Датчик – средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.
Все датчики классифицируются по измеряемому параметру. Помимо этого, они также могут быть классифицированы как пассивные или активные. В пассивных датчиках мощность, необходимая для получения выхода, обеспечивается самим измеренным физическим явлением (например, температурой), тогда как для активных датчиков требуется внешний источник питания.
Кроме того, датчики классифицируются как аналоговые или цифровые на основе типа выходного сигнала. Аналоговые датчики производят непрерывные сигналы, которые пропорциональны воспринимаемому параметру и обычно требуют аналого-цифрового преобразования перед подачей на цифровой контроллер. Цифровые датчики, с другой стороны, производят цифровые выходы, которые могут напрямую взаимодействовать с цифровым контроллером. Часто цифровые выходы производятся путем добавления аналого-цифрового преобразователя в чувствительный блок. Если требуется много датчиков, более экономично выбирать простые аналоговые датчики и связывать их с цифровым контроллером, оснащенным многоканальным аналого-цифровым преобразователем.
Обычно выходной сигнал от датчика требует последующей его обработки (конвертации), прежде чем сигнал может быть подан в контроллер. Выходной сигнал датчика может быть демодулирован, усилен, отфильтрован и изолирован, так что сигнал может быть принят обычным аналого-цифровым преобразователем контроллера. Вся электроника интегрирована в одну микросхему и может быть непосредственно сопряжена с контроллерами.
Производитель датчика обычно предоставляет калибровочные кривые. Если датчики стабильны, то нет необходимости их перекалибровать. Тем не менее, датчик должен быть перекалиброван после его интеграции с системой управления. Это по существу требует, чтобы для датчика был установлен известный входной сигнал, и чтобы его выходной сигнал регистрировался для установления правильного масштабирования.
Если датчик используется для измерения, изменяющегося во времени входного сигнала, необходима динамическая калибровка. Использование синусоидальных входов – самый простой и надежный способ динамической калибровки.
Критерий выбора датчика
При выборе подходящего датчика для определения требуемого физического параметра необходимо учитывать ряд статических и динамических факторов. Ниже приведен список типичных факторов:
- 1. Диапазон – разность между максимальным и минимальным значением порога измерения параметра.
- 2. Разрешение – наименьшее изменение, которое может заметить датчик.
- 3. Точность – разница между измеренным значением и истинным значением.
- 4. Прецизионность – Возможность повторного измерения с заданной точностью.
- 5. Чувствительность – отношение изменения выходного сигнала к изменению входного.
- 6. Смещение нуля – ненулевое выходное значение при нулевом входном сигнале.
- 7. Линейность – процент отклонения от наиболее подходящей линейной калибровочной кривой.
- 8. Дрейф нуля – изменение выходного сигнала из нулевого значения в течение определенного периода времени при отсутствии изменения входного сигнала.
- 9. Время отклика – временной интервал между входным и выходным сигналами.
- 10. Полоса пропускания – Частота, при которой выходная величина падает на 3 дБ
- 11. Резонанс – частота, при которой происходит пик выходной величины.
- 12. Рабочая температура – диапазон температур, при котором датчик должен использоваться.
- 13. Мертвая зона – диапазон значений измерения, который не может измерить датчик.
- 14. Отношение сигнал/шум – отношение между амплитудами сигнала и шумом на выходе.
Выбор датчика, который удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям, к требуемой спецификации затруднен. Например, выбор датчика положения с точностью до микрометра в диапазоне одного или несколько метров исключает большинство датчиков. Во многих случаях отсутствие необходимого датчика требует перестройки всей системы.
Как только вышеупомянутые функциональные факторы будут удовлетворены, формируют список датчиков. Окончательный выбор датчиков будет зависеть от размера, степени формирования сигнала, надежности, ремонтопригодности и стоимости.
Литература
Элементы и функциональные устройства судовой автоматики - Авдеев Б.А. [2018]
