1.3. Основные структурные схемы датчиков

Структурно датчики можно разделить на датчики прямого преобразования, дифференциальные и компенсационные датчики.

Рис.1.5

В датчиках прямого преобразования (рис1.5, а) сигнал распространяется в одном направлении. При этом возможна цепочка преобразований (см. рис. 1.2).

В дифференциальных датчиках (рис1.5, б)параллельно работают два чувствительных элемента. Входное воздействие А_вх на элементы подаётся с разными знаками: сжатиерастяжение; перемещение влево–вправо; ток положительныйотрицательный и т.п. Предполагается, что статические характеристики элементов не являются чётными, т.е. F(A_вх) F(A_вх). Выходной сигнал датчика формируется как разностный сигнал

A_вых= F(A_вх)  F(A_вх).

Предположим, что статические характеристики сенсоров линейны: F(x)=ax+b. Тогда,

х₁=aA_вх+b; х₂=a(A_вх)+b  A_вых= х₁ х₂=2aA_вх.

Из полученного выражения следует, что статическая характеристика проходит через начало координат (т.е. знак выходного сигнала определяется знаком входного) и передаточный коэффициент (чувствительность) датчика вдвое больше передаточных коэффициентов сенсоров.

Ещё одно положительное свойство дифференциальных датчиков заключается в их большей стабильности. Предположим, что на сенсоры действует дестабилизирующий фактор, например, повышается температура. Это возмущение проявляется в сенсорах как входное воздействие ΔA_вх. При этом,

х₁=a(A_вх+ΔA_вх)+b; х₂=a(A_вх+ΔA_вх)+b  A_вых= х₁ х₂=2aA_вх.

Полученное выражение показывает, что дифференциальная структура датчика исключат влияние дестабилизирующего фактора.

Компенсационная схема датчика (рис. 1.5, в) содержит контур обратной связи, содержащий устройство управления УУ и формирователь компенсирующего воздействия φ(A_вых). Выходной сигнал сенсора х₁ сравнивается с компенсирующим воздействием х₂. Разностный сигнал =(х₁х₂) поступает на устройство управления, которое формирует сигнал A_вых. Этот сигнал подаётся на формирователь компенсирующих воздействий, который создаёт сигнал х₂=х₁. При этом, сигнал рассогласования =0. Величина выходного сигнала A_вых определяется выходным сигналом сенсора х₁. Погрешности компенсационных схем определяются погрешностями цепи обратной связи.

1.4. Классификация датчиков

Для обоснования выбора конкретного типа датчика необходимо учитывать их классификационные параметры. Укажем здесь некоторые из них.

А) По способу получения электрического выходного сигнала:

• генераторные

• параметрические.

Б) По типу статических характеристик:

• непрерывные или релейные

• реверсивные или нереверсивные.

В) По виду структурной схемы:

• прямого преобразования,

• дифференциальные,

• компенсационные.

Г) По измеряемому параметру:

• датчики давления –абсолютного и относительного,

• датчики расхода,

• датчики уровня,

• датчики температуры,

• датчики линейного и углового перемещения,

• датчики линейной и угловой скорости,

• датчики линейного и углового ускорения,

• датчики сил и моментов,

• датчики деформации,

• датчики излучений (электромагнитных, оптических, радиационных),

• датчики пространственного положения.

Г) По принципу действия:

• резистивные,

• оптические,

• пьезоэлектрические,

• индуктивные,

• тензопреобразователи,

• ёмкостные,

• термоэлектрические,

• магнитоэлектрические.

Д) По характеру выходного сигнала:

• аналоговые,

• дискретные,

• цифровые,

• импульсные.

Е) По количеству входных величин:

• одномерные,

• многомерные.