Тема дает общие понятия о датчиках — органах «чувств» автоматических устройств.
Датчиком (измерительным органом, чувствительным элементом) называется элемент, преобразующий контролируемую или регулируемую величину в величину другого вида, более удобную для воздействия на управляющий орган системы автоматики и телемеханики.
Руководитель должен в самом начале объяснить членам кружка, что, несмотря на многообразие датчиков, все они выполняют одну роль — преобразование одного поля энергии в другую, а именно; механическое перемещение или движение, температуру, усилие, скорость движения, радиацию (световую, ядерную) и прочее в электрическую энергию (гок, напряжение).
Если характеризовать датчики по виду входных неэлектрических величин, то их можно разделить на следующие основные группы: датчики механических величин, датчики тепловых величин, датчики оптических величин и датчики состава веществ.
Если характеризовать датчики по виду выходной электрической величины, то датчик, преобразующий изменение контролируемой величины в изменение параметра электрической цепи (в изменение активного, индуктивного или емкостного сопротивления), называется параметрическим. Датчик, преобразующий контролируемую величину в э.д.с., называется генераторным.
Выходной величиной в параметрическом датчике может служить активное сопротивление (реостатные датчики, угольные датчики, проволочные датчики, термометры сопротивления), индуктивное сопротивление (индуктивные датчики различных типов), емкостное сопротивление (емкостные датчики).
Выходной величиной в генераторных датчиках являются э.д.с. постоянного тока (термопары, пьезоэлементы, фотоэлементы) или э.д.с. переменного тока (электродинамический микрофон).
Рассматривая принцип действия того или иного датчика, необходимо привести примеры использования его в автоматическом устройстве. Беседы должны носить чисто познавательный, обзорный характер, поскольку непосредственный разбор конструкций отдельных гипсв датчиков проводится в последующих темах.
Принятая в данном пособии классификация датчиков условная, имеющая цель объединить используемые в детских самоделках датчики по их целевому назначению.
На практических занятиях кружковцы для более полного представления о существе материала могут изготовить по рекомендациям руководителя кружка или учителя физики ряд развернутых схем-макетов для демонстрации принципа действия датчиков различных систем. Схемы для этой цели следует подбирать наиболее простые и безотказно действующие. Такие устройства представляют собой датчик, усилитель и сигнализатор (лампочка, звонок).
На рис. 47 приведена схема усилительного каскада на электронной лампе, в анодную цепь которой включено реле. К точкам 1—2—3 на схеме подключают дат чики: фотоэлемент, фоторезистор, термоэлемент, емкостный датчик, ионизационный датчик.
Фотоэлемент может быть газонаполненным, например ЦГ-3, или вакуумным, например СЦВ-4. Для создания отрицательного напряжения на сетке лампы в цепь катода включен реостатом переменный резистор R2.
При освещении фотоэлемента его фотогок создаст на резисторе R1 падение напряжения, которое в положительной полярности подается на сетку лампы. Эго вызывает увеличение анодного тока лампы, срабатывание электромагнитного реле и включение через его контакты Р1/1 исполнительной цепи.
Если к лампе подключить фоторезистор, чувствительность схемы регулируют путем изменения сопротивления переменного резистора в цепи катода лампы (в пределах 1—2 ком).
При замене фотодатчика на термодатчик получают демонстрационную схему термореле. В ней резисторы R1, R2 и термистор R3 образуют делитель напряжения. Падение напряжения на каждом из них зависит от величины анодного напряжения, положения движка переменного резистора R1 и температуры той среды, где находится термистор R3.
На термореле подают напряжение питания 150 в, а сопротивление переменного резистора в цепи катода лампы устанавливают 1 ком, чтобы сработало электромагнитное реле. При нагревании термистора его сопротивление уменьшается, что вызывает уменьшение положительного потенциала на управляющей сетке и величины анодного тока лампы. При определенной температуре термистора реле отпускает и разрывает исполнительную цепь.
Действие емкостного датчика демонстрируют, подключая к данному усилительному каскаду блок детекторного приемника с катушкой СВ в колебательном контуре и параллельно соединенными резистором R1 и подстроенным конденсатором С2 вместо детектора. С управляющей сеткой лампы соединяют кусок медного провода длиной около 2 м, который будет выполнять роль антенны.
Если поднести к антенне руку, не прикасаясь к ней, емкость, вносимая при этом в контур, сорвет генерацию, анодный ток лампы резко возрастет и электромагнитное реле сработает.