Ответы к ГосЭкзамену 220402 (Информатика) (1088974), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Дрейф датчика вызывается нестабильностью усилителя, изменением окружающих условий (температуры, давления, влажности или уровня вибраций), параметров электроснабжения или самого датчика (старение, выработка ресурса, нелинейность и т. д.)Рабочий диапазон (operating range) датчика определяется допустимыми верхними нижним пределами значения входной величины или уровня выходного сигналаПовторяемость (repeatability) характеризуется как отклонение между несколькими последовательнымиизмерениями при заданном значении измеряемой величины при одинаковых условиях, в частности приближение к заданному значению должны происходить всегда и либо как нарастание, либо как убывание.Измерения должны быть выполнены за такой промежуток времени, чтобы не проявлялось влияние дрейфа.Повторяемость обычно выражается в процентах от рабочего диапазона.Воспроизводимость (reprodudbility) аналогична повторяемости, но требует большего интервала междуизмерениями.
Между проверками на воспроизводимость датчик должен использоваться по назначению и,более того, может быть подвергнут калибровке. Воспроизводимость задается а виде процентов от рабочегодиапазона, отнесенных к единице времени (например, месяцу).Динамические характеристики датчиков.Динамические свойства датчика характеризуются целым рядом параметров. которые, однако, довольноредко приводятся в технических описаниях производителей. Динамическую характеристику датчика можноэкспериментально получить как реакцию на скачок измеряемой входной величины.
Параметры, описывающие реакцию датчика, дают представление о его скорости (например, время нарастания, запаздывание, время достижения первого максимума), инерционных свойству (относительное перерегулирование, время установления) и точности (смещение).Динамическая реакция датчика на скачок.Т0 — время прохождения жшы нечувствительности,Тd — запаздывание,Тр — время достижения первого максимума,Тs — время установления,Мp- перерегулированиеВ принципе следует стремиться к минимизации следующих параметровВремя прохождения зоны нечувствительности (dead time) — время между началом изменения физической величины и моментом реакции датчика, т. е.
моментом начала изменения выходного сигнала.Запаздывание (delay time) — время, через которое показания датчика первый раз достигают 50 % установившегося значения. В литературе встречаются и другие определения запаздывания.83Время нарастания (rise time) -- время, за которое выходной сигнал увеличиваете от 10 до 90 % установившегося значения. Другое определение времени нарастания — величина, обратная наклону кривой реакции датчика на скачок измеряемой величины в момент достижения 50 % от установившегося значения, умноженное на установившееся значение.
Иногда используются другие определения. Min. время нарастаниявсегда указывает на быструю реакцию.Время достижения первого максимума (peak time) — время достижения первого максимума выходногосигнала (перерегулирования).Время переходного процесса, время установления (settling time) — время, начиная с которого отклонение выхода датчика от установившегося значения становится меньше заданной величины (например, ± 5 %).Относительное перерегулирование (percentage overshoot) — разность между максимальным и установившимся значениями, отнесенная к установившемуся значению (в процентах).Статическая ошибка (steady-state error) — отклонение выходной величины датчика от истинного значения или смещение.
Может быть устранена калибровкой датчика,Лирическое отступление.Погрешность и точностьТочность {accuracy) определяет разницу между измеренной и действительной величиной; она может бытьотнесена к датчику в целом или к конкретному его показанию.Разрешение {resolution) —это наименьшее отклонение измеряемой величин которое может быть зафиксировано и отражено датчиком. Разрешение намного чаще, чем точность, указывается в технических описаниях.
Точность датчика завис не только от его аппаратной части, но и от остальных элементов измерительного комплекса.Погрешность (ошибка) измерения (measurement error) определяется как paзница между измеренной идействительной величинами. Поскольку действительна величина неизвестна, в произвольном случае оценкуточности можно сделать на основе эталонных измерений или углубленного анализа данных.Ошибки измерения можно классифицировать и, соответственно, моделировать, как детерминированные(или систематические) и случайные (или стохастические).
Детерминированные ошибки связаны с неисправностью датчика, нарушением условий его применения или процедуры измерений. Эти ошибки повторяютсяпри каждом измерении. Типичная систематическая ошибка — это смещение показания (reading offset) илисдвиг (bias). В принципе, систематические ошибки устраняют: при поверках (calibration).
Случайные ошибки, напротив, могут иметь самое разное происхождение. В большинство случаев это влияние окружающейсреды (темпер туры, влажности, электрических паводок и т. п.). Если причины случайных ошибок известны,то эти ошибки можно компенсировать. Часто влияние возмущений характеризуют количественно такимипараметрами, как средняя ошибка, среднеквадратичная ошибка или стандартное отклонение и разброс либопогрешность.Виды датчиков.Датчики положенияв качестве датчиков положения (position sensor) в течение многих десятилетий используются выключатели.Они состоят из электрических контактов, которые механически размыкаются или замыкаются, когда какаялибо переменная (положение, уровень) достигает определенного значения.
Концевые выключатели (limitswitch) -различных типов являются важной частью многих систем управления, надежность которых существенно зависит именно от них. Они располагаются там, где "происходит действие", и часто подвергаютсябольшим механическим нагрузкам и токам.На рисунке показаны нормально разомкнутый замыкающий выключатель (normally open, make-contactswitch), нормально замкнутый размыкающий выключатель {normally closed, break-contact switch) и переключатель (change-over switch) в нормалыюм положении и при срабатывании. На схемах контакты выключателя обычно изображают в нормальном положении.84Простейшим выключателем является механический нормально разомкнутый однополюсный выключатель(Single-Pole Single-Throw — SPST), показанный на рисунке (а). Простое согласование сингалов можно обеспечить с помощью нагрузочного резистора. Когда выключатель разомкнут, с резистора снимается напряжение +5 В, воспринимаемое ТТЛ-вентилем на входе компьютера как одно из логических состояний.
Есликонтакт замкнут, выходной сигнал равен потенциалу "'земли", что воспринимается как другое логическоесостояние.Замыкание механического выключателя обычно вызывает проблемы, поскольку контакты вибрируют ("дребезжат") несколько миллисекунд, прежде чем замкнуться (рис.
6). Когда важно зафиксировать только первоекасание, как в случае концевого выключателя, принимать во внимание последующие замыкания и размыкания контактов из-за дребезжания нет необходимости. Применение цепи, обеспечивающей небольшое запаздывание выходного сигнала, является одним из способов преодоления эффекта дребезжания контактов.Существуют другие методы определения положения с помощью бинарных датчиков, некоторые из которыхприведены ниже.• Ртутные выключатели состоят из небольших герметически запаянных стеклянных трубок с контактнымивыводами. Трубка содержит достаточное количеств ртути, чтобы замкнуть контакты.
Выключатель размыкает и замыкает при изменении положения (наклона) трубки.• Магнитоуправляемое герметичное язычковое реле - геркон- состоит из двух плоских пружин» запаянныхв небольшую стеклянную трубку. Свободные концы пружин находятся друг над другом с очень небольшимзазором между ними. Когда к трубке приближается магнит, пружины намагничиваются в разных направлениях, притягиваются друг к другу и замыкаются.• фотоэлектрические датчики выполнены из материалов, которые изменяют сопротивление или генерируютразность потенциалов под влиянием света. Во многих устройствах достаточно бинарной индикации — естьсвет или нет. Фотоэлектрический лучевой детектор состоит из источника светового луча и светочувствительного элемента. Существует много конструкций светодетекторов, которые отличаются в основном тем,отражается или прерывается световой луч фиксируемым объектом.
Преимущества светодетекторов — простота, гибкость, низкая стоимость и, главное, фиксация может выполняться без непосредственного физического контакта. На базе фотоэлектрических лучевых детекторов легко строятся измерители частоты вращения, счетчики, датчики положения и т. д.• Ультразвуковые и микроволновые датчики используются для обнаружения объектов на расстояниях отнескольких сантиметров до нескольких метров. Эти датчики работают в режиме отражения (излучатель иприемник заключены в одном приборе) или на принципе прерывания луча (излучатель и приемник расположены в разных устройствах).Датчики движения.Датчики движения измеряют четыре кинематические велечины :Перемещение (изменение положения , расстояния , степени приближения )Скорость ( включая угловую)УскорениеУдарДля измерения параметров движения применяются следующие типы устройств:- потенциометры для измерения перемещений; они работают как переменные резисторы;- датчики на основе принципа электромагнитной индукции, например дифференциальные трансформаторы,резольверы, синхротрансформаторы (сельсины)- емкостные датчики для измерения малых перемещений, вращений и уровней жидкости;- пьезоэлектрические датчики для измерения давления, напряжения, ускорения.
скорости, силы и момента(пьезоэлектрический материал деформируется под действием приложенной разности потенциалов или вырабатывает разность потенциалов при механическом воздействии);85- лазерные датчики для точного измерения малых перемещений;- ультразвуковые датчики для измерения расстояний в медицинских приборах, системах автофокусировкифото- и телекамер, измерения уровня и скорости.Резольвер (угол, скорость)Резольверы (resolver) применяются в приложениях, где требуется очень точное измерение угловых перемещений и скорости, например в сервосистемах и роботах. Выходной сигнал резольвера — это мера угловогоперемещения; дифференцирование этого сигнала дает угловую скорость.
Резольвер работает на принципеизмерения взаимоиндукции между двумя обмотками .Ротор резольвера соединен с вращающимся объектом.На первичную обмотку ротора подается переменное напряжение Vref. Статор состоит из двух обмоток, развернутых на 90° друг относительно друга. Напряжение на этих обмоткахcответственно, где Θ - угловое положение ротора.Можно сказать, что выходные напряжения Vo1 и Vo2 представляют собой напряжение Vref, промодулированное величиной угла Θ. Используя одно из выходных напряжении, можно однозначно измерить углылишь в диапазоне 0-90", оба сигала позволяют однозначно измерять углы от 0е до 360е.Выход резольвера есть тригонометрическая функция угла. Эта нелинейность, однако, не всегда являетсянедостатком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
