Структура измерительной системы на базе пассивных датчиков

Цели, задачи, подходы

Автоматизация немыслима без датчиков. Иногда это очень важная подсистема теряется за комплексом решаемых проблем, свойственных разработке крупных проектов, и понятия «датчик», «измерительная схема», «первичный преобразователь» отходят на задний план, создавая у разработчика иллюзию, что достаточно подключить, допустим, термопару или термосопротивление к плате АЦП и вопрос будет закрыт. Конечно, если речь идет о измерении температуры с точностью «плюс-минус» километр, наверное, подобное решение возможно, но в подавляющем большинстве случаев, в условиях развития все более тонких технологий производства требования к точности измерения физических величин весьма высоки.   

Данная публикация преследует цель напомнить о тех проблемах, с которыми приходится сталкиваться на пути получения точных результатов измерения в случаях использования классических вариантов построения измерительных схем, до сих пор имеющих достаточно широкое распространение в отечественной промышленности, а так же предложить современное решение задачи построения измерительной схемы, позволяющее минимизировать средства и время разработки, подробнее на сайте irobs.ru

В статье описаны пассивные датчики на примере термосопротивлений, которые на ряду с термопарами (активными датчиками) все еще широко применяются в отечественной практике измерений темпиратуры. Такая конкретизация, впрочем, не препятствует читателю обобщить изложенные в статье подходы к решению задачи построения измерительных подсистем пассивными датчиками любой природы.

Для цельности излагаемого материала вспомним базовые определения.

Пассивные датчики и общие характеристики схем их подключения

Основные понятия, используемые в измерительных системах

Процесс измерения – это совокупность операций, целью которых является определение численного значения физической величины, характеризующей объект измерения.

Как правило, в современных системах управления в том числе в современных электронных сварочных столах, использующих электронные средства обработки сигналов, необходимо на входе системы преобразовать измеряемую величину в эквивалентный электрический параметр (напряжение, ток).

Датчик, это устройство, которое под воздействием физической величины формирует на выходе эквивалентный сигнал, чаще всего, как уже отмечалось, электрической природы, являющийся функцией измеряемой величины:

S=F(m), где s – значение эквивалентной величины на выходе датчика,  m – значение измеряемой физической величины на входе датчика.

Чтобы не вдаваться в терминологические тонкости, в зависимости от контекста мы будем называть датчиком и собственно измерительный элемент, который сам по себе электрический сигнал может и не формировать.

Чаще всего функция преобразования s=F(m) в численной форме определяется экспериментально в процессе градуировки, когда для некоторого числа известных значений величины m измеряют соответствующую им значения s, что позволяет построить градуированную кривую. Для уменьшения числа дополнительных преобразований выходной величины датчика в системе управления при получении численного значения измеряемой величины стремятся в процессе разработки датчиков добиться линейной зависимости s от  m, что означает обеспечение постоянной чувствительности датчика во всем диапазоне изменения значения измеряемой физической величины.  Отметим, что при линейной характеристике самого датчика для получения линейного сигнала на выходе измерительной схемы также были линейны во всем диапазоне измеряемой величины.

Датчики делятся на генераторные и параметрические. Первые, как явствует из названия, обеспечивают на выходе изменяющийся электрический сигнал в виде электрического заряда, напряжения или тока, вторые изменяют свои электрические свойства при изменении измеряемой физической величины. Различие в характере выходного сигнала переопределяются схемами включения датчиков.

При использовании датчиков в измерительных системах необходимо учитывать тот факт, что на точность выходного сигнала датчика могут влиять условия эксплуатации системы, выражающиеся в воздействии на него не только измеряемой, но и других физических величин  приводящих к появлению погрешности в выходном сигнале.

---

---

Главная - Микросхемы - DOC - ЖКИ - Источники питания - Электромеханика - Интерфейсы - Программы - Применения - Статьи