Да́тчик — конструктивно обособленное устройство , содержащее один или несколько первичных измерительных преобразователей . Датчик предназначен для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем . Устройства содержащие первичные измерительные преобразователи и вырабатывающие сигнал в форме, доступной для непосредственного воспрития человеком, относятся к измерительным приборам или контрольным приборам (сигнализаторам) .

Датчик может дополнительно содержать промежуточные измерительные преобразователи, а также меру. Датчик может быть вынесен на значительное расстояние от устройства, принимающего его сигналы. При нормированном соотношении значения величины на выходе датчика с соответствующим значением входной величины датчик является средством измерений . В случае, если первичный измерительный преобразователь не обособлен конструктивно, его называют не датчиком, а чувствительным элементом (сенсором ). Преобразователи для конкретных отраслей часто имеют собственные названия (ячейка, зонд и т.д.), в том числе и датчик . Датчик расположен непосредственно на объекте контроля, часто в тяжелых условиях эксплуатации, которые определяют конструкцию датчика.

В настоящее время термины «датчик» и «сенсор» используются как равнозначные для обозначения измерительного преобразователя, выполняющего функции восприятия входной величины и формирования измерительного сигнала, хотя термин «сенсор» акцентирует внимание на восприятии входной величины, а термин «датчик» — на формировании и выдаче измерительного сигнала ( данных ).

Общие сведения

Многофункциональные датчики могут воспринимать и преобразовывать нескольких входных величин, и, помимо основной функции (восприятие величины и формирование измерительного сигнала) выполнять ряд дополнительных функций, таких как функции фильтрации, обработки сигналов и т. п.

Датчики широко используются в научных исследованиях , испытаниях , контроле качества , телеметрии , системах автоматизированного управления и в других областях деятельности и системах, где требуется получение измерительной информации.

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.

Применение датчиков

Датчики используются во многих отраслях экономики — добыче и переработке полезных ископаемых, промышленном производстве, транспорте, коммуникациях, логистике, строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении, науке и других отраслях — являясь в настоящее время неотъемлемой частью технических устройств .

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 массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

Датчики по своему назначению и технической реализации являются средствами измерения (как и измерительный прибор ). Однако показания измерительных приборов воспринимаются человеком, как правило, напрямую (посредством дисплеев , табло , панелей , световых и звуковых сигналов и пр.), в то время как показания датчиков требуют преобразования в форму, в которой измерительная информация может быть воспринята человеком. Датчики могут входить в состав измерительных приборов, обеспечивая измерение физической величины, результаты которого затем преобразуются для восприятия оператором измерительного прибора.

В автоматизированных системах управления датчики могут выступать в роли инициирующих устройств, приводя в действие оборудование , арматуру и программное обеспечение . Показания датчиков в таких системах, как правило, записываются на запоминающее устройство для контроля, обработки, анализа и вывода на дисплей или печатающее устройство. Огромное значение датчики имеют в робототехнике , где они выступают в роли рецепторов, посредством которых роботы и другие автоматические устройства получают информацию из окружающего мира и своих внутренних органов.

В быту датчики используются в термостатах , выключателях , термометрах , барометрах , смартфонах , посудомоечных машинах , кухонных плитах , тостерах , утюгах и другой бытовой технике .

Классификация датчиков

Различные источники дают различные классификации датчиков, в частности :

По методу измерения (виду входных величин)

• Активные (генераторные)
• Пассивные (параметрические)

По динамическому характеру сигналов преобразования

• Дискретные (дискретное представление в виде импульсной последовательности)
• Непрерывные (в виде непрерывного процесса)

По виду измерительных сигналов

• Аналоговые
• Цифровые

По среде передачи сигналов

• Проводные
• Беспроводные

По количеству входных величин

• Одномерные
• Многомерные

По количеству измерительных функций

• Однофункциональные
• Многофункциональные

По количеству преобразований энергии и вещества

• Одноступенчатые
• Многоступенчатые

По наличию компенсационной обратной связи

• Компенсационные
• Некомпенсационные

По взаимодействию с источниками информации

• Контактные
• Бесконтактные (дистанционного действия)

По принципу действия

• Волоконно-оптические
• Оптические датчики (фотодатчики)
• (На основе эффекта Холла )
• Пьезоэлектрический датчик
• Тензопреобразователь
• Ёмкостный датчик
• Потенциометрический датчик
• Индуктивный датчик

По технологии изготовления

• Элементные
• Интегральные

По измеряемому параметру

• Датчики давления
  • абсолютного давления
  • избыточного давления
  • разрежения
  • давления-разрежения
  • разности давления
  • гидростатического давления
• Датчики расхода
  • Перепадомеры
  • Ультразвуковые расходомеры
  • Электромагнитные расходомеры
  • Кориолисовые расходомеры
  • Вихревые расходомеры
• Уровня
  • Кондуктометрический
  • Ёмкостные
• Температуры
  • Термопара
  • Термометр сопротивления
  • Пирометр
  • Датчик теплового потока
• Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений)
  • Ионизационная камера
  • Датчик прямого заряда
• Перемещения
  • LVDT
• Положения
  • Контактные
  • Бесконтактные
• Фотодатчики
  • Фотосопротивление
  • Фотодиод
  • Фотоматрица
• Датчик углового положения
  • Сельсин
  • Преобразователь угол-код
• • ( акселерометр )
  • (велосиметр)
  • (проксиметр)
• Датчик влажности
• Датчик дуговой защиты

См. также

• Измерительный преобразователь
• Аварийная защита
• Печатная электроника
• Телеметрия

Примечания

Ссылки

• Датчики: Справочное пособие / В. М. Шарапов, Е. С. Полищук, Н. Д. Кошевой, Г. Г. Ишанин, И. Г. Минаев, А. С. Совлуков. — Москва: , 2012. — 624 с.
• Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
• (недоступная ссылка)
• 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
• — Open access journal of
• M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. . Sensors 2007, 7 , 341—353
• Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. . Sensors 2005, 5 , 4-37
• Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова 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 Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».