3 Датчики в системах защиты, контроля, автоматики

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, 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, 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. Специальный случай представляет использование датчиков в автоматических системах регистрации параметров, например, в системах научных исследований.

Широко встречаются два основных значения:

• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например - пневматический сигнал;

• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.

Эти значения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т.п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др.

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем все чаще применяются датчики, со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определенная тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Например, фотодатчик — имплантат в сетчатку глаза. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но для этих устройств преобладает аспект их использования человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

4 Датчики для измерения электрических и магнитных величин

По принципу действия датчики можно разделить на два класса: генераторные и параметрические (датчики-модуляторы). Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

Средства измерений электрических и магнитных величин: датчики тока, магнитных полей, нормализующие преобразователи.

Датчики тока являются электронными датчиками, в которых применяется технология замкнутого контура (эффект коридора).С их помощью можно измерить постоянный, переменный и импульсные токи. Между первичной и вторичной обмотками трансформаторов - гальваническая изоляция. Первичный ток I_P протекая через сенсор, создает первичный магнитный поток. Фиксирующий элемент, расположенный в воздушном зазоре магнитного контура, обеспечивает напряжение пропорционально этому потоку. В электронном контуре происходит усиление напряжения и преобразование во вторичный так I_S.

Вторичный так, умноженный на число витков N_S вторичной обмотки, нейтрализует первичный магнитный поток ( противодействие). Формула  N_P x I_P = N_S x I_S всегда действительна.  Датчики тока измеряют мгновенные значения 

Таким образом, вторичный выходной ток I_S прямо пропорционален первичному току в любой момент времени. Вторичный ток I_s может протекать через измерительный резистор R_m. Следовательно, напряжение U_m на клеммах измерительного резистора R_m также прямо пропорционально первичному току I_p