2.3. Контрольно-измерительные устройства, датчики

Датчики относятся к классу контрольно-измерительных устройств и предназначены для фиксирования изменения величины контролируемого параметра. К датчикам предъявляются следующие требования:

1. Используемые в системах управления датчики не должны вносить в процесс управления посторонние возмущения, или вносимые возмущения должны быть пренебрежимо малы.

К примеру, на рисунке 45 изображено измерение силы тока амперметром А, сопротивлением которого пренебрегают, при условии, что собственно сопротивление амперметра намного меньше сопротивления всей электрической цепи.

Рис.45. Схема измерения силы тока амперметром

2. Недостаточное быстродействие или инерционность используемых в системах датчиков не должны замедлять процесс управления, т.е. должны быть пренебрежимо малы по отношению к инерционности всей системы.

К примеру, если контролируемое значение параметра изменяется со скоростью V, а результат измерения требует точности X , то постоянная времени применяемого измерительного прибора (датчика) T X / V.

3. Точность измерения контролируемого параметра должна быть несоизмеримо выше заданной точности регулирования выходного параметра.

Датчики могут различаться чувствительностью, которая зависит от коэффициента

преобразования датчика, как элемента системы, и определяется отношением значения выходного параметра датчика к регулируемой величине.

Существует множество типов датчиков давления, температуры, уровня, положения и т.д., применяемых в современной автоматике, которые подразделяются по своим функциональным особенностям. В датчиках происходит преобразование контролируемых параметров в электрические сигналы, поэтому в зависимости от выходных величин датчиков, они подразделяются на генераторные и параметрические.

В параметрических датчиках контролируемые параметры преобразуются в сопротивление, а в генераторных в напряжение.

Измерительные цепочки с датчиками параметрического и генераторного типа изображены на рисунке 46.

Рис.46. Измерительные цепочки с датчиками:

а) параметрического типа

б) генераторного типа

Для качественного решения задачи управления необходимо согласовать сигналы, поступающие с датчика с другими звеньями системы, поэтому для преобразования поступающих сигналов используются усилители.

На рисунке 47 изображена схема измерительной цепи с преобразователем и датчиком генераторного типа, имеющего внутреннее сопротивление R_внутр, R_{вх – некоторое входное сопротивление,} R_{пр – сопротивление канала передачи.}

Рис.47. Измерительная цепь с преобразователем и датчиком генераторного типа

При этом чувствительность датчика будет равна:

а выходное напряжение равно:

Чем меньше R_вх, тем меньше чувствительность измерительной цепи. Следовательно, для увеличения чувствительности цепи, необходимо стремиться к выполнению следующего условия:

.

Поэтому, с целью повышения точности измерений и качества управления, чаще всего датчики размещаются непосредственно возле объекта управления и используются усилители, имеющие большое входное сопротивление.