Для чего служат датчики? Каков физический принцип их работы?

Датчики – наиболее широкий класс элементов автоматизированных систем управления.в мире техники существуют десятки тысяч типов дат-чиков, различающихся физическим принципом работы, конструктивным исполнением, стоимостью и т. п.

Датчиками называются элементы систем автоматического управления, преобразующие изменения показателей или уровней одного физическо-го принципа действия в пропорционально изменяющийся сигнал другой физической природы, образующийся на выходе датчика. Как правило, все датчики систем автоматики и телемеханики преобразуют такие неэлектрические физические процессы, как изменения температуры, влажности, перемещения, давления, силы воздействия, веса, скорости, ускоре-ния, освещенности и другие в электрический сигнал.Параметры сигналов с датчиков имеют решающее значение при фор-мировании управляющего воздействия на объект управления. Поэтому к датчикам предъявляются жесткие требования по точности преобразования управляемой величины и стабильности преобразований даже при воздействии внешних помех и изменении условий эксплуатации.в зависимости от принципа действия, все электрические датчики мож-но разделить на параметрические и генераторные.

Параметрические датчики преобразуют управляемую величину в пара-метр электрической цепи: сопротивление, индуктивность, емкость. Для параметрических датчиков необходим вспомогательный источник электроэнергии. К параметрическим датчикам относятся потенциометрические, тензометрические, терморезисторные, емкостные, индуктивные, трансформаторные типы датчиков.

Генераторные датчики преобразуют неэлектрическую энергию входного сигнала, пропорционального значению управляемой величины, в электрическую энергию. К генераторным датчикам относятся термоэлектрические, тахогенераторные, фотоэлектрические, пьезоэлектрические, магнитоэлектрические, ультразвуковые, индукционные, вентильные типы датчиков. Генераторные датчики не нуждаются во вспомогательных источниках энергии. Датчики, применяемые для автоматизации транспортных процессов, должны выдавать выходные унифицированные (стандартные) сигналы в соответствии с требованиями Государственной системы приборов (ГСП).

Потенциометрические датчики применяются для преобразования угловых или линейных перемещений в электрический параметр (сопротивление датчика). Такие датчики представляют собой переменный резистор, который включается по схеме реостата или потенциометра (делителя напряжения). Конструктивно потенциометрический датчик представляет собой электромеханическое устройство, состоящее из каркаса с намотанным на него тонким проводом из сплава с высоким удельным сопротивлением, скользящего контакта (щетки и токопровода), выполненного в виде скользящего контакта или спиральной пружины.в настоящее время витковые датчики заменяются пленочными, в ко-торых обмотка заменяется тонким слоем металла с высоким удельным сопротивлением. Изменение ширины пленки или ее толщины позволяет получить линейную или нелинейную выходную характеристику (со-противление).

тензометрические датчики (тензодатчики) преобразуют механические напряжения, усилия и деформации в электрический сигнал. Если при изменении внешнего воздействия меняется сопротивление датчика, то такой датчик называется тензорезистором. Конструктивно такие датчики могут быть проволочные, работающие на растяжение (сжатие) и обеспечивающие изменение своего сопротивления в соответствии с изменением своих размеров (длины и сечения) или работающие на разрыв, когда сопротивление становится очень большим. В настоящее время широко используются фольговые тензодатчики, которые изготовляются из ленточной фольги толщиной 4–12 мкм, и полупроводниковые тензодатчики, выполняемые из кристаллических полупроводниковых материалов (кремния, арсенида галлия, германия и др.). Достоинства полупроводниковых тензодатчиков: высокая чувствительность (примерно в сто раз больше, чем у проволочных); большой выходной сигнал, что позволяет обходиться без усилителя. Недостатки: малая механическая прочность, сильное влияние окружающей температуры и большой разброс параметров в одной партии датчиков.

индуктивные датчики преобразуют в электрический сигнал небольшие линейные или круговые перемещения. Конструктивно датчик состоит из катушки индуктивности с железным сердечником и подвижного якоря, соединенного с объектом контроля и перемещающегося вместе с ним. При перемещении якоря изменяется сопротивление магнитной цепи датчика вследствие изменения воздушного зазора между обмоткой и якорем. Изменение сопротивления изменяет величину магнитного потока и индуктивность датчика. Пределы контролируемых перемещений находятся в диапазоне до 10 мм, но с высокой точностью (до 0,3 мкм).

тахометрические датчики применяются для преобразования в электрический сигнал частоты вращения подвижного объекта контроля. Тахогенератор представляет собой маломощную электрическую машину постоянного или переменного тока. Принцип действия тахогенераторов основан на законе электромагнитной индукции. При изменении магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом или электромагнитом, в обмотке тахогенератора индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости (частоте) изменения магнитного потока. Изменение магнитного тока можно получить двумя методами: перемещая магнит относительно обмотки или перемещая обмотку относительно магнита.

Магнитные датчики. Принцип их действия состоит в изменении магнитного потока в сердечнике при внесении в магнитную систему датчика дополнительного сердечника (например, при прохождении через датчик колесной пары подвижного состава) или наведении ЭДС в обмотке при вращении колеса.

температурные датчики преобразуют уровень теплового излучения объекта контроля в параметр электрической цепи (в сопротивление). Примером датчика такого типа можно считать приемник инфракрасного излучения от нагретой буксы колесной пары. Такой датчик называется балометром, сопротивление которого снижается при поступлении в камеру датчика теплового (инфракрасного) излучения.

Пьезоэлектрические датчики преобразуют действующее на них усилие (давление, удар) в изменение ЭДС на металлизированных гранях датчика. Принцип действия основан на возникновении разности потенциалов на гранях сегнетоэлектрика, находящегося под давлением.На железных дорогах датчики применяются в автоматической локомотивной сигнализации, в системах регулирования скорости и автоматического управления тормозами поезда, контроля скорости скатывания отцепов и измерения веса отцепов, обнаружении по ходу движения состава перегретых букс, нарушения габаритов, наличия «ползунов» на колес-ныхпарах; в пассажирской автоматике, например в турникетах; в различ-ных системах контроля свободности участков железной дороги (перегона, станционных путей, участков приближения к переезду и т. п.).

9) что такое КПТ………кодовый путевой трансмиттер….отправляет коды АЛС

10) Что такое РЦ… Рельсовая цепь представляет собой совокупность рельсовых нитей и аппаратуры, подключенной к ним; это электрическая цепь, в которой есть источник питания и нагрузка (путевое реле), а проводниками элек-трического тока служат рельсовые нити железнодорожного пути. Рельсовая цепь обеспечивает реализацию трех групп функций:

– датчика свободности или занятости, исправности или неисправности рельсовой цепи;

– телемеханического канала передачи информации между сигнальными точками автоблокировки, между напольными и постовыми устройствами, между напольными и локомотивными устройствами;

– пропуска обратного тягового тока (на электрифицированных линиях).

Рельсовая цепь состоит из отдельных рельсовых звеньев, электрически соединенных между собой в пределах одной рельсовой цепи.