Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-263. Датчики — органы чувств автоматов, они переводят информацию на электрический язык. Помимо уже знакомых нам датчиков (термоэлемента, терморезистора, фотоэлемента, фоторезистора, пьезокристалла, угольного и электродинамического микрофонов), имеется огромное множество других приборов для сбора информации о самых различных процессах, описания их в виде электрических сигналов. Датчиком перемещения, например, может быт, резистор с переменным сопротивлением, если его подвижной контакт связать с движущимся предметом. Датчиком деформации — проволочка с высоким сопротивлением, изогнутая зигзагом и оклеенная бумагой (Р-151;3).

Р-151

Такой датчик (тензометр) наклеивается на поверхность детали, и, когда деталь деформируется, проволока тоже изгибается и несколько растягивается, сопротивление ее меняется. На изменении сопротивления может основываться действие датчика уровня (Р-153;1), хотя часто в таких датчиках используются другие принципы. Например, изменение индуктивности катушки по мере перемещения в ней ферромагнитного сердечника (Р-151;1) или изменение емкости конденсатора по мере того, как между его пластинами появляется вещество с иной диэлектрической проницаемостью (Р-151;2). А если датчик-индуктивность или датчик-емкость включить в цепь переменного тока, то напряжение, которое появится на датчике, покажет, в каком он находится состоянии и какова контролируемая величина, в данном случае уровень жидкости. Потому что напряжение на участке цепи пропорционально его сопротивлению, а индуктивное сопротивление катушки x_L зависит от ее индуктивности L, емкостное сопротивление конденсатора х_с — от его емкости С. На том же принципе работают емкостные датчики влажности, перемещения металлических предметов, расхода жидкостей или газов, скорости потоков.

Существуют датчики, позволяющие оценить химический состав вещества, например, по электрическому сопротивлению пробной его порции, по спектру поглощения или оптической плотности. В качестве примера — один из датчиков для определения процентного содержания кислорода в крови (Р-151;4). В него входят источник света и два фотоэлемента, один из которых закрыт красным светофильтром и воспринимает только красный свет. Датчик подвешивается к мочке уха, сквозь нее проходит свет и падает на фотоэлементы. Луч света просвечивает тонкие кровеносные сосуды в мочке уха, и уровень света, попадающего на «красный» фотоэлемент Ф₂, зависит от того, насколько кровь в этих сосудах насыщена кислородом. Электронная схема сравнивает напряжение на этом фотоэлементе с общей освещенностью, которая отражена в напряжении фотоэлемента Ф₁, и такое сравнение позволяет судить о процентном содержании кислорода в крови.

В датчиках можно встретить много остроумных решений, использующих тонкие физические, химические и биологические процессы. Ну, а самый простой датчик — это концевой выключатель (Р-151;5), который замыкает или размыкает электрическую цепь и тем самым сообщает, что какая-либо деталь заняла определенное положение, пришла на свое место или, наоборот, ушла с него. Такие датчики можно встретить в лифте, где они сигнализируют управляющему автомату, что дверь пока не закрыта и двигаться еще нельзя.

Т-264. Исполнительные механизмы автоматов — двигатели, электромагниты, реле. События во всех автоматах разворачиваются примерно по одному и тому же сценарию. Сначала собирается информация или извлекается программа из собственной памяти, или и то и другое одновременно. Затем информация как-то преобразуется, перерабатывается, автомат принимает решение о том, что нужно делать при тех или иных сочетаниях сигналов, вырабатывает сигналы управления. И наконец, начинается само действие, само управление — по разным адресам рассылаются команды: «повернуть», «открыть», «передвинуть», «нагреть», «погасить», и, подчиняясь этим сигналам-командам, начинают действовать исполнительные механизмы и приборы (Р-152): электродвигатель поднимает кабину лифта на заданный этаж; железные сердечники втягиваются в катушки с током и на заданное время открывают краны, через которые в стакан наливаются сироп и вода; включается электрический подогреватель холодильника, усиливается испарение теплоносителя, и в холодильной камере до заданного уровня понижается температура; электромагнит передвигает контакты мощных выключателей, и они сразу зажигают сотни фонарей уличного освещения.

Р-152

Там, где исполнительные механизмы потребляют небольшую мощность, они органически входят в схему автомата, их приводят в действие сами сигналы управления. Но во многих случаях мощности этих сигналов не хватает, и тогда в устройствах автоматического управления появляются разного рода усилители.