Основные структурные схемы датчиков

Структурно датчики можно разделить на датчики прямого преобразования, дифференциальные и компенсационные датчики.

Рис.1.5

В датчиках прямого преобразования (рис1.5, а) сигнал распространяется в одном направлении. При этом возможна цепочка преобразований (см. рис. 1.2).

В дифференциальных датчиках (рис1.5, б)параллельно работают два чувствительных элемента. Входное воздействие А _вхна элементы подаётся с разными знаками: сжатие-растяжение; перемещение влево–вправо; ток положительный-отрицательный и т.п. Предполагается, что статические характеристики элементов не являются чётными, т.е. F (A _вх)¹ F (- A _вх). Выходной сигнал датчика формируется как разностный сигнал

A _вых= F (A _вх) - F (- A _вх).

Предположим, что статические характеристики сенсоров линейны: F (x)= ax + b. Тогда,

х ₁= aA _вх+ b; х ₂= a (- A _вх)+ b Þ A _вых= х ₁- х ₂=2 aA _вх.

Из полученного выражения следует, что статическая характеристика проходит через начало координат (т.е. знак выходного сигнала определяется знаком входного) и передаточный коэффициент (чувствительность) датчика вдвое больше передаточных коэффициентов сенсоров.

Ещё одно положительное свойство дифференциальных датчиков заключается в их большей стабильности. Предположим, что на сенсоры действует дестабилизирующий фактор, например, повышается температура. Это возмущение проявляется в сенсорах как входное воздействие Δ A _вх. При этом,

х ₁= a (A _вх+Δ A _вх)+ b; х ₂= a (- A _вх+Δ A _вх)+ b Þ A _вых= х ₁- х ₂=2 aA _вх.

Полученное выражение показывает, что дифференциальная структура датчика исключат влияние дестабилизирующего фактора.

Компенсационная схема датчика (рис. 1.5, в) содержит контур обратной связи, содержащий устройство управления УУ и формирователь компенсирующего воздействия φ (A _вых). Выходной сигнал сенсора х ₁ сравнивается с компенсирующим воздействием х ₂. Разностный сигнал d = (х ₁ -х ₂) поступает на устройство управления, которое формирует сигнал A _вых. Этот сигнал подаётся на формирователь компенсирующих воздействий, который создаёт сигнал х ₂ =х ₁. При этом, сигнал рассогласования d = 0. Величина выходного сигнала A _вых определяется выходным сигналом сенсора х ₁. Погрешности компенсационных схем определяются погрешностями цепи обратной связи.