6. Основные характеристики.
При оценке пригодности датчика для использования его в какой-либо системе рассматриваются следующие основные характеристики:
характер измеряемого параметра и пределы его изменения;
вид выходного сигнала и пределы его изменения, при этом должна быть выявлена линейная часть характеристики, рассмотрена возможность её линеаризации, если нелинейность её выходит за допустимые пределы;
климатические условия, при которых должен работать датчик. При этом проверяются не только такие параметры, как температура, влажность, но и другие параметры, обобщенно относящиеся к климатическим, а именно: величина вибраций в месте установки датчика, напряженность магнитных полей, изменение напряжения сети и частоты сетевого напряжения и ряд других факторов;
метрологические характеристики, прежде всего величины основной и дополнительных погрешностей;
возможность крепления датчика в требуемом месте, соответствие присоединительных размеров датчика и конструкции элементов крепления, возможность и доступность подключения кабеля связи датчика с другими устройствами.
Основной погрешностью датчика называется его погрешность в нормальных условиях. Дополнительные погрешности 1, 2, 3, ......,n - это те погрешности, которые возникли в результате отклонения климатических условий от нормальных. Следовательно, дополнительных погрешностей может быть несколько, в зависимости от числа неблагоприятных факторов, действующих на датчик. Суммарная погрешность датчика определяется по формуле
=
1
+ 2+
....+ n
.
Наиболее распространенные в практике датчики состоят из двух частей: чувствительного элемента и преобразователя. Чувствительные элементы, связанные тем или иным способом с объектом регулирования, воспринимают измеряемый параметр и преобразуют значение этого параметра в некоторую вспомогательную величину. Преобразователь преобразует вспомогательную величину в электрический выходной сигнал, т. е. в форму, удобную для передачи информации ко вторичным приборам - приемникам первичной информации.
Стандартизация характеристик и унификация выходных сигналов датчиков проводится с целью сокращения и упорядочения большого числа вторичных измерительных приборов и средств автоматизации, работающих в комплекте с датчиками.
По данным технической литературы наиболее распространенными контролируемыми параметрами на практике являются температура (43,3%), давление (14,1%), расход (9,8%), уровень заполнения (9,3%). На все остальные параметры приходится 23,5% от общего числа всех измерений в промышленности.
7. Чувствительные элементы датчиков давления, перепада давлений, расхода.
В качестве чувствительных элементов применяются трубки Бурдона, сильфоны, мембраны и другие устройства (рис. 1.1).
Рис. 1.1 Чувствительные элементы датчиков:
а) трубка Бурдона; б) сильфон; в) мембрана; г) ЧЭ для измерения вязкости.
Трубка Бурдона (рис. 1.1, а). обычно применяется в манометрах среднего и высокого давления и представляет собой согнутую в кольцо трубку, сделанную из упругого материала (бронза, сталь). Один конец трубки запаян, другой заканчивается штуцером, к которому подводится измеряемое давление. При увеличении давления трубка стремится разогнуться, а запаянный конец перемещается на расстояние, пропорциональное приложенному давлению. Это перемещение далее преобразуется в выходной сигнал требуемого вида.
Сильфон представляет собой цилиндрическую коробку с гофрированными стенками, сделанную из упругого материала (рис. 1.1, б). С одной стороны коробки есть штуцер, к которому подводится измеряемое давление. При изменении давления дно сильфона за счет растяжения или сжатия гофрированных стенок перемещается пропорционально изменению давления. Если два сильфона соединить со стороны дна, а в штуцеры подавать давления Р1 и Р2, то с помощью такого чувствительного элемента можно измерять разность давлений Р = Р1 - Р2. Такие чувствительные элементы используются в дифференциальных манометрах и расходомерах.
Широко распространенным чувствительным элементом для измерения давления и разности давлений является мембранный чувствительный элемент (рис. 1.1, в). Упругая мембрана, сделанная из бронзы, стали или прорезиненной ткани, закреплена между двумя «тарелками», имеющими штуцеры для подвода давлений. Перемещение мембраны, вызванное различной величиной давлений Р1 и Р2 (одно из них может быть атмосферным), с помощью тяги передается преобразователю.
Примером чувствительного элемента для измерения вязкости жидкости является цилиндр, вращаемый синхронным двигателем (рис. 1.1, г). Цилиндр помещается в жидкость, вязкость которой измеряется. В зависимости от величины вязкости жидкости изменяется тормозной момент на валу двигателя, а, следовательно, и вспомогательный параметр - сдвиг фаз между ротором двигателя и вращающимся магнитным полем. Этот параметр с помощью преобразователя - фазометра - преобразуется в выходной сигнал датчика.