Что такое время реакции датчика

Характеристики датчиков.

Датчик должен воспроизводить физическую величину максимально быстро и точно. Хотя чаще всего датчик выбирают исходя из надежности и удобства обслуживания, его точность, стабильность и повторяемость результатов остаются важнейшими факторами. Основой работы управляющего компьютера является входная информация, поэтому точные и надежные измерения — это необходимое условие качества управления.

Большая часть характеристик датчика, которые приводятся в техническом описа­нии, — статические параметры. Эти параметры не показывают, насколько быстро и точно датчик может измерить сигнал, изменяющийся с большой скоростью. Свой­ства, отражающие работу датчика в условиях изменяющихся входных воздействий, называются динамическими характеристиками. Они суще­ственно влияют на работу системы управления. Идеальный датчик мгновенно реагирует на изменение измеряемой физической величины. На практике любому датчику необходимо некоторое время на отработку нового входного сигнала. Очевидно, что для адекватного отображения реальных изменений наблюдаемой величины время реакции датчика должно быть как можно меньше. Это тот же самый принцип, кото­рый применяется ко всей системе управления (компьютеру) процессом реального времени в целом: временные характеристики физического процесса определяют быст­родействие системы (производительность компьютера). Однако чаще требуется компромисс между скоростью реакции датчика и его чувствительностью к шуму.

Рассматривая датчики используемые СаиУ необходимо знать характеристики определяющие особенности их работы, при этом различают статические и динамические характеристики, кроме них для датчиков характерны такие параметры, как:

— погрешность (ошибка) измерения.

Точность датчика определяет разницу между измеренной и действительной ве­личиной; она может быть отнесена к датчику в целом или к конкретному его показа­нию. Точность датчика зависит не только от его аппаратной части, но и от остальных элементов измерительного ком­плекса.

Погрешность (ошибка) измерения определяется как раз­ница между измеренной и действительной величинами.

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 повторяются при каж­дом измерении. Типичная систематическая ошибка — это смещение показаний или сдвиг. В принципе, систематические ошибки устраняются при поверках. Случайные ошибки имеют самое разное происхождение. В большинстве случаев — это влияние окружающей среды (темпера­туры, влажности, электрических наводок и т. п.). Если причины случайных ошибок известны, то эти ошибки можно компенсировать. Часто влияние возмущений харак­теризуют количественно такими параметрами, как средняя ошибка, среднеквадратичная ошибка или стандартное отклонениеи разброс либо погрешность.

Динамические характеристики датчиков

Динамические свойства датчика характеризуются целым рядом параметров, ко­торые, однако, довольно редко приводятся в технических описаниях производителей. Динамическую характеристику датчика можно экспериментально получить как реакцию на скачок измеряемой входной величины (рис.2.5).

Параметры, описываю­щие реакцию датчика, дают представление о его скорости (например, время нараста­ния, запаздывание, время достижения первого максимума), инерционных свойствах (относительное перерегулирование, время установления) и точности (смещение).

В принципе следует стремиться к минимизации следующих параметров.

· Время прохождения зоны нечувствительности— время между началом изменения физической величины и моментом реакции датчика, т. е. моментом начала изменения выходного сигнала.

· Запаздывание— время, через которое показания датчика первый раз достигают 50 % установившегося значения. В литературе встречаются и другие определения запаздывания.

· Время нарастания— время, за которое выходной сигнал увеличивается 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, умноженная на установившееся значение. Иногда используются другие определения. Малое время нарастания всегда указывает на быструю реакцию.

· Время достижения первого максимума— время достижения первого максимума выходного сигнала (перерегулирования).

· Время переходного процесса, время установления— время, начи­ная с которого отклонение выхода датчика от установившегося значения становится меньше заданной величины (например, ± 5 %).

· Относительное перерегулирование — разность между мак­симальным и установившимся значениями, отнесенная к установившемуся значению (в процентах).

· Статическая ошибка — отклонение выходной величины датчи­ка от истинного значения или смещение. Может быть устранена калибровкой дат­чика.

В реальных условиях некоторые требования к датчикам всегда противоречат друг другу, поэтому все параметры нельзя минимизировать одновременно.

