Привет, Вы узнаете о том , что такое датчик, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое датчик, сенсор, измерение физической величины , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы .

При проведении производственных процессов и различных исследований приходится проводить измерения ряда физических величин.

Физическая величина – это свойство, в качественном отношении общее многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта.

Примерами физических величин являются: масса, объем, абсорбция – оптическая плотность (раствора), напряжение, ток и т.д.

Значением физической величины называется оценка физической величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц.

Например: 5 Г – значение массы некоторого тела; 0,6 см3 – объем дозы; 1,5 Б (Белл) – оптическая плотность раствора.

Истинное значение физической величины – это значение величины, которое идеальным образом отражало бы в качественном и количественном отношении соответствующее свойство объекта. Истинные значения физических величин нам неизвестны.

Действительное значение физической величины есть значение величины, найденное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Нахождение значения физической величины опытным путем при помощи специальных технических средств называется измерением.

Степень приближения действительных значений к истинным значениям физических величин зависит от совершенства применяемых при этом технических средств измерения.

К техническим средствам измерения относятся меры и измерительные приборы.

Измерительный прибор( сенсор ) – это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдением.

Измерительный прибор иногда называют датчик ом, иногда анализатором, иногда измерителем- сенсором.

Разные авторы по-разному трактуют понятие "сенсор". У одних – это "измерительный прибор", искусно созданный человеком "бдительный сторож", у других – "анализатор", распознающий, узнающий нужный объект ("аналит"), у третьих – "датчик" какой-то физической величины (температуры, давления, угла поворота), у четвертых – орган чувств животного или растения и т.д.

Сенсор – это устройство (прибор, орган, узел), преобразующее физическое (физико-химическое) изменение в объекте наблюдения, его физическое воздействие в информационный сигнал для пользователя. Сенсор – это связующее звено между реальным "физическим" миром и миром информационных моделей, между материей и информацией.

Каким образом может происходить "превращение" физико-химических воздействий в информацию, каковы возможные механизмы этого "превращения", принципы действия измерительных приборов , точность получаемой информации, - об этом и рассказывается в предлагаемом цикле лекций «Теория измерений и измерительные приборы».

Измерения физических величин основываются на различных физических явлениях. Например, для измерения температуры используется тепловое расширение тел или термоэлектрический эффект; для измерения массы тел взвешиванием используется явление тяготения; для измерения оптической плотности раствора используется свойство растворов поглощать энергию светового потока и т.д.

Различают прямые и косвенные измерения.

Прямым измерением называют измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных.

К прямым измерениям относятся, например, измерение массы на равноплечных весах, температуры – термометром, длины – масштабной линейкой, оптической плотности – фотометром.

Косвенным измерением называют измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между ней и величинами, измеряемыми прямым измерением.

Примером косвенного измерения концентрации раствора может быть фотометр, отградуированный в единицах концентрации. Сам фотометр измеряет оптическую плотность раствора и, опираясь на зависимость оптической плотности раствора от концентрации исследуемого вещества, выдает информацию в единицах концентрации.

Чувствительность средства измерения (или метода) определяется отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Различают абсолютную и относительную чувствительность.

Абсолютная чувствительность определяется по формуле:

(1.1)

Относительная чувствительность определяется по формуле:

, (1.2)

где ΔL – изменение сигнала на выходе;

ΔX – изменение измеряемой величины;

X – измеряемая величина.

Следует помнить – чем выше чувствительность, тем точнее могут быть получены результаты исследования.

Порог чувствительности – свойство прибора (средства измерений), характеризуемое наименьшим изменением измеряемой величины, которое вызывает заметное устойчивое изменение выходного сигнала.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средств измерений.

1.2 Системы единиц физических величин

Измерение физических величин возможно лишь в том случае, если для каждой из них выбраны соответствующие единицы.

Единица физической величины – это физическая величина, которой по определению присвоено числовое значение, равное 1.

Основная единица физической величины – это единица физической величины, выбранная произвольно при построении системы единиц.

Производная физическая величина - это физическая величина, полученная по определяющему эту единицу уравнению (формуле) из других единиц данной системы.

Системой единиц физических величин называют совокупность основных и производных единиц, относящуюся к некоторой системе величин и образованную в соответствии с принятыми принципами.

Существует несколько систем физических величин, например, «Международная система единиц» (СИ); СГС (сантиметр, грамм, секунда); Британская система и другие.

Таблица .1

Величина	СИ		СГС
	Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
Основные единицы
Длина	метр	м	сантиметр	См
Масса	килограмм	кг	грамм	Г
Время	секунда	с	секунда	С
Сила тока	Ампер	А	-	-
Температура	Кельвин	К	Кельвин	К
Количество вещества	моль	моль	моль	Моль
Сила света	кандела	кд	кандела	Кд
Дополнительные единицы
Плоский угол	радиан	рад	радиан	Рад
Телесный угол	стерадиан	ср	стерадиан	Ср

Напомним

Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу. (1 рад.=57 3 ).

Стерадиан равен телесному углу с вершиной в центре сферы, вырезающему на поверхности сферы площадь, равную площади квадрата со стороной, равной по длине радиусу сферы.

Все производные единицы физических величин, входящие в систему, получают из определяющих уравнений в единицах данной системы единиц.

Помимо системных единиц существуют внесистемные единицы.

Внесистемными единицами называют единицы, не входящие ни в одну из систем единиц. Внесистемных единиц много, и некоторые из них оказываются при практическом применении весьма удобными и удачно дополняют Международную систему единиц и систему СГС.

Внесистемные единицы. например: минута, час ,литр, процент, децибел и т.д.

Кратной единицей называют единицу, в целое число раз большую системной или внесистемной единицы. Например: кратная единица длины – километр – в 1000 раз больше исходной единицы метра (1 км = 103 м); кратная единица вместимости – гектолитр – в 100 раз больше внесистемной единицы литра (1 гл = 100 л).

Дольной единицей называют единицу, в целое число раз меньшую системной или внесистемной единицы. Например: дольная единица длины – нанометр – в 109 раз меньше метра (1 нм = 10-9м); дольная единица вместимости – миллилитр – в 103 раз меньше литра (1 мл = 10-3л).

Государственным стандартом «Единицы физических величин» предусмотрено применение, главным образом, десятичных кратных и дольных единиц,

1.3 Погрешности измерений физических величин

Выше были даны определения и понятия истинного значения и действительного значения физической величины. Нахождение значений физической величины опытным путем называется измерением.

Отклонение результата измерения Х от действительного значения измеряемой величины Хд называют погрешностью результата измерения ΔХ.

ΔХ = Х – Хд (1.4 )

Погрешности измерений принято подразделять на систематические, случайные и грубые.

Систематическая погрешность – составляющая погрешности результата измерения, отличающаяся постоянной или же закономерно изменяющаяся при повторных измерениях одной и той же физической величины.

Случайная погрешность - составляющая погрешности результата измерения, изменяющаяся случайным образом (по знаку и значению) в серии повторных измерений, проведенных с одинаковой тщательностью одного и того же размера физической величины.

Примечание: случайные погрешности неизбежны и неустранимы, но в отличие от систематической погрешности, при увеличении числа измерений случайная погрешность результата, полученного из ряда измерений, уменьшается вследствие того, что сумма погрешностей отдельных измерений данной серии стремится к нулю.

Характеристика рассеяния случайной величины наиболее часто оценивается средним квадратическим отклонением или средней арифметической погрешностью (по абсолютному значению) или размахом показаний или коэффициентом вариации.

Грубая погрешность (промах)

Под грубой погрешностью измерения понимается погрешность, существенно превышающая ожидаемую при заданных условиях. Она может быть сделана вследствие ошибочных действий оператора, неверной записи показаний прибора, неправильно прочитанного отсчета и т.д.

Измерение, где допущен промах, как правило, во внимание не принимают.

Обычно погрешность, превышающую 3σ, считают промахом. Здесь σ – среднеквадратическая погрешность, подсчитанная без учета промаха.

Погрешность измерения может быть выражена через абсолютное значение или относительное значение.

Абсолютная погрешность – погрешность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины. Рассчитывается по формуле:

(1.6)

где – среднее значение из n измерений;

Xi – показания i-ого измерения;

n – количество измерений одной и той же величины.

Относительная погрешность – погрешность измерения, выраженная отношением абсолютной погрешности измерения к действительному или среднему значению измеряемой величины. Рассчитывается по формуле:

(1.7)

:

Как частный случай относительной погрешности имеет место приведенная погрешность.

Воспроизводимость результатов измерений – повторяемость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разное время, разными методами, разными приборами, разными операторами, но при одних и тех же внешних условиях (температуре, влажности, давлении и т.д.).

Сходимость результатов измерений - характеристика качества измерений, отражающаяся близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно в одинаковых условиях.

Исследование, описанное в статье про датчик, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое датчик, сенсор, измерение физической величины и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Датчики и сенсоры, Технические измерения и измерительные приборы