Первичные преобразователи систем измерения физических величин

Эффективное управление сложными техническими объектами (атомные электростанции, объекты топливно-энергетического комплекса и  пр.), автоматизация технологических процессов, дальнейшее развитие научных исследований требуют массовых измерений разнообразных физических величин. Так, на современном блоке АЭС имеется свыше \(3000\) точек контроля различных величин, прежде всего температуры, давления, расхода.

Принято разделять методы и средства измерения электрических и неэлектрических величин. Однако большинство неэлектрических величин измеряют электрическими методами путём преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал, поскольку обработка, передача и отображение сигналов в электрической области сравнительно просты. Восприятие физической величины и преобразование её в электрический сигнал в измерительных системах осуществляется первичными измерительными преобразователями (ПИП) или измерительными датчиками. Датчики содержат чувствительный элемент, преобразующий измеряемую физическую величину в другую величину, пригодную для дальнейшей обработки и преобразования. Ограничим наше рассмотрение датчиками, которые отображают величины из различных физических областей в сигналы в электрической области. Единой классификации датчиков, основанных на различных физических принципах и явлениях, не существует. Однако все датчики принято делить на два класса: генераторные и параметрические.

В генераторных преобразователях выходной сигнал в виде ЭДС, заряда или тока возникает в результате физических эффектов, функционально связанных с измеряемой неэлектрической величиной. Применение этих преобразователей не требует внешних источников питания. К генераторным преобразователям относят пьезоэлектрические датчики, индукционные преобразователи, термоэлектрические преобразователи (термопары) и др.

В параметрических преобразователях собственно выходной величиной при воздействии входной является изменение параметров датчика: его сопротивления, ёмкости, индуктивности. Поэтому при их использовании необходим дополнительный источник питания, позволяющий трансформировать изменение параметров датчика в изменение тока, напряжения или заряда. Для работы с такими датчиками используют измерительные цепи, питаемые как постоянным, так и переменным током. К параметрическим преобразователям относят: индуктивные преобразователи, ёмкостные преобразователи, тензорезисторы, терморезисторы и т. д.

Классификацию датчиков часто осуществляют по той физической величине, которая измеряется с их помощью, например, датчики малых перемещений, датчики температур, акселерометры. С другой стороны, датчики разумно классифицировать по физическим принципам, заложенным в их основу. Рассмотрим разновидности широко применяемых датчиков.