(A) (б) Рис. 3.2. Функция передачи и возможные погрешности обобщенного датчика
На рис 3.2,А допустимая погрешность представлена коридором +–дельта заглавная Можно привести пример, в котором задействован некий датчик линейных переме-щений... ...Если повторять эксперимент раз за разом и считать, что в эксперименте отсутствуют случайные ошибки, но фиксируемая ошибка каждый раз имеет место и равна 0,5 мм, можно говорить о том, что данный датчик имеет систематическую погрешность 0,5 мм
в диапазоне 10 мм. В реальной практике всегда присутствует элемент случайности, поэтому систематическая ошибка обычно представлена своими средним либо средне-квадратическим значениями.
На рис. 3.2,A показана идеальная, или теоретическая статическая характеристика. Однако, любой датчик выполняет свою функцию не вполне точно по многим причинам… Все реальные, или измеренные характеристики должны укладываться в гарантированные границы паспортной точности. Например, (см. анализ точки Z на рис. 3.2,А)... Приводимые в паспорте значения погрешности датчика отражают суммарный эффект, включающий возможные отклонения показаний от образца к образцу, гистерезис, зоны нечувствительности и насыщения, а также погрешности калибровки и повторяемости. Паспортные значения точностных границ даются для худшего из возможных образцов с тем, чтобы в самой неблагоприятной ситуации гарантировать при применении данного типа датчика получение заданных показателей системы в целом.
Значения погрешности датчика можно представить в различных формах: 1. Непосредственно в единицах измеряемой величины (+–дельта) 2. В процентах от диапазона измерения (%ПШ) 3. В единицах параметра выходного сигнала. Пример: пьезорезистивный датчик давления имеет диапазон измерения 100 кПа и значение выхода полной шкалы 10 Ом. Его погрешность может быть указана как +– 0.5%, +– 500 ПА, или +– 0.05 Oм.. Калибровка
Если допустимая производителем погрешность датчика шире допуска на точность системы в целом, можно воспользоваться калибровкой имеющегося в распоряжении датчика.
Предположим, нам нужно измерять температуру с точностью +–0.5◦C, а доступен датчик, имеющий погрешность +– 1◦C. Означает ли это, что такой датчик не может быть использован в системе? Нет, для калиброванного датчика допустимый диапазон погреш-ности сужается (рис 3.2Б)...
В процессе калибровки на основании нескольких калибровочных измерений (число зависит от степени сложности принятой модели датчика) определяются параметры модели имеющегося датчика, т.е. находится его фактическая статическая характеристика, после чего делается вывод о возможности использования в рассматриваемой системе.
Гистерезис Ошибка гистерезиса - погрешность датчика, связанная с неоднозначностью входного воздействия для выбранного значения выходного сигнала при движении к этому значению с разных направлений (т.т. у,х на рис. 3.3).
Рис. 3.3. Статическая характеристика с гистерезисом |
Рис. 3.4. Статическая характеристика с насыщением |
Насыщение Если в рабочем диапазоне датчика имеется участок, когда увеличение воздействия не приводит к пропорциональному изменению выходного сигнала, датчик проявляет одну из форм нелинейности – нелинейность конца шкалы, или насыщение (рис. 3.4).
Нелинейность Погрешность нелинейности обычно указывается для датчиков, статическая характеристика которых может быть аппроксимирована прямой линией (3.1); она характеризуется максимальным отклонением (L) фактической характеристики от аппроксимирующей её прямой.
Погрешность нелинейности указывается либо в процентах от диапазона, либо в единицах измеряемой величины (например, в кПа или ◦C). В некоторых приложениях необходимо иметь более высокую точность в отдельном, более узком диапазоне входного сигнала. Пример - медицинский термометр в диапазоне между 37◦C и 38◦C… Затем, при аппроксимации прямая линия проводится через точку калибровки c (линия 3 на рис. 3.5А, чаще всего как касательная к статической характеристике в этой точке). Если известно выражение для анализируемой функции передачи, наклон этой линии можно найти из соотношения (3.5). В зависимости от использованного метода результирующие аппроксимированные характеристики дают разные значения выхода в нуле и разные наклоны. Поэтому оценки нелинейности могут существенно отличаться одна от другой. Пользователь должен быть в курсе, что производители датчика часто публикуют наименьшие значения, не указывая, для какого примененного способа аппроксимации они действительны.