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