Первичные средства получения информации

Специалистам известны около 400 физических явлений, которые могут быть положены в основу создания средств измерений. Наиболее широко используется на практике около 30. С внедрением в практику датчиков, созданных на новых принципах действия, датчики на традиционных принципах остаются доминирующими благодаря их постоянному конструктивно-технологическому и схемотехническому совершенствованию. В таблице 1.1 приведена информация об универсальности и эффективности некоторых, наиболее широко используемых принципах действия датчиков. Наряду с этим в последние годы всё большее развитие получают микромеханические преобразователи, которые часто используют традиционные физические явления, но изготовлены по полупроводниковой технологии.

Наибольшее применение в системах контроля и управления нашли датчики температуры, положения, линейного перемещения, скорости вращения, давления, ускорения, силы, влажности, магнитного поля, электрических параметров (I, U, W), расстояния. Именно эти датчики занимают лидирующие позиции на рынке продаж.

Таблица 1.1 - Принципы действия датчиков для измерения физических величин

Принцип действия

Физическая величина

Давление

Усилие

Положение (в пространстве без механ. связи)

Перемещение

Скорость (линейная)

Ускорение

Вибрация

Близость (без механ. связи)

Температура

Состав и раздел сред

Обороты

Деформация

Координаты точки (без механ. связи)

Угловая скорость

Пространств. углы

Углы скольжен. и атаки

Влажность

Расход

Ёмкостный

++

++

+

++

-

++

+

++

+

+

-

+

+

-

-

+

+

-

Пьезоэлектрический

+

+

-

-

-

+

++

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Дифференциально-трансформаторный (индуктивный)

+

+

+

++

+

+

+

++

-

-

-

-

+

-

-

-

-

-

Контактная разность потенциалов

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Тензорезистивный

++

++

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-

-

-

Потенциометрический

+

+

-

++

-

+

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-

Токовихревой

+

-

+

+

+

-

-

++

-

-

-

+

+

-

-

+

-

-

Термисторный

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Эффект Холла

-

-

+

++

+

-

-

++

-

-

++

-

+

-

-

+

-

-

Пъезорезистивный

++

++

-

-

-

++

++

-

-

+

-

+

-

-

-

+

+

-

Анизотропия и свет

+

+

+

++

+

++

++

++

+

+

+

+

+

+

-

+

+

-

Магниторезистивный

-

-

+

+

-

-

-

++

-

-

+

-

+

-

-

+

-

-

Поверхностные акустические волны

+

+

-

-

-

+

+

-

-

-

-

+

-

-

-

+

-

-

Пъезорезонансный, резонансный

++

++

-

-

-

++

-

-

+

-

-

-

-

+

-

-

+

-

Индукционный

-

-

-

-

++

-

+

-

-

-

++

-

-

+

-

-

-

-

Эффект Кориолиса

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

++

Эффект Виганда

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

++

-

-

+

-

-

-

-

Эффект Матусси

+

+

-

-

-

+

+

-

-

-

-

+

-

-

-

+

-

-

Z эффект в полупров. p-n структурах

+

+

+

+

-

-

+

++

+

-

++

-

+

+

-

-

-

+

Эффект Виллари

+

+

-

+

-

++

++

-

-

-

-

-

-

-

-

+

-

-

Туннельный эффект

+

+

-

-

-

++

++

-

-

-

-

+

-

+

-

+

+

+

Примечание: «+» - используется; «++» - использование предпочтительно; «-» - использование нецелесообразно

Лекция 2. Резистивные и емкостные датчики положения

План лекции

- Общие сведения о датчиках положения и перемещения;

- Характеристики резистивных датчиков

- Конструктивные особенности резистивных датчиков;

- Емкостные преобразователи;

Общие сведения о датчиках положения и перемещения

Датчиком положения и перемещения (ДПП)  называется устройство, воспринимающее контролируемое положение или перемещение объекта (линейное или угловое) и преобразующее его в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки, хранения или передачи по каналу связи.

Невозможно представить область, где бы не применялись датчики положения и перемещения, являясь важным связующим звеном между электронной и механической частями приборов.

Датчики положения и перемещения нашли широкое применение, как отдельные преобразователи, так и в составе других датчиков, например датчиков давления. К числу таких датчиков относятся также измерительные микрометрические головки рычажно-зубчатого и часового типа, индуктивные, растровые и оптико-электронные датчики.

Выбирая датчик, прежде всего, необходимо правильно определить приоритеты по следующим критериям:

- разрешение и точность;

- линейность;

- скорость измеряемого процесса;

- условия применения и класс защиты;

- надёжность;

- габаритные размеры;

- стоимость.

Датчик может определять абсолютное или относительное положение контролируемого объекта. Исходя из этого, существуют два основных метода определения положения и измерения перемещений.

В первом методе датчик вырабатывает сигнал, являющийся функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а изменения этого сигнала отражают перемещение. Такие датчики положения называются абсолютными. К ним относятся:

- резистивные (потенциометрические) датчики;

- индуктивные датчики с подвижным сердечником;

- ёмкостные датчики с подвижными обкладками;

- цифровые кодовые датчики абсолютных значений.

Во втором методе датчик генерирует единичный импульс на каждом элементарном перемещении, а положение определяется подсчётом суммы импульсов в зависимости от направления перемещения. Такие датчики положения называются относительными. Достоинством таких датчиков, по сравнению с абсолютными, является простота и низкая стоимость, а недостатком — необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной обработки.

Датчики также делятся на контактные и бесконтактные. В бесконтактных датчиках связь между подвижным объектом и датчиком осуществляется посредством магнитного, электромагнитного или электростатического полей, а также оптоэлектронным способом.