датчиктер. Датчиктер 1. Датчиктер жне оларды жіктелуі
 Скачать 234.4 Kb.
|
|
Датчиктер. Датчиктер туралы жалпы ұғым. Қазіргі заманғы автоматтандырылған жүйелер мен техникалық қондырғылардағы датчиктердің атқаратын рөлі. Датчиктер және олардың жіктелуі Датчик деп - электрлік емес сигналды электрлікке түрлендіруге арналған кұрылғыны айтамыз. Жалпы түрде датчиктер (Д) (1-сурет) сезгіш элемент (ЧЭ) және түрлендіргіштен (Пр) құралатын жүйе ретінде көрсетуге болады. Сезгіш элемент автоматика және телемеханика жүйелерінде «сезім мүшесі» қызметтерін атқарады және бақыланатын (х) шамасын өлшеуге ыңғайлы болатын (xl) сигналға түрлендіруге арналған. Түрлендіргіште электрлік емес сигналды (х) электрлік сигналға (у) түрлендіру жүзеге асады. Датчиктің кірісіне электрлік сигналдармен қатар, электрлік емес сигналдарда келіп түcyi мүмкін. Датчик шығысынан әдетте электрлік сигнал шығады, ceбeбi электрлік сигналды күшейту және түpлi қашықтықтарға тасымалдау жеңіл. Дaтчиктiң нeгiзгi сипаттамалары мен көpceткіштері келесілер: статикалық,; инерттілік, динамикалық, (дифференциалдық;) сезімталдық; сезімталдық табалдырығы; қателік; қуат; иінкүш (момент) немесе кipic сигналы кезінен қажет болатын күшейту; шығыс қуаты және датчиктің шығыс кeдepгici. Параметрлік датчиктер электрлік емес бакылаушы немесе реттелетін параметрлерді электрлік тізбек параметрлеріне (R, L, С) түрлендіру үшін қызмет етеді. Бұл датчиктер электр энергиясын қосымша энергия көздерінен алады. Параметрлік датчиктер aктивті кедергi (түйіспелі, реостатты потенциометрлік, тензодатчиктер, терморезисторлар) және реактивті кедергі (индуктивті, сыйымдылықты) датчиктер болып eкігe бөлінеді. Генераторлық датчиктер электрлік емес параметрлерді электрлік сигналға түрлендіруге арналған. Бұл датчиктер басқа энергия көздерін қажет етпейді, өйткені олардың өзі кернеу көзі болып табылады. Генераторлық датчиктер термоэлектрлік, пьезоэлектрлік және тахометрлік болып бөлінеді. Параметрлік және генераторлық датчиктерге кeлeci жалпы талаптар қойылады: шығыс шамасының (у) кіріс шамасына (х) үздіксіз және сызықты тәуелді болуы; жоғары динамикалық; (дифференциалдық) сезімталдылық; аз инерттілік; датчиктің өлшенетін және реттелетін параметрге аз мөлшердегі әcepi; жұмыстағы сенімділік; өлшеуіш аппарат және басқа да қорек көздеріне қолдануға мүмкіндігі; өзіндік құнының төмендігі; минималды салмағы мен габариттік өлшемдері. Датчикті таңдау кезінде зерттелетін процесстің ерекшеліктерін есепке алу қажет, оларға: әсерлердің периодтылығы немесе максималды жиілігі, атмосфералық жағдайлар (ылғалдылық және ауа температурасы) жатады.  1-сурет. Қарапайым түйіспелі датчик: а) түйіспелер ажыратылған; б) түйіспелер тұйықталған  2-сурет. Сым тензодатчик: а — құрылысы; б — сипаттамасы Электр өлшеуіш және тіркегіш құралдардың жоғары сезімталдығы мен аз инерциялдығы электрлік емес шамаларды электрлік өлшеуде пайдаланылады. Осы әдістер техникада, биологияда, медицинада мүшелердің не ағзаның күйі мен қызметін сипаттайтын түрлі параметрлерді (температура, қысым, түрлі қозғалыстарды, тербелмелі үрдістерді т.б.) өлшеп, тіркеу үшін қолданылады. Осындай құралдардың барлығы 3 негізгі бөліктен тұрады: 1. зерттелетін шаманы электрлік сигналға түрлендіргіш (Д- датчик), 2. осы сигналдарды күшейткіш (К), 3. тіркегіш қондырғысы (Т) (сурет 1). Көптеген жағдайда күшейткіш пен тіркегіш қондырғысының орнына электрокардиограф каналының біреуі қолданылады. Осы электрокардиографқа датчик ерекше бір қондырғы (П) арқылы қосылады (сурет 2).   Көптеген медико-биологиялық сипаттамаларды электродтар көмегімен тікелей алуға болмайды, өйткені бұл сипаттамалар биоэлектрлік сигналдармен кескінделмейді (бейнеленбейді): қанның қысымы, температура, жүректің дыбыстары және т.