Физические принципы преобразования величин и материалы, используемые для построения пассивных датчиков

Измеряемая величина	Электрическая характеристика, изменяющаяся под действием измеряемой величины	Тип используемых материалов
Температура	Сопротивление	Металлы (платина, никель, медь), полупроводники
Сверхнизкие температуры	Диэлектрическая проницаемость	Стекло, керамика
Поток оптического излучения	Сопротивление	Полупроводники
Деформация	Сопротивление	Сплавы никеля, легированный кремний, ферромагнитные сплавы Магниторезистивные материалы: висмут, антимонид индия
Перемещение	Магнитная проницаемость, сопротивление, ёмкость
Влажность	Диэлектрическая проницаемость, сопротивление	Хлористый литий, окись алюминия, полимеры.
Уровень	Диэлектрическая проницаемость	Жидкие изоляционные материалы

5. Измерение физической величины

5.1. Первичное преобразование измеряемой физической величины

Преобразование неэлектрических величин в электрические может осуществляться следующими способами:

- активным преобразованием энергии одного вида в энергию другого вида, в результате чего вырабатываются электрические величины напряжение ток, заряд;

- воздействием на электрические величины (пассивное преобразование), требующим вспомогательной энергии:

а) на основе непосредственного применения физических зависимостей. В частности, могут быть использованы зависимости от измеряемой величины таких физических величин, как сопротивление, проводимость, магнитная и диэлектрическая проницаемости, индуктивность, напряжение, интенсивность зарядов и излучений:

б) путем механических воздействий. Эти воздействия позволяют изменять такие величины, как сопротивление, индуктивность, емкость;

в) методом компенсации (таким способом можно измерять силу тока). Компенсацию можно осуществлять вручную или автоматически.

Во многих случаях целесообразно включать перед механо-электрическим измерительным преобразователем механо-механический преобразователь масштаба или вида величин (таблица 5.1.1) [4].

Таблица 5.1.1

Измерительные преобразователи

Наименование	Входная величина	Выходная величина
Преобразователи масштаба величин
Рычаги I и II рода.	Перемещение, сила.	Перемещение, сила.
Зубчатая передача.	Угол поворота, крутящий момент, число оборотов.	Угол поворота, крутящий момент, число оборотов.
Преобразователи вида величин
Зубчатая рейка.	Угол поворота, линейное перемещение.	Линейное перемещение, угол поворота.
Цепь и цепное колесо.	То же	То же
Плоская пружина.	Деформация, сила.	Деформация, сила.
Винтовая пружина.	>> >>	>> >>
Спиральная пружина.	Угловое перемещение, момент	Момент, угловое перемещение,

При измерениях температур часто используют чувствительный элемент, преобразующий температуру в перемещение (за счет температурного удлинения), измеряемое затем электрически. Например, биметаллические и манометрические термочувствительные элементы.

Усилия и удлинения могут определяться по их воздействию на частоту механического вибратора (струнный тензометр и струнный измеритель давления). На этом же принципе основано измерение плотности газов (камертонный измеритель плотности), частота колебаний которого измеряется электрически.

Далее в таблице 5.1.2 приведены физические эффекты, на основе которых могут осуществляться преобразования измеряемых величин. Выбор эффекта, на основе которого целесообразно осуществлять преобразование ограничивается характером выходных сигналов, предпочтительны электрические и пневматические сигналы. В настоящее время применяется большое число измерительных преобразователей различных принципов действия [4].

Таблица 5.1.2