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.