Какие датчики бывают – Электронные датчики, принцип работы и область применения емкостного, индуктивного, оптического датчиков

Содержание

Датчик — Википедия

Да́тчик — собирательный термин, который может означать: измерительный преобразователь; первичный измерительный преобразователь; чувствительный элемент.[1] В российских рамках стандартизации датчик является средством измерений[2].

Датчики, выполненные на основе электронной техники, называются электронными датчиками. Отдельный датчик может измерять (контролировать) одну или одновременно несколько 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.

Измерительный преобразователь — средство измерений, в котором измеряемый сигнал преобразуется в сигнал другой формы, удобной для дальнейшей передачи, преобразования, обработки и хранения.[3]

Первичный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, который взаимодействует непосредственно с исследуемым объектом.

[4]

Чувствительный элемент — часть преобразовательного элемента средства измерений, первый элемент в измерительной цепи, находящийся под непосредственным воздействием измеряемой величины.[5] В преобразовательном элементе средства измерений происходит одно из ряда последовательных преобразований величины.[6]

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, например 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.

Датчики используются во многих отраслях экономики — добыче и переработке полезных ископаемых, промышленном производстве, транспорте, коммуникациях, логистике, строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении, науке и других отраслях — являясь в настоящее время неотъемлемой частью технических устройств.

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

Датчики по своему назначению и технической реализации близки к понятию «измерительный инструмент» («измерительный прибор»). Однако показания приборов воспринимаются человеком, как правило, напрямую (посредством дисплеев, табло, панелей, световых и звуковых сигналов и проч.), в то время как показания датчиков требуют преобразования в форму, в которой измерительная информация может быть воспринята человеком. Датчики могут входить в состав измерительных приборов, обеспечивая измерение физической величины, результаты которого затем преобразуются для восприятия оператором измерительного прибора.

В автоматизированных системах управления датчики могут выступать в роли инициирующих устройств, приводя в действие оборудование, арматуру и программное обеспечение. Показания датчиков в таких системах, как правило, записываются на запоминающее устройство для контроля, обработки, анализа и вывода на дисплей или печатающее устройство. Огромное значение датчики имеют в робототехнике, где они выступают в роли рецепторов, посредством которых роботы и другие автоматические устройства получают информацию из окружающего мира и своих внутренних органов.

В быту датчики используются в термостатах, выключателях, термометрах, барометрах, смартфонах, посудомоечных машинах, кухонных плитах, тостерах, утюгах и другой бытовой технике.

По методу измерения[править | править код]

  • Активные (генераторные)
  • Пассивные (параметрические)

По измеряемому параметру[править | править код]

По принципу действия[править | править код]

По характеру выходного сигнала[править | править код]

  • Дискретные
  • Аналоговые
  • Цифровые
  • Импульсные

По среде передачи сигналов[править | править код]

  • Проводные
  • Беспроводные

По количеству входных величин[править | править код]

  • Одномерные
  • Многомерные

По технологии изготовления[править | править код]

  • Элементные
  • Интегральные
  1. ↑ Датчик//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
  2. ↑ ГОСТ Р 51086-97. Датчики и преобразователи физических величин электронные
  3. ↑ Измерительный преобразователь//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
  4. ↑ Первичный измерительный преобразователь//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
  5. ↑ Чувствительный элемент средства измерений//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
  6. ↑ Преобразовательный элемент средства измерений//Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990
  • Датчики: Справочное пособие / В.М. Шарапов, Е.С. Полищук, Н.Д. Кошевой, Г.Г. Ишанин, И.Г. Минаев, А.С. Совлуков. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с.
  • Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
  • Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
  • Capacitive Position/Displacement Overview
  • M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
  • C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
  • Sensors — Open access journal of MDPI
  • M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
  • SensEdu; how sensors work
  • Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005,
    5
    , 4-37
  • Wireless hydrogen sensor
  • Sensor circuits
  • Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
  • Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
  • Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
  • ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».

