1. Общие сведения и классификация первичных преобразователей

Первичным преобразователем (датчиком) называют элемент, который устанавливают в технологическое оборудование и который первым воспринимает контролируемый параметр. Он преобразует измеряемые физические величины в сигналы, удобные для дальнейшей передачи в измерительные или управляющие устройства. В литейном и термическом цехах применяют те же первичные преобразователи, что и в других отраслях промышленности, поскольку измеряемыми параметрами являются температура, давление, расход, уровень, загазованность, запыленность и др.

К числу основных признаков, позволяющих классифицировать первичные преобразователи, относятся принцип действия и вид входного и выходного сигналов (рис. 3).

В зависимости от принципа действия первичные преобразователи можно разделить на две группы: параметрические и генераторные.

Параметрические преобразователи преобразуют контролируемую величину в один из параметров электрической цепи: проводимость (сопротивление), индуктивность, емкость. Следовательно, для их работы необходимо подводить от внешнего источника электрическую энергию. К параметрическим относят следующие типы преобразователей: потенциометрические, индуктивные, емкостные, тензометрические и др.

Рис. 3. Классификация первичных преобразователей

В генераторных преобразователях непосредственно преобразуется неэлектрическая энергия входного сигнала в электрическую энергию, значение которой пропорционально значению контролируемого параметра. К генераторным относятся термоэлектрические (термопары), фотоэлектрические, пьезоэлектрические и тахометрические преобразователи. Они работают автономно, т. е. не нуждаются в подводе внешней электроэнергии.

По виду входного сигнала первичные преобразователи делятся на следующие группы: температуры, давления, разрежения, расхода, уровня, состава и влажности веществ, плотности, перемещения, скорости, ускорения и т. д.

По виду выходного сигнала первичные преобразователи подразделяют на несколько групп. Одна группа преобразует контролируемую величину в изменение активного сопротивления, другая – в изменение емкости, третья – в изменение индуктивности и т. д.

Любой первичный преобразователь состоит из отдельных частей. Основной частью является чувствительный элемент, а средства защиты и крепления его относятся к вспомогательным элементам.

В 1960 г. в Советском Союзе начали разрабатывать и внедрять новую систему приборов, названную «Государственной системой приборов (ГСП)». Основными принципами этой системы являются применение унифицированных сигналов и модульное построение преобразователей, приборов и регуляторов. В соответствии с требованиями ГСП первичные преобразователи, применяемые для автоматизации технологических процессов на промышленных предприятиях, должны выдавать стандартные сигналы. Так, например, первичные преобразователи, выходным сигналом которых является напряжение или сила электрического тока, должны отвечать рядам напряжения: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 5; 10; 20 В и силе тока: 1; 2; 5; 10; 20 мА. Такая унификация необходима при использовании преобразователей в автоматизированных системах управления технологическим процессом (АСУ ТП) с управляющими цифровыми ЭВМ. В этой главе будет описана конструкция и показана область применения потенциометрических, индуктивных, электромагнитных, емкостных, тензометрических и фотоэлектрических преобразователей, имеющих наибольшее распространение в системах автоматики. Другие типы первичных преобразователей (температуры, давления, расхода, количества, уровня, состава и влажности газа, влажности сыпучих материалов и плотности жидкости) будут рассмотрены в разделе II.