Завдання 7

1. Проблема датчика в системах автоматичного контролю та керування.

Хоча згаданий термінологічний ДСТУ 2681-94 подає лише термін «первинний вимірювальний перетворювач», однак у практиці вимірювань продовжують широко застосовувати й більш давній термін «датчик» («давач»). Це пояснюється тим, що поняття «датчик» має більш широке значення (а сам термін «датчик» значно коротший, тому зручніший для використання), ніж поняття «первинний вимірювальний перетворювач», оскільки датчик включає загалом не тільки один первинний - чутливий перетворювальний елемент, а й інші елементи, що забезпечують йому більшу конструктивну та функціональну закінченість: вихідний сигнал датчика має бути уніфікованим (стандартним) за величиною та формою. Для цього метрологічні характеристики датчика нормують і визначають для певної сукупності засобів вимірювання. Так, термоелектричний перетворювач (ТП), побудований на основі відповідної термопари, безперечно, є первинним вимірювальним перетворювачем (а сильфон, посутньо, не ПВП, а лише його ЧЕ) у вимірювальному каналі системи автоматичного контролю чи регулювання температури, проте він не є датчиком температури, позаяк його вихідний сигнал не уніфікований - значення вихідної термо - ЕРС цього ТП буде визначатися номінальною статичною характеристикою, властивою термопарам відповідного градуювання.

Тому, якщо кілька ТП різних типів, робочі спаї яких розміщені у середовищі з однаковою температурою, підключити до мілівольтметрів з однаковим градуюванням, то всі вони, крім одного, градуювання якого відповідатиме номінальній статичній характеристиці саме підключеного до його входу ТП, покажуть різну температуру. А для того щоб отримати інформацію про вимірювану температуру у вигляді уніфікованого сигналу (наприклад, щоб подати її на вхід регулятора, мікроконтролера чи ЕОМ), тобто, щоб отримати повноцінний датчик температури, такий ТП слід додатково укомплектувати ще й відповідним нормувальним перетворювачем - у позначення типу ТП з уніфікованим вихідним сигналом заводи-виробники додають літеру «У» (ТХАУ, ТХКУ, ТППУ тощо).

Хоча, на думку фахівців, термін «датчик» коректний, звичний і зручний для застосування, надалі, щоб уникнути неоднозначності тлумачень, використовуватимемо рекомендований ДСТУ 2681-94 термін «первинний вимірювальний перетворювач» й у значенні «датчик» (принагідно варто наголосити, що проблеми створення необхідного ПВП зазвичай неспівмірно більші, ніж подальше «підтягання» його до рівня повноцінного датчика). В останні роки поряд із терміном «датчик» дедалі ширше використовують також термін «сенсор», який ДСТУ 2681-94 подає як синонім саме ПВП.

Головні властивості ПВП як перетворювача такі:

• безпосередня взаємодія (передусім інформаційна) з об'єктом вимірювання;

• наявність входу та виходу;

• однонаправленість дії;

• наявність одного або кількох перетворювальних елементів, перший з яких - чутливий перетворювальний елемент;

- однозначний функціональний і не обов'язково лінійний (хоча лінійний завжди кращий, оскільки при цьому спрощується як сам ПВП, так і алгоритм оброблення інформації про вимірювану фізичну величину) зв'язок між вхідною перетворюваною фізичною величиною і вихідною фізичною величиною, яку часто називають також вихідним сигналом;

• наявність на вході інформативної фізичної величини (або кількох інформативних фізичних величин у багатофункціональному ПВП) і неінформативних фізичних величин;

• наявність нормованих метрологічних характеристик;

• конструктивна, схемотехнічна та функціональна закінченість;

• конструктивний, електричний та інформаційний зв'язки ПВП з іншими технічними засобами автоматичної системи завдяки забезпеченню відповідної сумісності ПВП з нею.

Значущість ПВП у системах автоматичного контролю та керування важко переоцінити - недарма серед фахівців з автоматизації віддавна укріпилась переконаність у тому, що проблеми автоматизації - це, власне, проблеми створення необхідних ПВП. Саме невирішеність цієї проблеми завадила завершити у повному обсязі зведення у 1970-1980 рр. грандіозної споруди автоматизованої системи керування (АСК) народногосподарським комплексом СРСР. Постали й запрацювали верхні поверхи споруди (АСК підприємств, галузей), тобто ті, на яких потрібну інформацію у величезні ЕОМ можна було вводити вручну, а от поставити АСК верхніх рівнів на надійний фундамент численних АСК технологічними процесами, які мали б опиратися на оперативну та достовірну інформацію про стан тисяч і тисяч технологічних об'єктів керування, що стала б надходити до керувальних ЕОМ від мільйонів різноманітних ЛВП, так і не вдалося - саме через брак останніх.

Загальна класифікація первинних вимірювальних перетворювачів автоматичних систем.

Різноманітність різних за фізичною природою об'єктів, на яких застосовують автоматичні системи, значна кількість та Різномасштабність полів фізичних величин, які треба перетворювати за різних умов і на різних об'єктах, зумовили створення та використання різноманітних ПВП.

Класифікувати ПВП фізичних величин, як і засоби вимірювань у цілому дуже важко, а то й неможливо через інтенсивний розвиток ПВП, як і засобів вимірювань взагалі. Класифікаційних ознак ПВП автоматичних систем може бути дуже багато. Нижче подано одну з можливих узагальнених класифікаційних схем ПВП, яка призначена для загального ознайомлення з ПВП, дає уявлення про їх різноманітність.