Зона нечувствительности датчика
Потенциометрические датчики
Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, к которому приложено питающее напряжение, его входной величиной является линейное или угловое перемещение токосъемного контакта, а выходной величиной – напряжение, снимаемое с этого контакта, изменяющееся по величине при изменении его положения.
Потенциометрические датчики предназначены для преобразования линейных или угловых перемещений в электрический сигнал, а также для воспроизведения простейших функциональных зависимостей в автоматических и автоматических устройствах непрерывного типа.
По способу выполнения сопротивления потенциометрические датчики делятся на
ламельные с постоянными сопротивлениями;
проволочные с непрерывной намоткой;
с резистивным слоем.
Ламельные потенциометрические датчики использовались для проведения относительно грубых измерений в силу определенных конструктивных недостатков.
В таких датчиках постоянные резисторы, подобранные по номиналу специальным образом, припаиваются к ламелям.
Ламель представляет собой конструкцию с чередующимися проводящими и непроводящими элементами, по которой скользит токосъемный контакт. При движении токосъемника от одного проводящего элемента к другому суммарное сопротивление подключенных к нему резисторов меняется на величину соответствующую номиналу одного сопротивления. Изменение сопротивлений может происходить в широких пределах. Погрешность измерений определяется размерами контактных площадок.
Ламельный потенциометрический датчик
Проволочные потенциометрические датчики предназначены для более точных измерений. Как правило их конструкции представляют собой каркас из гетинакса, текстолита или керамики, на который в один слой, виток к витку намотана тонкая проволока, по зачищенной поверхности которой скользит токосъемник.
Диаметр проволоки определяет класс точности потенциометрического датчика (высокий-0,03-0,1 мм , низкий 0,1-0,4 мм). Материалы провода: манганин, фехраль, сплавы на основе благородных металлов. Токосъемник выполнен из более мягкого материала, чтобы исключить перетирание провода.
Преимущества потенциометрических датчиков:
малые габариты и вес;
высокая степень линейности статических характеристик;
возможность работы на переменном и постоянном токе.
Недостатки потенциометрических датчиков:
наличие скользящего контакта, который может стать причиной отказов из-за окисления контактной дорожки, перетирания витков или отгибание ползунка;
погрешность в работе за счет нагрузки;
сравнительно небольшой коэффициент преобразования;
высокий порог чувствительности;
подверженность электроэррозии под действием импульсных разрядов.
Статическая характеристика потенциометрических датчиков
Статическая характеристика нереверсивного потенциометрического датчика
Рассмотрим на примере потенциометрического датчика с непрерывной намоткой. К зажимам потенциометра прикладывается переменное или постоянное напряжение U. Входной величиной является перемещение X, выходной − напряжение Uвых. Для режима холостого хода статическая характеристика датчика линейна т.к. справедливо соотношение : Uвых=(U/R)r,
где R- сопротивление обмотки; r- сопротивление части обмотки.
Учитывая, что r/R=x/l, где l — общая длина намотки, получим Uвых=(U/l)x=Kx [В/м],
где К — коэффициент преобразования (передачи) датчика.
Очевидно, что такой датчик не будет реагировать на изменение знака входного сигнала (датчик нереверсивный). Существуют схемы чувствительные к изменению знаку. Статическая характеристика такого датчика имеет вид представленный на рисунке.
Реверсивная схема потенциометрического датчика
Статическая характеристика реверсивного потенциометрического датчика
Полученные идеальные характеристики могут существенно отличатся от реальных за счет наличия различного рода погрешностей:
Выходное напряжение меняется дискретно от витка к витку, т.е. возникает эта зона, когда при малом входная величина Uвых не меняется.
Величина скачка напряжения определяется по формуле: DU=U/W, где W- число витков.
Порог чувствительности определяется диаметром намоточного провода: Dx=l/W.
Зона нечувствительности потенциометрического датчика
2.Неравномерность статической характеристики из-за непостоянства диаметра провода, удельного сопротивления и шага намотки.
3.Погрешность от люфта, возникающего между осью вращения движка и направляющей втулкой (для уменьшения используют поджимные пружины).
4. Погрешность от трения.
При малых мощностях элемента приводящего в движение щетку потенциометрического датчика может возникать за счет трения зона застоя.
Необходимо тщательно регулировать нажим щетки.
5.Погрешность от влияния нагрузки.
В зависимости от характера нагрузки возникает погрешность, как в статическом, так и в динамическом режимах. При активной нагрузке изменяется статическая характеристика. Величина выходного напряжения будет определяться в соответствии с выражением: Uвых=(UrRн)/(RRн+Rr-r2)
Т.е. Uвых=f(r) зависит от Rн. При Rн>>R можно показать, что Uвых=(U/R)r;
при Rн приблизительно равном R зависимость нелинейна, и максимальная погрешность датчика будет при отклонении движка на (2/3))l. Обычно выбирают Rн/R=10…100. Величина ошибки при x=(2/3)l может быть определена из выражения : E=4/27 η , где η =Rн/R — коэффициент нагрузки.
Потенциометрический датчик под нагрузкой
Динамические характеристики потенциометрических датчиков
Для вывода передаточной функции удобнее за выходную величину взять ток нагрузки, его можно определить пользуясь теоремой об эквивалентном генераторе. Iн=Uвых0/(Rвн+Zн)
Рассмотрим два случая:
1.Нагрузка чисто активная Zн=Rн т.к. Uвых0=K1x Iн=K1x/(Rвн+Rн)
где K1 − коэффициент передачи датчика на холостом ходу.
Применяя преобразование Лапласа, получим передаточную функцию W(p)=Iн(p)/X(p)=K1/(Rвн+Rн)=K
Таким образом, мы получили безынерционное звено, а значит датчик имеет все, соответствующие этому звену частотные и временные характеристики.
2. Нагрузка индуктивная с наличием активной составляющей .
Применяя преобразование Лапласа получим Uвыхx(p)=Iн(p)[(Rвн+pL)+Rн]
Путем преобразований можно прийти к передаточной функции вида W(p)=K/(Tp+1) – апериодическое звено 1-го порядка,
Собственные шумы потенциометрического датчика
Как было показано, при движении щетки от витка к витку напряжение на выходе меняется скачком. Погрешность, создаваемая ступенчатостью имеет вид пилообразного напряжения, наложенного на выходное напряжение передаточной функции ,т.е. представляет собой шум. При наличии вибрации щетки при движении также создается шум (помеха). Частотный спектр вибрационного шума лежит в области звуковых частот.
Для устранения вибрации токосъемники выполняют из нескольких проволочек различной длины сложенных вместе. Тогда собственная частота каждой проволочки будет различна, это препятствует появлению технического резонанса. Уровень тепловых шумов- низок, их учитывают в особо чувствительных системах.
Функциональные потенциометрические датчики
Необходимо отметить, что в автоматике часто для получения нелинейных зависимостей используются функциональные передаточной функции. Их построение производится тремя способами:
изменением диаметра проволоки вдоль намотки;
изменением шага намотки;
применением каркаса определенной конфигурации;
шунтированием участков линейных потенциометров сопротивлениями различной величины.
Например, чтобы получить квадратичную зависимость по 3-му способу, нужно чтобы ширина каркаса изменялась по линейному закону, как это показано на рисунке.
Функциональный потенциометрический датчик
Обычные потенциометрические датчики имеют ограниченный диапазон работы. Его величина задана геометрическими размерами каркаса и числом витков обмотки. Их увеличивать беспредельно нельзя. Поэтому нашли применение многооборотные потенциометрические датчики, у которых резистивный элемент свит по винтовой линии с несколькими витками, их ось должна повернуться несколько раз, чтобы движок переместился с одного конца обмотки на другой, т.е. электрический диапазон таких датчиков кратен 3600.
Основным достоинством многооборотных потенциометров является высокая разрешающая способность и точность, что достигается благодаря большой длине резистивного элемента при малых общих габаритах.
Фотопотенциометр − представляет собой бесконтактный аналог обычного потенциометра с резистивным слоем, механический контакт в нем заменен фотопроводящим, что, конечно, повышает надежность и срок службы. Сигналом с фотопотенциометра управляет световой зонд, выполняющий роль движка. Он формируется специальным оптическим устройством и может смещаться в результате внешнего механического воздействия вдоль фотопроводящего слоя. В месте засветки фотослоя возникает избыточная по сравнению с темновой фотопроводимость и создается электрический контакт.
Фотопотенциометры делятся по назначению на линейные и функциональные.
Функциональные фотопотенциометры позволяют пространственное перемещение источника света преобразовать в электрический сигнал заданного функционального вида за счет профилированного резистивного слоя (гиперболические, экспоненциальные, логарифмические).
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Схема реализации прецизионной зоны нечувствительности
Analog Devices REF01 OP271
V Manoharan
Схемы, реализующие зону нечувствительности, находят применение в системах сервоуправления. Схема с положительной мертвой зоной (зоной нечувствительности) выполнена на прецизионном источнике тока и однополупериодном инвертирующем выпрямителе (Рисунок 1). Микросхема REF01 (IC1) – это высокоточный источник опорного напряжения 10 В. Вместе с буфером IC2A и резистором R1 она образует источник стабильного тока. Усилитель IC2A устанавливает потенциал вывода GND (вывод 4) микросхемы IC1, равным потенциалу неинвертирующего входа IC2A. Ток, создаваемый высокоточным опорным напряжением микросхемы IC1, идет через резистор R1 и равен 10 В/R1. Поскольку инвертирующий вход C2B подключен к выходу источника тока, диод обратной связи D1 оказывается смещенным в прямом направлении, и через него течет ток I1. Прямосмещенный диод поддерживает напряжение на выходе IC2B, равным приблизительно –0.6 В. Так как катодный вывод диода D2 остается подключенным через резистор R3 к виртуальной земле, D2 смещен в обратном направлении. Следовательно, и выход VOUT остается привязанным к виртуальной земле (0 В). Любое положительное напряжение, приложенное к VIN, еще больше смещает диоды D1 и D2 в прямом и обратном направлении, соответственно, и выходное напряжение остается на уровне 0 В (зона нечувствительности) для VIN > 0 В.
