Резистивні детектори температури (rtd)
Резистивні датчики засновані на зміні опору провідників при зміні температури (при підвищенні температури опір збільшується). Для точного виміру температури в діапазоні від -200 до +850°С частіш за все використовують датчики температури з нікелю чи платини. Електричний опір металевих провідників змінюється згідно рівнянню:
,
де 
– опір при 0°С (тобто при 273 К),
– опір при
температурі
,
α - температурний коефіцієнт опору (платини α=0.004 [°C-1]).
Рис. 2.3. Температурна характеристика опору термістора і резистивного детектора температури (RTD)
В якості матеріалу часто використовується платина завдяки високій хімічній стійкості, стійкості до високих температур. Може бути використана при температурах від -220˚С до +1050˚С.
Термістори
Термістор (thermistor) – це напівпровідниковий резистивний прилад, опір якого залежить від температури. Опір термістора при збільшенні температури зменшується, використовуються в діапазоні температур від -50˚Сдо +300˚С (600). Матеріалами для термісторів служать суміші сульфідів і селенідів. Його опір нелінійно залежить від температури
де Т – температура в градусах Кельвіна, R0 – опір при опорній температурі T0 (як правило 298 К, тобто 25 °С), а β – постійна.
Радіаційна пірометрія
Радіаційна пірометрія – це вимірювання температури тіла без безпосереднього контакту з ним, як сигнал використовується енергія нагрітого тіла. Пірометр – це первинний перетворювач температури, який складається з :
оптичної системи, наприклад лінзи для фокусування енергії випромінювання на перетворюючому елементі.
Перетворюючий елемент енергії випромінювання в електричний сигнал.
Електричної схеми обробки сигналу (підсилювачі)
В якості перетворюючих елементів використовують термопари, резистивні елементи та напівпровідникові прилади. Пірометр з резистивним елементом (золота чернь) називається болометром. Можливо вимірювати спектр випромінювання.
Цифрові датчики температури
Сучасні моделі температурних датчиків суміщують аналоговий температурний сенсор, схему керування і АЦП в одному кристалі. Наприклад, мікросхема DS1620 – це дев’ятирозрядний термометр і термостат, який служить для вимірювання і відображення температури. Пристрій вимірює температуру від -55ºС до +125ºС з кроком 0,5ºС, перетворення виконується 1 с.
У температурному діапазоні від -50°С до +150 °С велику перевагу мають кремнієві датчики.
2.5.2. Вимірювання механічних величин
Вимірювання механічних властивостей твердих тіл: переміщення, швидкість, прискорення, деформація, тиск.
Деформація. Розповсюдженим пристроєм виміру деформації є тензометр, що містить тонкий провідний елемент, який деформується разом з поверхнею. Опір тензометра змінюється внаслідок п’єзоелектричного ефекту, що можна виміряти електрично.
Переміщення, швидкість, прискорення
Для зміни параметрів переміщення застосовуються наступні типи пристроїв:
потенціометри для вимірювання переміщень; вони працюють як змінні резистори;
датчики на основі принципу електромагнітної індукції, наприклад диференціальні трансформатори, резольвери, синхро-трансформатори (сельсини);
ємнісні датчики для вимірювання переміщень, обертів і рівнів рідини;
п’єзоелектричні датчики, для вимірювання тиску, напруги, прискорення, швидкості, сили;
лазерні датчики для точного вимірювання малих переміщень;
ультразвукові датчики для вимірювання відстаней в медичних приладах, системах авто фокусування фото- і телекамер, вимірювання рівню і швидкості.
Для вимірювання переміщення використовують кодувальні пристрої, які можуть бути оптичними та магнітними. Знаючи переміщення об’єкта в певні моменти часу, можливо також визначити його швидкість та прискорення.
Оптичні кодувальні пристрої. Основа таких пристроїв – це диск з отворами, який при обертанні перекриває пучок світла від світлодіода до фотодіода. Таким чином, при обертанні диску система рахує число отворів в диску, через яке можна судити про поворот диска та переміщення датчика. Прикладом такої системи є маніпулятор миша.
Рис.2.4. Оптичний кодувальний пристрій
Магнітні кодувальні пристрої. Основа магнітного датчика переміщення – це рухомий диск з нанесеним на нього періодичними мітками з магнітного матеріалу. При обертанні диску магнітні мітки проходять близько від магнітного датчика, який виконує підрахунок міток.
Бінарні датчики використовуються для визначення положення при механічних переміщеннях, для підрахунку елементів в дискретних потоках (наприклад числа пляшок на виході лінії розливу), для контролю досягнення граничних значень рівня або тиску або крайніх положень рухомих частин.
В якості датчиків положення (position sensor) використовуються вимикачі. Вони складаються з електричних контактів, що механічно замикаються чи розмикаються, коли будь яка змінна (положення, рівень) досягає визначеного значення.
Різні типи датчиків використовуються для визначення моменту, коли аналогова величина (наприклад, рівень, тиск, температура чи витрати) досягає деякого порогового значення. Тому їх часто називають пороговими датчиками (point sensors, limit sensors).
Індикатор рівня (level switch) спрацьовую, якщо резервуар заповненим до заданої висоти. Принцип дії залежить від властивостей контрольованої речовини – рідина, цементний розчин та ін.
Зміна електричних властивостей елементів коливальних контурів при наближенні до зовнішнім об’єктам можна використати для виготовлення датчиків наближення (proximity sensors). Електричні датчики наближення використовують наступні принципи.
Індуктивні датчики наближення працюють на основі випромінювання високочастотного електромагнітного поля обмоткою, яка входить в коливальний контур (відстаньн 2-30 мм).
Ємнісні датчики наближення містять затухаючий коливальний RC-контур. Ємність залежить від відстані між обкладинками конденсатора їх площі і властивостей діелектрика між ними. Діапазон спрацювання для таких датчиків, як правило, лежить між 5 і 40 мм.
Магнітні датчики наближення розпізнають наближення об’єкту по зміні характеристик магнітного поля і не мають рухомих частин. Принцип роботи може базуватися на індуктивності, магнітному опорі (reluctance), магніторезистивному ефекті або ефекті Холла.