Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Датчики, выполненные на основе электронной техники, называются электронными датчиками. Отдельно взятый датчик может быть предназначен для измерения (контроля) и преобразования одной физической величины или одновременно нескольких физических величин.

В состав датчика входят чувствительные и преобразовательные элементы. Основными характеристиками электронных датчиков являются чувствительность и погрешность.

Датчики широко используются в научных исследованиях, испытаниях, контроле качества, телеметрии, системах автоматизированного управления и в других областях деятельности и системах, где требуется получение измерительной информации.

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, на пример: термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.

В системах автоматики сигналы управления зависят от различных неэлектрических и электрических величии, характери­зующих данный производственный процесс. Информация об этих величинах должна быть получена от датчика и сформирована в виде некоторого сигнала. Наиболее удобно использовать электри­ческий сигнал. По сравнению с другими сигналами (например, механическими, пневматическими, световыми, звуковыми) элект­рический сигнал обладает целым комплексом преимуществ: воз­можностью передачи на большие расстояния, простотой преобра­зования и усиления, возможностью ввода в ЭВМ. Поэтому элект­рические методы измерения неэлектрических величин получили ши­рокое распространение. Они должны обеспечивать высокую точ­ность преобразования неэлектрической величины в электрический сигнал и быстро реагировать на ее изменение.

Практически большинство неэлектрических величин сравнительно несложно преобразовать в перемещение. Поэтому в автоматике широкое распространение получили датчики перемещения. Если можно сразу превратить неэлектрическую величину в электрический сиг­нал, то используются датчики непосредственного преобразования (например, термосопротивления и термопары).

Конструкции и принципы действия датчиков различны (Приложение 1. Датчики) но благодаря стандартным размерам сопряжений их можно встраивать в нормализованную и стандартизованную аппаратуру и подсоединять к источникам питания. Выпускаемые промышленностью датчики обладают малыми габаритами, массой, инерционностью (т. е. временем на преобразование входной величины в выходной сигнал), имеют различные диапазоны измеряемых величин и различную цену деления приборов для их настройки. Датчики характеризуются параметрами, необходимыми для их подбора при автоматизации процессов.

1. Зависимость выходного сигнала Y от входного х: Y = F(х).

2. Чувствительность. Чем датчик чувствительнее, тем легче производить измерение малых входных величин.

3. Порог чувствительности — величина наименьшего изменения входной величины, вызывающая изменение выходного сигнала.

4. Погрешность основная характеризует максимальную разность между номинальными величинами выходного сигнала при нормальных условиях и при изменении внешних условий по сравнению с их нормальными значениями. Например, основная погрешность датчика мод. 233 соответствует ± 0,5 мкм. Дополнительные погрешности выражают в % относительно номинала определенного фактора. Например, температурная погрешность датчика соответствует 1,5% при изменении температуры на 10 °С по сравнению с нормальной (20 ± 2 °С).

5. Динамические характеристики, соответствующие работе датчика при быстрых изменениях входной величины. Обычно требуется минимальная постоянная величина времени для получения соответствующего выходного сигнала.

6. Стабильность характеристики. Датчик мод. 233 позволяет производить 25 000 срабатываний при смещении до ± 0,5 мкм. Автоматизация технологических процессов обработки на металлорежущих станках требует применения быстродействующих, точных датчиков различных принципов действия, воспринимающих входную величину в виде изменения положения (пути), размера, силы, скорости, температуры и подающих выходной сигнал в виде электрического, пневматического, гидравлического, механического импульсов.

Соответственно информации, полученной на входе, датчики разделяют на:

1) путевые, дающие выходной сигнал, когда движущаяся часть (суппорт, стол и т. п.) подойдет в заданное положение;

2) размерные, дающие выходной сигнал, когда измеряемый размер достигнет заданной величины;

3) силовые, дающие выходной сигнал, когда сила в гидро- или пневмосистеме, в механизме или определенной детали машины достигнет заданной величины;

4) скоростные, дающие выходной сигнал, когда скорость движения сборочной единицы или детали машины достигнет заданной величины;

5) температурные, дающие выходной сигнал, когда температура детали, масла, воздуха достигнет заданной величины.