Краткая характеристика датчиков

Датчики представляют собой электрические аппараты, предназначенные для преобразования непрерывного изме­нения входной (контролируемой) неэлектрической величи­ны в изменение выходной электрической величины. Входные величины могут отражать самые разнообразные физические явления — линейное или угловое перемещение, скорость, ускорение, температуру твердых, жидких и газообразных тел, усилие, давление и т. д. В качестве выходных величин чаще всего используются активное, индуктивное, емкостное сопротивление, ток, ЭДС, падение напряжения, частота и фаза переменного тока.

Основной характеристикой датчика является чувствительность  S = DY/DX, где DY, DX – приращения выходной и входной величин.  Часто пользуются понятием относительной чувствитель­ности  , где Y, Х - полные изменения выходной и входной величин.

Датчики могут быть линейными (S = const) и нелиней­ными (S = var). У последних чувствительность зависит от входной величины. Важным параметром датчика является порог чувствительности, представляющий собой наименьшее значение входной величины, вызывающее изменение вы­ходной величины, которое может быть измерено.

Номинальной характеристикой датчика называется за­висимость выходной величины от входной величины. Эта характери­стика дается в паспорте датчика и используется как расчет­ная при измерениях. Экспериментально снятая зависимость вход-выход отличается от номинальной на погрешность.

Различают абсолютную и относительную погрешности датчика по входу. Абсолютная погрешность  относительная погрешность ,      где Хвх.ном - значение входной величины датчика, опреде­ляемое по выходной величине и номинальной характеристи­ке; Хд - действительное значение входной величины.

Аналогично могут быть рассмотрены погрешности дат­чика по выходу.

На погрешность оказывают влияние внешние условия эксплуатации: температура, магнитные и электрические по­ля, влажность окружающей среды, напряжение и частота источника питания, механические и радиационные воздейст­вия и др.

Погрешности датчика при нормальных значениях внеш­них параметров (нормальной температуре, нормальном ат­мосферном давлении, номинальных значениях напряжения и частоты питания и т. п.) называются основными.

Если параметры внешних условий выходят за границы нормируемых, то возникают дополнительные погрешности. Для уменьшения дополнительных погрешностей либо сни­жают чувствительность датчика к внешним условиям, либо уменьшают степень их влияния.

Наряду с высокой чувствительностью и малой погреш­ностью, датчики должны обладать необходимым диапазоном изменения входной величины, возможностью согласования с из­мерительной схемой и минималь­ным обратным воздействием дат­чика на входную величину. При быстрых изменениях входной ве­личины датчик должен быть ма­лоинерционным.

Существующие датчики весь­ма разнообразны по принципу действия, конструктивному вы­полнению и схеме.

Датчики можно разбить на две большие группы — параметрические (пассивные) и генераторные (активные).

К пер­вым относятся резистивные,  индуктивные, емкостные и контактные датчики.

Ко вторым относятся датчики, ис­пользующие эффект наведенной ЭДС (электромагнитной индукции), пьезоэффект, эффект Холла, термо-ЭДС, появ­ление ЭДС при воздействии радиоактивных излучений и т. п. Ниже будут рассмотрены датчики, которые по прин­ципу действия и конструкции близки к электрическим ап­паратам.