Любая система автоматического регулирования для измерения отклонения регулируемой величины от установившегося значения имеет измерительный орган, который может не только измерять величину и знак отклонения, но и преобразовывать это отклонение в вид, удобный для дальнейшего использования в системе автоматического регулирования.
Физическая природа регулируемых величин очень разнообразна, поэтому разнообразны и измерительные органы. Однако в большинстве случаев на выходе измерительного органа будет либо механическая величина (перемещение, сила), либо электрическая величина (напряжение, ток, электрическое сопротивление, емкость, индуктивность, сдвиг фаз и др.).
К измерительным органам, применяемым в автоматических системах регулирования, предъявляются следующие требования:
-
надежность при работе во всех условиях, которые могут встретиться в регулируемом технологическом процессе,
-
необходимая чувствительность,
-
допустимые габариты и вес,
-
требуемая инерционность,
-
малая чувствительность по отношению к внешним воздействиям,
-
отсутствие влияния на технологический процесс и на измеряемую величину,
-
однозначность показаний,
-
стабильность во времени,
-
согласование входных и выходных сигналов с другими сигналами элементов автоматики.
Наиболее легко измерению поддаются электрические величины, поэтому во многих случаях при измерении неэлектрических величин совместно с измерительным органом выполняется специальное устройство (преобразователь), преобразующее неэлектрическую величину на входе измерительного органа в электрическую величину на его выходе. Такие измерительные органы называют датчиками.
Как правило, не делают различия между понятиями измерительный орган, датчик и чувствительный элемент (последнее название также часто встречается в литературе по автоматическому регулированию).
Наиболее широкое распространение получили электрические датчики, т. е. измерительные органы с преобразованием измеряемой неэлектрической величины в электрическую. Конструктивное устройство этих датчиков зависит от физической природы измеряемой величины и принципа, принятого для измерения ее отклонения.
Классификация измерительных органов осуществляется по названию измеряемой ими величины: измерительные органы уровня, давления, температуры, скорости, напряжения, тока, расхода, освещенности, влажности и т. п.
Классификация датчиков производится: во-первых, по названию измеряемой величины и, во-вторых, по параметру, в который преобразовываются сигналы измерительного органа, например емкостные датчики уровня, индуктивные датчики давления, реостатные датчики температуры и т. п.
Для удобства пользования рассмотренной классификацией, как правило, одно из наименований опускается, потому что один и тот же датчик может быть использован для измерения различных неэлектрических величин.
Основные параметры датчиков
Основными параметрами измерительного органа (датчика), характеризующими его, являются:
-
чувствительность
-
инерционность.
Чувствительностью датчика называется отношение изменения ?y регулируемой величины к изменению ?х входной величины:
K = dy/dх
В системах автоматического регулирования это отношение также называется коэффициентом усиления системы или звена (если рассматривается звено).
Таким образом, чувствительность измерительного органа совпадает с его коэффициентом усиления.
Инерционность измерительного органа (датчика) также определяет возможности его применения в системах автоматизации, так как она вызывает некоторое запаздывание в измерении значения регулируемого параметра в данный момент времени. Запаздывание может быть обусловлено массой деталей, тепловой инерционностью, индуктивностью, емкостью и другими элементами самого датчика.
При исследовании динамических свойств системы автоматического регулирования инерционность измерительного органа играет такую же роль, как инерционные свойства всякого другого элемента системы автоматики. Поэтому при выборе датчика необходимо обращать внимание не только на его чувствительность, но и на инерционность.