Датчики дискретных параметров реферат

Обновлено: 07.07.2024

Возможно плавное и дискретное изменение геометрии вставки блока. Для плавного изменения достаточно создать размерные параметры и, в отсутствие таблицы свойств, перемещать их ручки при вставке блока. Происходит плавное изменение размера элемента, которому принадлежит перемещаемая ручка. Однако преимущественным вариантом управления вставкой динамического блока является дискретное изменение… Читать ещё >

Дискретные параметры и засечки ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Однако преимущественным вариантом управления вставкой динамического блока является дискретное изменение параметров. Дискретные значения задают согласно рекомендациям: стандартные значения, экстремальные значения, значения с заданным шагом и т. д.

Дискретные параметры могут быть двух типов: табличные и автономные. Табличные параметры образуются при наличии таблицы свойств блока. Значения по строкам таблицы автоматически объединяются в наборы параметров. Выбор в таблице свойств какого-либо параметра приводит к изменению геометрии вставки согласно значениям всех параметров строки-набора.

Рис. 27.8. Засечки

Для дискретных независимых параметров автоматически формируются засечки (рис. 27.8).

Они представляют собой короткие штрихи, возникающие при указании ручки размерного параметра на вставке блока или в редакторе. Засечки размещаются рядом с указанной ручкой в направлении ее действия. Каждая засечка отображает одно из дискретных значений. При указании засечки или точки вблизи нее значение параметра становится равным значению засечки [12, "https://referat.bookap.info"].

В нашем примере размерные параметры являются табличными. У каждого из них, в частности у параметров d1 и d2 (см. рис. 27.8), рядом с его ручкой возникают по четыре засечки в соответствии с количеством строк таблицы свойств (см. рис. 27.5, а). Перемещение ручек происходит по этим засечкам. При активном флажке в таблице свойств перемещение ручек параметров d1 и d2 приводит к перестроению всей геометрии контура согласно значениям наборов в таблице. Например, при указании для параметра d2 засечки, ближней к центру его окружности, весь контур перестраивается согласно нижней строке таблице свойств, для которой d2 = 3 (см. рис. 27.5, а), и приобретает вид (см. рис. 26.11, в). При погашенном флажке таблицы перемещение по засечкам того же параметра d2 приводит только к перестроению окружности d2 и связанной с ней окружности dj, поскольку d’J является зависимым параметром от d2. Нижняя часть контура, его сектор, при этом не изменяется.

Тестируйте свой блок:

? укажите вставку блока — возникли ручки размерных параметров;
? укажите ручку одного из параметров и найдите возникшие засечки;
? перемещая курсор по засечкам, контролируйте изменение геометрии вставки блока;
? укажите одну из засечек — произошло соответствующее указанной засечке и положению флажка в таблице свойств изменение геометрии вставки.

Если засечки не отображаются, то проверьте значение системной переменной btmarkdisplay, которое должно быть равно 1.

Разница между датчиками состояния и количества заключается в следующем. Датчик состояния формирует электрический сигнал, однозначно соответствующий одному из двух или нескольких признаков состояния объекта. Например, двигатель включен — на выходе датчика есть сигнал; двигатель выключен — на выходе датчика сигнала нет. И наличие, и отсутствие сигнала содержат информацию о состоянии объекта.

Датчик количества формирует сигнал при наличии единственного признака (например, при наличии изделия на конвейере), после чего он возвращается в исходное состояние. При каждом очередном появлении этого признака формируется новый сигнал, т.е. именно в наличии этого сигнала заключается полезная информация.

Сигналы с датчика количества поступают на устройство обработки дискретных сигналов — счетчик, который подсчитывает количество поступивших сигналов, а значит, количество объектов, с которыми связан датчик. Сигналы с датчика состояния поступают на другое устройство — регистр, по которому оператор или управляющее устройство судят о состоянии объекта, с которым связан датчик.

Простейший датчик дискретных параметров — контактный (рис. 4.26). Его дискретный входной параметр — перемещение; дискретная выходная величина — сопротивление электрической цепи, которое может быть или равным нулю (контакты замкнуты), или бесконечно большим (контакты разомкнуты). Дискретность входного параметра означает, что датчик воспринимает только два значения перемещения движущегося штока относительно его начального положения: либо перемещение меньше определенного значения и контакт разомкнут, либо больше и контакт замкнут. Такой датчик может использоваться, например, как концевой выключатель цепи управления движущимся элементом, достигшим крайнего положения, или для контроля предельно допустимого размера деталей на конвейере. Погрешность его может быть очень маленькой — около 1 мкм.

Широко используются для преобразования дискретных сигналов оптические датчики. В подразд. 4.2.3 была рассмотрена работа оптического датчика как преобразователя аналоговой величины (углового перемещения), работающего в дискретном режиме. Но он может использоваться также и как датчик состояния, и как датчик количества.

В режиме датчика количества источник и приемник излучения располагаются так, что каждый очередной объект, подлежащий счету, перекрывает оптический канал и очередной сигнал с приемника излучения передается на счетчик.

Оптические датчики удобны тем, что в них отсутствует механический контакт с контролируемым объектом. Они широко используются не только для измерения и контроля технологических параметров, но и для защиты обслуживающего персонала от попадания в опасную зону. В такой ситуации сигнал с датчика может не только предупредить персонал об опасности, но при необходимости автоматически отключить оборудование во избежание травмирования людей.

Комбинация дискретного контактного датчика с первичными механическими преобразователями позволяет создавать дискретные датчики аналоговых параметров, называемые релейными. Контактный датчик размещается рядом с механическим преобразователем, выходной величиной которого является перемещение (например, пружинным преобразователем силы, сильфонным преобразователем давления или биметаллическим — температуры). По достижении заданного значения параметра перемещающийся элемент замыкает контакты датчика, формируя выходной сигнал. При изменении параметра в обратном направлении контакты снова размыкаются, причем обычно имеется небольшая разница в значениях параметров, соответствующих замыканию и размыканию контактов (гистерезис).

Контрольные вопросы

1. Дайте определение датчика.

2. Почему именно в электрический сигнал датчик преобразует технологический параметр?

3. Какие датчики называются активными? Назовите их.

4. Назовите основные выходные параметры пассивного датчика.

5. Перечислите основные характеристики датчиков.

6. Перечислите виды датчиков перемещения. Что является их входной и выходной величиной?

7. Назовите основные датчики деформации, силы. Что является их входной и выходной величиной?

8. Назовите основные датчики температуры. Что является их входной и выходной величиной?

9. Назовите основные датчики дискретных параметров. Какие принципы положены в основу их работы?

ГЛАВА 5 УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ

Если человек сильно утомлен, то может не заметить, например, идущего ему навстречу приятеля или не услышать с первого раза звонок в дверь. Но ведь его датчики — глаза и уши — получили информацию и преобразовали ее в сигналы, поступившие в нервную систему. Почему же мозг не отреагировал на эти сигналы? Возможно, потому, что они оказались слишком слабыми — из-за переутомления ваша нервная система не обеспечила необходимое усиление этих сигналов или не смогла выделить их на фоне других поступивших сигналов (помех).

В технических системах тоже возможны ситуации, когда сигналы датчиков слишком слабые, сопровождаются помехами, поэтому в них большое внимание уделяют устройствам преобразования сигналов. Эти устройства обеспечивают:

• передачу информационных сигналов от датчиков к аппаратуре обработки сигналов и управляющих сигналов к исполнительным механизмам;

• предварительную обработку (нормализацию) сигналов датчиков;

• преобразование аналоговой величины в дискретную, и наоборот;

• формирование управляющих сигналов для исполнительных механизмов.

Переходные устройства

Современные системы управления технологическими процессами включают в себя сотни датчиков и исполнительных механизмов. Каждый из них надо подключить к аппаратуре управления, расположенной во многих случаях на большом удалении от технологического оборудования. Прокладывать от каждого датчика отдельный кабель на такое расстояние дорого и громоздко, гораздо дешевле и компактнее использовать многожильные кабели. Но ведь для подключения одного датчика достаточно всего 2. 4 провода. Компромиссом в этой ситуации является разделение соединительных линий на участки, на каждом из которых используется оптимальный вид кабеля, а стыковка участков обеспечивается соответствующими соединительными устройствами — разъемами и клеммными колодками.

Датчики, расположенные на оборудовании близко друг от друга, объединяются в группы, и хотя от каждого датчика идет 2-или 4-жильный кабель, от всей группы сигналы передаются уже по многожильным (до нескольких десятков жил) кабелям. Стыковка кабелей производится с помощью клеммных колодок (рис. 5.1). Аналогично подключаются и исполнительные механизмы.

Кабели, провода, разъемы и клеммные колодки составляют группу переходных устройств.

Выходная цепь датчика заканчивается обычно 2- или 4-контактным разъемом. Ответная часть разъема соединяется с клемм-ной колодкой, располагаемой непосредственно на технологическом оборудовании или вблизи него. Клеммные колодки, содержащие набор клемм, позволяют подключать соединительные провода, как правило, под винт. Концы проводов должны быть облу-жены. В качестве соединительных проводов для датчиков используются 2- или 4-жильные кабели управления соответствующего сечения (обычно 0,35 или 0,50 мм 2 ). Для подключения исполнительных механизмов используют кабели, имеющие от 4 до 10 жил, поскольку по ним не только передаются сигналы управления, но и принимаются сигналы с датчиков состояния ИМ.

Ко второй стороне клеммных колодок подключаются информационные (передающие сигналы от датчиков) и управляющие

Рис 5.1 клеммная колодка.

Рис. 5.2. Бронированный (а) и экранированный (б) кабели

(передающие управляющие сигналы к ИМ) кабели. Это многожильные кабели, соединяющие технологическое оборудование с аппаратурой управления, которая обычно размещается в непосредственной близости от ЭВМ и на значительном расстоянии от технологического оборудования (до нескольких километров).

На пути от технологического оборудования до аппаратуры управления сигналы претерпевают различные изменения, вызываемые воздействием внешних электрических и магнитных полей. Если эти воздействия сильны, то полезная информация искажается и приходит к аппаратуре управления с ошибками. Для устранения или уменьшения ошибок принимают определенные меры. Это, в первую очередь, правильный выбор типа кабелей и выбор способа их прокладки.

В качестве информационных и управляющих кабелей основное применение нашли кабели марки КУПВ и КУПР — кабели управления в поливинилхлоридной и резиновой изоляции. Сечение жил кабелей 0,35, 0,50, 0,75 и 1,00 мм 2 ; количество изолированных многопроволочных медных жил — от 4 до 37. Промышленностью выпускаются кабели с общим экраном из переплетенных медных проводов или алюминиевой фольги, с отдельными экранированными жилами и витыми парами жил. Для защиты от механических повреждений кабели могут покрываться сверху броней из стальной проволоки — бронированные кабели (рис. 5.2, а).

Общий медный экран (рис. 5.2, б) защищает передаваемые по жилам сигналы от внешних переменных электрических полей. Кабели с отдельными экранированными жилами (рис. 5.3, а) используют для исключения взаимного влияния сигналов, передаваемых в одном кабеле. Это особенно касается маломощных сигналов, например сигналов от датчиков температуры.

Витая пара жил (рис. 5.3, 6) защищает передаваемый сигнал от внешних магнитных полей, создаваемых работающими вблизи

Рис. 5.3. Кабели с экранированными жилами (а) и витыми парами (б)

кабельных трасс трансформаторами, сварочными аппаратами, электродвигателями и т.д. Пересекая жилы витой пары, переменное магнитное поле в соответствии с законом электромагнитной индукции наводит в них ЭДС определенного знака. На длине, равной периоду скрутки, знаки ЭДС противоположны и суммарная ЭДС равна нулю. Чем меньше период скрутки, тем меньшее влияние магнитные поля оказывают на передаваемый сигнал.

Большую роль в передаче сигналов играет способ прокладки информационных и управляющих кабелей. Наиболее применимые способы прокладки — на лотках и в коробах. В обоих случаях рекомендуется во избежание влияния мощных управляющих сигналов на слабые сигналы от датчиков информационные кабели прокладывать отдельно от управляющих на своих лотках (рис. 5.4, а) или в своих коробах (рис. 5.4, б). При этом расстояние между лотками (коробами) должно быть не менее 300 мм.

