Общие сведения об активных и пассивных датчиках

С точки зрения вида сигнала на выходе неунифицированного датчика, они могут быть активным (генераторными), выдающим заряд, напряжение или ток, либо пассивным (параметрическими), с выходным сопротивлением, индуктивностью или емкостью.

Различие между активными и пассивными датчиками обусловлено их эквивалентными электрическими схемами, отражающими фундаментальные отличия в природе используемых в датчиках физических явлений.

Электрический сигнал – это переменная составляющая тока или напряжения, которая несет информацию, связанную с измеряемой величиной; амплитуда и частота сигнала должна быть непосредственно связаны с амплитудой и частотой измеряемой величины. Активный датчик является источником непосредственно выдаваемого электрического сигнала, а измерение изменений параметров импеданса пассивного датчика производится косвенно, по изменению тока или напряжения в результате его обязательного включения в схему с внешним источником питания. Электрическая схема, непосредственно связанная с пассивным датчиком, формирует его сигнал и, таким образом, совокупность датчика и этой электрической схемы является источником электрического сигнала.

Принцип действия активного датчика основан на том или ином физическом явлении, обеспечивающем преобразование соответствующей измеряемой величины в электрическую форму энергии. Наиболее важные из этих явлений указаны в таблице 4.2.1.

Таблица 4.2.1

Физические эффекты, используемые для построения активных датчиков

В пассивных датчиках некоторые параметры выходного импеданса могут меняться под воздействием измеряемой величины. Импеданс датчика, с одной стороны, обусловлен геометрией и размерами его элементов, а с другой стороны – свойствами материалов: удельным сопротивлением , магнитной проницаемостью µ и диэлектрической постоянной ε.

Изменения импеданса могут быть, таким образом, вызваны воздействием измеряемой величины либо на геометрию и размеры элементов датчика, либо на электрические и магнитные свойства его материала, либо, что реже, на то и на другое одновременно. Геометрические размеры датчика и параметры его импеданса могут изменяться, если датчик содержит подвижный или деформирующийся элемент.

Каждому положению подвижного элемента датчика соответствует определенный импеданс, и измерение его параметров позволяет узнать положение элемента. На этом принципе работает большое число датчиков положения и перемещения объектов: потенциометрических, индуктивных с подвижным сердечником, емкостных.

Деформация является результатом действия силы (или с ней связанной величины - давления, ускорения) на чувствительный элемент датчика. Изменение импеданса датчика, вызванное деформацией чувствительного элемента, вызывает изменение соответствующего электрического сигнала в специальной измерительной схеме, в которую этот датчик включают.

Электрические свойства материала и состояние чувствительного элемента датчика зависят от переменных физических величин: температуры, давления, влажности, освещенности и т. д. Если меняется только одна из величин, а остальные поддерживаются постоянными, то можно оценить существующее однозначное соответствие между значениями этой величины и импедансом датчика. Это соответствие описывается градуировочной кривой, по результатам измерения импеданса можно определить соответствующее значение измеряемой величины.

В таблице 4.2.2 указан ряд физических эффектов, связанных с преобразованием значений электрических характеристик пассивных датчиков.

Таблица 4.2.2

Физические принципы преобразования величин и материалы, используемые для построения пассивных датчиков

Измерение физической величины

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: