопары) применяются для измерения температур. [2]
Термоэлектрические датчики обладают инерционностью, характеризующейся постоянной времени. В зависимости от конструкции постоянная времени срабатывания термопары изменяется от десятых долей секунды до сотен секунд.
В местах подключения проводников термопары к измерительной системе возникают дополнительные термоЭДС. В результате их действия на вход измерительной системы фактически поступает сумма сигналов от рабочей термопары и от «термопар», возникших в местах подключения.
· Для получения высокой точности измерения температуры (до ±0,01 °С) требуется индивидуальная градуировка термопары.
· На показания влияет температура свободных концов, на которую необходимо вносить поправку. В современных конструкциях измерителей на основе термопар используется измерение температуры блока холодных спаев с помощью встроенного термистора или полупроводникового датчика и автоматическое введение поправки к измеренной ТЭДС.
· Эффект Пельтье (в момент снятия показаний необходимо исключить протекание тока через термопару, так как ток, протекающий через неё, охлаждает горячий спай и разогревает холодный).
· Зависимость ТЭДС от температуры существенно нелинейна. Это создает трудности при разработке вторичных преобразователей сигнала.
· Возникновение термоэлектрической неоднородности в результате резких перепадов температур, механических напряжений, коррозии и химических процессов в проводниках приводит к изменению градуировочной характеристики и погрешностям до 5 К.
· На большой длине термопарных и удлинительных проводов может возникать эффект «антенны» для существующих электромагнитных полей.
18. Термопары, принцип действия, погрешности, особенности работы термопар
Если два провода из разнородных металлов соединены друг с другом на одном конце, на другом конце данной конструкции, за счет контактной разницы потенциалов, появляется напряжение (ЭДС), которое зависит от температуры.
Погрешность измерений с помощью термопар складывается из следующих составляющих:
-случайная погрешность, вызванная технологическим разбросом характеристик термопары. Зависит от чистоты материалов и точности их процентного содержания в материалах электродов;
-случайная погрешность измерения температуры холодного спая;
-погрешность, вызванная постепенной деградацией характеристик при высокой температуре;
-систематическая погрешность компенсации нелинейности (погрешность линеаризации) характеристики преобразования температуры в напряжение;
-систематическая погрешность термического шунтирования (связанная с теплоемкостью датчика);
-динамическая погрешность;
-погрешность, вызванная внешними помехами;
-погрешность аналого-цифрового канала.
19. Аналого-цифровой преобразователь последовательного счёта
Этот преобразователь является типичным примером последовательных АЦП с единичными приближениями и состоит из компаратора, счетчика и ЦАП. На один вход компаратора поступает входной сигнал, а на другой - сигнал обратной связи с ЦАП.
20. Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения
Итак, для полного преобразования аналогового сигнала в цифровую форму АЦП последовательного приближения требуется, как минимум, N+1 тактовых импульсов (один такт на выдачу половинного напряжения и N тактов для получения N двоичных разрядов).
21. Аналого-цифровой преобразователь многотактного интегрирования
Основным элементом АЦП двойного интегрирования является интегратор, на вход которого с помощью ключей S1 и S2 может подаваться либо измеряемое напряжение Uвх, либо опорное напряжение от источника опорного напряжения (ИОН) противоположного знака. Выход интегратора связан с компаратором (К), который своим выходом управляет записью значений в регистр. Запуск счётчика и управление ключами осуществляется устройством управления. Генератор тактовых импульсов является высокостабильным узлом данного АЦП.
Вся работа АЦП разделена на две фазы:
- заряд конденсатора (С) за фиксированный интервал времени (время наполнения счетчика);
- разряд конденсатора током фиксированного значения (за счет подключения ИОН).
22. Параллельные аналого-цифровые преобразователи
Основой параллельного аналогоцифрового преобразователя являются семь аналоговых компараторов, которые сравнивают входной сигнал АЦП с опорным напряжением, подаваемым на их второй вход. Если напряжение на входе компаратора превышает напряжение на его инвертирующем входе, то на выходе компаратора формируется напряжение логической единицы. Аналоговые компараторы по внутреннему устройству очень похожи на операционные услилители с дифференциальным входом. Отличием является наличие цифрового выходного каскада (с ТТЛ или ЭСЛ логическими уровнями).
23. Многоступенчатые аналого-цифровые преобразователи