Собственно для преобразования одной величины в другую служат чувствительные элементы или датчики

Датчиком называется первичный элемент автоматической системы, реагирующий на изменение физической величины и преобразующий эту величину в другую, удобную для работы последующих элементов. Статической характеристикой датчика является зависимость изменения выходной величины от изменения входной.

Чувствительностью датчика, или его коэффициентом усиления, называется крутизна статической характеристики.

Датчики можно классифицировать либо по тем величинам, которые они должны измерять (датчики давления, датчики уровня), либо по тем параметрам, в которые преобразуются измеряемые величины. По выходному параметру датчики могут быть классифицированы следующим образом: датчики сопротивления (или резистивные датчики), датчики индуктивности, датчики емкости, датчики напряжения, датчики тока, датчики фазы, датчики частоты, датчики числа импульсов, датчики длительности импульса, датчики давления (пневматические или гидравлические).

В некоторых случаях преобразование осуществляется в несколько стадий, например, сила преобразуется в деформацию, а затем уже в электрический сигнал. Такие датчики называют многоступенчатыми.

Можно подразделить датчики на пассивные и активные. Пассивные датчики, такие, как термопары или фотодиоды, являются устройствами,  которые напрямую преобразуют энергию физического воздействия в электрический сигнал, при этом не требуется внешнее питание или возбуждение датчика. Активным датчикам необходим внешний источник питания (возбуждения). Чтобы получить от них сигнал, требуется напряжение или ток возбуждения. Все рассматриваемые ниже датчики – активные.

Резистивные датчики

Основными типами резистивных датчиков являются потенциометрические датчики, тензорезисторы и терморезисторы.

Потенциометрические датчики применяют чаще всего для измерения перемещений. Главное их достоинство в простоте и отсутствии необходимости последующего усиления. Основными недостатками их являются наличие скользящего электрического контакта, необходимость относительно больших перемещений движка и значительного усилия для его перемещения.

Тензорезистор представляет собой тонкую (15-60 мк) проволоку, уложенную зигзагом и наклеенную на специальную бумагу. Такой элемент приклеивают прочным клеем к детали для измерения ее деформации. Измерение деформации основано на изменении сопротивления проволочки при ее растяжении или сжатии, происходящем при деформации детали.

Тензодатчики широко применяют для измерения деформации деталей в самых различных областях техники. Они характеризуются малым относительным изменением сопротивления не более 1%, что требует измерительных схем высокой чувствительности.

Статическая характеристика проволочных датчиков имеет линейный вид, т.е. чувствительность проволочных датчиков практически постоянна. Для измерения применяют проволочные датчики из материала типа константана с небольшой чувствительностью, но с малым температурным коэффициентом сопротивления.

Сопротивление таких датчиков обычно равно 100 - 200 Ом. С целью повышения чувствительности применяют датчики из сплавов типа элинвара, характеризуемых относительно высоким температурным коэффициентом сопротивления. Сопротивление таких датчиков выбирают равным 500-1000 Ом. Для увеличения чувствительности применяют включение в мостовую схему двух или даже четырех одинаковых проволочных датчиков.

Терморезисторы получили широкое распространение для измерения температур различных сред в пределах от - 50 до +800° С.

Действие электрических терморезисторов основано на свойстве некоторых материалов менять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.

Для изготовления термометров сопротивления используют медь, никель, сталь, платину и другие металлы. Медь применяют при измерении температур в пределах до 180° С, сталь и никель до 300° С в атмосфере, свободной от влаги и коррозионных газов, особенно сернистых; платину от - 200 до +900° С в агрессивных средах. Сопротивление таких датчиков выбирают равным 40-100 Ом.

В последнее время в качестве термометров сопротивления используют термисторы, которые изготовляют из полупроводников, представляющих собой оксиды, сульфиды, карбиды металлов с большим отрицательным температурным коэффициентом.

Термисторы изготовляют прессованием и обжигом измельченных и очищенных материалов, а затем покрывают защитным слоем эмали или лака, имеющих одинаковый с исходными материалами коэффициент расширения.