Датчики. Какие бывают датчики, их принцип работы и подключение

Для контроля режима работы нагревательного оборудования чаще всего используются термопары. Прочитав данную статью, вы получите общее представление об этих измерительных элементах, узнаете их принцип действия и особенности конструкции различных видов. В завершении приводится инструкция, следуя которой можно произвести самостоятельную замену термопары.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Учитывая рост популярности газового оборудования для автомобилей, имеет смысл поделиться информацией о датчиках уровня газа, установленных в системах ГБО. Автолюбителям будет полезно узнать принцип устройства этих сенсоров, а также ознакомиться с подробным описанием процесса подключения датчика уровня газа к системе ГБО.

Заметки Электрика Заметки Электрика

В основу принципа действия многих систем управления заложено измерение температуры рабочей среды или окружающего воздуха. Для решения этой задачи широко применяются специальные датчики, получившие название «термометры сопротивления». Сейчас мы рассмотрим наиболее распространенные виды термодатчиков, их типовые конструкции и схемы включения. Также будет предоставлена информация по классам точности измерительных устройств и обслуживанию в процессе эксплуатации.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Для управления работой двигателя внутреннего сгорания инжекторного типа необходимо измерять объем воздушной смеси, поступающей в цилиндры. Для таких измерений в систему подачи воздуха устанавливаются специальные датчики-воздухомеры. В данной статье мы расскажем, принципе работы этих устройств, их видах и взаимозаменяемости. Также рассмотрены вопросы, связанные с проверкой работоспособности волюметров.

Заметки Электрика
геркон КЭМ-3

Несмотря на то, что механические контакторы постепенно вытесняются полупроводниковыми ключами, герконы все еще остаются востребованными. Узнав все особенности этих коммутационных устройств, будет несложно понять, в чем заключается их «незаменимость».

Заметки Электрика Датчик холла

Учитывая, что датчиками Холла обрадовано большинство изделий советского, а впоследствии и российского автопрома, владельцам автотранспорта будет полезно узнать о конструкции и принципе действия этого устройства. Данная информация позволит получить представление о работе системы зажигания и даст возможность выявить причину неисправности ДХ.

Заметки Электрика Заметки Электрика

О распространенности датчиков уровня можно и не упоминать, поскольку с этими устройствами мы постоянно сталкиваемся на протяжении всей жизни. Чтобы не показаться голословным, приведем в качестве примера механический датчик уровня воды в сливном бачке. Что касается электрооборудования, предназначенного для измерения уровня жидкостей в резервуарах, вся информация по этим устройствам приведена в статье.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Практически все современные климат системы имеют возможность регулировать влажность воздуха в помещении. Соответственно, для нормального функционирования этих систем необходимы специальные приборы – датчики влажности. В статье мы расскажем о типовых конструкциях этих устройств, кратко опишем принцип работы и расскажем он некоторых особенностях применения.

Заметки Электрика Рисунок установленной системы обнаружения утечки

Если вовремя обнаружить протечку в ванной комнате или на кухне, то можно существенно минимизировать ущерб. Реализовать такую систему сигнализации можно использую соответствующий датчик. Прочитав статью, вы узнаете, как функционирует такое устройство, и ознакомитесь с примерами реализации сигнализации утечки воды. Приведенные принципиальные схемы могут быть легко собраны домашним мастером.

Заметки Электрика принцип работы

Принцип работы автоматических систем водоснабжения заключается в своевременном управлении насосным оборудованием. Определить необходимость запуска или отключения насоса можно при помощи датчика давления. Ознакомившись с нашей статьей можно получить представление о принципе работы такого устройства, а также узнать, как осуществляется настройка датчика давления.

Заметки Электрика сенсор инфракрасного типа

Можно существенно сэкономить на электричестве оборудовав помещение датчиком присутствия, который будит отключать питание от источников света, если никого нет в комнате определенное время. Мы расскажем, какие типы датчиков можно использовать для этой цели и приведем несколько принципиальных схем с их использованием.

Заметки Электрика ИК-устройство

В системах безопасности и цепях управления освещением используются специальные датчики движения. Информация, собранная в статье поможет найти ответы на многие вопросы, связанные с этими сенсорами. В частности узнать, какие бывают виды датчиков, ознакомиться с принципом их работы и зоной действия, а также получить представление о способах настройки и подключении.

Заметки Электрика тензодатчик шайбового типа

В некоторых технологических процессах важно определить степень деформации, сделать это можно при помощи тензодатчика. Несмотря на то, что такое устройство в быту практически не используется (за исключением электронных весов), информация о нем может быть полезна для общего развития. Прочитав статью, вы узнаете, как функционирует датчик, и получите представление о принципе определения степени деформации.

Заметки Электрика Заметки Электрика

Материал данной статьи полностью посвящен индуктивным датчикам. Кратко описывается их принцип работы, варианты исполнения, а также сфера применения. Отдельно затрагивается тема касательно выбора устройства в зависимости от поставленной задачи.

Заметки Электрика активный ик-датчик

В некоторых случаях установка проводных датчиков движения не представляется возможным. На это может быть множество причин, но основная из них — сложности с проведением сигнальной линии. Решить проблему можно используя беспроводные устройства. В статье мы рассмотрим, как реализован интерфейс передачи сигнала в таких устройствах, их конструктивные особенности и варианты подключения.

Заметки Электрика поплавковый датчик ДРУ

Тем, у кого имеется дача или частный дом со скважиной забора воды, мы рекомендуем ознакомиться с материалом данной статьи, посвященной поплавковым и герконовым датчикам уровня. С их помощью можно собрать простую схему управления глубинным насосом, отключающую или запускающую двигатель в зависимости от степени наполнения водой накопительной емкости.

Заметки Электрика датчик движения с лампой

Для управления освещением придомовой территории удобно использовать беспроводные датчики движения. О том, как работают такие устройства, вариантах исполнения и способах подключения, можно узнать, прочитав нашу статью. В завершении приводится инструкция по организации освещения при помощи беспроводных датчиков движения.

Заметки Электрика датчик температуры воздуха БМВ

Практически во всех современных моделях авто зарубежного и отечественного автопрома устанавливаются датчики, контролирующие температуру в системе подачи воздуха к двигателю. Для автолюбителей мы специально подготовил материал, в котором описывается принцип работы и устройство таких датчиков. Отдельно рассказано, как произвести диагностику датчика температуры воздуха и, при необходимости, замену этого устройства.

Заметки Электрика датчик давления масла волга

Срабатывание датчика давления масла довольно неприятный момент, с которым сталкивались многие автолюбители. Что делать в этом случае, можно узнать из нашей статьи. Мы рассмотрим не только диагностику и ремонт, а и кратко опишем принцип действия датчика и его устройство.

Заметки Электрика Механический терморегулятор

Для управления системами отопления и климат контроля используются специальные устройства – терморегуляторы. Тем, кому интересно узнать о принципе действия этих приборов, рекомендуем прочитать нашу статью. Из нее вы узнаете, какие виды терморегуляторов получили наибольшее распространение и как осуществляется их подключение и настройка.

Заметки Электрика противопожарный датчик

Можно без преувеличения сказать, что тепловые и дымовые датчики являются важными элементами систем пожарной сигнализации. Детально о различных видах пожарных сенсоров, вариантах их подключения и принципе работы, мы расскажем в данной публикации. В завершении статьи приводятся советы специалистов по установке извещателей.

Заметки Электрика датчик температуры охлаждающей жидкости ВАЗ 2010

Современные системы управления двигателем внутреннего сгорания контролируют множество показателей, в частности температуру охлаждающей жидкости. Для этой цели используется специальный датчик, установленный в системе охлаждения. О принципе работы этого сигнализатора, его обслуживании и замене, вы узнаете, прочитав нашу статью.

Заметки Электрика

Типы выходов датчиков


Рис. 1. Типы выходов датчиков.

Для расчета стоимости разработки и наладки промышленной автоматики отправьте запрос на адрес [email protected]

В этой статье описаны основные девять типов выходных сигналов различных датчиков, а также способы их обработки. Как видно из рис. 1 каждый сенсор (чувствительный элемент) датчика изначально имеет аналоговый выход, который может быть подключен напрямую к выходу датчика или обрабатываться встроенной схемой для получения на выходе уже готовой к использованию формы сигнала. Например, в термисторах и фоторезисторах, внутреннее сопротивление чувствительного элемента непосредственно передается на выход датчика. Тем не менее существует множество датчиков, в которых встроенная электронная схема на основе полученной информации от сенсора генерирует напряжение, ток, закодированный импульсный сигнал или имеет транзисторный выход с открытым коллектором. Если датчик имеет встроенную обработку сигнала, то выход чаще всего логический(бинарный) или цифровой.


Логический(бинарный) выход имеет два устойчивых состояния: высокий уровень — логическая единица и низкий уровень — логический ноль. Состояние может передаваться непосредственно на выходной вывод датчика или обрабатываться встроенной логикой с формированием потового импульсного сигнала. Здесь под потоковым импульсным сигналом имеется в виду непрерывное изменение состояний между нулем и единицей с определенной частотой. Существуют различные методы, но наиболее распространенный метод кодирования сигнала — широтно-импульсная модуляция PWM.


Цифровой выход передает один или два байта данных, которые хранятся в регистре (ячейке памяти) внутри электронной схемы, встроенной в датчик. В то время как другие формы выходного сигнала передаются непрерывно на вывод датчика, цифровой выход доступен по запросу от внешнего устройства, такого как микроконтроллер, который должен передать команду в датчик и в качестве ответа получить данные. Такая двухсторонняя связь чаще всего осуществляется посредством I2C или SPI протокола.

 

Выходной сигнал в виде напряжения, безусловно, является наиболее распространенной формой выходного сигнала датчиков. Другие формы сигналов легко могут быть преобразованы в напряжение, используя методы, описанные ниже.

 

Датчики с аналоговым выходом в виде напряжения.


Аналоговый выход — аналоговый вход.

Рис. 2. Схема подключения датчика с выходом в виде напряжения через делитель.


Датчик с аналоговым выходом в виде напряжения может быть подключен напрямую к аналоговому входу, если они имеют совместимые диапазоны напряжений и датчик может обеспечить достаточную силу тока. Например, внешний аналоговый вольтметр, источник света или звука, которые меняют интенсивность, транзистор или операционный усилитель, которые усиливают выходной сигнал для других аудио\визуальных целей. Если выходное напряжение датчика выше допустимого для входа внешнего устройства, то его можно пропорционально понизить до совместимого значения с помощью схемы делителя напряжения на двух резисторах, как показано на рис. 2.

Значения R1 и R2 рассчитываются по следующей формуле: Uout = Usen*(R2/(R1+R2)), где Usen — выходное напряжение датчика, Uout — напряжение на выходе делителя.

 

Аналоговый выход — логический (бинарный, двоичный) вход.


Датчик с аналоговым выходом в виде напряжения может быть подключен к логическому входу через схему, которая преобразует сигнал в двоичную форму. В качестве такой схемы может быть использован триггер Шмидтта, стабилитрон или компаратор. Компаратор обеспечивает такие полезные функции, как регулируемая положительная обратная связь. Это может быть использовано, например, в фотореле — для преобразования медленно изменяющегося сигнала фототранзистора в высокий\низкий сигнал для включения выходного реле.

 

Аналоговый выход — цифровой вход.

