Принцип действия емкостных датчиков, которые также являются преобразователями параметрического типа, основан на изменении емкости конденсатора под воздействием входной величины. В большинстве сучаев используют конденсаторы плоскопараллельного или цилиндрического типа.

Существует три вида терморезисторов: с отрицательной характеристикой (их сопротивление уменьшается с повышением температуры), с положительной характеристикой ( с повышением температуры сопротивление увеличивается) и с критичной характеристикой (сопротивление резко изменяется при пороговом значении температуры).Термочувствительные диоды и тиристоры относятся к полупроводниковам датчикам, в которых используется температурная зависимость проводимости p-n- перехода (обычно на кристале кремния). Характеристики различных терморезисторов смотрите на рис. 2.

Следует отметить, что в настоящее время способы применения таких датчиков по настоящему разнообразны, поэтому следует уделить им побольше внимания.

По принципу оптико-электрического преобразования эти датчики можно разделить на четыре типа: на основе эффектов фотоэлектронной эмиссии, фотопроводимости, фотогальванического и пироэлектрических.

Фотоэлектронная эмиссия, или внешний фотоэффект,- это испускание электронов при падении света на физическое тело. Для вылета электронов из физического тела им необходимо преодолеть энергетический барьер. Но чем корочедлина волны облучающего света, тем больше энергия электронов и легче преодоление ими указанного барьера.

Пироэлектрические эффекты - это явления, при которых на поверхности физического тела вследствии изменений поверхностного температурного "рельефа" возникают электрические заряды, соответствующие этим изменениям. Среди материалов, обладающих подобными свойствами: LiTaO3,PbTiO3,BaTiO3 и множество других так называемых пироэлектрических материалов. Конструкция одного из таких датчиков в стандартном корпусе

В корпусе датчика встроен полевой транзистор, позволяющий преобразовывать высокое полное сопротивление пироэлектрического элемента с его мизерными электрическими зарядами в более низкое и оптимальное выходное сопротивление датчика. Большинство датчиков имеет оптимальную чувствительность в довольно узкой зоне ультрафиолетовой, или видимой, или инфракрасной части спектра.

Основные пpиимущества перед датчиками других типов:

1. Возможность бесконтактного обнаружения.

2. Возможность (при соответствующей оптике) измерения объектов как с чрезвычайно большими, так и с необычно малыми размерами.

3. Высокая скорость отклика.

4. Удобство применения интегральной технологии (оптические датчики, как правило, твердотельные и полупроводниковые), обеспечивающей малые размеры и большой срок службы.

5. Обширная сфера использования: измерение различных физических величин- перемещения, температуры, давления, плотности и др., определение формы, распознавание объектов и т. д.

Наряду с преимуществами оптические датчики обладают и некоторыми недостатками, а имен чувствительны к загрязнению, подвержены влиянию постороннего светового фона, а также температуры (при полупроводниковой основе).

В датчиках давления всегда испытывается большая потребность, и они находят весьма широкое применение. В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел, например диафрагмы, трубки Прудона, гофрированной мембраны. В настоящее время в качестве датчиков давления все шире используются тензометры. Особенно перспективными представляются полупроводниковые тензометры диффузионного типа. Такие тензометры на кремниевой подложке обладают высокой чувствительностью, малыми размерами. способ получения диффузионного тензометра следующий: путем травления по тонкопленочной технологии на поверхности кристалла кремния с n-проводимостью формируется круглая диафрагма (см. рис. 5).

рис. 5 (стр. 31я)

На краях диафрагмы методом диффузии наносятся пленочные резисторы R1 и R2,имеющие p-проводимость и вытянутые в длину вдоль осей. Если к диафрагме прикладывается давление, то сопротивление одной из пар резисторов увеличивается, а другой - уменьшается. Выходной сигнал датчика формируется с помощью мостовой схемы, в которую входят эти резисторы. Полупроводниковые датчики такого типа могут найти широкое применение и будут использоваться для измерения артериального давления крови, в автомобильной электронике, во всевозможных компрессорах.

Основные проблемы таких датчиков: температурная зависимость, низкая устойчивость к внешней среде и низкий срок службы.

Это особый вид датчиков. Они используются для коммутации электрических цепей управления и автоматики, устанавливаемые в определенных точках пути контролируемого объекта. Например, путевые выключатели размещают в суппортах станков, где они ограничивают их ход, подавая в конце контролируемого перемещения сигнал на отключение двигателя привода подачи. В станках с ЧПУ для контроля положения их перемещающихся узлов широко применяют бесконтактные путевые выключатели; они обладают рядом достоинств: отсутствие механического взаимодействия, высокое быстродействие, частота переключения; они не чувствительны к механическим воздействиям и могут работать при больших скоростях перемещений.

Бесконтактные путевые выключатели отличаются геометрической формой (щелевые и торцевые), расположением чувствительного элемента, шириной щели или расстоянием от управляющей пластины до чувствительного элемента. Принцип управления бесконтактным выключателем заключается в экранировании магнитного поля постоянного магнита выключателя управляющим элементом (пластиной), размещенным на подвижном узле станка.

При внесении металлической пластины в щель экранируется чувствительный элемент - катушка, включенная в цепь электронного генератора, выдающего сигнал управления. Преимуществом щелевых выключателей является независимость положений срабатывания и возврата от небольших вибраций станка. К числу их недостатков можно отнести сравнительно большие габаритные размеры.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к современным датчикам.

1. Высокие качественные характеристики: чувствительность, точность, линейность, воспроизводимость, или повторяемость, показаний, скорость отклика, взаимозаменяемость, отсутствие гистерезиса и большое отношение сигнал-шум.
2. Высокая надежность: длительный срок службы, устойчивость к внешней среде, безотказность в работе.
3. Технологичность: малые габариты и масса, простота конструкций, низкая себестоимость.

1. линеаризуется нелинейная характеристика датчика;
2. подавляются шумы датчика;
3. корректируется чувствительность и точка нуля, которые обычно измеряются при продолжительной эксплуатации;
4. компенсируется влияние температуры окружающей среды;
5. производится автоматическая диагностика датчиков;

Тенденции развития техников датчиков показывают, что в будущем при разработке датчиков придется решать следующие задачи: