|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы измерительные цепи датчиков Одним из самых первых датчиков, получивших широкое распространение в практике измерений и, как это не удивительно, применяемых до сих пор, является крешерный прибор (рис. 1.1). С развитием огнестрельного оружия и, в частности, артиллерии возникла необходимость измерения давления пороховых газов при выстреле. Эта задача решалась следующим образом: в стволе / орудия сверлили цилиндрическое отверстие, в которое вставлялся цилиндрический поршень 2 с заостренным коническим пуансоном 3. Отверстие снаружи закрывали заглушкой 5, а между пуансоном и заглушкой помещали пластическую прокладку 4, которую пуансон деформировал при выстреле. По геометрическим параметрам отпечатка судили о максимальной величине давления; для градуировки этого прибора к пуансону прикладывали силу известного значения, например с помощью груза. Этот датчик появился задолго до того, как были открыты средства передачи информации на расстояние при помощи электричества. И, хотя в настоящее время подавляющее большинство датчиков относится к электрическим преобразователям неэлектрических величин, именно этот «неэлектрйческий» датчик удобно использовать для выяснения совокупности основных отличительных признаков, характеризующих датчиковую аппаратуру. Прежде всего отметим, что датчик представляет собой часть измерительной системы, имеющую самостоятельное конструктивное оформление, но вместе с тем обеспечивающую достижение полезного эффекта только при наличии всех других средств, входящих в систему. Так, в нашем примере крешерный прибор представляет собой вполне самостоятельное, законченное техническое устройство. Однако для получения информации с помощью такого устройства необходимо располагать еще двумя устройствами, входящими в эту систему, - устройством измерения размера отпечатка и устройством градуировки крешерной прокладки. Датчик осуществляет преобразование вида энергии сигналах идущего от объекта, в другой вид, удобный для передачи информации в пространстве и хранения в течение определенного времени. J Рассматриваемый крешерный прибор преобразует изменение меха-  нической энергии (давлени я газов) в изменение химической энергии деформируемого материала прокладки. При этом нас интересует не столько энергетический аспект этого процесса, сколько возможности по использованию этих изменений Рис. 1.1. Крешерный прибор энергетического состояния для передачи информации. Таким образом, с энергетической точки зрения роль датчика заключается в том, чтобы отобрать некоторую мощность у объекта для создания измерительного сигнала и передать ее с такими изменениями, которые не нарушили бы на всем пути следования сигнала адекватность модели и объекта. Этим объясняется крайне нелогичная, на первый взгляд, последовательность изменения мощности сигнала при измерениях неэлектрических величин электрическими методами, когда сигнал сначала ослабляют во много раз, а затем вновь усиливают. Поскольку изменение вида энергии сигнала существенно изменяет как долю мощности шума, проникающего в каналы связи, так и возможности усиления сигнала в процессе этого и последующих преобразований, то вполне естественно, что этот мощный метод борьбы с искажениями в первую очередь нашел применение в тех устройствах, которые находятся в наиболее тяжелых условиях эксплуатации, т. е. в датчиках. Наконец, следует отметить то обстоятепьство, что датчик всегда располагается в зоне объекта, о котором мы хотим получить измерительные данные. Этот наиболее очевидный признак считался рядом авторов единственным необходимым и достаточным признаком датчиковой аппаратуры, хотя очевидно, что и «не датчики» могут располагаться на объекте, например, телеметрическая система с автономной регистрацией целиком размещается на борту испытываемого-самолета. Таким образом, здесь необходимо подчеркнуть, что датчик, находясь на объекте или в зоне объекта, где действуют все неблагоприятно влияющие факторь!, представляет собой, в отличие от электронной преобразующей аппаратуры, такую конструктивную совокупность преобразователей, которая обладает способностью воспринимать естественно закодированную (через значения физических параметров) информацию о состоянии объекта. С учетом всего сказанного можно сформулировать следующее определение понятия «датчик»: , . " Датчиком называется часть измерительной (или управляющей) информационной системы (ИИС), представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринима- ющую естественно закодированную информацию от этого объекта. Так, рассмотренный выше крешерный прибор, хотя и включает в себя преобразователь давления в усилие и регистрирующее устройство с обработкой информации в виде пуансона с пластичной прокладкой, составляет лишь часть ИИС. Отметим особо, что в датчик могут входить любые звенья ИИС, вплоть до регистрирующих средств и средств обработки сигнала, в любом количестве и в любых сочетаниях. Рассматриваемый прибор располагают в зоне действия влияющих факторов объекта, в непосредственной близости от камеры орудия, где действуют и высокая температура, и термоудар, и вибрация. Вместе с тем, он воспринимает естественно закодированную информацию объекта - давление газов при выстреле. Таким образом, крешерный прибор обладает всеми признаками датчика, хотя и появился на заре развития измерительной техники. Можно привести примеры, когда отсутствие одного из признаков не дает возможности отнести измерительный прибор к категории датчиков. Так, нельзя назвать датчиком шунт, включенный в электрическую цепь и позволяющий измерить силу тока в этой цепи, так как при этом не происходит изменения вида энергии сигнала. Радиопередатчик телеметрической системы также не может быть отнесен к категории датчиков. 1.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ Механические величины можно разделить на три большие группы. К первой группе относятся линейные и угловые размеры. Это геометрические параметры различных деталей в обрабатывающей промышленности, характеристики профилей и шероховатостей поверхностей, уровни сыпучих веществ и жидкостей в различных сосудах (баках, танкерах, паровых котлах и т. п.), перемещения режущего инструмента относительно обрабатываемой детали, параметры износа трущихся частей различных механизмов, биения валов, расстояния и т. д. Диапазон, охватываемый величинами этой группы, простирается от долей микрона до тысяч метров, т. е. составляет при- мерно десять порядков. Диапазон угловых размеров равен 3- 4 порядкам. Ко второй группе относятся различного рода силовые воздействия. Это механические напряжения в деталях и конструкциях машин и сооружений, силы, крутящие моменты, давления жидкостей и газов, акустические шумы, разности давлений и т. п. Диапазоны значений величин этой группы, как правило, весьма широки. Например, в вакуумной технике приходится измерять давления до 1,3- 10" Па (10"" мм рт. ст.), а в технике [ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |