Загальні відомості про датчики

Як випливає з функціональної схеми регулювання рис. 1.8, на виході об'єкта регулювання перебуває вимірювальний пристрій. Як і багато інших органів САК, він має інші найменування – датчик, чутливий елемент, детектор і та ін.

Рис. 1.8 – Схема процесу регулювання за замкнутим циклом

Призначення цього пристрою – безупинно вимірювати дійсне значення регульованої величини й подавати відповідний вимірювальний сигнал до пристрою, що порівнює. Це дуже важлива функція в САК, якщо згадати основну аксіому в області автоматичного керування: «Те, що не піддається виміру, не може регулюватися», або, інакше кажучи, «без виміру не може бути автоматичного регулювання».

Разом з виміром вимірювальний пристрій виконує часто функцію перетворення регульованої величини (світлового потоку, температури, тиску, механічної напруги й та ін.) у сигнал, зручний для використання в САК, найчастіше в електричний сигнал, у формі ЕРС. Тому вимірювальний пристрій називається іноді перетворювачем.

Існує величезна кількість різноманітних конструкцій і типів вимірювальних пристроїв (датчиків), заснованих на різних фізичних принципах і призначених для виміру різного роду параметрів - регульованих величин. Вимірювальним пристроям – датчикам, присвячено багато спеціальної літератури. В огляді, що нижче приводиться, зазначені тільки основні види датчиків і принципи їхньої дії, оскільки це необхідно для з'ясування їхніх функцій у загальній схемі САК.

На практиці користуються різними способами класифікації
датчиків - вимірювальних пристроїв, за основу яких береться та або інша ознака. Так, прийнято ділити їх на контактні і безконтактні або класифікувати по роду вимірюваної величини й та ін.

Як уже було зазначено, датчики й перетворювачі вимірюваної величини служать для енергетичного або кількісного перетворення регульованої величини з метою пристосування її до входу регулятора. На виході регулятора перебувають ланки, які служать для перетворення керуючим органом його вихідної величини у величину, необхідну за енергетичними умовами, для створення відповідного регулюючого впливу.

Зазначені пристрої, що є в контурі регулювання перед регулятором і після регулятора, часто мають такі перехідні характеристики, які впливають на поводження й показники всієї системи регулювання не менше, ніж регулятор і об'єкт регулювання. Датчики й перетворюючі ланки можуть бути наділені інерціями (постійними часу), а це приводить до підвищення порядку характеристичного диференціального рівняння системи й до більших обмежень у виборі параметрів за умовами стійкості.

Щоб отримати належну якість регулювання треба, за можливістю, скорочувати число ланок, що беруть участь у контурі регулювання, і піклуватися про те, щоб характеристики цих ланок були сприятливі, тобто лінійні й безінерційні. У зв’язку з цим, часто доводиться обмежувати довжину ліній, що передають інформацію на вхід регулятора або на керуючу ланку. Вимірювальні датчики, що наділені інерцією, (механічною або тепловою) у пристроях з більшими постійними часу є більш сприйнятними, тому що тут іноді можна зневажати й власними інерціями регулятора.

У загальному випадку вимірювальний пристрій повинен бути точним і не мати нелінійності характеристик, не наділеними інерційністю або значним споживанням енергії, тому що ці властивості можуть впливати на характеристики САК у цілому.