Напряжения на инвертирующих входах определяются прямосмещенным диодом D2 и обратносмещенным диодом D1. Такая комбинация смещений возникает только тогда, когда ток через резистор R2 (из-за отрицательного напряжения VIN) равен или превышает 10 В/R1. Поэтому на выходе будет 0 В (зона нечувствительности) до тех пор, пока входное напряжение VIN не достигнет значения, равного –10R2/R1. Если выбрать R1 = 20 кОм, то напряжение VOUT остается на уровне 0 В для VIN > (–5 В), а для VIN ≤ (–5 В) VOUT = (–VIN –5 В). Передаточная функция для этого случая показана на Рисунке 2. C1, C2 и C3 – это развязывающие конденсаторы для микросхем IC1 и IC2. Резистор R4 снижает напряжение смещения усилителя IC2B вне зоны нечувствительности. Можно реализовать альтернативную более простую схему, подав начальное смещение на однополупериодный инвертирующий выпрямитель через прецизионный резистор, подключенный к источнику опорного напряжения, без использования буфера с единичным усилением IC2A.Однако эта альтернатива увеличит коэффициент усиления шума, тем самым, увеличивая смещение и шум на выходе.
Материалы по теме
- Datasheet Analog Devices OP271
- Datasheet Analog Devices REF01
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Зона нечувствительности датчика
Дадим определение понятия нечувствительности системы автоматического регулирования.
Если на вход системы или ее элементов, обладающих нечувствительностью, подается сигнал, то пока величина этого сигнала не превысит некоторого определенного значения на выходе, не возникнет никакого ответного сигнала. Это пороговое значение входного сигнала определяет величину нечувствительности данного устройства или системы.
Пороговые значения входных сигналов разных знаков (разных направлений) определяют величину зоны нечувствительности.
Для выявления зоны нечувствительности снимается статическая характеристика системы или ее элемента, представляющая зависимость выходного сигнала (выходной координаты) от входного сигнала (входной координаты).
Зона нечувствительности отразится в виде некоторого участка статической характеристики, расположенного по оси абсцисс (ось входной координаты) около начала координат с ординатой (выходная координата), равной нулю.
Появление зон нечувствительности в характеристиках различных элементов может вызываться различными причинами, зависящими от конструктивного выполнения данного устройства, типа его, вида вспомогательной энергии и т. д. Заметим при этом, что как природа нечувствительности, так и то, в характеристике какого элемента системы автоматического регулирования имеется зона нечувствительности (чувствительного, усилительного, исполнительного и т. п.), существенно различно влияет на динамику системы. В одних случаях наличие зоны нечувствительности может вызвать неустойчивость системы или автоколебания ее, а в других случаях, наоборот, способствовать устойчивости и подавлению автоколебаний.
Нечувствительность может вызываться, например, перекрышами в управляющих элементах типа сопло — заслонка; перекрышами в пневматических и гидравлических золотниках; предварительным поджатием нулевых пружин; сухим трением в подвижных частях различных элементов систем автоматического регулирования (чувствительном, измерительном, усилительном, исполнительном и т. д.); внешней нагрузкой постоянного действия и другими видами нагрузки; зазорами в шарнирных и зубчатых соединениях элементов, контактным давлением в реле, определяющим ток срабатывания, и т. п.
Приведем ряд примеров устройств автоматического регулирования, обладающих нечувствительностью, вызванной одним из перечисленных факторов, а также рассмотрим, как влияет этот фактор на вид статической характеристики.
На рис. VI. 17 изображена схема пневматического усилителя, состоящего из управляющего элемента типа сопло—заслонка и мембранного исполнительного механизма. Входной координатой является угол поворота заслонки выходной координатой — перепад давлений воздуха по сторонам мембраны Статическая характеристика этого элемента изображена на рис. VI. 18. Характеристика — однозначная, и зона нечувствительности определяется только углом перекрыши заслонки. Эта характеристика показана на рис. VI.18 сплошной линией 1. Если сопла пневмоусилителя приводятся через зубчатую передачу, как это изображено на рис. VI. 19, то статическая характеристика пневмоусилителя вследствие наличия зазора в передаче будет иметь петлевой вид (рис. VI.20). Входной
координатой будет угол поворота конического зубчатого колеса Зона нечувствительности определится не только углом перекрыши заслонки например, рис. VI. 17 и VI. 18), но и зазором в передаче А. Величина ее, приведенная к углу поворота ведущей шестерни, равна
Рис. VI. 17. Схема пневматического усилителя
Влияние перекрыши золотника, предварительного поджатия нулевой пружины и сухого трения в золотнике на нечувствительность и соответствующие этим случаям статические характеристики нами уже рассмотрены.
Рис. VI. 18. Статическая характеристика пневмоусилителя
На рис. VI.21 изображена схема передающего устройства с зазором и нулевой пружиной, удерживающей поводок в среднем положении. Статическая характеристика такого элемента изображена на рис. VI.22. Существенным здесь является то, что, несмотря на наличие зазора, характеристика не имеет петли и является однозначной. Зона нечувствительности определяется величиной зазора. Характеристика такого же устройства, но без нулевой пружины (рис. VI.23, а), уже неоднозначна. Зона нечувствительности по-прежнему равна зазору А (рис. VI.24).
На рис. VI.23, б изображена схема устройства, имитирующего трение вала в колодке. Момент, прикладываемый на вход, пропорционален углу скручивания а. Величина момента сухого трения пропорциональна Устройство имеет такую же характеристику, как и на рис. VI.24 (с петлей, ширина которой равна А). Зона нечувствительности также равна А.
На рис. VI. 14 показана принципиальная схема управления электроприводом с помощью реле, которую мы уже рассматривали. Пусть входной координатой является угол поворота подвижного контакта (якоря) реле а, а выходной координатой — напряжение на клеммах электродвигателя и. Если коэффициент возврата реле можно не учитывать и считать равным единице, то статическая характеристика такой системы будет иметь вид, графически изображенный на рис. VI.25.
Рис. VI. 19. Схема управляющего элемента сопло—заслонка с приводом через зубчатую передачу (в передаче имеется зазор)
Рис. VI.20. Статическая характеристика усилителя при наличии зазора в передаче
Характеристика является однозначной релейного типа. Зона нечувствительности в этом случае определяется расстоянием между контактами.
На рис. VI.26 приведена схема гидравлического исполнительного механизма, управляемого струйной трубкой. В подвижных частях привода имеется трение (в подшипниках, в уплотнении, между поршнем и цилиндром и т. п.). Гидропривод не нагружен. Входной координатой является угол поворота струйной трубки а выходной координатой — скорость перемещения поршня гидропривода .
Статическая характеристика такого устройства изображена на рис. VI.27. Характерным является то, что влияние сухого трения в этом случае аналогично влиянию перекрыш в отсечном золотнике. Характеристика в таких координатах не имеет петли. Попутно отметим, что сухое трение в гидроприводах с отсечными золотниками будет сказываться по-иному: в статических характеристиках типа при постоянном давлении масла перед золотником проявление его нельзя будет обнаружить,
(кликните для просмотра скана)
Как видно из рис. VI.27, зона нечувствительности для рассматриваемого устройства определится величиной силы сухого трения.
Если такой привод со струйной трубкой работает на преодоление сопротивления, пропорционального его перемещению (пружинная нагрузка), то его статическая характеристика в координатах (перемещение привода) и (отклонение струйной трубки) будет иметь петлю, ширина которой определяется величиной силы сухого трения.
Отметим, что если гидроприводу, управляемому струйной трубкой, приходится преодолевать нагрузку постоянной величины то зона нечувствительности его увеличивается. В этом случае характеристика будет иметь вид, показанный на рис. VI.27 штриховой линией. В то же время у гидропривода, управляемого отсечным золотником, нагрузка такого рода не вызовет увеличения зоны нечувствительности.
Влияние зазоров между контактами и контактного давления на нечувствительность и соответствующие этим случаям характеристики нами были рассмотрены ранее.
Дискретный регулятор: просто, но со вкусом.
Представьте себя в роли диспетчера общественной душевой, в которой находится некоторое число кабин. В системе водоснабжения установлен накопительный бак, чтобы обеспечить нормальную подачу воду во все кабинки при любом количестве посетителей. В накопительный бак вода поступает из входной трубы, на которой установлен кран, оборудованный электромагнитным клапаном. Клапан управляется с помощью рубильника дискретно, по принципу включить/выключить, т.е. нельзя плавно менять расход воды во входной трубе. Уровень воды в баке необходимо поддерживать в пределах между верхним и нижним критическими уровнями.
Так как же управлять такой системой?
Диспетчеру нужно постоянно контролировать уровень воды в баке. Выключать подачу воды при достижении верхнего критического уровня и включать — при достижении нижнего. Сложно, не так ли? Диспетчер даже кроссворд не сможет спокойно отгадывать – ему постоянно нужно следить за баком. Можно несколько облегчить ему задачу: поставить два датчика уровня. Тогда можно оповещать диспетчера о достижении одного из критических значений, включив их в цепь с сиреной.
Критический уровень
Давайте выясним что это за уровни и откуда они берутся.
параметра (в нашем случае уровня воды) – это значение, при котором система полностью или частично теряет свою работоспособность.
Они довольно просто определяются из соображений здравого смысла. В нашем случае:
Верхний критический уровень – уровень, при котором существует угроза перелива бака и затопления помещения. Очевидно, что запас до края бака должен быть таким, чтобы оператор успел выключить воду раньше, чем она достигнет края бака.
Нижний критический уровень – уровень, при котором возможна потеря системой работоспособности в случае максимального потока посетителей душевой. Это можно определить из статистики посещаемости.
Я думаю, принцип понятен. В любой другой системе критические состояния определяются схожим образом.
Гистерезис
Зачем же нам нужны два критических уровня? Почему нельзя выбрать один оптимальный уровень воды и поддерживать его?
Потому что в этом случае нам слишком часто пришлось бы включать/выключать воду. Поэтому в системах, которые управляются дискретно, вводится такое понятие как .
диапазон входного параметра регулятора, в котором система не меняет управляющего воздействия. Входным параметром в нашем случае является уровень воды в баке, регулятором – диспетчер, а управляющем воздействием – включение или выключение воды.
На графике это выглядит так:
Как видно из графика, управляющее воздействие меняется с «ВКЛ.» на «ВЫКЛ.» только в критических точках. Диапазон между верхним и нижним критическими уровнями – это и есть зона нечувствительности (гистерезис).
А теперь представьте, что мы хотим поддерживать один оптимальный уровень воды – тогда обе точки перехода сойдутся в одну. В этой точке будут происходить постоянные переключения «туда-сюда». Таких постоянных переключений не выдержит ни одно оборудование, и уж тем более бедный диспетчер. Именно поэтому дискретный регулятор всегда имеет зону нечувствительности.
Датчики уровня
Для того, чтобы зарегистрировать критические уровни — нам понадобятся датчики. Нам не нужно знать числовое значение уровня воды в баке в каждый момент времени, а только нужно регистрировать достижение критических значений – поэтому подойдут .
Они работают по принципу обыкновенного рыболовного поплавка – отсюда и название. Как только уровень воды достигает поплавковой части датчика – он всплывает и замыкает контактную площадку на своей стационарной части, выполняя при этом роль обычного размыкателя цепи.
Такие датчики называют Слово «сухой» означает, что сам по себе датчик никакого напряжения не выдаёт.
Подробнее о поплавковых датчика уровня можно прочитать в нашей статье .
Убираем диспетчера
Вот мы и добрались до самого главного: давайте уберём из системы диспетчера и заставим интеллектуальное устройство (регулятор) трудиться вместо него.
Для этого нам понадобится контроллер, который имеет, по крайней мере, два дискретных входа и дискретный выход. Запрограммируем контроллер, используя всего два условия:
Можно ли обойтись без программирования в такой несложной системе? Конечно! Сейчас выпускается огромное количество регуляторов, предназначенных для дискретного регулирования. Их не нужно программировать, достаточно просто сконфигурировать. Но сути дела это никак не поменяет.
Вот и всё! Подключаем датчики на входы контроллера, не забывая пропитать их от внешнего источника (датчики-то «сухие», а контроллеру на входе нужно напряжение). К выходу подключаем клапан подачи воды. Наша система управления готова к работе.
Заключение
В этой статье мы на простом примере посмотрели, как работает система управления дискретного типа. Точно так же устроены многие системы управления. В быту: автоматика газового котла, домашнего электрообогревателя, утюга, холодильника – все эти устройства могут быть оснащены подобной системой управления. Да и в промышленности дискретные регуляторы представлены не менее широко, как в качестве отдельного управляющего модуля, так и в составе сложных систем автоматизации.
На этом всё! Надеюсь, было интересно. Любые возникающие вопросы задавайте в комментариях. До новых встреч на LAZY SMART !
Общие характеристики датчиков
Выполняющий измерительное преобразование датчик работает в реальных производственных условиях эксплуатации, зачастую весьма тяжелых, связанных с высокими давлениями и температурами при влиянии агрессивных сред. На датчик одновременно воздействует большое число параметров. Среди этих параметров только один является измеряемой величиной, а все остальные представляют собой внешние параметры, характеризующие производственную среду. Эти внешние параметры являются в данном случае помехами. Каждый датчик должен на фоне помех наилучшим образом реагировать на измеряемую входную величину, вырабатывая соответствующую выходную величину или код выходной величины. При построении датчиков используются различные физические принципы, которые в значительной степени определяют области рационального применения того или иного датчика.
Параметрический датчик изменяет какой-либо из своих параметров под воздействием самой измеряемой величины и требует подключения к какому-либо внешнему источнику энергии.
Генераторный датчик сам генерирует выходной сигнал и не требует подключения к внешнему источнику энергии.
В качестве примеров датчиков такого рода можно назвать различные пьезоэлектрические датчики давления или тахогенераторные датчики скорости вращения. К параметрическим датчикам относятся:
- резистивные;
- индуктивные;
- трансформаторные;
- емкостные.
К генераторным датчикам относятся:
- термоэлектрические;
- индукционные;
- пьезоэлектрические;
- фотоэлектрические.
Применительно к датчикам используются следующие основные определения и термины.
Функция преобразования датчика — это зависимость выходной величины данного измерительного преобразователя от входной, задаваемая либо аналитическим выражением, либо графиком, либо таблицей.
Чувствительность датчика — это именованная величина, показывающая, насколько изменится выходная величина при изменении входной величины на одну единицу. Для термопары единицей чувствительности будет мВ/К (милливольты на 1 градус Кельвина), для регулируемого электродвигателя — обороты в секунду на 1 вольт и т.д.
Разрешающая способность преобразования — это наименьшее изменение входного сигнала, которое может быть измерено преобразователем.
Воспроизводимость является мерой того, насколько близки друг к другу результаты измерений одной и той же физической величины.
Прецизионность является мерой того, насколько близки друг к другу результаты аналогичных измерений.
Точность (погрешность) измерения показывает, насколько показанное датчиком значение параметра близко к его истинному значению. Обычно точность задается в процентах от полной шкалы измерительного прибора и в результате представляет собой некоторую абсолютную величину.
Если прибор используется не по назначению, то возникают ошибки применения. В большинстве случаев при измерении механических величин, нагрузка воспринимается не самим преобразователем, а упругим элементом, который под воздействием измеряемой величины деформируется. Входной величиной в таком случае может быть сосредоточенная сила, крутящий момент, давление газа или жидкости и пр. Выходным сигналом может быть как непосредственно воспринимаемая человеком информация, так и электрический параметр. Различают статическую и динамическую характеристики датчика. Под статической характеристикой датчика понимают зависимость между установившимися значениями входной и выходной величин. Под динамической характеристикой датчика понимают поведение выходной величины во время переходного процесса в ответ на мгновенное (ступенчатое) изменение измеряемой входной величины. Если в статической характеристике датчика строится зависимость только между значением выходной величины Y в ответ на
зменение входной величины X, то в динамической характеристике датчика участвует параметр времени t и такая характеристика представляет собой зависимость вида Y= Y(t). Очевидно, что установившееся значение выходной величины датчика представляет собой то значение, которое приобретает его выходная величина после окончания всех переходных процессов, т.е. при t стремящимся к бесконечности. Зависимость между установившимися значениями входной и выходной величин применительно к датчикам называется тарировочной кривой. Различные виды статических характеристик измерительных датчиков с пропорциональным выходом приведены на рисунке.
На рисунке «а» приведена идеализированная статическая характеристика такого датчика. Нулевому значению входной величины в этом случае соответствует нулевое значение величины на выходе.
На рисунке «б» приведена идеализированная статическая характеристика датчика с зоной нечувствительности. У такого датчика изменение входной величины до значения ΔX, называемого порогом чувствительности, не ведет к появлению какого-либо сигнала на выходе. Лишь после того как окажется, что X> ΔХ, выходная величина будет расти, начиная от нуля, пропорционально изменению входной величины.
На рисунке «в» приведена идеализированная статическая характеристика датчика с зоной нечувствительности и насыщением выхода. У такого датчика, после достижения порога чувствительности выходная величина растет пропорционально росту входной величины, но до некоторого предельного значения ΔY, которое называется значением насыщения выходной величины. После того как окажется, что Y> ΔY, дальнейший рост входной величины X не приводит ни к какому росту У.