б. Осындай жағдайда датчиктер қолданылады. Өлшеуіш құралдардың кең тараған түрі өлшеуіш түрлендіргіш (датчик) Датчик өлшенетін не бақыланатын шаманы ыңғайлы түрде жіберіп, ары қарай түрлендіріп, өңдеп, тіркеу, сақтау үшін ыңғайлы сигналға түрлендіргіш құрал. Басқаша айтқанда датчик өлшенетін электрлік емес сигналдарды (шамаларды) электрлік сигналға түрлендіретін құрал. Өлшенетін шаманы алуға арналған датчик бірінші ретті деп аталады. Медициналық электроникада өлшенетін не бақыланатын электрлік емес шаманы электрлік сигналға түрлендіретін датчиктер ғана қарастырылады. Датчиктерге берілетін электрлік емес сигналдардың басты түрлері: 1) механикалық шамалар - сызықтық және айнымалы қозғалыс, жылдамдық, үдеу, қысым тербеліс жиілігі; 2) физикалық шамалар - температура, жарықталу, ылғалдылық; 3) химиялық шамалар - заттың таралымы, құрамы; 4) физиологиялық шамалар - тіннің қанмен қамтамасыз етілуі, тыныс алу көлемі, қанның пульстық көлемі және т.б. Датчиктер жүйенің биологиялық сигналдарын электр сигналдарына түрлендіргіштер. Датчик түрлері Датчиктер генераторлық және параметрлік болып бөлінеді. Генераторлық датчиктерөлшенетін сигналдың әсерінен кернеу немесе тоқты тікелей өндіреді (қорытып шығарады). Генераторлық датчиктер белгілі бір құбылыстарға негізделуіне байланысты аталады: 1)пьезоэлектрлік - пьезоэлектрлік эффект; 2)термоэлектрлік - термоэлектрлік эффект (жабысқан жердегі температурасы әртүрлі болатын параллель жалғанған әртекті өткізгіштерден тұратын электр тізбегінде ЭҚК-ң пайда болу құбылысы); 3) индукциялық - электромагниттік индукция; 4) фотоэлектрлік –фотоэффект. Пьезоэлектрлік датчиктер жүрек-қан айналым жүйесінің күйін (пульс, систолалық, диастолалық қысым, жүректің тоны, шуы), тыныс алу жиілігі мен көлемін анықтауға қолданылады. Бұндай датчиктер пьезоэлектрлік эффект құбылысына негізделген. Бұл құбылыс кейбір кристаллдардың механикалық деформациясы кезінде пайда болады, яғни сыртқы күш әсер еткенде (қысқанда не созғанда) механикалық деформацияның нәтижесінде кейбір кристалдардың молекулалары поляризацияланады. Кристалдың қарама-қарсы беттерінде қарама- қарсы электр зарядтары пайда болады да олардың арасында потенциалдар айырымы туындайды. Сыртқы күштің әсері тоқтағанда электрлік зарядтары «жоғалады», кристалл бастапқы күйіне келеді. Осы құбылыс пьезоэлектрлік эффект деп аталады. Бұл эффект кварц кристалында, сегнет тұздарында т.б. пайда болады. Осындай кристалға қысатын күшпен әсер еткенде жоғарыда айтылғандай потенциалдар айырымы пайда болады, осындай пьезоэлектрлік эффект тура пьезоэлектрлік эффектдеп аталады. 4- суретте датчиктер түрлері көрсетілген. Электр өрісіне енгізілген кристалл механикалық деформацияға ұшырауы мүмкін. Мұны кері пьезоэлектрлік эффектдеп атайды. Индукциялық датчиктің жұмыс істеу принципі қозғалмайтын екі катушканың (немесе керісінше) арасындағы тұрақты магнит механикалық қозғалысқа келгенде, тізбекте индукциялық токтың пайда болуына негізделген. Индукциялық ток магнит қозғалмай катушка қозғалысқа келгенде де пайда болады. Катушка магнитке салыстырмалы қозғалған кездегі индукциялық ток күшейткішке және тіркегіш қондырғыға беріледі. Осы датчиктер баллистокардиографияда қолданылады. Тұрақты магнит қозғалғанда индуктивтік катушкада индукциялық электр қозғаушы күші пайда болады. Оның жиілігі- пульстың жиілігіне, ал амплитудасы- қан тамырындағы қан қысымына сәйкес келеді. Термоэлектрлік датчик ретінде термопара қолданылады, ол әртүрлі металдан жасалған жабысқан екі өткізгіш болып табылады. Термопара температураны өлшеуге қолданылады. Ол өткізгіштігі әртүрлі болатын жартылай өткізгіштерден жасалады. Термопараның бос ұштарына жалғанған өлшеуіш құралдың көрсетуі осы жабысқан ұштарындағы температуралардың айырымына пропорционал болады. Термопараның сынапты термометрге қарағанда артықшылығы бар. Бірақ ыңғайлылығына қарағанда ол термисторға жетпейді. Фотоэлектрлік датчиктердің әсер ету принципі олардың кедергісінің жарыққа және радиациялық сәулеленуге байланысты болуына негізделген.  |