Статические характеристики датчиков

Статические характеристики датчика показывают, насколько корректно выход датчика отражает измеряемую величину спустя некоторое время после ее изменения, когда выходной сигнал установился на новое значение. Важными статическими па­раметрами являются: чувствительность, разрешающая способность или разрешение, линейность, дрейф нуля и полный дрейф, рабочий диапазон, повторяемость и вос­производимость результата.

• Чувствительностьдатчика определяется как отношение величины
выходного сигнала к единичной входной величине (для тонких измерительных технологий определение чувствительности может быть более сложным).

•Разрешение — это наименьшее изменение измеряемой величины, ко­торое может быть зафиксировано и точно показано датчиком.

•Линейностьне описывается аналитически, а определяется исходя из
градуировочной кривой датчика. Статическая градуировочная кривая показыва­ет зависимость выходного сигнала от входного при стационарных условиях. Бли­зость этой кривой к прямой линии и определяет степень линейности. Максимальное отклонение от линейной зависимости выражается в процентах.

•Статическое усилениеили усиление по постоянному току
— это коэффициент усиления датчика на очень низких частотах. Боль­шой коэффициент усиления соответствует высокой чувствительности измери­тельного устройства.

•Дрейфопределяется как отклонение показаний датчика, когда измеряемая
величина остается постоянной в течение длительного времени. Величина дрейфа

может определяться при нулевом, максимальном или некотором промежуточном значении входного сигнала. При проверке дрейфа нуля измеряемая величина поддерживается на нулевом уровне или уровне, который соответствует нулевому выходному сигналу, а проверка дрейфа на максимуме выполняется при значении измеряемой величины, соответствующем верхнему пределу рабочего диапазона » датчика. Дрейф датчика вызывается нестабильностью усилителя, изменением ок­ружающих условий (например, температуры, давления, влажности или уровня вибраций), параметров электроснабжения или самого датчика (старение, выра­ботка ресурса, нелинейность и т. д.).

• Рабочий диапазондатчика определяется допустимыми верхним
и нижним пределами значения входной величины или уровня выходного сигнала.

• Повторяемостьхарактеризуется как отклонение между несколькими
последовательными измерениями при заданном значении измеряемой величины в одинаковых условиях, в частности приближение к заданному значению должно 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.

• Воспроизводимостьаналогична повторяемости, но требует большего интервала между измерениями. Между проверками на воспроизводимость датчик должен использоваться по назначению и, более того, может быть подверг­нут калибровке. Воспроизводимость задается в виде процентов от рабочего диа­пазона, отнесенных к единице времени (например, месяцу).

Источник

Динамические характеристики датчиков

Динамические свойства датчика характеризуются целым рядом параметров, которые, однако, довольно редко приводятся в технических описаниях производителей. Динамическую характеристику датчика можно экспериментально получить как реакцию на скачок измеряемой входной величины (рис. 2.2). Параметры, описывающие реакцию датчика, дают представление о его скорости (например, время нарастания, запаздывание, время достижения первого максимума), инерционных свойствах (относительное перерегулирование, время установления) и точности (смещение).

Рис. 2.2. Динамическая реакция датчика (реакция на скачок):

T₀ – время прохождения зоны нечувствительности,

Т_p – время достижения первого максимума,

В принципе следует стремиться к минимизации следующих параметров:

• Время 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.

• Время нарастания (rise time) – время, за которое выходной сигнал увеличивается 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, умноженная на установившееся значение. Иногда используются другие определения. Малое время нарастания всегда указывает на быструю реакцию.

• Время достижения первого максимума (peak time) – время достижения первого максимума выходного сигнала (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.

В реальных условиях некоторые требования к датчикам всегда противоречат друг другу, поэтому все параметры нельзя оптимизировать одновременно.

2.4. Статические характеристики датчиков

Статические характеристики датчика показывают, насколько корректно выход датчика отражает измеряемую величину спустя некоторое время после ее изменения, когда выходной сигнал установился на новое значение. Важными статическими параметрами являются: чувствительность, разрешающая способность или разрешение, линейность, дрейф нуля и полный дрейф, рабочий диапазон, повторяемость и воспроизводимость результата.

• Чувствительность (sensitivity) датчика определяется как отношение величины выходного сигнала к единичной входной величине (для тонких измерительных технологий определение чувствительности может быть более сложным).

