Стан та перспективи розвитку первинних перетворювачів
План
Первинні перетворювачі з уніфікованим вихідним сигналом
Перспективи розвитку сенсорної техніки
1. Одним із напрямків розвитку первинних перетворювачів є подальше вдосконалення первинних перетворювачів з уніфікованим вихідним сигналом.
Під вимірювальним перетворювачем з уніфікованим вихідним сигналом (ВПУС) розуміють первинний перетворювач (ПП) та уніфікуючий перетворювач (УП), що поєднані схемно, конструктивно і алгоритмічно для забезпечення уніфікації вихідного сигналу. Мається на увазі уніфікація за такими основними характеристиками
- за інформативними параметрами (напруга, струм, частота, цифровий код тощо);
- за робочим діапазоном: (0...10) В, (0...5) мА, (4...20) мА і т.д.
- за функціональною залежністю між значенням вимірюваної величини та значенням інформативного параметра вихідного сигналу; звичайно ця залежність повинна бути лінійною.
Основні функції, що реалізує УП, можна розділити на лінійні (встановлення нуля, масштабування, компенсація температурних впливів тощо) та нелінійні (лінеаризація функції перетворення ПП).
Сучасні технологічні процеси передбачають вимірювання великих масивів різноманітних фізичних величин за допомогою різноманітних первинних перетворювачів. Розмаїття інформативних параметрів та робочих діапазонів їх значень значно ускладнюють побудову систем багатопараметричного контролю та керування технологічними процесами. Використання довгих ліній зв'язку між ПП і вторинними засобами вимірювання послаблює стійкість вимірювань до різноманітних зовнішніх чинників (насамперед електричних та електромагнітних завад).
Тому сьогодні розроблення вимірювальних перетворювачів з уніфікованим вихідним сигналом - це цілий напрямок вимірювальної техніки, що набув значного розвитку за останні роки. Цьому сприяла поява нової елементної бази з мікроспоживанням, високим ступенем інтеграції, широким діапазоном робочих температур та високими метрологічними характеристиками. Здебільшого традиційні ПП розглядають не як закінчений виріб, а як складову частину ВПУС. Відзначимо новий напрямок у розвитку таких ВП, що передбачає використання уніфікованих цифрових вихідних сигналів і роботу з так званими віртуальними вторинними засобами вимірювання на базі персональних комп’ютерів. Такі ВП здебільшого мають гнучкий алгоритм функціонування і дістали назву інтелектуальних.
2. Сенсор (давач) є наймасовішим вимірювальним засобом. Сукупність давачів на об'єкті дослідження формує вимірювальну інформацію, придатну для її подальшого використання людиною, обчислювальною машиною чи пристроєм у контурі керування досліджуваним об'єктом. Ця особливість і обумовлює основні вимоги до давача. Він повинен нормально функціонувати у всіх робочих середовищах досліджуваного об'єкта, і водночас надійно працювати як елемент конструкції основного виробу.
Сучасний давач повинен мати таке конструктивне рішення, яке давало би можливість його встановлювати в будь-яку вимірювальну систему. Шляхи конструктивного рішення цього питання - модульне конструювання за усіма правилами агрегатування та системного підходу, тобто конструювання за умови конструктивної, технологічної, метрологічної, інформаційної, алгоритмічної сумісності.
Однією з важливих вимог до давача є обґрунтований вибір виду вихідного сигналу. Очевидно, що стандартним сигналом повинен бути сигнал, мінімально енергоємний та стійкий до завад. Таким, безумовно, є частотно-модульований сигнал, а перетворюватись амплітудно-модульований сигнал в частотно-модульований повинен у самому давачі.
Розвиток електронної технології створив таку ситуацію, що сучасні електронні засоби вимірювальної техніки як вторинні перетворювачі електричних засобів вимірювань неелектричних величин мають на один-два порядки кращі метрологічні характеристики, ніж первинні перетворювачі. Тобто сьогодні первинні перетворювачі є основними елементами вимірювального кола засобів вимірювань неелектричних величин від чутливості, точності, швидкості, стійкості до зовнішніх чинників залежить повнота та достовірність отримуваної інформації про досліджувані об'єкти та процеси. Тому сьогодні приділяється велика увага і виділяються значні кошти на проведення наукових досліджень, конструкторських робіт для покращання існуючих та створення нових первинних перетворювачів.
Основні напрямки розвитку сучасних первинних перетворювачів зводяться до:
покращання технології виготовлення традиційних первинних перетворювачів;
створення нових конструкцій перетворювачів на відомих принципах;
використання нових методів та фізичних закономірностей, що закладаються в основу принципу дії перетворювача;
інтеграція первинних перетворювачів та елементів вторинних засобів вимірювань в одному конструктивні для зменшення впливу ліній зв'язку на результат вимірювань та забезпечення повнішої уніфікації за вихідним сигналом.
Надзвичайно інтенсивний розвиток сучасної мікроелектроніки дав змогу в багатьох випадках реалізувати метрологічну обробку інформативного сигналу та передачу результатів з використанням стандартних інтерфейсів. Це дозволило значно знизити вимоги до лінії зв'язку, підвищити надійність, точність та завадостійкість вимірювань. Використання високопродуктивних мікропроцесорних засобів з мікроспоживанням в мініатюрному виконанні дало змогу реалізувати складні алгоритми автокалібровки вимірювального тракту та самодіагностики. Тому основною вимогою до первинних перетворювачів, що перетворюють вимірювану величину в електричний сигнал, є стабільність їх статичної функції перетворення. Розвиток таких інтелектуальних перетворювачів значно спростив побудову вимірювальних мереж багатоточкового контролю/
Література
Поліщук Є.С. Методи та засоби вимірювань неелектричних величин: Підручник. – Львів: Видавництво Державного університету „Львівська політехніка”,2000. – 360с. (ст. 198 - 205)