Пассивные датчики

Изменение сигнала с пассивного датчика происходит за счет воздействия измеряемой величины либо на геометрию и размеры элементов датчика, либо на электрические и магнитные свойства его материала, либо на то и другое одновременно (в этом случае датчик содержит подвижный или деформирующийся элемент).

Электрические и другие. свойства материала зависят от температуры, давления, влажности, уровня освещения и т.д. Если меняется одна величина, а другие постоянны, то имея градуировочную кривую характеризующую соответствие между свойством материала и измерительной величиной можно определить её значения.

Физические принципы и материалы, используемые в пассивных датчиках

Измеряемая величина	Электрическая характеристика изменений под действием измеряемой величины	Тип материала
температура	R	Pt, Ni, Cu, полупроводники
сверхнизкие температуры	E	стекло, керамика
оптическое излучение	R	полупроводники
деформация	R, магнитная проницаемость	сплавы Ni, легированный Si, ферромагнитные сплавы
перемещение	R	Bi, InSb, магнитно – резистивные материалы.
влажность	R диэлектрическая проницаемость	LiCl, Al2O3, полимеры

Измерение параметров пассивных датчиков возможно лишь включая его в специальную электрическую схему, содержащую источник питания и схему формирования сигнала.

Электронные схемы могут быть следующих видов:

• потенциометрические (параллельно соединен источник и датчик - потенциометр);

• мостовая, разбалансировка которой характеризует изменение параметра датчиков;

• колебательный контур, включающий в себя параметры датчика;

• операционный усилитель (здесь параметры датчика являются элементами, определяющими коэффициент усиления).

Выбор схемы формирования сигнала является очень важным этапом в проведении измерений. От этого зависит чувствительность, линейность, селективность, погрешность измерений.

Комбинированные датчики

Не всегда удается в один этап преобразовать неэлектрические величины в электрические. В этом случае это делается за счет двойного преобразования: неэлектрические величины → промежуточные неэлектрические величины → электрические величины.

Блок-схема комбинированного датчика имеет вид:

Комбинированный датчик

Комбинированный датчик – совокупность 2^х измерительных приборов. Такие датчики удобны для измерения механических величин. Давление, например, можно измерить с помощью мембраны (первичный преобразователь), с которой связан тензодатчик генерирующий электрический сигнал (вторичный преобразователь).

Влияние внешних факторов на показания датчика

На величину выходного электрического сигнала датчика могут оказывать влияние ряд внешних физических факторов, приводя к появлению погрешности измерений:

• температура – изменяет электрические и механические характеристики датчика, а также размеры деталей датчика;

• давление, ускорение, вибрация – вызывают деформации и напряжения элементов датчика, изменяя чувствительность;

• влажность – может изменять определенные электрические характеристики элементов (диэлектрическую проницаемость, проводимость), нарушать электрическую изоляцию;

• магнитное поле – может индуцировать в проводниках э.д.с., которая изменяет электрические характеристики, полезный сигнал;

• напряжение питания – может изменять амплитуду и частоту электрического сигнала.

В общем виде S = f (m, g₁, g₂, …), т.е. сигнал является функцией нескольких влияющих физических величин.

Кроме указанных факторов, влияние могут оказывать пары различных агрессивных летучих веществ, солнечное излучение, пыль, осадки и даже плесень.

Какие же используются путь для снижения влияния посторонних факторов?

• Использование соответствующей защиты (магнитные экраны, антивибрационные основания и т.д.).

• Стабилизация влияющих факторов и градуировка датчика в этих условиях (термостатирование, стабилизация напряжения питания).

• Использование измерительных схем, компенсирующих влияние паразитных величин (мост Уитстона с 2^мя одинаковыми датчиками, один из которых используется для компенсации погрешностей).