• Разрешение (resolution) – это наименьшее изменение измеряемой величины, которое может быть зафиксировано и точно показано датчиком.

• Линейность (linearity) не описывается аналитически, а определяется исходя из градуировочной кривой датчика. Статическая градуировочная кривая показывает зависимость выходного сигнала от входного при стационарных условиях. Близость этой кривой к прямой линии и определяет степень линейности. Максимальное отклонение от линейной зависимости выражается в процентах.

• Статическое усиление (static gain) илиусиление по постоянному току(d.c. gain) – это коэффициент усиления датчика на очень низких частотах. Большой коэффициент усиления соответствует высокой чувствительности измерительного устройства.

• Дрейф (drift) определяется как отклонение показаний датчика, когда измеряемая величина остается постоянной в течение длительного времени. Величина дрейфа может определяться при нулевом, максимальном или некотором промежуточном значении входного сигнала. При проверке дрейфа нуля измеряемая величина поддерживается на нулевом уровне или уровне, который соответствует нулевому выходному сигналу, а проверка дрейфа на максимуме выполняется при значении измеряемой величины, соответствующем верхнему пределу рабочего диапазона датчика. Дрейф датчика вызывается нестабильностью усилителя, изменением окружающих условий (например, 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 верхним и нижним пределами значения входной величины или уровня выходного сигнала.

• Повторяемость (repeatability) характеризуется как отклонение между несколькими последовательными измерениями при заданном значении измеряемой величины в одинаковых условиях, в частности приближение к заданному значению должно 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 (reproducibility) аналогична повторяемости, но требует большего интервала между измерениями. Между проверками на воспроизводимость датчик должен использоваться по назначению и, более того, может быть подвергнут калибровке. Воспроизводимость задается в виде процентов от рабочего диапазона, отнесенных к единице времени (например, месяцу).

2.5. Влияние нелинейности

Многие датчики обладают свойством нелинейности. Например, если датчик достигает верхнего предела рабочего диапазона, проявляется эффект насыщения, т. е. выходной сигнал ограничен, даже если входная величина возрастает. Примеры нелинейностей:

— нелинейная деформация пружин;

— магнитное насыщение в сердечниках трансформаторов;

Особые проблемы связаны с люфтом в зубчатых передачах и других механизмах, имеющих свободный ход, а также с магнитным насыщением. Выходной сигнал датчиков, для которых характерны такие явления, – это многозначная функция входной величины, зависящая от направления ее изменения.

2.6. Характеристики импедансов

Объединение одного или нескольких элементов может существенно повлиять на поведение каждого из них по сравнению с автономным использованием. Например, тяжелый акселерометр может увеличить нагрузку настолько, что это изменит измеряемое ускорение и даст неверный результат. Аналогично, подключение вольтметра изменяет токи и напряжения в цепи, а термопара может исказить измеряемую температуру. Все это называетсяэффектом нагрузки (loading effect). Такие ошибки могут превосходить все другие типы ошибок измерения; их следует предусматривать при соединении различных датчиков и устройств передачи/преобразования информации.

Понятие«импеданс» (impedance), т. е. полное сопротивление, имеет фундаментальное значение в электрических системах. Устройство с высокимвходным импедансом (input impedance) потребляет меньший ток при заданном напряжении и, соответственно, меньшую мощность. Устройство с низким входным импедансом потребляет больший ток при данном напряжении. Поскольку оно отбирает большую мощность у предшествующего в цепи устройства, это может вызвать ошибки нагрузки. Напряжение, генерируемое устройством с высокимвыходным импедансом (output impedance), чрезвычайно чувствительно к эффекту нагрузки. Напротив, низкий выходной импеданс позволяет уменьшить зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Для выходных сигналов в виде силы тока картина прямо противоположная: высокий выходной импеданс делает выходной сигнал менее подверженным влиянию токов нагрузки. Поэтому во многих случаях требуется применение специальных согласующих электронных устройств для усиления сигналов и приведения в соответствие импедансов. В случае сигналов в виде напряжений применяются усилители с высоким входным импедансом и низким выходным импедансом. Процедура называетсясогласованием импедансов (impedance matching) и должна тщательно выполняться на каждом этапе.

