Мало кто задумывается, что, определяя с помощью обычного медицинского градусника, болен ли ребенок, родители применяют на практике простейший датчик температуры. Законы термодинамики говорят, что с ростом температуры расширяется вещество и, по такому принципу работают все датчики (или их еще называют приборами контроля).
Используя тот или иной научный закон, датчик преобразует значение температуры, давления, скорости, расхода вещества, размеров детали, их положение в пространстве, напряжение тока и т.д. в понятный цифровой или аналоговый формат. Иначе говоря, технически реализованный чувствительный орган, находясь в исследуемом пространстве, реагирует на его изменения. Эти текущие состояния среды, называемые параметрами, однократно или многократно преобразуются в удобные сигналы – электрические, пневматические, механического перемещения и т.д., которые далее поступают на показывающие приборы или на экран монитора. В современном техническом мире датчики, как правило, являются первичными элементами автоматических систем; по их информации регуляторы через исполнительные механизмы вырабатывают управляющие воздействия на технологические среды, чтобы добиться требуемых значений параметров.
Датчики температуры
Из наиболее распространенных контролируемых параметров на первом месте выделяют температуру. Технологическая эволюция разработала немало датчиков температуры: манометрические термометры, пирометры излучения, термометры сопротивления, термопары и т.д. В манометрических термометрах наряду с жидкостью применяют и газ, который в зависимости от температуры меняет свое давление в термобаллоне и через пружину воздействует на манометрическую составляющую датчика. В пирометрах используют энергию инфракрасного излучения исследуемых предметов и сред.
Однако этот принципы не нашли широкого применения в промышленности, уступив место более точным и практичным термометрам сопротивления и термопарам. Первые реализуют функциональную зависимость омического сопротивления проводников или полупроводников от температуры среды, в которую они погружены. Вторые – основаны на термоэлектрическом эффекте, возникающем в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, один спай которой погружен в рабочую среду.
Датчики давления и расходомеры-счетчики
Важнейшим технологическим параметром является такой показатель, как давление (понимают деление нормального составляющего усилия F на площадь s, на которое это усилие действует, т.е. p=F/s). Датчики давления классифицируют по роду измеряемой величины: манометры – для измерения избыточного давления; вакуумметры – для измерения разряжения; напоромеры – для измерения малых избыточных давлений; тягомеры – для измерения малых разряжений; дифференциальные манометры – для измерения разности давления.
Еще одной группой датчиков, без которых немыслимо ни одно производство, являются расходомеры-счетчики, т.е. приборы контроля расхода вещества и/или энергии, протекающих и/или потребляемых за некоторую условную единицу времени. Этот параметр имеет не только технологическое назначение, но и коммерческое. В производственной практике обычно используют:
- расходомеры переменного перепада давления через дросселирование потока сквозь сужающее устройство постоянного сечения;
- расходомеры постоянного перепада давления путём измерения сечения сужающего устройства при постоянном давлении до и после дросселя.
- расходомеры переменного уровня;
- индукционные и ультразвуковые расходомеры;
В химической, нефтехимической, пищевой и других промышленностях, в которых технологический процесс проходит с использованием жидкости и сыпучих веществ, актуальным является измерение уровня таковых в замкнутых объемах. По принципу действия современные уровнемеры бывают ультразвуковые; рефлексные, использующие принцип TDR; механические – поплавковые; радарные.
Современная химическая промышленность и производство новых материалов могут быть конкурентоспособными только в условиях высоких технологий, для которых характерны очень сложные химические составы технологических сред. Для их анализа используют различные анализаторы. В настоящее время широкое распространение получили анализаторы влажности, состава дымовых газов, вредных выбросов, масс-спектрометрические анализаторы. Кроме того, к датчикам анализа состава вещества следует относить масс-спектрометры, хромато-масс-спектрометры, системы масс-спектрометр, ядерно-магнитного резонанса спектрометры.
Датчики для станкостроительной и машиностроительной отраслей
Еще одной сферой тотального применения датчиков является обработка металлов. В станкостроении и точном машиностроении используют датчики точного позиционирования и контроля геометрических параметров обрабатываемых деталей и заготовок. Для особо точного позиционирования применяют магниторезистивные датчики (так называемые MR-сенсор), считывающие меняющее магнитное поле со специальной полосы при перемещении детали вдоль неё. Этот же принцип используется для измерения углового перемещения.
Для контроля предельных размеров деталей и их расфасовки очень широко применяют простые электроконтактные датчики, которые, однако, не столь точны, как это могут потребовать технические требования. В этом случае можно использовать 3D электронный измеритель размера (кромкоискатель, датчик касания)
Семимильными шагами развивается оптическое приборостроение и, прежде всего, её лазерная составляющая. В связи с этим следует отметить, что именно датчики являются передним рубежом технологической революции и именно они обеспечивают человечество столь необходимой информацией, поэтому их развитие будет идти опережающими темпами.