На стороне аппаратуры управления концы информационных и управляющих кабелей подводятся и подключаются к клеммным стойкам, которые представляют собой набор клеммных колодок, располагаемых на специальных рельсах. К одной стороне этих колодок и подключаются кабели. Ко второй стороне подключаются кабели, заканчивающиеся разъемами, которые подсоединяются к блокам системы управления (устройствам нормализации сигналов, запоминающим устройствам, выходным регистрам и т.д.).

Весь комплекс переходных устройств показан на рис. 5.5.

Таким образом, переходные устройства в процессе передачи сигнала играют такую же важную роль, как и остальные технические средства АСУ ТП.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Человек глазами воспринимает форму, размеры и цвет окружающих предметов, ушами слышит звуки, носом чувствует запахи. Обычно говорят о пяти видах ощущений, связанных со зрением, слухом, обонянием, вкусом и осязанием. Для формирования ощущений человеку необходимо внешнее раздражение определенных органов - "датчиков чувств". Для различных видов ощущений роль датчиков играют определенные органы чувств:

Однако для получения ощущения одних только органов чувств недостаточно. Например, при зрительном ощущении совсем не значит, что человек видит только благодаря глазам. Общеизвестно, что через глаза раздражения от внешней среды в виде сигналов по нервным волокнам передаются в головной мозг и уже в нем формируется ощущение большого и малого, черного и белого и т.д. Эта общая схема возникновения ощущения относится также к слуху, обонянию и другим видам ощущения, т.е. фактически внешние раздражения как нечто сладкое или горькое, тихое или громкое оцениваются головным мозгом, которому необходимы датчики, реагирующие на эти раздражения.

Аналогичная система формируется и в автоматике. Процесс управления заключается в приеме информации о состоянии объекта управления, ее контроле и обработке центральным устройством и выдачи им управляющих сигналов на исполнительные устройства. Для приема информации служат датчики неэлектрических величин. Таким образом, контролируется температура, механические перемещения, наличие или отсутствие предметов, давление, расходы жидкостей и газов, скорость вращения и т.п..

Датчики информируют о состоянии внешней среды путем взаимодействия с ней и преобразования реакции на это взаимодействие в электрические сигналы. Существует множество явлений и эффектов, видов преобразования свойств и энергии, которые можно использовать для создания датчиков. При классификации датчиков в качестве основы часто используется принцип их действия, который, в свою очередь, может базироваться на физических или химических явлениях и свойствах.

С температурой мы сталкиваемся ежедневно, и это наиболее знакомая нам физическая величина. Среди прочих датчиков температурные отличаются особенно большим разнообразием типов и являются одним из самых распространенных.

Стеклянный термометр со столбиком ртути известен с давних времен и широко используется в наши дни. Терморезисторы сопротивления, которых изменяется под влиянием температуры, используются довольно часто в разнообразных устройствах благодаря сравнительно малой стоимости датчиков данного типа. Существует три вида терморезисторов: с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с повышением температуры), С положительной характеристикой (с повышением температуры сопротивление увеличивается) и с критичной характеристикой (сопротивление увеличивается при пороговом значении температуры). Обычно сопротивление под влиянием температуры изменяется довольно резко. Для расширения линейного участка этого изменения параллельно и последовательно терморезистору присоединяются резисторы.

Термопары особенно широко применяются в области измерений. В них используется эффект Зеебека: в спае из разнородных металлов возникает ЭДС, приблизительно пропорциональная разности температур между самим спаем и его выводами. Диапазон измеряемых термопарой температур зависит от применяемых металлов. В термочувствительных ферритах и конденсаторах используется влияние температуры соответственно на магнитную и диэлектрическую проницаемость, начиная с некоторого значения, которое называется температурой Кюри и для конкретного датчика зависит от применяемых в нем материалов. Термочувствительные диоды и тиристоры относятся к полупроводниковым датчикам, в которых используется температурная зависимость проводимости p-n-перехода (обычно на кристалле кремния). В последнее время практическое применение нашли так называемые интегральные температурные датчики, представляющие собой термочувствительный диод на одном кристалле с периферийными схемами, например усилителем и др.

Подобно температурным оптические датчики отличаются большим разнообразием и массовостью применения по принципу оптико-электрического преобразования эти датчики можно разделить на четыре типа: на основе эффектов фотоэлектронной эмиссии, фотопроводимости, фотогальванического и пироэлектрических. Фотогальваническая эмиссия, или внешний фотоэффект,0 - это испускание электронов при падении света физическое тело. Для вылета электронов из физического тела им необходимо преодолеть энергетический барьер. Поскольку энергия фотоэлектронов пропорциональна1hc/л0 (где1h0 - постоянная Планка,1с0 - скорость света,1л0 - длина волны света), то, чем короче длина волны облучающего света, тем больше энергия электронов и легче преодоление ими указанного барьера.

Эффект фотопроводимости, или внутренний фотоэффект,0 - это изменение электрического сопротивления физического тела при облучении его светом. Среди материалов, обладающих эффектом фотопроводимости,- ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS и др. Максимум спектральной чувствительности CdS приходится приблизительно на свет с длиной волны 500-550 нм, что соответствует приблизительно середине зоны чувствительности человеческого зрения. Оптические датчики, работающие на эффекте фотопроводимости, рекомендуется использовать в экспонометрах фото и кинокамер, в автоматических выключателях и регуляторах света, обнаружителях пламени и др. Недостаток этих датчиков - замедленная реакция (50 мс и более).

Фотогальванический эффект 0 заключается в возникновении ЭДС на выводах p-n-перехода в облучаемом светом полупроводнике. Под воздействием света внутри p-n-перехода появляются свободные электроны и дырки и генерируется ЭДС. Типичные датчики, работающие по этому принципу, - фотодиоды, фототранзисторы. Такой же принцип действия имеет оптико-электрическая часть двухмерных твердотельных датчиков изображения, например датчиков на приборах с зарядовой связью (ПЗС-датчиков). В качестве материала подложки для фотогальванических датчиков чаще всего используется кремний. Сравнительно высокая скорость отклика и большая чувствительность в диапазоне от ближней инфракрасной (ИК) зоны до видимого света обеспечивает этим датчикам широкую сферу применения. Пироэлектрические эффекты 0 - это явления, при которых на поверхности физического тела вследствие изменений поверхностного температурного "рельефа" возникают электрические заряды, соответствующие этим изменениям. Среди материалов, обладающих подобными свойствами и множество других так называемых пироэлектрических материалов. В корпус датчика встроен полевой транзистор, позволяющий преобразовывать высокое полное сопротивление пиротехнического элемента с его оптимальными электрическими зарядами в более низкое и оптимальное выходное сопротивление датчика. Из датчиков этого типа наиболее часто используются ИК-датчики. Среди оптических датчиков мало найдется таких, которые обладали бы достаточной чувствительностью во всем световом диапазоне.

Большинство датчиков имеет оптимальную чувствительность в довольно узкой зоне ультрафиолетовой, или видимой, или инфракрасной части спектра. Основные преимущества перед датчиками других типов:

2. Возможность (при соответствующей оптике) измерения объектов как с чрезвычайно большими, так и с необычайно малыми размерами.

4. Удобство применения интегральной технологии (оптические датчики, как правило, твердотельные и полупроводниковые), обеспечивающей малые размеры и большой срок службы.

5. Обширная сфера использования: измерение различных физических величин, определение формы, распознавания объектов и т.д. Наряду с преимуществами оптические датчики обладают и некоторыми недостатками, а именно чувствительны к загрязнению, подвержены влиянию постороннего света, светового фона, а также температуры(при полупроводниковой основе).

В датчиках давления всегда испытывается большая потребность, и они находят весьма широкое применение.

Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов датчиков, например датчиков массы, положения, уровня и расхода жидкости и др. В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел, например диафрагмы, трубки Прудона, гофрированной мембраны. Такие датчики имеют достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получение электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), емкостные, индукционные, магнитнострикционные, ультразвуковые датчики давления имеют на выходе электрический сигнал, но сравнительно сложны в изготовлении.

В настоящее время в качестве датчиков давления все шире используются тензометры. Особенно перспективными представляются полкпроводниковые тензометры диффузионного типа. Диффузионные тензометры на кремниевой подложке обладают высокой чувствительностью, малыми размерами и легко интегрируются с периферийными схемами. Путем травления по тонкопленочной технологии на поверхности кристалла кремния с 1 n 0-продимостью формируется круглая диафрагма. На краях диафрагмы методом диффузии наносятся пленочные резисторы, имеющие 1p 0-проводимость. Если к диафрагме прикладывается давление, то сопротивление одних резисторов увеличивается, а других - уменьшается.

Выходной сигнал датчика формируется с помощью мостовой схемы, в которою входят эти резисторы. Полупроводниковые датчики давления диффузионного типа, подобные вышеописанному, широко используются в автомобильной электронике, во всевозможных компрессорах. Основные проблемы - это температурная зависимость, неустойчивость к внешней среде и срок службы.

Влажность - физический параметр, с которым, как и с температурой, человек сталкивается с самых древних времен; однако надежных датчиков не было в течение длительного периода. Чаще всего для подобных датчиков использовались человеческий или конский волос, удлиняющиеся или укорачивающиеся при изменении влажности. В настоящее время для определения влажности используется полимерная пленка, покрытая хлористым литием, набухающим от влаги. Однако датчики на этой основе обладают гистерезисом, нестабильностью характеристик во времени и узким диапазоном измерения. Более современными являются датчики, в которых используются керамика и твердые электролиты. В них устранены вышеперечисленные недостатки. Одна из сфер применения датчиков влажности - разнообразные регуляторы атмосферы. Газовые датчики широко используются на производственных предприятиях для обнаружения разного рода вредных газов, а в домашних помещениях - для обнаружения утечки горючего газа. Во многих случаях требуется обнаруживать определенные виды газа и желательно иметь газовые датчики, обладающие избирательной характеристикой относительно газовой среды. Однако реакция на другие газовые компоненты затрудняет создание избирательных газовых датчиков, обладающих высокой чувствительностью и надежностью. Газовые датчики могут быть выполнены на основе МОП-транзисторов, гальванических элементов, твердых электролитов с использованием явлений катализа, интерференции, поглощения инфракрасных лучей и т.д. Для регистрации утечки бытового газа, например сжиженного природного или горючего газа типа пропан, используется главным образом полупроводниковая керамика, в частности , или устройства, работающие по принципу каталитического горения. При использовании датчиков газа и влажности для регистрации состояния различных сред, в том числе и агрессивных, часто возникает проблема долговечности.

Главной особенностью магнитных датчиков, как и оптических, является быстродействие и возможность обнаружения и измерения бесконтактным способом, но в отличие от оптических этот вид датчиков не чувствителен к загрязнению. Однако в силу характера магнитных явлений эффективная работа этих датчиков в значительной мере зависит от такого параметра, как расстояние, и обычно для магнитных датчиков необходима достаточная близость к воздействующему магнитному полю.

Среди магнитных датчиков хорошо известны датчики Холла. В настоящее время они применяются в качестве дискретных элементов, но быстро расширяется применение элементов Холла в виде ИС, выполненных на кремниевой подложке. Подобные ИС наилучшим образом отвечают современным требованиям к датчикам. Магниторезистивные полупроводниковые элементы имеют давнюю историю развития. Сейчас снова оживились исследования и разработки магниторезистивных датчиков, в которых используется ферромагнетики. Недостатком этих датчиков является узкий динамический диапазон обнаруживаемых изменений магнитного поля. Однако высокая чувствительность, а также возможность создания многоэлементных датчиков в виде ИС путем напыления, т. е. технологичность их производства, составляют несомненные преимущества.

Что такое датчик, аналоговые, дискретные и цифровые датчики

Датчик — это, как правило, источник информации для системы управления, измеряющий определенную физическую величину и преобразующий ее в сигнал, который можно передавать дистанционно и в дальнейшем обрабатывать в измерительных и управляющих системах. Чаще всего это электрический сигнал (изменение напряжения или тока во времени).

Более в глобальном смысле, датчик — это физический или биологический инструмент, чаще всего являющийся составной частью более крупной системы, задачей которой является улавливание сигналов из окружающей среды и их распознавание.

Датчик на современном автоматизированном промышленном предприятии

В автоматических системах каждый регулятор имеет измерительное устройство, контролирующее величину параметра.

Любое измерение осуществляется чувствительными органами, реагирующими на изменение измеряемой величины.

Например, измерение температуры может быть произведено термометром сопротивления, состоящим из металлической проволоки. Сопротивление этой проволоки зависит от температуры. Каждой температуре соответствует определенное сопротивление. Поэтому, измеряя сопротивление, можно определить температуру.

Измерение давления можно производить манометрической пружиной. Каждому давлению внутри пружины соответствует определенная ее деформация. Измеряя деформацию пружины, можно судить о давлении.

Проволока термометра сопротивления и пружина манометра являются чувствительными органами. Чувствительный орган воспринимает изменение контролируемой величины и преобразует это изменение в изменение другой величины. Поэтому чувствительный орган называют также преобразователем или воспринимающим органом.

В автоматических системах к измерителю предъявляются специфические требования. В этом случае недостаточно, чтобы значение измеренного параметра было указано стрелкой или цифрой, а нужно, чтобы это значение было передано на следующий за измерителем узел системы. Поэтому все измерения в автоматических системах производятся датчиками.

Датчиком называется преобразователь контролируемой или регулируемой величины в выходной сигнал, удобный для дистанционной передачи и дальнейшего использования.

По структуре датчики состоят из одного или нескольких элементарных преобразователей, соединенных в единую систему. Важнейшим из них является первый преобразователь, воспринимающий контролируемую величину.

В датчиках различают входную величину, действующую на датчик, и выходную величину, которая является информацией для всех следующих за датчиком элементов системы.

Для термометра сопротивления входной величиной будет температура, а выходной — сопротивление. Для манометрической пружины входной величиной будет давление, а выходной — деформация.

Все датчики делятся на аналоговые, дискретные и цифровые. Это зависит от типа выходной величины (выходного сигнала) датчика.

Дискретные датчики выдают дискретный (прерывистый) выходной сигал, а аналоговые - непрерывный сигнал. Выходные сигналы обоих типов датчиков должны быть преобразованы в цифровой формат (так как компьютерная техника обрабатывает только цифровые данные).

Подробно о различных видах сигналов смотрите здесь: Аналоговые, дискретные и цифровые сигналы

Аналоговые датчики генерируют выходной сигнал в виде непрерывно изменяющегося напряжения или тока.

Например, аналоговый звуковой датчик может иметь выходной аналоговый сигнал в виде изменяющегося напряжения в диапазоне от 0 до 5 вольт (вольт).

Когда датчик не обнаруживает звука, его выходной сигнал равен 0 В, а когда он обнаруживает самый громкий звук, выходное напряжение составляет 5 В. Такой звуковой датчик может обнаруживать звуковые волны любой интенсивности в пределах своего рабочего диапазона.

Аналоговые датчики более точны, поскольку непреобразованный сигнал имеет более высокое разрешение. К сожалению, аналоговый сигнал более подвержен помехам. Преобразование аналогового сигнала в цифровой влечет за собой потерю данных.

Наиболее простые - дискретные датчики. Они использовались с момента изобретения автоматических систем релейной логики, задолго до распространения программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Каждый дискретный датчик передает сигнал ноль-единица (отключено - включено), что позволяет блоку ПЛК игнорировать уровни аналогового срабатывания, мертвые зоны сигнала, время обнаружения и другие параметры, препятствующие измерению.

Цифровые датчики генерируют сигналы, состоящие из отдельных битов. Биты могут быть объединены в строки для формирования байтов, состоящих из n битов, передаваемых параллельно.

Примером цифрового датчика является оптический инкрементальный энкодер, встроенный в двигатель. Выход этого датчика определяет изменения положения вала двигателя.