Наконец, на рисунке «г» приведена идеализированная статическая характеристика датчика с зоной нечувствительности на входе, с насыщением на выходе и с петлей гистерезиса. Гистерезисом называется различие между характером соответствия выходной и входной величин при прямом и обратном ходе изменения входной величины. Практически это выражается в том, что значение выходной величины при возрастании входной величины не совпадает с ее же значениями при убывании входной величины, а следовательно, при наличии гистерезиса чувствительность датчика при «прямом» и «обратном» ходах неодинакова. Заметим, что значение выходной величины при возрастании входной величины может как «опережать», так и «отставать» по сравнению с ее же значениями при убывании входной величины. В первом случае говорят о положительном гистерезисе, а во втором — об отрицательном. Абсолютная величина разницы в значениях X при возрастании и убывании входной величины, при которых на выходе имеет место одно и тоже значение, называется шириной петли гистерезиса. Если ширина петли гистерезиса настолько велика, что тарировочная кривая датчика заходит в область отрицательных значений входной величины, то это означает, что Y= 0 при X 0. В таком случае говорят, что данный элемент обладает «памятью», так как на его выходе остается ненулевое значение и после того, как на его входе установится нулевое значение. Но это будет иметь место лишь в том случае, если перед этим величина на входе осуществила цикл возрастания с последующим убыванием хотя бы до нуля. Если же такого цикла на входе не происходило, то на выходе датчика будет продолжать сохраняться нулевое значение. Иными словами, наблюдая за состоянием выхода датчика в данный момент, можно сделать заключение о том, что происходило на его входе в предыдущие моменты. Это и есть то, что принято называть «памятью». Однако в реальной жизни практически не существует датчиков с идеализированной пропорциональной (линейной) зависимостью между значениями выходной и входной величин. Это значит, что приращение выходной величины в ответ на единичное приращение входной величины не является постоянным во всем интервале изменения измеряемой величины. Может создаться такая ситуация, когда в начале изменения входной величины произошедшие в ней изменения будут приводить к существенным изменениям выходной величины, а в конце изменения входной величины произошедшие в ней изменения будут приводить к малым изменениям выходной величины. Может иметь место и обратная картина.
В ряде случаев для удобства дальнейшего анализа фактическая нелинейная статическая характеристика датчика в определенных пределах измерения и с определенным влиянием на показания этого датчика может быть приближенно заменена неким линейным эквивалентом. В определенных условиях такая операция является допустимой и тогда она носит название линеаризации. В ряде случаев нелинейный характер статической характеристики датчика не является вредным, а может быть эффективно использован для различных задач автоматизации. Примером такого рода, широко используемым в различных устройствах автоматизации, является датчик со статической характеристикой релейного типа. При возрастании входной величины, до того как она достигнет порога срабатывания, на выходе датчика будет наблюдаться нулевое значение выходной величины, а как только входная величина достигнет порога срабатывания, выходная величина сразу же («щелчком») достигнет своей максимальной величины и при дальнейшем возрастании входной величины возрастать больше не будет. Примером такого рода может служить так называемое двухпозиционное регулирование температуры в обычном домашнем холодильнике. Как только температура внутри холодильника достигнет заданной величины, датчик температуры, называемый термостататом и обладающий релейной характеристикой, включит электромотор, прокачивающий хладоагент (фреон). При понижении температуры электромотор отключается и температура внутри холодильника перестает понижаться. Ранее рассматривались статические характеристики таких датчиков, у которых входная величина, возрастая и убывая, оставалась тем не менее большей нуля. Как правило, это и имеет фактически место при изменениях параметров технологических процессов производства деталей машиностроения. Например, это характерно при измерении перемещений рабочих органов станков, давления в гидросистемах или температуры в закалочных печах. Однако в ряде случаев, например при измерении фактических отклонений размера детали от номинала, возможно отклонение измеряемой величины как в положительную, так и в отрицательную сторону. Выходная величина при этом может оказываться пропорциональной модулю изменения входной величины (или же зависящей от него нелинейно) как без гистерезиса, так и с гистерезисом.
Обычно для сравнения при равных условиях динамических характеристик различных датчиков считают, что на их входы поступают воздействия одного и того же вида, а именно: ступенчатые. Это означает мгновенный «наброс» входной величины. Практически это соответствует, например, включению напряжения на электродвигатель либо помещению термопары в закалочную печь и т.д. Двигатель будет набирать обороты не мгновенно, а в соответствии с динамическими свойствами привода, в который он включен. Показания термопары также начнут отражать температуру в печи не мгновенно, а по мере разогрева спая этой термопары и т.д. Для динамических характеристик датчиков характерны три случая. Первый случай соответствует чистому запаздыванию в датчике, когда его выходная величина просто повторяет (в определенном масштабе) входную величину, запаздывая по отношению к ней на постоянную величину. Второй случай соответствует апериодическому характеру переходного процесса, когда выходная величина постепенно приближается к новому установившемуся значению монотонным образом (монотонно убывая или же монотонно возрастая). Третий случай соответствует колебательному характеру переходного процесса, когда выходная величина постепенно приближается к новому установившемуся значению, совершая за время переходного процесса одно или несколько колебаний, превышая на время новое значение выходной величины, а затем возвращаясь к нему. Динамические процессы в датчиках характеризуются показателями качества переходного процесса. К их числу относятся:
- время завершения переходного процесса;
- величина превышения в течение переходного процесса выходного параметра над его новым установившимся значением;
- число колебаний выходной величины за время завершения переходного процесса.
