Автоматизация. Начало. Что и почему

Датчики
Датчики обеспечивают сбор информации о состоянии объекта управления. На основании данных с датчиков для модели в устройстве управления формируются значения переменных состояния объекта. Сами датчики можно разделить на несколько категорий по разным признакам - функциональному, способу (принципу) измерения, типу выходного сигнала, и так далее. Давайте разбираться.
По функциональному признаку деление датчиков самое очевидное. Например, бывают датчики температуры, датчики давления, датчики влажности, датчики освещенности, и так далее. Подробно останавливаться на этом не будет, тут нет ничего особенного. А вот дальше будет интереснее.
Датчики могут измерять состояние объекта напрямую, или косвенно. Немного забегу вперед, что бы пояснить суть этих слов. Например, датчик изменяет свое сопротивление при изменении температуры, что позволяет эту температуру измерить. С одной стороны, это косвенный способ измерения, так как мы будем измерять сопротивление, а не температуру напрямую. Однако считается, что это датчик непосредственного измерения температуры. Но если нам нужно измерить скорость потока воздуха и мы используем для этого измерение температуры, то получаем косвенное измерение. Как такое косвенное измерение происходит? Мы нагреваем измерительный датчик и обдуваем его потоком воздуха. Если температура воздуха меньше температуры датчика датчик будет охлаждаться. Причем тем сильнее, чем выше скорость потока. Измерив насколько снизилась температура датчика мы можем сделать выводы о скорости потока воздуха. Разумеется, нам нужно еще знать температуру воздуха, для чего потребуется второй датчик температуры. А если мы измеряем скорость потока в трубе известного диаметра, то ты можем оценить и объем, и массу воздуха, прошедшего за заданное время. Ничего не напоминает? Да, примерно так работает автомобильный ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) который используется в системе управления впрыском топлива.

ДМРВ, изображение с сайта mylada.net
То есть, прямым измерением некоторой величины называется измерение ее датчиком для этого и предназначенным. Косвенным измерением называется вычисление измеряемой величины через прямые измерения других величин, которые связаны с измеряемой.
Фактически, все наши измерения косвенные, так как, в большинстве случаев мы измеряем электрические параметры на которые измеряемая величина влияет. Или механические, например, изгиб биметаллической пластины. Однако, факт такого преобразования игнорируется, для упрощения и выделения именно сути косвенного измерения, когда мы идем обходным путем.
Измерение может быть контактным и бесконтактным. Например, мы можем измерить температуру инфракрасным термометром не касаясь, и даже не приближаясь, к объекту измерения. Не всегда бесконтактность очевидна. Например, опять немного забегая вперед, возьмем емкостный датчик уровня жидкости в виде трубки опущенной в сосуд. На первый взгляд, тут явно контактный способ измерения. Но надо учесть, что сам датчик, обкладки конденсатора, изолированы от объекта измерения, жидкости. То есть, измерение ведется бесконтактным способом. А вот если мы определяем уровень с помощью металлических электродов используя проводимость воды, то способ измерения у нас контактный. Так как датчик, электроды, контактируют с водой, как объектом измерения.
Выходной сигнал датчиков может быть логическим, то есть, иметь только два значения - включено или выключено, ноль или 1. Выходной сигнал может быть аналоговым, то есть изменяться плавно, в какой то функциональной зависимости от измеряемой величины. Например, выходное напряжение, или ток, датчика могут быть пропорциональны температуре. Выходной сигнал может быть числовым, например, количество импульсов в зависимости от скорости вращения вала. Обратите внимание, я не назвал ни одного конкретного значения (кроме 0 и 1). Дело в том, что уровни токов и напряжений могут быть совершенно разными в разных системах. И совсем не обязательно соответствовать уровням TTL или CMOS логике. Например, диапазон аналоговых сигналов часто бывает от 0 до 10 В, или от 4 до 20 мА. А уровни логических 0 и 1 могут быть -12 В и +12 В. Именно по этой причине чаще всего и присутствует УСО, для согласования уровней, и протоколов, как будет видно дальше, сигналов датчиков с уровнями внутри устройства управления.
Теперь давайте рассмотрим датчики исходя из принципа измерения. Это важно.