pa входные преобразователи обычно используются

для преобразования изменений измеряемой величины в слабый электрический сигнал, а выходные преобразователи преобразуют мощный сигнал в сильное перемещение. По этой причине следует рассматривать два различных типа приборов. В книге речь идет о входных преобразователях, которые являются воспринимающими элементами электронных систем.

Терминология

Прежде чем приступить к изучению преобразователей, необходимо пояснить некоторые базовые понятия. В самом деле, термин преобразователь не полностью соответствует тому средству, которое он определяет. Некоторые инженеры, например, понимают под термином «преобразователь» прибор, который превращает электрический сигнал в другую физическую величину, т.е. считают его выходным преобразователем.

Иногда тот факт, что входной преобразователь должен откуда-то получать энергию, чтобы осуществлять процесс преобразования (либо непосредственно от самой измеряемой величины, либо от внещнего источника), помогает определить тип прибора. Например, входной преобразователь, получающий энергию от измеряемой величины, часто называют пассивным преобразователем, хотя, строго говоря, он должен бы именоваться чувствительным элементом (датчиком). Надо заметить, что термин датчик часто употребляется как синоним более общего термина преобразователь. Следуя этому принципу, активным преобразователем назовем такой, который получает энергию от внешнего источника. Различают еще преобразователь обратной связи, который используется в цепи обратной связи управляющей системы для измерения сигнала, противоположного по знаку входному сигналу. Таким образом, этот преобразователь применяется для балансировки управляющей системы, а не для непосредственного измерения физической величины.

Конечно, одного наименования для рассматриваемых средств недостаточно и преобразователи в конкретных дисциплинах имеют и другие названия. Очень часто, правда, они совпадают и становятся междисциплинарными. Такие, например, названия, как трансмиттер, датчик,

детектор, ячейка, измеритель, чувствительный элемент, зонд, а также слова, имеющие окончания метр (мер), а именно: акселерометр, расходомер, тахометр, являются общими и более или менее точными. "В дальнейшем будем называть класс описываемых преобразователей и считать их входными преобразователями, помня о том, что конкретный прибор обладает своим названием, которое поясняет его функции, когда это требуется. Далее под преобразователем будем понимать входной преобразователь, а другой тип прибора назовем выходным преобразователем. Это является отражением того факта, что входных преобразователей существенно больше, чем выходных.

Точность измерений, характеризующая близость измеренного значения физической величины к его действительному значению, обычно оценивается погрешностью, т.е. максимально возможной разностью между измеренным и действительным значениями. Например, линейка длиной 300 мм может иметь погрешность, скажем, ±1 мм. Это значит, что сама линейка имеет действительную длину между 299 и 301 мм. Она может быть точно равна 300 мм, номожет и отличаться от этого значения. Поэтому любое измерение, сделанное с помощью этой линейки, будет выполнено с максимально возможной погрешностью ±1 мм. Иногда погрешность выражается в процентах. В нашем случае погрешность линейки составляет ±0,33%)- В специальных случаях погрешность выражается в процентах по отношению к полной шкале, т.е. в процентах максимально возможного отсчета. Погрешность зависит от свойств преобразователя и типа используемого оборудования. Источником погрешности является также и оператор. Точность измерения определяется множеством причин, основные из которых будут рассмотрены ниже.

Связанной с точностью и часто ошибочно, принимаемой за нее является разрешающая способность системы, характеризующая наибольшую точность, с которой осуществляются измерения. Возвращаясь к примеру с линейкой, очевидно, что если она проградуирована в миллиметрах, то легко интерполировать отсчет между дву-. мя миллиметровыми отметками, что дает разрешение в 0,5 мм. Конечно, важно помнить о том, что хотя разрешающая способность может быть меньше, чем присущая преобразователю погрешность, это вовсе не означает, что

отсчет имеет малую погрешность. Общая погрешность будет, безусловно, больше.

Чувствительность, которую называют иногда масштабным коэффициентом преобразователя, есть отношение изменения его выходного сигнала к изменению на входе. Для линейного преобразователя, скажем, входного преобразователя, напряжение на выходе которого изменяется по линейному, закону от температуры, чувствительность может быть просто определена делением общего диапазона выходного напряжения на общий входной диапазон. В качестве примера предположим, что диапаз-он изменения выходного напряжения преобразователя составляет от О до 10 В, а диапазон изменения температуры на входе - от О до 100 °С, тогда чувствительность равна

-J=0,lB.°G-i.

100

Одним из важнейших параметров преобразователя является линейность его характеристики, которая может влиять на точность измерения. Рекомендуется испо,пьзовать преобразователи с линейной характеристикой (рис. 1.2,й),поскольку соединенные с преобразователем схемы формирования сигнала также являются линейными и, следовательно, весьма дешевыми при проектировании и изготовлении. Если же преобразователь является существенно нелинейным (рис. 1.2,6), то можно применить линеаризирующую схему формирования

Уровень измеряемой Величины а)

. Уровень измеряемой Величины В)

Рис. 1.2. Линейные и нелинейные характеристики преобразователей:

с -линейный преобразователь; б - нелинейный преобразователь. (Нелинейный преобразователь часто используется в. ограниченной части общего диапазона, чтобы получить приблизительно линейную характеристику); / - реальная характеристика нелинейного преобразователя; 2 -линейная область выходного сигнала; 3 - линейная характеристика, которая аппроксимирует действительную реакцию преобразователя за счет использовання ограниченной

части диапазона