Лекция 15 датчики

15.1. Первичные преобразователи (датчики)

Важнейшими элементами систем управления являются датчики предназначенные для получения количественной информации o подлежащих измерению механических, тепловых, оптиче­ских и других величинах.

Так как системы управления строятся в основном на основе электронных регуляторов, то при измерении любых величин чаще других применяются электрические средства измерений, облада­ющие следующими преимуществами:

простотой изменения чувствительности в широком диапазоне значений измеряемой величины за счет использования усилите­лей электрических сигналов;

малой инерционностью электрической аппаратуры, позволя­ющей использовать одни и те же средства измерений для процес­сов, протекающих во времени в широком диапазоне скоростей;

практически мгновенной (со скоростью света) передачей сигна­ла на значительные расстояния, упрощающей замеры в недоступ­ных местах и позволяющей одновременный замер большого количе­ства величин разной физической природы на больших расстояниях.

Датчики обычно классифицируются и получают названия по измеряемой ими величине и параметру, в который преобразуются сигналы чувствительного элемента, например индуктивный дат­чик перемещения преобразует измеряемое перемещение объекта в изменение индуктивности и реактивного сопротивления дросселя. Измерение есть операция сравнения измеряемой физической ве­личины с другой величиной того же рода, принятой за единицу.

Измерительное преобразование представляет собой преобра­зование значения одной физической величины в значение дру­гой физической величины, функционально с ней связанной. На­пример, в термометре температура преображается в длину стол­бика ртути или спирта, при этом функциональной связью между этими величинами является закон теплового расширения жид­костей.

Многие неэлектрические величины удобно предварительно преобразовать в механическое перемещение, после чего с помощью датчика перемещения получить электрический сигнал. Например, давление газа или жидкости можно определить за­кром перемещения упругой мембраны. Поэтому в автоматике широкое распространение получили датчики перемещения.

Измерительный прибор (рис. 15.1, а), как правило, состоит из первичного преобразователя (датчика Д), указателя или регист­ратора (УК), представляющего измеряемую величину в удобной

Риссунок 15.1 - Структура измерительного прибора

для использования форме, и измерительного устройства (ИУ), осуществляющего преобразование выходного сигнала датчика во входной сиг­нал указателя. Например, при измерении температуры можно в качестве датчика исполь­зовать терморезистор (резис­тор, меняющий свое сопро­тивление при изменении тем­пературы), в качестве указа­теля можно взять амперметр с соответствующей градуи­ровкой; измерительным устройством здесь будет электрическая схема контроля изменения сопротивления терморезис­тора, включающая измерительный мост М и усилитель УС. Та­ким образом, измеряемая величина подвергается в измеритель­ном приборе серии преобразований.

Условия на реальном объекте измерения обычно значительно более жесткие, чем в месте регистрации (повышенная температу­ра, вибрации, влажность, пыль, недостаток места). Поэтому в точке, в которой необходимо провести измерение, размещается минимум преобразователей, достаточный для фиксации значения измеряемой величины и преобразования его в форму, при­годную для передачи из зоны объекта в более благоприятную зону (хотя бы на расстояние нескольких метров), где размещается из­мерительное устройство.

Датчиком измерительного прибора называется совокупность преобразователей, размещаемых непосредственно на объекте из­мерения и удовлетворяющих, как правило, более жестким экс­плуатационным требованиям. Указатель, регистратор, устройство отображения информации должны быть размещены там, где ис­пользуются результаты измерения, например на пульте оператора. При создании указателей основным требованием является удоб­ство использования результатов замеров.

Раздельное конструктивное исполнение датчиков, измеритель­ных устройств и указателей в совокупности со следованием стандартам соответствующих входных и выходных величин этих эле­ментов обеспечивает гибкость в применении, простой ремонт, универсальность и взаимозаменяемость. Обычно датчик состоит из двух преобразователей: предварительного, воспринимающего измеряемую величину (щуп, рычаг) без перевода ее в другую форму, и основного, предназначенного для преобразования измеряе­мой величины в электрический сигнал.