Еще одним примером цифрового датчика является цифровой компас. Он определяет направление, в котором он возвращается, отправляя 9-битное чтение в диапазоне от 0 до 359 (сигнал может принимать 360 возможных значений).

Некоторые цифровые датчики на самом деле являются аналоговыми датчиками со встроенными аналого-цифровыми преобразователями. Настоящие цифровые датчики генерируют цифровой сигнал напрямую.

Выходные данные датчика передаются в виде цифрового сигнала - на качество передаваемого сигнала не влияет длина кабеля, его сопротивление или импеданс, электромагнитные помехи.

Пример дискретного, аналогового и цифрового датчиков можно увидеть ниже на фотографиях.

Смеситель с дискретным датчиком движения

Аналоговый датчик температуры

Цифровой датчик влаждности и температуры для устройств на базе Ардуино

Очень часто начинающие электрики путают датчики и реле. На самом деле это разные устройства: Датчики и реле - в чем разница

Еще одной из наиболее часто используемых классификаций датчиков является классификация, учитывающая вид физического явления, которое используется при работе датчика.

Принимая во внимание способ генерации измерительного сигнала, датчики можно разделить на параметрические и генераторные датчики.

В первой группе датчиков параметр датчика - емкость, индуктивность, сопротивление - также изменяется при изменении измеряемой величины. Такое решение требует вспомогательного источника энергии, включаемого в электрическую цепь, обеспечивающего изменение ее параметров в результате входного сигнала.

К наиболее важным электрическим параметрическим датчикам относятся индуктивные и емкостные датчики, а также термометры сопротивления, фоторезисторы, магниторезисторы и др.

С другой стороны, в датчиках генерации электроэнергии эффектом измеряемой величины на выходе является электрический сигнал. К этой категории относятся, в первую очередь, пьезоэлектрические датчики, термопары, датчики Холла и др.

В качестве датчиков могут быть использованы элементы, у которых между входной и выходной величинами существует однозначная зависимость, т. е. такие элементы, у которых каждому значению входной величины соответствует только одно определенное значение выходной величины.

Зависимость между установившимися значениями входной и выходной величин называется статической характеристикой датчика. Каждый датчик характеризуется своей чувствительностью и разрешающей способностью.

Датчик стараются использовать только в той области, где его статическая характеристика представляет собой прямую линию. В этом случае чувствительность имеет постоянное значение на всем диапазоне измерений.

Светодиодный светильник с датчиками движения и освещенности

Разрешающей способностью или порогом чувствительности называют то наименьшее значение входной величины, которое вызывает изменение выходного сигнала, превышающее уровень шумов на выходе датчика.

Для получения качественных результатов измерения необходимо, чтобы датчик не оказывал существенного влияния на входную величину.

При измерении, например, температуры термометром сопротивления необходимо, чтобы тепло, выделяемое чувствительным элементом, не искажало измеряемой температуры в точке замера.

В случае измерения числа оборотов мощность, которую потребляет тахогенератор, должна быть намного меньше мощности, передаваемой валом, чтобы обороты вала не изменялись при присоединении тахогенератора.

Существуют датчики, в которых совершается только одно преобразование.

Например, в термометре сопротивления изменение температуры преобразуется в изменение сопротивления. Имеются также датчики, в которых совершается два или более последовательных преобразований.

Так, в датчике, определяющем скорость потока, состоящем из проволочки, обтекаемой током, изменение входной величины — скорости потока — преобразуется в изменение температуры датчика, а изменение температуры — в изменение сопротивления. Сопротивление и является выходной величиной.

Примеры использования датчиков:

Надежная работа устройства, машины, автоматической системы в значительной степени зависит от правильного выбора и использования соответствующих датчиков: Выбор датчиков, основные принципы и критерии выбора

Термопара для измерения температуры в электрическом котле

В автоматических системах наиболее часто используются датчики температуры, самым популярным видом которых являются термопары.

Термопара используется для замера температуры и состоит из двух проводников, сделанных из различных материалов и называемых термоэлектродами.

При замере температуры на одном конце термопары (называемым свободным) поддерживается постоянная температура, а другой конец (называемый рабочим) помещается в среду, температура которой измеряется.

Читайте также: