2.6 Динамическая погрешность ип

Появление динамической погрешности обусловлено скоростью изменения измеряемой величины и инерционностью процесса ее преобразования в ИП. Очевидно, если величина долго не изменяется, то динамическая погрешность преобразования будет отсутствовать.

Продолжим пример предыдущего пункта с измерением температуры. Как преобразователь воспринимает измеряемую температуру? Допустим, исходная температура катушки с платиновой проволокой равна 300 К. Открывают задвижку и подают в трубу, в которой установлен наш преобразователь, пар с температурой 900 К. Пар омывает крайний слой проволоки и передает ей свою температуру. Сопротивление этого слоя проволоки вырастет, а остальных слоев останется прежним. Значение выходного параметра преобразователя (его сопротивление) в этот момент будет слабо отличаться от исходного, соответствовавшего температуре 300 К. Далее тепловой поток, проникая в более глубокие слои катушки, плавно увеличивает сопротивление ее витков, пока вся катушка не достигнет стационарной температуры 900 К. С этого момента выходной параметр ИП будет правильно отображать значение измеряемый физической величины (температуры пара).

Следовательно, с момента подачи пара и до полного прогрева преобразователя его выходной параметр с ошибкой отображал входную величину. Вот эта ошибка и называется динамической.

Предположим, при измерении температуры пара мы выяснили, что показания преобразователя стабилизировались через 0,5 с после начала подачи пара; далее можно считать, что динамическая погрешность преобразования отсутствует.

Теперь попытаемся с помощью нашего ИП измерить температуру горения смеси в цилиндре автомобильного двигателя. Цикл работы такого двигателя состоит из четырех этапов (всасывания, сжатия, горения смеси, выброса продуктов горения) одинаковой длительности, примерно по 1/400 доле секунды. Процесс горения еще короче, менее 0,001с. За такой промежуток времени катушка с проволокой преобразователя, помещенная в цилиндр двигателя, естественно, не успеет прогреться. Сопротивление провода (а, следовательно, в конечном итоге, измеренная температура) будет соответствовать некоторой средней температуре катушки провода ИП, которая на порядок ниже температуры горения смеси. Полученные результаты трудно назвать «измерительной информацией», поскольку они не отражают действительных значений измеряемой величины.

Инерционность характерна в той или иной мере всем преобразователям, отличие заключается только в механизме ее возникновения. Это может быть последовательная деформация слоев твердого вещества (например, при прогибе мембраны преобразователя давления), или волна местного уплотнения, перемещающаяся в газе или жидкости и т.д.

Каким же образом можно парировать динамическую составляющую погрешности? В технике измерений выработано несколько приемов. Во-первых, применение ИП на других принципах действия. Например, замена катушки преобразователя температуры на спай двух тонких проволочек (термоэлектрический преобразователь); замена механических элементов датчика давления (рычаги, шестеренки) нанесенной на мембрану тонкой проволокой в виде плоской фигуры (тензометрический преобразователь). Во-вторых, введение отрицательной обратной связи, рассмотренной ранее. В-третьих, ведение специальных корректирующих звеньев.

Мы не будем проводить детальный анализ динамической погрешности, поскольку количественное описание динамических характеристик ИП требует привлечения довольно сложного математического аппарата, а описание процессов прохождения сигнала через преобразователи еще сложнее. Заметим только одно. Без задержки не передается ни одно физическое воздействие, поскольку ни один носитель сигнала не может иметь скорость выше скорости света, а она конечна в любой среде.