Датчик

Датчик, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.

  В состав Д. входят воспринимающий (чувствительный) орган и один или несколько промежуточных преобразователей (рис.). Часто Д. состоит только из одного воспринимающего органа (например, термопара, термометр сопротивления, тензодатчик и др.). Выходные сигналы различаются по роду энергии — электрические, механические, пневматические (реже гидравлические), и по характеру модуляции потока энергии — амплитудные, время-импульсные, частотные, фазовые, дискретные (кодовые). Наиболее распространены Д., действие которых основано на изменении электрического сопротивления, ёмкости, индуктивности или взаимной индуктивности электрической цепи (реостатный датчик, ёмкостный датчик, индуктивный датчик и др.), а также на возникновении эдс при воздействии контролируемых механических, акустических, тепловых, электрических, магнитных, оптических или радиационных величин (тензодатчик, перемещения датчик, пьезоэлектрический датчик, давления датчик, фотоэлемент). Д. характеризуются: законом изменения выходной величины (у) в зависимости от входного воздействия (входной величины х), пределами изменений входных (x_min - x_max) и выходных величин (y_min - y_max); чувствительностью S= D/Dx , порогом чувствительности (значением минимального воздействия, на которое реагирует Д.) и временными параметрами (постоянными времени). В соответствии с классификацией, принятой в Государственной системе приборов и средств автоматизации (ГСП), Д. относятся к техническим средствам сбора и первичной обработки контрольно-измерительной информации. Д. являются одними из основных элементов в устройствах дистанционных измерений, телеизмерений и телесигнализации, регулирования и управления, а также в различных приборах и устройствах для измерений в физике, биологии и медицине для контроля жизнедеятельности человека, животных или растений (см. Датчики биологические). В связи с автоматизацией производства важнейшее значение приобрели Д. для измерения и регистрации плотности и концентрации растворов, состава и свойств веществ, динамической вязкости и текучести различных сред, влажности, прозрачности, интенсивности окраски, толщины слоя, температуры, упругости, концентрации зарядоносителей и др. параметров, характеризующих технологические процессы. Для этого часто используют Д., основанные на ультразвуковых, радиоволновых, оптических, радиационных и др. методах измерения. Для имитации реальных условий при испытании систем автоматического регулирования и в вычислительной технике для решения задач статистическими методами применяются случайных чисел датчики.

  Специфические требования предъявляются к выходным сигналам и характеристикам Д. при их использовании в системах централизованного контроля (см. Централизованного контроля и управления машина). Поочерёдное подключение множества Д. к одному измерительному устройству требует максимальной унификации выходных параметров Д. В некоторых случаях термином «Д.» пользуются для обозначения всей передающей части телемеханического или автоматического устройства.

  Лит.: Агейкин Д. И., Костина Е. Н., Кузнецова Н. Н., Датчики контроля и регулирования, 2 изд., М., 1965; Туричин А. М., Электрические измерения неэлектрических величин, 4 изд. , М. — Л., 1966: Электрические измерительные преобразователи, под ред. Р. Р. Харченко, М. — Л., 1967: Долгов В. А., Кедин А. В., Электронные датчики для автоматических систем контроля, М., 1968.

  М. М. Гельман.

Рис. Структурные схемы датчиков (слева — блок-схема, справа — примеры выполнения): а — простейший вид датчика (термопара); б — каскадное соединение преобразователей; в — дифференциальный датчик; г — компенсационный датчик; 1 — воспринимающий орган датчика (чувствительный элемент); 1а — термопара; 1б и 1г — мембраны; 1в — соленоидный индуктивный датчик; 2 — выходной орган датчика; 2б — индуктивный датчик; 3 — измеритель рассогласования (вычитающий элемент); 3г — индуктивный датчик; 4 — усилитель; 5 — генератор компенсирующей величины; 5г — магнитоэлектрическая система; 6 — промежуточный орган датчика; R — электрическое сопротивление; L — индуктивность; е — электродвижущая сила; I — электрический ток; p — давление.