4.1.1. Загальні відомості про датчики
Датчиком називається елемент системи управління, сприймаючий інформацію, використовувану управляючою системою для формування управляючих дій, і перетворюючої її до вигляду, зручну для подальшої обробки.
Датчики часто називають також вимірювальними елементами, оскільки сприйняття ними інформації має кількісний характер.
Разом з перетворенням фізичної природи сигналу датчик здійснює звичайно і функціональне його перетворення для отримання необхідної залежності між вхідною Х і вихідний У величинами Y=f (X), дозволяючої, наприклад, спростити управляючі елементи або одержати якісніше формування управляючих дій.
По структурі датчики часто є системою, що містить чутливий елемент і один або декілька елементарних перетворюючих елементів.
Чутливим елементомдатчика називають первинний перетворювач, що безпосередньо сприймає контрольовану величину.
Перетворюючий елементперетворить вихідний сигнал чутливого або передуючого перетворюючогоелементу в сигнал, зручний для подальшого використовування в системі.
4.1.2. Класифікація датчиків
Практично найважливішою є класифікація датчиків по вимірюваній величині: переміщенню, зусиллю, витраті рідини або газу, температурі, тиску, швидкості обертання та інше.
Можна класифікувати датчики по фізичному явищу, що лежить в основі їх принципу дії, наприклад, фотоелектричні, радіаційні, ультразвукові, феромагнітні та інше.
По роду енергії вихідного сигналу датчика розділяються на електричні, пневматичні і гідравлічні.
Іноді істотним є приналежність датчика до класу параметричних або класу генераторних.
Чутливість датчика - відношення зміни DУ вихідної величини до зміни DХ вхідної величини чутливого елементу:
S= DY/ DX або в межі S = dY/ d X.
Таким чином, чутливість є першою похідною від функції, що виражає залежність вихідної величини від вхідної.
4.2. ДАТЧИКИ ПЕРЕМІЩЕННЯ
В більшості випадків безпосереднє вимірювання переміщення складніше, ніж вимірювання деякого функціонально пов'язаного з ним електричного параметра, наприклад омічного опору, місткості або індуктивності.
4.2.1. Реостатні датчики.
Для перетворення лінійного і кутового переміщення тіла в омічний опір використовуються датчики, що є резистором, виконаним у вигляді плоского або кільцевого каркаса з ізоляційного матеріалу, на який з постійним кроком намотаний дріт із сплаву з високим питомим опором.
По резистору переміщається контактна щітка, відстань до якої від початку намотування реостата є вхідною величиною датчика.
Характеристика дротяного реостата або потенціометра
Залежно від того, який включений резистор - по схемі реостата або по схемі потенціометра, датчики цього типу називають відповідно реостатними або потенціометрами.
При живленні датчика (рис.) потенціометра постійним або змінним струмом напруга джерела живлення U за відсутності навантаження розподіляється по довжині l резистора R рівномірно. В цьому випадку, вихідна напруга датчика U вих, що знімається з крапок 1 і 2, буде пропорційна величині зсуву щітки Х:
U вих = Uо Х/ l
При роботі датчика на навантаження з опором Rн залежність вихідної напруги датчика від величини зсуву виходить нелінійною.
Чим менше опір навантаження Rн, тим більше його шунтуюча дія і тим сильніше характеристика (б) відрізняється від лінійної.
Характеристика датчика близька до лінійної тільки за умови R н >> R.
Чутливість такого датчика буде:
dUвих/ dx = Uo / l [ в/ см ].
Гідність--простота, малі розміри, мала вага, можливість роботи на змінному і постійному струмах.
Недолік -ковзаючий контакт.
4.2.2. Схеми включення реостатів
Реостат включений по схемі потенціометра
Згідно схемі потенціометра складемо наступні рівняння:
i=i1+i2;
R1=Ro*x / lo;
i1/i2=Rн/R1;
Uн=i2*Rн.
Uo=I(Ro-R1)+i2Rн.
Вирішуючи ці рівняння щодо Uн, знайдемо:
Uн=Uo* R1/Ro * 1/ (1+ R1Ro/RoRн).
Найбільше значення множення R 1*R 2 буде:
R 1R 2 =R 2o/4
Якщо Rн>>Ro, то Rн>>Ro/4,
І тоді Uo*R1/Ro=Uo*X/ l,
тобто вихідна величина пропорційна вхідною.
Чутливість реостатного датчикавизначається виразом:
dUн/dx =Uo/ l , [в/см]
4.2.3 Погрішність реостатних датчиків
Погрішність реостатних датчиків залежить від цілого ряду чинників, до яких в першу чергу необхідно віднести:
- зону нечутливості,
- нерівномірність характеристики,
- вплив люфту,
- вплив навантаження.
Зона нечутливості викликається тим, переміщення щітки в межах одного витка не викликає зміни вихідного сигналу.
Нерівномірність характеристики залежить від непостійності діаметру намотуваного дроту, непостійності кроку намотування і т.п.
