Методы и приборы мониторинга химического загрязнения окружающей среды

Изучив материал главы, студент должен: знать

• • современную линейку приборов контроля техносферы;
• • принцип действия измерительного оборудования; уметь
• • идентифицировать датчик по практической направленности и деталям технической реализации;

владеть

• методами получения данных с различных видов сенсоров.

Датчики (структурная схема, принцип работы, технические характеристики)

Датчик — первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.н.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.

В состав датчика входят воспринимающий (чувствительный) орган и один или несколько промежуточных преобразователей. Часто датчик состоит только из одного воспринимающего органа (например, термопара, термометр сопротивления, тензодатчик и др.). Выходные сигналы различаются по роду энергии — электрические, механические, пневматические (реже, гидравлические) и по характеру модуляции потока энергии — амплитудные, времяимпульсные, частотные, фазовые, дискретные (кодовые). Наиболее распространены датчики, действие которых основано на изменении электрического сопротивления, емкости, индуктивности или взаимной индуктивности электрической цепи (реостатный, емкостный, индуктивный датчики и др.), а также на возникновении электродвижущей силы индукции при воздействии контролируемых механических, акустических, тепловых, электрических, магнитных, оптических или радиационных величин (тензодатчик, перемещения, пьезоэлектрический, давления, датчики и фотоэлемент). В соответствии с классификацией, принятой в Государственной системе приборов и средств автоматизации (ГСП), датчики относятся к техническим средствам сбора и первичной обработки контрольно-измерительной информации. Датчики являются одними из основных элементов в устройствах дистанционных измерений, телеизмерений и телесигнализации, регулирования и управления, а также в различных приборах и устройствах для измерений в физике, биологии и медицине для контроля жизнедеятельности человека, животных или растений. В связи с автоматизацией производства важнейшее значение приобрели датчики для измерения и регистрации плотности и концентрации растворов, состава и свойств веществ, динамической вязкости и текучести различных сред, влажности, прозрачности, интенсивности окраски, толщины слоя, температуры, упругости, концентрации зарядоносителей и других параметров, характеризующих технологические процессы. Для этого часто используют датчики, основанные на ультразвуковых, радиоволновых, оптических, радиационных и прочих методах измерения. Для имитации реальных условий при испытании систем автоматического регулирования и в вычислительной технике для решения задач статистическими методами применяются датчики случайных чисел (рис. 6.1).

Датчики характеризуются законом изменения выходной величины (у) в зависимости от входного воздействия (входной величины х), пределами изменений входных (*min — *max) ^и выходных величин (z/_min — г/_тах); чувствительностью S = А/ Ах, порогом чувствительности (значением минимального воздействия, на которое реагирует датчик) и временными параметрами (постоянными времени).

Рис. 6.1. Структурные схемы датчиков (слева — блок-схема, справа — примеры выполнения):

а — простейший вид датчика (термопара); б — каскадное соединение преобразователей; в — дифференциальный датчик; г — компенсационный датчик; 1 — воспринимающий орган датчика (чувствительный элемент); 1 а — термопара; 1 б и г — мембраны; в — соленоидный индуктивный датчик;

• 2 — выходной орган датчика; 26 — индуктивный датчик;
• 3 — измеритель рассогласования (вычитающий элемент);

Зг — индуктивный датчик; 4 — усилитель; 5 — генератор компенсирующей величины; 5 г — магнитоэлектрическая система; 6 — промежуточный орган датчика; R — электрическое сопротивление; L — индуктивность; е — электродвижущая сила; / — электрический ток; р — давление Специфические требования предъявляются к выходным сигналам и характеристикам датчиков при их использовании в системах централизованного контроля. Поочередное подключение множества датчиков к одному измерительному устройству требует максимальной унификации выходных параметров датчика. В некоторых случаях термином «датчик» пользуются для обозначения всей передающей части телемеханического или автоматического устройства.