Датчики - источники первичной информации

Общие сведения. В системах автоматики датчик предназначен для преобразования контролируемой или регулируемой величины (па­раметра контролируемого объекта) в выходной сигнал, более удоб­ный для дальнейшего движения информации, поэтому датчик не­редко называют преобразователем, хотя этот термин является слишком общим, так как любой элемент автоматики и телемеха­ники, имея свой вход и выход, является в той или иной мере пре­образователем.

В простейшем случае датчик осуществляет только одно преоб­разование Y=f (X), как, например, силы в перемещение (в пру­жине), или температуры в электродвижущую силу (в термоэле­менте) и т. п. Такой вид датчиков называют датчики с непосред­ственным преобразованием. Однако в ряде случаев не удается непосредственно оказать воздействие входной величины X на не­обходимую выходную величину Y (если такая связь неудобна или она не дает желаемых качеств). В этом случае осуществляют по­следовательные преобразования: входной величиной X воздейст­вуют на промежуточную Z, а величиной Z — на необходимую вы­ходную величину Y:

В результате получается функция, связывающая X с Y:

Число таких последовательных преобразований может быть и больше двух, и в общем случае функциональная связь Y с X мо­жет проходить через ряд промежуточных величин:

Датчики, имеющие такие зависимости, называются датчиками с последовательным преобразованием. Входная часть таких дат­чиков называется воспринимающим органом, выходная — исполни­тельным органом. Все остальные части называются промежуточ­ными органами. В датчике с двумя преобразованиями промежу­точные органы отсутствуют, в нем имеются только воспринимаю­щий и исполнительный органы. Нередко один и тот же конструк­тивный элемент выполняет функции нескольких органов. Напри­мер, упругая мембрана выполняет функцию воспринимающего органа (преобразование давления в силу) и функцию исполнитель­ного органа (преобразование силы в перемещение).

Классификация датчиков. Исключительное многообразие дат­чиков, применяемых в современной автоматике, вызывает необхо­димость их классификации. В настоящее время известны следующие типы датчиков, которые наиболее целесообразно классифи­цировать по входной величине, практически соответствующей принципу действия:

Ознакомление со всеми этими датчиками возможно только в специальных работах, посвященных датчикам, В данном учебнике рассматриваются наиболее распространенные датчики, у которых хотя бы одна из величин (входная или выходная) — электриче­ская.

Электрические датчики в зависимости от принципа производи­мого ими преобразования делятся на два типа — модуляторы и генераторы.

У модуляторов энергия входа воздействует на вспомогатель­ную электрическую цепь, изменяя ее параметры и модулируя зна­чение и характер изменения тока или напряжения от постороннего источника энергии. Благодаря этому одновременно усиливается сигнал, поступивший на вход датчика. Наличие постороннего источника энергии является обязательным условием ра­боты датчиков-модуляторов (рис. 6.1, а).

Модуляция осуществляется с помощью изменения одного из трех параметров — омического сопротивления, индуктивности и емкости. В соответствии с этим различают группы омических, индуктивных и емкостных дат­чиков.

Каждая из этих групп может делиться на подгруппы. Так, на­иболее обширная группа омических датчиков может быть разде­лена на подгруппы: тензорезисторы, потенциометры, терморезисто­ры, фоторезисторы. Ко второй подгруппе относятся варианты индуктивных датчиков, магнитоупругие и трансформаторные. Третья подгруппа объединяет различного типа емкостные датчики.

Второй тип — датчики-генераторы являются просто преобразо­вателями (рис. 6.1, б). Они основаны на возникновении электродвижущей силы под влиянием различных процессов, связанных с контролируемой величиной. Возникновение такой электродвижу­щей силы может происходить, например, вследствие электромаг­нитной индукции, термоэлектричества, пьезоэлектричества, фото­электричества и других явлений, вызывающих разделение электри­ческих зарядов. Соответственно этим явлениям генераторные датчики

подразделяются на индукционные, термоэлектрические, пьезо­электрические и фотоэлектрические.

Возможны еще группы электротехнических, электростатических датчиков, датчиков Холла и др. В результате получается общая схема классификации основных датчиков по выходной электриче­ской величине, представленная на рис. 6.2.