Используется также интегральный показатель качества переходного процесса, обычно представляющий собой подынтегральную площадь кривой переходного процесса. Для датчиков производственных параметров важными характеристиками являются также диапазон измерений, представляющий собой разность между допустимыми максимальным и минимальным установившимися значениями измеряемой величины, а также полоса пропускания, представляющая собой разность между максимальной и минимальной частотами изменения входной величины, для работы с которыми предназначен данный датчик. Что касается погрешностей измерений производственных параметров, неизбежно возникающих в любых практических системах автоматизации, то их принято классифицировать следующим образом:
- систематические;
- прогрессирующие;
- случайные;
- погрешности применения.
зона нечувствительности
3.12. зона нечувствительности (dead zone): Та часть верхней поверхности датчика вне эффективной области чувствительности.
6.31 зона нечувствительности: Максимальная разность давлений, подаваемых в исполнительный механизм, измеренных при одном и том же значении прямого и обратного хода регулирующего элемента.
Зона нечувствительности а
Максимальная разность давлений в исполнительном механизме при прямом и обратном ходах плунжера, измеренных при одном и том же ходе
6.31 зона нечувствительности
Максимальная разность давлений, подаваемых в исполнительный механизм, измеренных при одной и той же величине прямого и обратного хода регулирующего элемента.
Зона нечувствительности
Разность значений температуры, необходимая для изменения направления движения клапана регулирующего органа.
78. Зона нечувствительности
Разность между сопротивлением ог-к/почемяя и сопротивлением включения ПОС
Смотри также родственные термины:
3.12 зона нечувствительности позиционирования на позиции В i: Разность между средними односторонними позиционными отклонениями, полученными при двух направлениях подхода к позиции Pi
3.13 зона нечувствительности позиционирования оси В: Максимум абсолютных значений разностей зон нечувствительности |Вi| на всех m заданных позициях вдоль или вокруг данной оси
28. зона нечувствительности системы управления: Диапазон изменения входного сигнала, не связанный с корректирующим воздействием регулятора расхода топлива.
- зона неприемлемых процессов
- i«>зона нечувствительности позиционирования на позиции В i
Полезное
Смотреть что такое «зона нечувствительности» в других словарях:
зона нечувствительности — Часть статической характеристики объекта, соответствующая ограниченному диапазону изменения его входных координат, в котором значения выходных координат практически не изменяются. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 107. Теория управления.… … Справочник технического переводчика
зона нечувствительности — nejautrumo sritis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. dead band; dead zone vok. Totbereich, m; Totzone, f; Unempfindlichkeitsbereich, m; Unempfindlichkeitszone, f rus. зона нечувствительности, f; область нечувствительности, f pranc.… … Automatikos terminų žodynas
зона нечувствительности — nejautrumo zona statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. dead band; dead zone; neutral zone vok. neutrale Zone, f; tote Zone, f; Totzone, f rus. зона нечувствительности, f; мёртвая зона , f pranc. zone d insensibilité, f; zone non sensible … Automatikos terminų žodynas
зона нечувствительности — nejautrumo sritis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Didžiausias intervalas, kurio ribose abiem kryptimis galima keisti poveikį nesukeliant matuoklio atsako pokyčio. atitikmenys: angl. dead band vok. Totzone, f rus. зона… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
зона нечувствительности — nejautrumo sritis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. dead band vok. Totzone, f rus. зона нечувствительности, f pranc. zone morte, f … Fizikos terminų žodynas
зона нечувствительности — мертвая зона … Словарь русских синонимов по технологиям автоматического контроля
зона нечувствительности — Часть статической характеристики объекта, соответствующая ограниченному диапазону изменения его входных координат, в котором значения выходных координат практически не изменяются … Политехнический терминологический толковый словарь
зона нечувствительности средства измерений — зона нечувствительности Диапазон значений измеряемой величины, в пределах которого ее изменения не вызывают выходного сигнала средства измерений. Примечание. Иногда зону называют мертвой. Она наблюдается вблизи некоторых радионавигационных систем … Справочник технического переводчика
зона нечувствительности (в трубопроводной арматуре) — зона нечувствительности Максимальная разность давлений, подаваемых в исполнительный механизм, измеренных при одном и том же значении прямого и обратного хода регулирующего элемента. [ГОСТ Р 52720 2007] зона нечувствительности а Максимальная… … Справочник технического переводчика
зона нечувствительности системы управления — Диапазон изменения входного сигнала, не связанный с корректирующим воздействием регулятора расхода топлива. Примечание Зона нечувствительности (применительно к частоте вращения) это отношение частоты вращения к номинальной частоте вращения в… … Справочник технического переводчика
Источник: