Лекция 6. 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.п.) 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, время – импульсные, 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 (xmin – xmах) И ВЫХОДНЫХ ВеЛИЧИН (ymin-ymax); чувствительностью S = Δ/Δх, 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; 1б и 1г – мембраны; 1в – соленоидный индуктивный датчик; 2 – выходной орган датчика; 2б – индуктивный датчик; 3 – измеритель рассогласования (вычитающий элемент); Зг – индуктивный датчик; 4 – усилитель; 5 – генератор компенсирующей величины; 5а – магнитоэлектрическая система; в – промежуточный орган датчика; R – электрическое сопротивление; L – индуктивность; е – электродвижущая сила; I – 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.