Цифровые и аналоговые тензодатчики: преимущества и недостатки
Тензометрические датчики (принятое сокращение «тензодатчик») широко применяются в промышленности и научно-исследовательских работах для измерения физических величин (в частности, напряжённого состояния материала).
Для точного определения физической деформации (растяжения, кручения, сдвига и т.п.) выходной сигнал датчика удобно получать в электрическом виде. Такой принцип реализуется в резистивных тензодатчиках. Если известна зависимость «деформация – величина сигнала», то показания датчика однозначно определяют физическое перемещение материала, что нам и требуется. Тензодатчики также используются в качестве чувствительных элементов в определителях давления, перемещения, акселерометрах и т.п.
Чувствительный элемент, датчик, измерительная система
Прежде чем рассматривать плюсы и минусы цифровых и аналоговых тензодатчиков, следует чётко определить само понятие «датчик».
В общем случае датчиком называется чувствительный элемент, сопряжённый с преобразователем сигнала. Для получения измерительной системы (прибора) нужно дополнить преобразователь шкалой, с помощью которой можно непосредственно считать измеряемый параметр.
Говоря о тензометрических измерительных системах, следует различать чувствительные элементы (тензорезисторы), преобразователи сигнала (подстроечные резисторы) и систему индикации. Отличие цифровых и аналоговых тензодатчиков сводится к типу выходного сигнала и способу его обработки.
- Для аналоговой системы первичный сигнал со всех опрашиваемых датчиков подаётся в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Он присваивает сигналу определённые цифровые значения, которые можно либо непосредственно считать на весовом терминале, либо отправить в дальнейшую обработку (к примеру, в ПК).
- Для цифровой системы каждый датчик самостоятельно преобразует измеряемую величину в дискретный выходной сигнал. Этот сигнал также передаётся в цифровой индикатор (для считывания) или в ПК для дальнейшей обработки.
Плюсы и минусы цифровых и аналоговых тензодатчиков
- Помехоустойчивость цифрового датчика гораздо выше – поскольку сигнал от него к измерительной системе передаётся в дискретном («закодированном») виде. Различные помехи могут ослабить поступающий сигнал, но не искажают сам код. Таким образом, фактическое значение измеряемой величины цифровым датчиком будет передано точнее.
Однако достоинством аналогового датчика является меньшая инерционность (поскольку опрос цифровых датчиков – особенно последовательный – занимает определённое время) и отсутствие динамических погрешностей при измерении быстропеременных величин. - Дистанционные измерения предпочтительней вести с помощью цифровых датчиков. Причины описаны выше: если датчики подключаются длинными кабелями, их нагрев, э/м помехи могут значительно исказить аналоговый сигнал на пути к преобразователю. Поэтому максимальное расстояние для подключения аналогового датчика – до 200 метров (для цифрового – до километра).
- Ремонтопригодность. С некоторыми оговорками можно считать, что замена одного цифрового датчика на другой не потребует перекалибровки всей измерительной системы (подстроечные коэффициенты как правило указываются изготовителем датчика и могут быть легко внесены в систему).
А вот для аналогового датчика эталонная настройка потребуется в любом случае – что усложняет ремонт/модификацию любой измерительной аппаратуры. - Точность. Тезис о том, что цифровые датчики точнее аналоговых (или наоборот) – полный абсурд! Характеристика датчиков определяется классом точности. Для аналоговых и цифровых датчиков одного класса точность будет одинакова!
- Многоканальность. При измерениях группой датчиков цифровая система позволяет легко получать измеряемую величину с каждого датчика в отдельности. Таким образом можно определить центр тяжести, на сколько равномерно нагружены вагоны (в вагонных весах) и т.п.
Для аналоговых датчиков такое невозможно – их «безличные» показания сперва нужно преобразовывать. А значит, для каждого датчика нужна отдельная система преобразователей – что усложняет систему в целом. - Надёжность и стоимость. Несмотря на усложнение конструкции, современные цифровые тензодатчики не уступают в надёжности аналоговым. А вот стоимость «цифровых» естественно выше (хотя это относится только к сравнению цифровых и аналоговых датчиков одного производителя).
Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что цифровые и аналоговые тензодатчики не являются прямыми конкурентами. А значит их сравнение «в лоб» (кто лучше/хуже?) некорректно: каждая система имеет свои плюсы и минусы. И должна применяться сообразно исходным условиям и целям измерений.