Основные определения и понятия

5.1.1. Понятие датчика

Физическая величина m, характеризующая объект измерений (температуру, давление, и др.), называется измеряемой величиной [1, 2].

Датчик – это устройство, которое, подвергаясь воздействию физической измеряемой величиныm, выдает эквивалентный сигнал , обычно электрической природы, являющийся функцией измеряемой величины (см. рисунок 5.1).

Характеристика такого преобразования может быть в формальном виде представлена соотношением

(5.1)

где - выходная величина датчика;

- входная величина.

Для всех датчиков характеристика преобразования - соотношение (5.1) – в численной форме определяется экспериментально в результате градуировки, что позволяет построить градуированную кривую. Для этого при известных значениях физической величины mснимают соответствующие показания датчика: и строят зависимость .

Рисунок 5.2 поясняет алгоритм получения характеристики преобразования датчика.

А по известной характеристике датчика и его показаниям легко получить значения физической величины:

На практике стремятся, чтобы существовала линейная зависимость между малыми приращениями выходной и входной величин да датчика

. (5.2)

Здесь - чувствительность датчика. Обеспечение линейности означает .

В общем случае на практике обеспечение постоянства является проблемой.

5.1.2. Классификация датчиков

Датчики с точки зрения вида сигнала на выходе могут быть:

активными – генератором, выдающим заряд, напряжение или ток, либо

пассивными–с выходным сопротивлением, индуктивностью или емкостью, изменяющимися в соответствии с входной величиной.

Активные датчики

Принцип действия активного датчика основан на том или ином физическом явлении, обеспечивающем преобразование измеряемой величины в электрическую форму.

В таблице 5.1 приведены физические эффекты, наиболее часто используемые для построения активных датчиков.

Таблица 5.1. Измеряемые датчиками величины и физические эффекты, используемые при построении активных датчиков

Вкратце рассмотрим перечисленные в таблице эффекты.

1. Термоэлектрический эффект

Схема, поясняющая этот эффект, представлена на рисунке 5.3.

На рисунке M₁, M₂ – два проводника различного химического состава; их спаи, находящиеся при температурах T₁, T₂, являются местом возникновения термо-э.д.с. e: e = e (T₁, T₂). Термо-э.д.с. пропорциональна измеряемой разнице температур (T₁ - T₂): e ~ e (T₁ - T₂).

2. Пьезоэффект

Пьезоэффект проявляется в том, что при изменении механического напряжения в кристалле пъезоэлектрика, например, кварца (см. рисунок 5.4) под действием приложенной к нему силы F приводит к деформации, которая вызывает появление на противолежащих поверхностях кристалла одинаковых по величине электрических зарядов противоположного знака, и, следовательно, появление электрического напряжения v: .