Основные определения

Физическая величина (ФВ) - какое либо из свойств материи любого вида и любой степени ее обработки (например: температура, масса, размер,давление (газа или жидкости)). Значение физической величины - количественная мера ФВ в соответствующих единицах (например: 15 град.С, 3.454 м, 45.0 КПа).

Внешние воздействия (измеряемая величина) - количественная характеристика объекта, его свойство или качество, которые необходимо воспринять и преобразовать в электрический сигнал.

Чувствительный элемент (первичный преобразователь) – элемент прямого (физического) преобразования неэлектрической ФВ в электрический сигнал (например: рабочий спай термопары, терморезистор, термистор).

Датчик устройство, воспринимающее сигналы и внешние воздействия и реагирующее на них, т.е. это преобразователь физической величины (часто неэлектрической) в электрический сигнал.

Датчик– измерительное устройство, обеспечивающее преобразование значения ФВ в однозначно соответствующие этому значению характеристики электрического сигнала или информационный сигнал (например: термоэлектронный, давления, расхода).

Общее назначение датчиков - реакция на определенное внешнее физическое воздействие и преобразование его в электрический сигнал,совместимый с измерительными схемами или информационные сигналы.

Любой датчик - преобразователь энергии. Вне зависимости от типа измеряемой величины всегда происходит передача энергии от исследуемого объекта к датчику. Работа датчика - это особый случай передачи информации, а любая передача информации связана с передачей энергии.

Преобразователь – часть датчика, конвертирующая один тип энергии в другой.

Классификация датчиков по группам:

  1. прямого действия - преобразуют внешнее воздействие непосредственно в электрический сигнал, используя соответствующее физическое явление
  2. составные - включают несколько преобразователей энергии.

Естественный сигнал - сигнал активного первичного преобразователя или изменение характеристик измеряемого сигнала в цепи первичного пассивного преобразователя.

Унифицированный сигналпропорциональное значению ФВ значение определенного вида (ток, напряжение)выходного сигнала преобразователя, в определенным диапазоне его возможных изменений(например: ток в диапазоне 4-20мА, напряжение в диапазоне ±5В или 0-10В).

Формат выходного сигнала – набор его характеристик:

  1. напряжение, ток или заряд,
  2. значение, амплитуда, частота, фаза или цифровой код.

Каждый датчик характеризуется наборами:

  1. входных параметров (любой физической природы),
  2. выходных электрических параметров.

Чувствительный элемент (для датчика прямого действия) – первичный преобразователь обеспечивающий преобразование внешнего воздействия в электрический сигнал.В качестве чувствительного элемента выбирается элемент или устройство, обладающее следующими свойствами:

  1. высокая линейность преобразования измеряемой ФВ в максимально широком диапазоне ее изменения,
  2. воспроизводимость результата в одинаковых условиях измерения,
  3. высокая стабильность преобразования:
  4. минимальная зависимость преобразования от значений ФВ и окружающей среды,
  5. незначительная скорость деградации физических свойств элемента,
  6. простота конструктивной и технологической защиты элемента от неблагоприятных воздействий измеряемой ФВ и окружающей среды,
  7. высокая технологичность (дешевизна)изготовления.

В состав датчика входит один или несколько преобразователей. Например,в состав химического датчика могут входить два преобразователя, один из которых конвертирует энергию химических реакций в тепло, а другой, термоэлемент, преобразовывает полученное тепло в электрический сигнал.


e1, е2,...- различные виды энергии.

Составной датчик -датчик содержащий несколько преобразователей.

Датчик прямого действия - построен на физическом явлении,позволяющем проводить непосредственное преобразование энергии внешнего воздействия в электрические сигналы. Например фотоэффект и эффект Зеебека.

Как правило датчики входят в состав измерительных систем, часто довольно больших и объединяющих много разных детекторов, преобразователей сигналов, сигнальных процессоров, запоминающих устройств и приводов.

Рис.Автоматизированный измерительный комплекс, показывающий роль датчиков в системе сбора данных

1 – бесконтактный,
2 и 3 - пассивные,
4 - активный,
5 - внутренний элемент системы сбора данных.

Датчик 5 служит для контроля за условиями внутри самой системы сбора данных. Датчики 1 и 3 из-за несоответствия форматов выходных сигналов подключаются через специальные интерфейсные устройства - преобразователи сигналов. Датчики 1, 2, 3 и 5 являются пассивными: для формирования выходных сигналов им не требуется дополнительная электрическая энергия. Датчик 4 – активный: для его работы необходим вспомогательный сигнал, получаемый от схемы возбуждения (датчик модулирует этот сигнал в соответствии с изменением измеряемого параметра, например, температурно-чувствительный резистор – термистор). Измерительный комплекс может включать в себя либо один датчик(домашний термостат), либо несколько тысяч (космический корабль).

Электрические сигналы с выходов датчиков поступают на мультиплексор - переключатель. Аналоговые выходные сигналы датчиков поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровые - непосредственно на компьютер, который синхронизирует работу мультиплексора и АЦП, а также посылает управляющие сигналы на привод, воздействующий непосредственно на объект.

В качестве приводов могут использоваться электрические моторы, соленоиды, реле и пневматические клапаны. В состав измерительной системы также входят периферийные устройства (накопители данных, дисплеи, сигнализаторы и т.д.) и другие компоненты (фильтры, схемы выборки и хранения, усилители и прочие преобразователи).

Привод - устройство, противоположное датчику, преобразующее электрическую энергию, как правило, в неэлектрическую энергию. Например, электрический двигатель, преобразующий электрическую энергию в механическую.

Tags: датчик преобразователь классификация сигнал

Social

  • Twitter
  • Facebook