4. Измерительные преобразователи (датчики) параметров технологических объектов управления

К датчикам относятся все основные узлы электронной схемы измерения, контроля и диагностирования, расположенные непосредственно на объекте или вблизи от него. Общие тенденции научно-технического прогресса в полной мере коснулись датчиковой аппаратуры. Аналоговый сигнал от традиционно выпускаемых датчиков (термо-, тензо-, пьезодатчиков и т.п.) для обработки в микропроцессоре или микроЭВМ в современных автоматизированных системах измерения, контроля, диагностирования и управления должен быть представлен в цифровом виде. Это осуществляется обычно в устройствах сопряжения с объектом (УСО), включающих в себя АЦП.

4.1. Требования, предъявляемые к датчикам

В последнее время наряду с созданием датчиков, имеющих цифровой выходной сигнал, в области средств автоматизации наблюдается тенденция к конструктивному объединению датчиков с микропроцессорными устройствами.

В настоящее время в технике автоматического измерения, контроля, управления параметрами различных процессов в самостоятельную отрасль выделилась сенсорика (сенсорная техника), направленная на конструирование, изготовление и применение датчиков. Эта отрасль, постоянно развиваясь, служит основой создания разнообразных вариантов информационно-измерительных систем (ИИС), систем контроля и диагностирования (СКД), САУ сложными техническими объектами и АСУ производственными процессами.

С ростом степени автоматизации к датчикам различных контрольно- диагностических параметров предъявляются все более высокие общие требования:

1) высокая точность (погрешность  десятые и сотые доли %);

2) миниатюрность (возможность встраивания);

3) дешевизна (обеспечивается серийностью производства);

4) механическая прочность;

5) надежность (высокая наработка на отказ, долговечность и т.д.).

К датчикам, работающим в реальных производственных условиях, сложных условиях эксплуатации (например, при температуре от -50 до +50С и т.п.), наряду с общими предъявляются также специфические требования:

1) линейность характеристик (не более 1%);

2) независимость работоспособности от режимов обработки (в т.ч. и аварийных режимов) для технологических объектов и условий эксплуатации оборудования;

3) нечувствительность к загрязнениям;

4) удобство обслуживания.

4.2. Понятие о современном датчике

Под датчиком в общем случае понимают чувствительный элемент (приемник измеряемой величины) и преобразователь измеряемой величины в унифицированный электрический сигнал, предназначенный для дальнейшей обработки в ИИС или СКД в соответствии с алгоритмом преобразования информации. Эти две части датчика соответственно называют первичным и вторичным преобразователями, а сам датчик в научно-технической литературе получил название «измерительный преобразователь» (рис. 4.1, а).

Р ис. 4.1. Устройство измерительного преобразователя (современного датчика):

А_х - измеряемая величина; R_х - параметр электрической цепи; U_х - аналоговый

электрический сигнал; U - унифицированный сигнал; ПП - первичный

преобразователь; ВП - вторичный преобразователь; ИП - измерительный

преобразователь; ПНЧ - преобразователь напряжение - частота

Чувствительный элемент осуществляет первичное преобразование измеряемой величины, как правило, в слабый электрический сигнал или параметр электрической цепи: активное сопротивление, индуктивность, емкость и т.д.

Вторичный (нормирующий) преобразователь формирует унифицированный электрический сигнал, пропорциональный измеряемой величине (аналоговый: напряжение от 0 до 10 В, ток от 0 до 20 мA; дискретный: импульсный сигнал, кодовый сигнал - комбинацию «1» и «0» и т.д.). Параметры унифицированных электрических сигналов определены в ГОСТ 26.010-80 и ГОСТ 26.014-81.

Типовая функциональная схема измерительного преобразователя представлена на рис. 4.1, б. Первичные и вторичные преобразователи выпускаются промышленностью серийно.