Диапазон выходных значений

Диапазон выходных значений (FSO) — алгебраическая разность между выходными электрическими сигналами, измеренными при максимальном и минимальном внешнем воздействии. В эту величину должны входить все возможные отклонения от идеальной передаточной функции. На рис. 9.10 величина S_FS отображает диапазон выходных значений. На рис. 9.11 показаны пределы допустимой погрешности датчика относительно входных значений.

Рис. 9.10. Передаточная характеристика датчика и область ее возможных значений [27].

Рис. 9.11. Пределы допустимой погрешности датчика относительно входных значений [27].

Калибровка

Если производственные допуски на датчик и на схемы преобразования сигналов (СПС) превышают требуемую погрешность системы, улучшить ситуацию может калибровка конкретного датчика. Это уменьшает погрешность, но не гарантирует ее снижения до требуемого уровня. Например, требуется измерить температуру с точностью ±0,5°С датчиком, по справочным данным обладающим погрешностью ±1°С.

Калибровка может быть заводской (индивидуальной или выборочной), ее также может осуществлять пользователь (для проверки исправности датчика или для более точных измерений — индивидуальная калибровка). Калибровке может подвергаться не только датчик, но и весь измерительный тракт в целом (полная калибровка). При полной калибровке определяются коэффициенты, описывающие ПХ не только датчика, но и всей системы в целом, включая датчик, СПС и АЦП. Математическое описание ПХ необходимо знать до начала проведения калибровки. Для линейной ПХ в процессе калибровки необходимо определить коэффициенты а и b соотношения (9.7), для экспоненциальной — коэффициенты а и к соотношения (9.9) и т. д.

Рассмотрим пример линейной ПХ датчика температуры. Для нахождения двух коэффициентов необходимо иметь два уравнения. Для определения коэффициентов уравнения.

датчик необходимо поместить в две среды с известной температурой, Ц и t₂, и измерить значения двух соответствующих напряжений: v, и v₂. Следует подставить эти величины в выражение (9.14):

и найти значения констант:

Для получения температуры из выходного напряжения значение измеренного напряжения необходимо подставить в инверсное выражение передаточной функции:

Если одна из констант заранее определена с достаточной степенью точности, то достаточно провести калибровку только в одной точке.

Для нелинейных функций калибровку требуется проводить более чем в двух точках. Количество необходимых калибровок диктуется видом математического выражения и зависит от требуемой точности. Поскольку процесс калибровки обычно занимает довольно много времени, для снижения стоимости изготовления датчиков на производстве количество калибровочных точек задается минимальным.

Применение кусочно-линейной аппроксимации является другим подходом к калибровке нелинейных датчиков. Нелинейную передаточную функцию можно представить в виде комбинации линейных отрезков, каждый из которых обладает своими собственными коэффициентами а и Ъ.

Для проведения калибровки датчиков важно иметь точные физические эталоны, позволяющие моделировать соответствующие внешние воздействия. Точность последующих изменений напрямую связана с точностью проведения калибровки. Ошибка калибровочных эталонов должна включаться в полную ошибку измерений.