Рассмотрим стандартный электрический четырехполюсник. Выходной импеданс Z_o определяется как отношение напряжения холостого хода к току короткого замыкания на выходных зажимах. Входной импеданс Z_i определяется как отношение номинального входного напряжения к току, протекающему через входные зажимы при разомкнутых выходных (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схематическое представление входного и выходного импедансов

четырехполюсника (G – коэффициент усиления, – напряжение

Если к выходным зажимам присоединена нагрузка, то напряжение на ней будет отличаться от из-за, тока, протекающего по выходному импедансу. Если четырехполюсник является изолированным, то можно связать входное и выходное напряжения холостого хода через коэффициент усиления G

,

где – входное напряжение.

2.7. Подбор входных и выходных импедансов

Рассмотрим два четырехполюсника, соединенных последовательно (рис. 2.7). Задав коэффициенты усиления и , связывающие входные и выходные напряжения, можно легко получить следующие выражения

;

;

.

Отсюда можно получить общий коэффициент усиления

.

Рис. 2.7. Согласование импедансов последовательно соединенных

Результат стремится к произведению , если выходной импеданс первого четырехполюсника будет намного меньше, чем входной импеданс второго. Другими словами, частотная характеристика устройства с двумя последовательно соединенными усилителями не будет иметь значительных искажений, если импедансы согласованы, т. е. выходной импеданс первого устройства гораздо меньше, чем входной импеданс второго.

Для согласования импедансов в системе «датчик – измерительный преобразователь» и с последующими цепями может потребоваться включение одного или нескольких усилителей между датчиком и входом системы сбора данных. Такое согласование импедансов обычно основано на использовании операционных усилителей.

Вопросы для самоконтроля:

1. Для чего предназначены датчики в системах реального времени?

2. Чем отличаются статические и динамические характеристики датчиков?

3. Почему любому датчику необходимо некоторое время на отработку нового входного сигнала?

4. Как можно классифицировать ошибки измерения?

5. Как можно устранить систематическую ошибку?

Источник

Определение времени реакции датчиков давления без демонтажа

Nbsp; Наладка и эксплуатация систем управления Лабораторная работа № 3 Определение времени реакции датчиков давления Определение времени реакции датчиков давления лабораторными способами Для определения времени реакции датчиков давления используются три метода, отличающиеся друг от друга типом испытательного сигна­ла давления, прикладываемого на вход датчика: 1. испытание линейным сигналом; 2. испытание ступенчатым сигналом; 3. испытание периодическим сигналом.

Испытание линейным сигналом

В этом методе как на испытуемый датчик, так и на эталонный быстродействующий датчик подается ли­нейно изменяющийся сигнал давления (рисунок 1). Время реакции ис­пытываемого датчика измеряется как устанавливающееся асимптоти­чески значение запаздывания между сигналами на выходе обоих дат­чиков. Этот метод называют методом линейного сигнала, а получаемые результаты — временной задержкой линейного сигна­ла, временем реакции датчика или асимптотической временной задержкой линейного сигнала.

Рис.1. Принцип метода линейного сигнала

Оборудование, используемое для этого испытания, называют гидравлическим генератором линейного сиг­нала.

На рисунке 2 представлены упрощенная схема такого оборудова­ния и фотография полностью собранной системы для испытания дат­чиков давления.

Рис. 2. Упрощенная схема оборудования для испытания датчиков давления линейным сигналом

Система включает в себя гидравлический генератор линейного сигнала давления и связанное с ним оборудование для обра­ботки сигнала, сбора данных и их анализа.

Испытание ступенчатым сигналом

Этот метод аналогичен методу линейного сигнала за исключением того, что в нем используется ступен­чатый сигнал давления вместо линейного. Для этого метода может при­меняться то же оборудование, что и для метода линейного сигнала, или более простое оборудование, состоящее из источника давления и быст­родействующего клапана, управляемого соленоидом. Время реакции определяется как время, которое требуется, чтобы сигнал на выходе датчика достиг 63,2% от своего установившегося значения в стационар­ном режиме после ступенчатого изменения сигнала на входе.

