Датчики. Основные положения

Датчик — это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т. д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы.

Датчик — это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин.

Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преобразователями), или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики — с их помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства.

Используемые датчики весьма разнообразны и могут быть классифицированы по различным признакам.

    В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают:
  • датчики механических перемещений (линейных и угловых);
  • пневматические;
  • электрические;
  • расходомеры;
  • датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др.
    В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величин в промышленности:
  • температура — 50 %;
  • расход (массовый и объемный) — 20 %;
  • давление —10%;
  • уровень — 5 %;
  • количество (масса, объем) — 5 %;
  • время — 5 %;
  • электрические и магнитные величины — менее 5 %.
    По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические и электрические:
  • датчики постоянного тока (ЭДС или напряжения);
  • датчики амплитуды переменного тока (ЭДС или напряжения);
  • датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения);
  • датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.
    Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:
  • электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью;
  • электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;
  • они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.
    По принципу действия датчики можно разделить на два класса:
  • генераторные, которые осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал;
  • параметрические (датчики-модуляторы), которые входную величину преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика.
    По принципу действия датчики также можно разделить на такие категории:
  • омические;
  • реостатные;
  • фотоэлектрические (оптико-электронные);
  • индуктивные;
  • емкостные и др.
    Различают три класса датчиков по физической структуре сигнала:
  • аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;
  • цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов и двоичное слово;
  • бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал толь двух уровней: «включено/выключено» (иначе говоря, 0 или 1).

Последние получили широкое распространение благодаря своей простоте.

    Основные требования к датчикам:
  • однозначная зависимость выходной величины от входной;
  • стабильность характеристик во времени;
  • высокая чувствительность;
  • малые размеры и масса;
  • отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;
  • работа при различных условиях эксплуатации;
  • различные варианты монтажа.

Источник: С. Л. Корякин-Черняк и др. Электротехнический справочник