Первичные преобразователи (датчики)

Важнейшими элементами систем управления являются датчи­ки, предназначенные для получения количественной информа­ции о 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 индуктивностей и реактивного сопротивления дросселя. Измерение есть операция сравнения измеряемой физической ве­личины с другой величиной того же рода, принятой за единицу.

Структура измерительного прибора

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 за­мером перемещения упругой мембраны. Поэтому в автоматике широкое распространение получили датчики перемещения.

Измерительный прибор, как правило, состоит из первичного преобразователя (датчика Д), указателя или регист­pатopa (УК), представляющего измеряемую величину в удобной для использования форме, измерительного устройств (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.