Испытание периодическим сигналом

В этом методе использует­ся генератор периодического сигнала давления, позволяющий полу­чать сигнал в форме синусоиды. Этот сигнал подается на эталонный и на испытуемый датчики. Сигналы на выходе обоих датчиков использу­ются для построения логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ). По этой диаграмме можно оценить время реакции датчика (рисунок 3).

Рис. 3. Принцип метода испытания периодическим сигналом

В методе испытания периодическим сигналом используют два типа оборудования, в зависимости от рабочего диапазона испытуемого датчика. В оборудовании для испытания при низком давлении используется движение поршня в цилиндре, присоединенном к трубе с потоком жидкости, чтобы получать меняющийся во времени волновой сигнал, аналогичный синусоиде.
Оборудование снабжено трансмиссией, позволяющей менять частоту
колебаний сигнала. В приборе, используемом для испытаний при высо­ком давлении (рисунок 5), применяется преобразователь тока в давление, позволя­ющий получать меняющийся во времени сигнал, который усиливается усилителем давления.

При помощи этих методов можно полу­чать время реакции датчиков с приемлемой точностью.

С теоретической точки зрения, для датчиков с передаточной функцией первого порядка и с линейной характеристикой все три метода должны давать одинаковые результаты измерения времени реакции.

Рис. 5. Структурная схема лабораторного стенда для испытания периодическим сигналом высокого давления

Однако у датчиков давления имеется некоторая нелинейность характеристик. Это приводит к тому, что различные методы дают различные результа­ты измерения времени реакции.

Определение времени реакции датчиков давления без демонтажа

Времена реакции датчиков давления обычно не зависят от условий технологической среды и условий их установки, поэтому методы, кото­рые были описаны ранее для определения времени реакции, подходят для измерения времени реакции датчиков давления.

Тем не менее для проверки времени реакции датчиков давления при тех условиях, которые определяются местом их установки в технологичес­кое оборудование, были разработаны методы испытания датчиков без их демонтажа. Эти методы были разработаны для упрощения тестирова­ния, чтобы проверка времени реакции датчиков могла быть выполнена на расстоянии, без необходимости физического доступа к ним.

Для проверки времени реакции датчиков давления без их демонтажа применяют два метода: метод анализа шумов и испытание переры­вом энергоснабжения (ПЭ). Испытание ПЭ можно использовать только для проверки времени реакции датчиков давления, основанных на принципе равновесия сил. Метод анализа шумов может применять­ся для проверки времени реакции большинства видов промышленных датчиков давления без их демонтажа.

Метод анализа шумов

Этот метод основан на мониторинге естественных флуктуаций, которые обычно присутствуют на выходе датчиков давления во время работы технологического оборудования. Этот подход проиллюстрирован на
рисунке 6, где выходной сигнал датчика давления представлен как функция времени во время нормальной работы установки.

Рис. 6. Шум процесса на нормальном сигнале от датчика

Очевидно, что когда процесс протекает нормально, сигнал на выходе датчика представля­ет собой постоянную величину, соответствующую давлению рабочей среды, показываемому датчиком. Эту постоянную величину часто назы­вают величиной постоянного тока, как это представлено на рисунке 6.

На этом рисунке часть сигнала датчика также представлена при большом увеличении, чтобы показать, что на выходе датчика естественным образом присутствуют небольшие флуктуации.

Этот флуктуационный сигнал, который называют шумом или компонентой переменного тока, вызывается, по крайней мере, двумя видами явлений.

Во-первых, давле­ние процесса обладает свойственными ему флуктуациями, вызываемы­ми турбуленцией, случайными явлениями передачи тепла, вибрацией и другими эффектами. Во-вторых, в сигнале почти всегда присутствуют электрические и другие помехи. К счастью, эти два вида явлений проис­ходят при сильно различающихся частотах и их можно разделить при помощи фильтров. Два компонента шума должны быть разделены, пото­му что при проведении анализа шумов мы заинтересованы только в тех флуктуациях, источником которых является технологический процесс.

На рисунке 7 показано извлечение из первичного сигнала датчика, включающего как постоянную, так и переменную составляющие, шу­мовой составляющей.

