Датчик

Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

• В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Общие сведения

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.

Определения понятия датчик

Широко встречаются следующие определения:

• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
• датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
• датчик – конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В третьем и четвертом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

Классификация датчиков

Классификация по виду выходных величин

• Активные (генераторные)
• Пассивные (параметрические)

Классификация по измеряемому параметру

• Датчики давления
  • абсолютного давления
  • избыточного давления
  • разрежения
  • давления-разрежения
  • разности давления
  • гидростатического давления
• Датчики расхода
  • Механические счетчики расхода
  • Перепадомеры
  • Ультразвуковые расходомеры
  • Электромагнитные расходомеры
  • Кориолисовые расходомеры
  • Вихревые расходомеры
• Уровня
  • Поплавковые
  • Ёмкостные
  • Радарные
  • Ультразвуковые
• Температуры
  • Термопара
  • Термометр сопротивления
  • Пирометр
• Датчик концентрации
  • Кондуктометры
• Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений)
  • Ионизационная камера
  • Датчик прямого заряда
• Перемещения
  • Абсолютный шифратор
  • Относительный шифратор
  • LVDT
• Положения
  • Контактные
  • Бесконтактные
• Фотодатчики
  • Фотодиод
  • Фотосенсор
• Датчик углового положения
  • Сельсин
  • Преобразователь угол-код
  • RVDT
• Датчик вибрации
  • Датчик Пьезоэлектрический
  • Датчик вихретоковый
• Датчик механических величин
  • Датчик относительного расширения ротора
  • Датчик абсолютного расширения
• Датчик дуговой защиты

Классификация по принципу действия

• Оптические датчики (фотодатчики)
• Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла)
• Пьезоэлектрический датчик
• Тензо преобразователь
• Ёмкостной датчик
• Потенциометрический датчик
• Индуктивный датчик

Классификация по характеру выходного сигнала

• Дискретные
• Аналоговые
• Цифровые
• Импульсные

Классификация по среде передачи сигналов

• Проводные
• Беспроводные

Классификация по количеству входных величин

• Одномерные
• Многомерные

Классификация по технологии изготовления

• Элементные
• Интегральные

См. также

• Измерительный преобразователь
• Аварийная защита
• Шариковый сенсор
• Печатная электроника

Ссылки

• Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
• Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
• Capacitive Position/Displacement Overview
• M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
• C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
• Sensors — Open access journal of MDPI
• M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
• SensEdu; how sensors work
• Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
• Wireless hydrogen sensor
• Sensor circuits
• Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
• Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
• Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
• ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения . раздел 3 «Термины и определения».