Датчики (измерительные преобразователи) являются основным средством измерения, преобразующим измеряемую или контролируемую физическую величину (давление, усилие, температуру) в выходной, обычно электрический, сигнал, который в дальнейшем регистрируется, обрабатывается и передается к исполнительному механизму.
Датчики классифицируют по ряду признаков:
- по назначению – силовые, скоростные, температурные и др.;
- по принципу действия – механические, электрические, тепловые, акустические, оптические;
- по способу преобразования неэлектрических величин в электрические – активные (генераторные) и пассивные (параметрические).
Основные типы датчиков систем управления и контроля, используемых в строительных машинах и оборудовании представлены в табл.4.
Таблица 4
| Измеряемые параметры | Тип датчика |
| Механическая деформация | Измеритель перемещения, датчик давления, датчик массы |
| Частота | Допплеровский измеритель скорости |
| Температура | Термометр, датчик уровня охлаждающей жидкости, пирометры излучения |
| Давление | Измеритель нагрузки, расходомер |
| Влажность, состав газов | Гигрометр, газовый сигнализатор |
| Звук (в том числе ультразвук) | Эхолот, приборы и устройства неразрушающего контроля |
| Скорость | Датчик скорости |
| Ускорение | Акселерометр |
| Волновое излучение | Радар, измеритель скорости |
| Свет | Фотодатчик, датчик света |
В генераторных датчиках энергия входного сигнала преобразуется в электрическую энергию выходного сигнала. В параметрических датчиках под действием входного сигнала изменяется какой-либо собственный параметр датчика (емкость, сопротивление, индуктивность). Так как измерение одной и той же физической величины может выполняться с помощью различных датчиков, то их выбор должен обеспечить технические требования, предъявляемые к разрабатываемой системе автоматики конструкцией и спецификой эксплуатации строительной машины.
Рассмотрим основные разновидности датчиков, используемых в строительных машинах и оборудовании. К наиболее простейшим устройствам относятся конечные выключатели, ограничивающие линейные и угловые перемещения механизма. Конечные выключатели наиболее широко используются в ограничителях грузоподъемных машин и кранах. В автоматических системах широко применяются и микропереключатели для включения и выключения механизмов реверса ручных и отделочных машин.
Из генераторных преобразователей наибольшее распространение имеют резистивные преобразователи неэлектрических величин, действие которых основано на изменении омического сопротивления от воздействия изменяемой величины. К таким преобразователям относятся различные конструкции потенциометрических датчиков, преобразующих линейные и угловые перемещения в электрический сигнал. Они нашли применение в ограничителях грузоподъемности в зависимости от вылета стрелы грузоподъемных стреловых кранов.
При значительных изменениях давлений, а также для измерений деформаций в элементах конструкций и узлов машин используются тензометрические и пьезоэлектрические преобразователи. Их работа основана на явлении тензометрического эффекта, т.е. на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента от его деформации. Тензодатчики приклеиваются на поверхность детали, деформация которой измеряется, и с помощью соединительных проводов подключаются к измерительному электрическому мосту. Схема подключения зависит от количества тензодатчиков и вида измеряемой деформации (растяжение, сжатие, изгиб и кручение).
В параметрических датчиках, представляющих собой индуктивные и емкостные преобразователи, питание осуществляется от переменного тока. Принцип работы этих преобразователей основан на изменении реактивного сопротивления в зависимости от величины зазора между неподвижной и подвижной частями. Наибольшее распространение получили преобразователи соленоидного типа. Они используются для измерения небольших линейных и угловых перемещений, деформаций и в управлении следящими системами. Преобразователь состоит из магнитопровода с обмоткой и якоря, соединенного с рабочим органом строительной машины или ограничителя грузоподъемности кранов.
Тахогенераторы представляют собой маломощные (до 100 Вт) электрические машины переменного или постоянного тока для преобразования скорости механического вращения в электрический сигнал. На выходе с тахогенераторов снимается напряжение, пропорциональное частоте вращения. Они используются в бурильно-крановых машинах.
К датчикам, используемым в строительных машинах и оборудовании, предъявляются особые требования из-за тяжелых условий эксплуатации машин. Они должны выдерживать вибрационные и ударные перегрузки, высокую влажность и широкий диапазон изменения температуры окружающей среды. Одновременно элементы и системы автоматики в целом должны обладать водонепроницаемостью, пыле-, грязе-, влаго- и коррозионной стойкостью, помехоустойчивостью и надежностью в условиях воздействия паров масел, жидкого топлива и агрессивных примесей выхлопных газов.