Рис. 7. Последовательность выделения шумов

Как показано на рис. 7, первым шагом в этом процессе является удаление постоянной составляющей. Этого дости­гают путем добавления отрицательного смещения или использования электронного фильтра верхних частот. Следующим шагом является усиление сигнала и пропускание его через фильтр нижних частот. Фильтр нижних частот удаляет внешний шум и устраняет нежела­тельные спектральные составляющие, прежде чем направить сигнал через аналого-цифровой преобразователь на компьютер сбора данных. Компьютер производит выборку данных с надлежащей скоростью их отбора и сохраняет их для последующего анализа. На
рисунке 8 показа­ны необработанные данные шумов, полученные от датчика давления на работающей электростанции.

Рис. 8. Запись необработанных шумов от датчика давления в реальном процессе

Эти данные представляют собой есте­ственные флуктуации процесса и включают информацию, необходи­мую для определения времени реакции датчика, от которого данные были получены. Эти данные являются небольшой частью регистрируе­мых шумов, из которых производится выборка информации для каждо­го испытываемого датчика давления. Полная запись данных о шумах длится примерно от 30 мин до 60 мин.

Для получения времени реакции датчика данные о шумах анализируют. Для этого применяют ана­лиз в частотной области. При частотном анализе вычисляют спектр данных, используя такую методику, как быстрое преобразование Фурье.

На рисунке 9 приводится спектр шумового сигнала от датчика давления на работающей электростан­ции. Заметим, что спектр выражен в единицах спектральной плотно­сти мощности (СПМ). СПМ — это дисперсия сигнала в небольшом диапазоне частот в зависимости от частоты, графически выражаемая как функция частоты. Для простых систем первого порядка СПМ. явля­ется достаточным параметром для определения времени реакции дат­чика.

Рис. 9. Спектр шума в сигнале датчика давления

Это время определяется путем измерения частоты излома (F_b) СПМ, как показано на рисунке 10. Датчики давления, однако, не обяза­тельно являются датчиками первого порядка, и графики СПМ реаль­ных сигналов недостаточно гладкие для того, чтобы можно было изме­рить частоту излома так просто, как это показано на рисунке 10.

Рисунок 10. СПМ системы первого порядка

На са­мом деле графики СПМ часто содержат резонансы и другие эффекты процесса, которые усложняют процедуру определения времени реак­ции при помощи метода анализа шумов. Например, нужно иметь проверенную динамическую модель датчика, чтобы применить ее вместе с графиком СПМ для получения времени реакции датчика. Такая аналитическая модель, которая обычно является уравнением в частотной области, подгоняется под график СПМ, что позволяет получить пара­метры модели. Затем эти параметры используются в модели для вы­числения времени реакции датчика давления.

На рисунке 11 показана СПМ и модель, подогнанная под СПМ. Эти данные получены от датчика расхода на работающей электростанции.

Рис. 11. СПМ датчика давления и подгонка модели под СПМ

Модель для анализа датчика давления в частотной области может быть представлена как передаточная функция (G),связывающая входной и выходной сигналы датчика.

(1)

δО – выход­ной сигнал, который меняется в ответ на меняющийся во времени входной сигнал (δI).

Если давление процесса соответствует стационарному режиму и его флуктуации случайны, то в этом случае говорят о сигнале типа бело­го шума, СПМ которого является постоянной величиной, то есть:

(2)

Выражение (2) показывает, что СПМ флуктуаций на выходе дат­чика пропорциональна значению передаточной функции датчика, из чего может быть получено время реакции датчика. Поэтому, если у нас имеется СПМ шума на выходе датчика, мы можем определить его передаточную функцию и затем время реакции. Это справедливо, если наше допущение, что шум на входе (флуктуации процесса) является белым шумом, правильно, означая, что спектр шума имеет плоскую форму.

Процедура для частотного анализа данных шума проиллюстрирована на рисунке 12. Этот анализ включает в себя проведение быстрого преобразования Фурье по отношению к выходному сигналу датчика, чтобы получить СПМ. Затем методом подгонки находится функция (то есть аналитическая модель датчика), подходящая для описания СПМ, пара­метры этой функции определяются и используются для вычисления времени реакции датчика.

Рис. 12. Процедура анализа в частотной области

Дата добавления: 2018-05-12 ; просмотров: 432 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник