Статические и динамические характеристики измерительных преобразователей

Статическая характеристика измерительного преобразователя - это функциональная зависимость между входной x и выходной y величинами в установившемся режиме. Как и любую функцию, статическую характеристику можно представить аналитически (уравнением), в виде графика или таблично. Обычно в уравнение преобразования входят конструктивные параметры. Для реального преобразователя статическую характеристику можно получить экспериментально. Для более наглядного восприятия очень широко используют графическую форму представления статической характеристики. Наиболее часто используемые статические характеристики датчиков представлены на рис. 3.1.

В общем случае статические характеристики ИП не отличаются от аналогичных характеристик обобщенных звеньев систем управления, так как сами входят в их число.

Статическая характеристика может быть линейной и нелинейной (см. рис. 3.1, а, б). При этом необходимо отличать нелинейность как требуемую функциональную зависимость (например, экспоненциальную, логарифмическую) от собственно нелинейности как погрешности линейности.

На рис. 3.1 представлены характеристики однотактных (нереверсивных) датчиков. Характеристики двухтактных датчиков имеют вторую аналогичную ветвь, расположенную в третьем квадранте симметрично началу координат.

Нелинейную характеристику можно преобразовать в линейную (линеаризовать) или функциональную с помощью аппроксимации.

Для нелинейных характеристик коэффициент преобразования не является постоянной величиной, поэтому в этом случае используют дифференциальный коэффициент преобразования KД, под которым понимают предел отношения выходной и входной величин:

Дополнительные погрешности - это погрешности, вызываемые условиями внешней среды и внутренними процессами в деталях преобразователя. К этим процессам можно отнести: изменения температуры, влажности; колебания напряжения источника питания, механические воздействия; старение и износ материала. Дополнительная погрешность выражается обычно в процентах изменения выходной величины на определенную величину возмущающего параметра.

В зависимости от специфики применения датчиков погрешности нормируются абсолютным значением, относительным или классом точности, определяющимся обобщенной характеристикой основной приведенной и дополнительных погрешностей.

Статические характеристики позволяют оценить работу преобразователей в установившемся режиме. Однако в реальных условиях датчикам иногда приходится работать в условиях быстроменяющихся процессов, т. е. в динамическом режиме, когда на вход поступают сигналы, изменяющиеся во времени. В этих случаях начинают проявляться явления отставания выходного сигнала от входного изменения его частоты, фазы, амплитуды.

По динамическим характеристикам большинство датчиков относится к усилительным, апериодическим и колебательным звеньям первого и более высоких порядков. Наиболее используемые характеристики датчиков: частотная характеристика и передаточная функция, а параметры - постоянная времени, время запаздывания и коэффициент усиления.