12

Лекция 10. Первичные измерительные преобразователи

10.1. Основные определения

Измерительный преобразователь (ИП) - средство измере­ния, предназначенное для преобразования входного измерительного сигнала (измеряемой величины) в выходной сигнал, более удобный для дальнейшего преобразования, передачи, обработки вычислительными устройствами и хранения, но не пригодный для непосредственного вос­приятия наблюдателем. Например, ИП давления масла в гидроприводе мобильного робота имеет выход в виде электрического напряжения, ко­торое после соответствующего преобразования используется для управ­ления гидронасосом. ИП являются основой для построения ИС.

Наряду с термином измерительный преобразователь ис­пользуется термин датчик, который обозначает конструктивно завер­шенное устройство, размещаемое непосредственно в зоне измерения (например, датчик температуры помещен в защитный корпус, имеющий выход для электрического кабеля и отверстия для монтажа). Последние годы в технической литературе по мехатронике получает распростране­ние термин сенсор, которым может обозначаться как первичный ИП, так и датчик.

Преобразование датчиком входных физических величин в соот­ветствующие выходные сигналы связано с преобразованием энергии из одного вида в другой. В зависимости от принципа действия датчики с электрическим выходным сигналом можно разделить на две группы: генераторные или активные и параметрические или пассивные.

В генераторных датчиках преобразование измеряемой величины осуществляется непосредственно в электрический сигнал (т.е. такие дат­чики генерируют электрическую энергию). К ним относятся:

- пьезоэлектрические, использующие пьезоэлектрический эффект, заключающийся в появлении электрических зарядов в некоторых мате­риалах при механических упругих деформациях в них; это могут быть некоторые природные кристаллы (кварц, турмалин и др.) или искусст­венные материалы (пьезокерамика);

- индукционные, использующие явление электромагнитной индук­ции - наведение ЭДС в электрическом контуре при изменении магнитно­го потока;

- фотоэлектрические, использующие появление ЭДС в полупро­водниковом pn-переходе при его освещении;

- термоэлектрические, использующие явление термоэлектрическо­го эффекта, проявляющегося в возникновении ЭДС при различии темпе­ратур рабочего и холодного спаев.

В параметрических датчиках измеряемая величина преобразу­ется в параметр электрической цепи - сопротивление, индуктивность, емкость и т.п., причем для питания датчика необходим источник элек­трической энергии. К таким датчикам, например, относятся:

емкостные, использующие зависимость емкости конденсатора от изменения его параметров под действием измеряемой величины;

индуктивные, в которых индуктивность электрической цепи изменяется под действием измеряемой величины;

электроконтактные, коммутирующие электрические цепи под воздействием измеряемой величины (геркон);

потенциометрические (реостатные) датчики, использующие зависимость сопротивления реостата от положения его движка, который может перемещаться под воздействием измеряемой величины;

тензорезисторные, использующие свойство тензопреобразователя изменять свое омическое сопротивление при упругих деформациях; в зависимости от используемого материала они подразделяются на про­волочные и полупроводниковые.

По способности воспринимать информацию на различных расстояниях от ее источника средства очувствления могут быть условно разделены на бесконтактные и контактные.

Бесконтактные средства очувствления, оперирующие с геометрическими характеристиками объектов внешней среды, включают 2 класса устройств: системы технического зрения и локационные системы очувствления.