Физические принципы преобразования величин и материалы, используемые для построения пассивных датчиков

Измеряемая величина	Электрическая характеристика, изменяющаяся под действием измеряемой величины	Тип используемых материалов
Температура	Сопротивление	Металлы (платина, никель, медь), полупроводники
Сверхнизкие температуры	Диэлектрическая проницаемость	Стекло, керамика
Поток оптического излучения	Сопротивление	Полупроводники
Деформация	Сопротивление   Магнитная проницаемость	Сплавы никеля, легированный кремний Ферромагнитные сплавы
Перемещение	Сопротивление	Магниторезистивные материалы: висмут, антимонид индия
Влажность	Сопротивление Диэлектрическая проницаемость	Хлористый литий, окись алюминия, полимеры
Уровень	Диэлектрическая проницаемость	Жидкие изоляционные материалы

 

Комбинированные датчики

При измерениях некоторых неэлектрических величин не всегда удается преобразовать их непосредственно в электрическую величину. В этих случаях осуществляют двойное преобразование исходной (первичной) измеряемой величины — в промежуточную неэлектрическую величину, которую преобразуют затем в выходную электрическую величину. Совокупность двух соответствующих измерительных преобразователей образует комбинированный (составной) датчик.

В зависимости от выбора точки отсчета датчики можно разделить на абсолют­ные и относительные. Абсолютный датчик определяет внешний сигнал в абсолют­ных физических единицах, не зависящих от условий проведения измерений, тогда как выходной сигнал относительного датчика в каждом конкретном случае может трактоваться по-разному. Примером абсолютного датчика является термистор. Его электрическое сопротивление напрямую зависит от абсолютной температуры по шкале Кельвина. Другой же популярный датчик температуры — термопара — явля­ется относительным устройством, поскольку напряжение на его выходе является функцией градиента температуры на проволочках термопары. Поэтому определить конкретную температуру по выходному сигналу термопары можно только относи­тельно известной базовой точки отсчета. Другим примером абсолютных и относи­тельных датчиков является датчик давления. Показания абсолютного датчика со­ответствуют значениям давления относительно абсолютного нуля по шкале давле­ний, т.е. относительно полного вакуума. Относительный датчик определяет давле­ние относительно атмосферного давления, которое не является нулевым.

Другой подход к классификации датчиков заключается в рассмотрении их ха­рактеристик. Для того чтобы отнести датчик к той или иной группе необходимо знать, какие величины он может измерять, его характеристики, на каком физичес­ком принципе он реализован, какой механизм преобразований он применяет, из какого материала он изготовлен, какая область его применения. В на рисунке 1.2.4, представлена схема такой классификации, которая является наиболее информативной.

 

 

 

 

Рис. 1.2.4 Классификация датчиков

Метрологические характеристики датчиков.

 

Датчик — первый элемент измерительного канала — является основным источником электрического сигнала, тогда как остальная часть цепи должна обеспечить обработку и использование сигнала. Надлежащий выбор датчика и правильное построение измерительного канала означают, что в сигнал не вносится дополнительных погрешностей или ограничений сверх тех, которые были ему присущи изначально. Следовательно, от высокого качества датчика в первую очередь зависят как более или менее точное соответствие между истинным значением измеряемой величины и полученным при измерениях значением, так и пределы вносимых в эту полученную величину погрешностей.

 

Погрешности измерений

 

Единственными измеряемыми величинами, значения которых достаточно точно известны, являются величины, воспроизводимые эталонами. Значения всех других измеряемых величин становятся известными только после обработки результатов измерений с помощью измерительной схемы. Воздействие на датчик определяется истинным значением измеряемой величины, но экспериментатор воспринимает только общую реакцию всей измерительной цепи; эта реакция, выраженная в единицах измеряемой величины, и есть ее измеренное значение. Разность между измеренным и истинным значениями величины называется погрешностью измерения; она возникает из-за несовершенств измерительной цепи, в которой частично теряется информация о сигнале в процессе его обработки. Погрешность измерений можно оценить лишь приближенно, поскольку истинное значение измеряемой величины нам неизвестно. Однако строгое и точное понимание особенностей измерительного канала позволяет уменьшить погрешность измерений и, следовательно, более уверенно приблизиться к истинному значению измеряемой величины.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: