4.2. Класифікація датчиків

Системи класифікації датчиків можуть бути дуже різними, від дуже простих до складних. Критерій класифікації завжди вибирається залежно від мети проведення класифікації. У цій книзі пропонується кілька практичних підходів до цієї проблеми.

Усі датчики можна розділити на дві категорії: пасивні й активні. Пасивний датчик не має потреби в додатковому джерелі енергії й у відповідь на зміну зовнішнього впливу на його виході завжди з'являється електричний сигнал. Це означає, що такий датчик перетворить енергію зовнішнього сигналу у вихідний сигнал. Прикладами пасивних датчиків є термопари, фотодіоди й п'єзоелектричні чутливі елементи. Більшість пасивних датчиків є пристроями прямої дії). На відміну від пасивного побратима активний датчик для своєї роботи вимагає зовнішньої енергії, називаної сигналом порушення. При формуванні вихідного сигналу активний датчик тем або іншим способом впливає на сигнал порушення. Оскільки такі датчики міняють свої характеристики у відповідь на зміну зовнішніх сигналів, їх іноді називаються параметричними. Фактично, в активних датчиках відбувається перетворення зміни їх внутрішніх характеристик в електричні сигнали. Наприклад, термістори є температурно-чутливими резисторами. Самі по собі термістори не роблять ніяких електричних сигналів, але при проходженні через них електричного струму (сигналу порушення), їхній опір може бути визначене по зміні струму й/або спаданню напруги на них. Активним датчиком є резистивний тензодатчик, чий електричний опір залежить від величини його деформації.

Залежно від вибору крапки відліку датчики можна розділити на абсолютні й відносні. Абсолютний датчик визначає зовнішній сигнал в абсолютних фізичних одиницях вимірів, що не залежать від умов проведення, тоді як вихідний сигнал відносного датчика в кожному конкретному випадку може трактуватися по-різному. Прикладом абсолютного датчика є термістор. Його електричний опір прямо залежить від абсолютної температури по шкалі Кельвіна. Інший же популярний датчик температури - термопара - є відносним пристроєм, оскільки напруга на його виході є функцією градієнта температури на дротиках термопари. Тому визначити конкретну температуру по вихідному сигналу термопари можна тільки щодо відомої базової крапки відліку. Іншим прикладом абсолютних і відносних датчиків є датчик тиску. Показання абсолютного датчика відповідають значенням тиску щодо абсолютного нуля по шкалі тисків, тобто щодо повного вакууму. Відносний датчик визначає тиск щодо атмосферного тиску, який не є нульовим.

Інший підхід до класифікації датчиків полягає в розгляді їх характеристик. Для того щоб віднести датчик до тієї або іншій групі необхідно знати, які величини він може вимірювати, його характеристики, на якому фізичному принципі він реалізований, який механізм перетворень він застосовує, з якого матеріалу він виготовлений, яка область його застосування, у таблицях 4.1-4.5 представлена схема такої класифікації, яка є найбільш інформативною.

Таблиця 4.1 Характеристики датчиків

Чутливість	Точність	Характеристика при перевантаженні
Стабільність короткострокова довгострокова	Швидкодія	Експлуатаційний ресурс
	Гістерезис	Діапазон вхідних значень
	Нелінійність	Дозволяюча здатність
Вибірковість	Мертва зона	Оточуюче середовище
Важіль	Розміри	Форма вихідного сигналу
Вартість	Передатна функція	Тип вихідного сигналу
Насичення	Сигнал збудження	Вихідний імпеданс
Надійність	Умови використання	Динамічні характеристики

Таблиця 4.2 Матеріал датчиків

Неорганічний	Органічний
Провідник	Діелектрик
Напівпровідник	Рідина
Біологічні тканини	Гази
Плазма	інше

Таблиця 4.3 Засоби детектування

Біологічні	Хімічні	Електричні
Тепло, температура	Радіоактивність	Магнітні та електромагнітні хвилі
Механічні коливання	Випромінювання	Переміщення в просторі

Таблиця 4.4 Механізм перетворювань

Фізичні	Термоелектрика	Термопружність	Електропружність	Фотопружність
	Фотоелектрика	Фотомагнетизм	Термомагнетизм	Термооптика
	Магнітна електрика	Електромагнетизм		та ін.
Хімічні	Хімічні перетворення		Електрохімічний процес
	Фізичні перетворення		Спектроскопія
Біологічні	Біохімічні перетворення		Вплив на об’єкт тестування
	Фізичні перетворення		Спектроскопія

Таблиця 4.5 Зовнішні впливи

Акустичний	Хвиля (амплітуда, фаза, поляризація швидкість), спектр та ін.
Електричний	Заряд, струм, потенціал, напруга, електричне поле (амплітуда, фаза, поляризація спектр), провідність, діелектрична проникність та ін.
Магнітний	Магнітне поле (амплітуда, фаза, поляризація, спектр) та ін.
Біологічний	Біомаса (вид, концентрація, стан) та ін.
Хімічний	Елементи (ідентичність, концентрація, стан) та ін.
Оптичний	Хвиля (амплітуда, фаза, поляризація швидкість), спектр, коефіцієнт та здатність відбиття і поглинання, здібність випромінювання та ін.
В’язкість	Упорядкованість структури, інтеграція та ін.
Випромінюючий	Тип, Енергія, інтенсивність та ін
Тепловий	Температура, потік, тепло, теплоємність, теплопровідність та ін.
Механічний	Положення (координати лінійні та кутові), прискорення, сила, напруженість, тиск, деформація, важіль, щільність, рух, момент, швидкість потоку, витрата маси, форма, шорсткість та її напрям, жорсткість, піддатливість