1.1.3 Датчик обратной связи (сенсор)

Датчики информации являются преобразователями параметров физических процессов в электрические сигналы. Датчики дают информацию о текущих значениях управляемых процессов  информационные сигналы, осуществляют, так называемую обратную, связь.

Входом датчика обратной связи (ДОС, рис. 1.9) является выход объекта управления  y(t), выходом датчика  оценка выходной характеристики y^(t).

Рис. 1.9. Обозначение ДОС на структурной схеме

Несовпадение y(t) и y^(t) объясняется двумя причинами: погрешностью датчика и изменением типа сигнала (например, механического перемещения в электрическое напряжение). Датчик называется идеальным, если его сигнал прямо пропорционален измеряемой величине. Все реальные датчики не являются идеальными: а) имеют ошибки и связанные с этим "паразитные" сигналы; б) имеют ограниченный диапазон измерений (зоны нечувствительности, нелинейные характеристики); в) инерционны.

Примеры датчиков

1. Датчик относительного перемещения

Измерительный потенциометр (рис. 1.10)

а б

Рис. 1.10. Датчик относительного перемещения: а – линейного, б – углового

Напряжение u, снимаемое с движка потенциометра, пропорционально перемещению подвижного элемента датчика (движка) относительно средней точки (корпуса). Движок связан с одним из тел, а корпус – с другим.

Индуктивный датчик (рис. 1.11) представляет собой дифференциальный трансформатор с двумя встречно направленными вторичными обмотками. Если сердечник расположен в середине между обмотками, суммарное напряжение их равно нулю. Если сердечник перемещается, разностное напряжение поступает на вход фазочувствительного выпрямителя.

Рис. 1.11.Индуктивный датчик относительного перемещения

2. Датчик угловой скорости – тахогенератор (рис. 1.12).

Рис. 1.12. Тахогенератор

Тахогенератор представляет собой генератор постоянного тока. ЭДС, вырабатываемая генератором, пропорциональна угловой скорости вращения ротора, механически соединяемого с телом, скорость которого необходимо измерить.

3. Датчик давления – измерительная мембрана.

Прогиб мембраны пропорционален давлению газа, действующему на ее поверхность. Мембрана – это преобразователь "давление  перемещение" px (а перемещение можно затем преобразовать в электрический сигнал).

4. Датчик температуры: термистор, термопара.

Действие термистора (рис. 1.13) связано с зависимостью его электрического сопротивления от температуры, действие термопары — со свойством разнородных проводников образовывать в спае электродвижущую силу (ЭДС), зависящую от температуры спая.

Рис. 1.13. Термистор

5. Датчик механических напряжений – тензометр.

Тензометры используются для измерения малых деформаций упругих структур. Тензометрический элемент содержит тонкую проволоку на подложке, наклеенной на контролируемую конструкцию. При деформации конструкции изменяются ее геометрические размеры; при этом изменяется длина, а значит и электрическое сопротивление проволоки тензометрического элемента, и соответственно регистрируемый сигнал.