ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК – ЧТО ЭТО ТАКОЕ

Датчик – это устройство, преобразующее физическое воздействие на него в электрический сигнал.

Воздействия эти могут быть:

• контактными;
• бесконтактными.

Для первого случая характерно отслеживание механических воздействий: давление, перемещение датчика или его частей в пространстве. Во втором это могут быть температура, электромагнитное излучение (сюда же можно отнести и свет).

Описание конкретных типов датчиков и их устройства целью данной статьи не является. В ней будут рассмотрены основные группы, объединенные по назначению и принципу действия.

Следует заметить, что конструкция отдельных видов датчиков может быть проста до примитивизма, например, – герконовый.

Он состоит из электрического контакта, помещенного в герметичную колбу, заполненную инертным газом (геркона). Второй частью является обычный магнит. При его приближении к геркону магнитное поле вызывает изменение положения контактов, которые замыкаются или размыкаются в зависимости от конструкции датчика.

Парадоксально, но с точки зрения формального определения датчика под это понятие подпадает даже бытовой электрический выключатель. Действительно, нажимая на его клавишу мы осуществляем механическое воздействие, которое приводит к переключению контактов.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДАТЧИКОВ

Давайте рассмотрим структурную схему электрического датчика (рис.1).

Здесь:

1. Приемная часть.
2. Устройство преобразования.
3. Исполнительное устройство.

В некоторых типах датчиков все эти три опции могут выполняться на уровне одного элемента.

Например, датчик температуры, выполненный на базе терморезистора имеет рабочее тело, которое изменяет свое сопротивление при нагреве или охлаждении. Оно одновременно является приемником, преобразователем и формирователем выходного сигнала (исполнительным устройством).

Если подходить строго, то реально датчиком является именно приемная часть, поскольку она в любом случае преобразует фактор, воздействующий на датчик в электричесий сигнал.

Для примера возьмем датчик включения/ выключения света соответственно в ночное и дневное время.

Один из схемотехнических вариантов его реализации условно показан на рис.2.

В данном случае мы имеем фотодиод VD, который при определенном уровне освещенности уменьшает свое сопротивление (открывается).

На этом этапе, мы уже реализовали алгоритм работы датчика в соответствии с его определением, а именно – световое воздействие преобразовали в электрический сигнал.

Но управлять этим сигналом осветительным прибором мы не можем, поскольку он слишком слаб. Поэтому используем транзистор VT, который этот сигнал усиливает и, в свою очередь, управляет электромагнитным реле Р, контакты которого К осуществляют коммутацию электрической цепи.

Таким образом, употребляя термин "электрический датчик" следует давать отчет, что имеется ввиду:

• чувствительный элемент (сенсор);
• или устройство в целом (функционально законченный блок).

Это к вопросу о терминологии.

ВИДЫ И НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКОВ

В свете сказанного имеет смысл классифицировать виды датчиков по следующим признакам:

• типу обнаруживаемого (определяемого) воздействия;
• способу формирования выходного (управляющего) сигнала;
• назначению (области применения).

В первом случае выделяют следующие виды:

• оптико электронные (фотоэлектрические);
• индуктивные;
• емкостные;
• ультразвуковые;
• тепловые (термоэлектрические);
• механические и пр.

На выходе датчика могут формироваться несколько типов сигналов.

Пороговый.

Имеет два состояния (включено, выключено). Реализуется либо на базе электрических контактов, например, реле (их еще называют сухими) либо на ключевых полупроводниковых элементах: транзисторы, тиристоры, симисторы.

Такие выходы называют электронными, а применительно к реле – твердотельными.

Аналоговый.

В этом случае значение входного воздействия, например, температуры или давления преобразуется в электрический сигнал, параметры которого (чаще всего напряжение) находятся в прпорциональной зависимости от величины тех же самых температуры или давления.

Цифровой.

Этот сигнал также содержит информацию о величине воздействия на датчик, но выводится в виде последовательности импульсов высокого и низкого уровней.

По сути это аналоговый сигнал, преобразованный в цифровую форму.

Что касается назначения, или области применения, то это:

• системы сигнализации;
• процессы автоматизации;
• учета и контроля;
• безопасности производства и пр.

Что касается охранной сигнализации, то используемые в этих системах датчики предназначены для обнаружения несанционированных проникновений на охраняемый объект путем воздействия на строительные конструкции или перемещений внутри охраняемых помещений.

Кроме того, в системах пожарной сигнализации датчики различных типов применяются для обнаружения задымления, повышения температуры или появления открытого пламени.

На производстве с помощью датчиков осуществляется контроль перемещений объектов, блокировка работы оборудования при наличии в опасной зоне человека или частей его тела, подсчета продукции, определения уровней жидкости и сыпучих материалов.

Это конспективное и далеко не полное перечисление возможностей, назначения и областей применения различных типов и видов датчиков. Краткий обзор, одним словом.