 

Сигнал с датчика в виде аналогового напряжения может быть оцифрован с помощью внешней схемы АЦП, которая может быть реализована внутри микроконтроллера или на основе специализированных микросхем АЦП. Если для этой цели используются встроенные средства микроконтроллера, то датчик может быть подключен напрямую ко входу ADC микроконтроллера. Программа микроконтроллера получит доступ к оцифрованному значению аналогового сигнала и выполнит его обработку в соответствии с заданным пользователем алгоритмом или отправит сигнал на цифровой дисплей. При использовании специализированных микросхем АЦП существует множество вариантов их исполнения:

  • параллельный АЦП (Flash converter ADC) — содержит массив компараторов с различным опорным напряжением, генерируемым цепочкой резисторов с равным сопротивлением. Выходы компараторов подключены к элементу Priority Encoder, на единственном выходе которого формируется итоговое двоичное число. Такая система работает очень быстро, но имеет ограниченное разрешение.
  • АЦП последовательных приближений — использует один компаратор, сравнивая входное напряжение с напряжением на выходе ЦАП. Двоичное число, которое поступает на вход этого ЦАП, определяется побитно, начиная со старшего значащего бита и заканчивая младшим. Эти биты сохраняются в специальном регистре последовательных приближений (SAR). Когда процесс определения завершен, SAR содержит двоичное представление входного напряжения. Этот тип АЦП позволяет реализовать высокое разрешение за счет снижения скорости преобразования.
  • АЦП двойного интегрирования. Конденсатор заряжается со скоростью, пропорциональной входному напряжению, затем разряжается и это время измеряется с помощью тактовых импульсов. Результат отсчета появляется на выходе АЦП.
  • АЦП напряжение-частота содержит генератор, управляемый напряжением (ГУН) для формирования импульсов с частотой, пропорциональной входному напряжению. После подсчета определенного количества импульсов, это количество(частота) подсчитанных импульсов пропорционально уровню входного сигнала.

Количество бит на выходе АЦП должно быть достаточным для оцифровки всего диапазона входных напряжений с требуемой точностью. Так как диапазон напряжений может содержать неожиданные выбросы, лучшая стратегия при оцифровке — использовать больше бит, чем необходимо по расчетам. Однако, это означает, что большую часть времени только несколько бит могут быть использованы для измерения значений вблизи нижнего предела диапазона входных напряжений и точность измерений будет снижена.


Например, предположим, что диапазон входных напряжений от 0 до 2В, при этом возможны короткие выбросы до 8В. 8-разрядные АЦП могут обеспечить 256 цифровых значений для всего диапазона входных напряжений. Если измеряемые значения равномерно распределены на протяжении всего диапазона от 0 до 8В, наименьший значащий бит может измерить 1\32 Вольта, или около 31 мВ. Пульсации с меньшим значением будут игнорироваться. С другой стороны, если все 256 значений используются для измерения диапазона от 0 до 2В, наименьший значащий бит может измерить 1\128 Вольта, или чуть меньше 8 мВ, но напряжения выше 2В не будут измерены. Для работы АЦП, как правило, требуется источник опорного напряжения, величина напряжения которого и будет соответствовать верхнему пределу измерения входных значений. Опорное напряжение должно выбираться, исходя из необходимого диапазона и точности измерения напряжения. Микроконтроллер может поддерживать автоматическое масштабирование аналогового входа в пределах значения переменной, заданной в программном коде. Это производится путем

виды, устройство, принцип работы, применение

Датчик — это миниатюрное, сложное устройство, которое преобразует физические параметры в сигнал. Подает он сигнал в удобной форме. Основной характеристикой датчика является его чувствительность. Датчики положения осуществляют связь между механической и электронной частью оборудования. Пользуются им для автоматизации процессов. Используются эти устройства во многих отраслях производства.

Описание и назначение

Датчики положения могут быть разными по форме. Изготавливают их для определенных целей. С помощью прибора можно определить месторасположение объекта. Причем физическое состояние не имеет значение. Объект может иметь твердое тело, быть в жидком состоянии, либо даже сыпучим.

При помощи прибора можно решить разные задачи:

  • Измеряют положение и перемещение (угловое и линейное) органов в рабочих машинах, механизмах. Измерение может совмещаться с передачей данных.
  • В АСУ, робототехнике может быть звеном обратной связи.
  • Контроль степени открытия/закрытия элементов.
  • Регулировка направляющих шкивов.
  • Электропривод.
  • Определение данных расстояния до предметов без привязки к ним.
  • Проверку функций механизмов в лабораториях, то есть провести испытания.

Датчик положения

Классификация, устройство и принцип действия

Датчики положения бывают бесконтактные и контактные.

  • Бесконтактные, это приборы являются индуктивными, магнитными, емкостными, ультразвуковыми и оптическими. Они при помощи магнитного, электромагнитного или электростатического поля образуют связь с объектом.
  • Контактные. Самым распространенным из этой категории, является энкодер.

Бесконтактный

Бесконтактные датчики положения или сенсорный выключатель, срабатывают без контакта с подвижным объектом. Они способны быстро реагировать и часто включаться.

По прицепу действия бесконтактные бывают:

  • емкостными,
  • индуктивными,
  • оптическими,
  • лазерные,
  • ультразвуковые,
  • микроволновые,
  • магниточувствительные.

Бесконтактные могут применяться для перехода на частоту вращения ниже, или остановки.

Датчик положения старый

Индуктивные

Индуктивный датчик бесконтактный работает за счет изменений в электромагнитном поле.

Основные узлы индуктивного датчика изготовлены из латуни либо полиамида. Узлы связанны между собой. Конструкция надежна, способна выдерживать большие нагрузки.

  • Генератор создает электромагнитное поле.
  • Триггер Шмидта перерабатывает информацию, и передает другим узлам.
  • Усилитель способен передавать сигнал на большие расстояния.
  • Светодиодный индикатор помогает контролировать его работу и отслеживать изменение настроек.
  • Компаунд — фильтр.

Работа индуктивного прибора начинается с момента включения генератора, создается электромагнитное поле. Поле влияет на вихревые токи, которые меняют амплитуду колебаний генератора. Но генератор первый реагирует на изменения. Когда в поле попадает двигающийся металлический предмет, сигнал подается на блок управления.

После поступления сигнала, происходит его обработка. Величина сигнала зависит от объема предмета, и от расстояния, разделяющего предмет и прибор. Затем происходит преобразование сигнала.

датчик положения

Емкостные

Емкостной датчик внешне может иметь обычный плоский или цилиндрический корпус, внутри которого штыревые электроды, и диэлектрическая прокладка. Одна из пластин стабильно отслеживает перемещение предмета в пространстве, в результате изменяется емкость. С помощью этих приборов измеряют угловое и линейное перемещение предметов, их размеры.

Емкостные изделия простоты, обладают высокой чувствительностью и малой инерционностью. Внешнее влияние электрических полей влияет на чувствительность прибора.

Оптические

Оптические датчики называют глазами авторизованного производства. В основном это фотодатчики, работающие в инфракрасной области. Они способны:

  • Измерять положение, перемещение предметов, после концевых выключателей.
  • Выполнять бесконтактное измерение.
  • Выявить положение предметов двигающихся на большой скорости.

Синий датчик

Барьерный

Барьерный оптический датчик обозначают латинской буквой «Т». Этот оптический прибор двухблочный. Используется для обнаружения предметов попавших в зону обзора между передатчиком и приемником. Зона действия до 100м.

Рефлекторный

Буквой «R» обозначается рефлекторный оптический датчик. Изделие рефлекторное вмещает в одном корпусе передатчик и приемник. Рефлектор служит отражением луча. Чтобы обнаружить предмет с зеркальной поверхностью в датчике устанавливают поляризационный фильтр. Дальность действия до 8м.

Диффузионный

Датчик диффузионный обозначается буквой «D». Корпус прибора моноблочный. Этим приборам не требуется точная фокусировка. Конструкция рассчитана на работу с предметами, находящиеся на близком расстоянии. Дальность действия 2 м.

Датчик новый

Лазерные

Лазерные датчики обладают высокой точностью. Они могут определить место, где происходит движение и дать точные размеры объекта. Приборы эти небольших габаритов. Потреблении энергии приборами минимальное. Изделие моментально способно выявить чужого и сразу включить сигнализацию.

Основа работы лазерного прибора — измерить расстояние до предмета с помощью треугольника. Излучается лазерный луч из приемника с высокой параллельностью, попадая на поверхность предмета, отражается. Отражение происходит под определенным углом. Величина угла зависит от расстояния, на котором находится предмет. Отраженный луч возвращается в приемник. Считывает информацию интегрированный микроконтроллер – он определяет параметры объекта и его расположение.

Ультразвуковые

Ультразвуковые датчики – это сенсорные приборы, которые используются для преобразования электрического тока в волны ультразвука. Их работа основана на взаимодействии колебаний ультразвука с контролируемым пространством.

Работают приборы по принципу радара — улавливают объект по отраженному сигналу. Звуковая скорость постоянная величина. Прибор способен вычислить расстояние до объекта в соответствии с диапазоном времени, когда вышел сигнал и вернулся.

Два датчика положения синие новые

Микроволновые

Микроволновые датчики движения излучают высокочастотные электромагнитные волны. Изделие чувствительно к изменению отражаемых волн, которые создаются объектами в контролируемой зоне. Объект же может быть теплокровным, живым, или просто предметом. Важно чтобы объект отражал радиоволны.

Используемый принцип радиолокации, позволяет обнаружить объект и вычислить скорость его перемещения. При движении срабатывает прибор. Это эффект Допплера.

Магниточувствительные

Этот вид приборов изготавливают двух видов:

  • на основе механических контактов;
  • на основе эффекта Холла.

Первый может работать при переменном и постоянном токе до 300V или при напряжении близком к 0.

Изделие на основе эффекта Холла чувствительным элементом отслеживает изменение характеристик при действии внешнего магнитного поля.

Датчик

Контактный

Контактные датчики — это изделия параметрического типа. Если наблюдаются трансформации механической величины, у них изменяется электрическое сопротивление. В конструкции изделия два электрода, которые обеспечивают контакт входа приемника с грунтом. Емкостной преобразователь состоит из двух металлических пластин, держат они два оператора, установленных на удалении друг от друга. Одной пластиной может быть корпус приемника.

Контактный угловой датчик называют энкодер, используется для определения угла поворота вращающегося предмета. Нейтральный отвечает за режимом работы двигателя.

Ртутный

Ртутные датчики положения имеют стеклянный корпус и по размерам схожи с неоновой лампой. Имеется два вывода-контакта с капелькой ртутного шарика внутри стеклянной вакуумной, запаянной колбы.

Используется автомобилистами для контроля угла наклона подвески, открытия капота, багажника. Используют его и радиолюбители.

Сферы применения

Области использования миниатюрных устройств обширны:

  • Используют в машиностроении для сборки, тестирования, упаковки, сварки, заклепки.
  • В лабораториях применяют для контроля, измерения.
  • Автомобильной технике, в транспортной промышленности, подвижной технике. Наиболее популярен датчик нейтральной передачи для МКПП. Во многих системах управления автомобилей присутствуют датчики. Они есть в механизме рулевого управления, клапана, педали, в подкапотных системах, в системах управления зеркалами, креслами, откидными крышами.
  • Применяют их в конструкциях роботов, в научной сфере и сфере образования.
  • Медицинской технике.
  • Сельском хозяйстве и спецтехнике.
  • Деревообрабатывающей промышленности.
  • Металлообрабатывающей области, в станках металлорежущих.
  • Проволочном производстве.
  • Конструкциях прокатных станов, в станках с программным управлением.
  • Системы слежения.
  • В охранных системах.
  • Гидравлических и пневматических системах.

Классификация датчиков и их назначение

Датчики представляют собой сложные устройства, которые часто используются для обнаружения и реагирования на электрические или оптические сигналы. Устройство преобразует физический параметр (температура, кровяное давление, влажность, скорость) в сигнал, который может быть измерен прибором.

Миниатюрный датчик

Классификация датчиков при этом может быть различной. Есть несколько основных параметров распределения измерительных устройств, о которых речь пойдет дальше. В основном такое разделение связано с действием различных сил.

Это просто объяснить на примере измерения температуры. Ртуть в стеклянном термометре расширяется и сжимает жидкость, чтобы преобразовать измеренную температуру, которая может быть считана наблюдателем с калиброванной стеклянной трубки.

Критерии выбора

Существуют определенные особенности, которые необходимо учитывать при классификации датчика. Они указаны ниже:

  1. Точность.
  2. Условия окружающей среды — обычно датчики имеют ограничения по температуре, влажности.
  3. Диапазон — предел измерения датчика.
  4. Калибровка — необходима для большинства измерительных приборов, так как показания меняются со временем.
  5. Стоимость.
  6. Повторяемость — изменяемые показания многократно измеряются в одной и той же среде.

Распределение по категориям

Классификации датчиков подразделяются на следующие категории:

  1. Первичное входное количество параметров.
  2. Принципы трансдукции (использование физических и химических эффектов).
  3. Материал и технология.
  4. Назначение.

Принцип трансдукции является фундаментальным критерием, которому следуют для эффективного сбора информации. Обычно материально-технические критерии выбираются группой разработки.

Классификация датчиков на основе свойств распределяется следующим образом:

  1. Температура: термисторы, термопары, термометры сопротивления, микросхемы.
  2. Давление: оптоволоконные, вакуумные, эластичные манометры на жидкой основе, LVDT, электронные.
  3. Поток: электромагнитные, перепад давления, позиционное смещение, тепловая масса.
  4. Датчики уровня: перепад давления, ультразвуковая радиочастота, радар, тепловое смещение.
  5. Близость и смещение: LVDT, фотоэлектрический, емкостный, магнитный, ультразвуковой.
  6. Биосенсоры: резонансное зеркало, электрохимический, поверхностный плазмонный резонанс, светоадресуемый потенциометрический.
  7. Изображение: устройства с зарядовой связью, CMOS.
  8. Газ и химия: полупроводник, инфракрасный, проводимость, электрохимический.
  9. Ускорение: гироскопы, акселерометры.
  10. Другие: датчик влажности, датчик скорости, масса, датчик наклона, сила, вязкость.

Это большая группа, состоящая из подразделов. Примечательно, что с открытием новых технологий разделы постоянно пополняются.

Назначение классификации датчиков, основанное на направлении использования:

  1. Контроль, измерение и автоматизация производственного процесса.
  2. Непромышленное использование: авиация, медицинские изделия, автомобили, бытовая электроника.

Датчики могут быть классифицированы в зависимости от требований к питанию:

  1. Активный датчик — приборы, которые требуют питания. Например, LiDAR (обнаружение света и дальномер), фотопроводящая ячейка.
  2. Пассивный датчик — датчики, которые не требуют питания. Например, радиометры, пленочная фотография.

В эти два раздела входят все известные науке приборы.

В текущих применениях назначение классификации датчиков можно распределить по группам следующим образом:

  1. Акселерометры — основаны на технологии микроэлектромеханического сенсора. Они используются для мониторинга пациентов, которые включают кардиостимуляторы. и динамических систем автомобиля.
  2. Биосенсоры — основаны на электрохимической технологии. Применяются для тестирования продуктов питания, медицинских устройств, воды и обнаружения опасных биологических патогенов.
  3. Датчики изображения — основаны на технологии CMOS. Они используются в бытовой электронике, биометрии, наблюдении за дорожным движением и безопасностью, а также на компьютерных изображениях.
  4. Детекторы движения — основаны на инфракрасной, ультразвуковой и микроволновой/ радиолокационной технологиях. Задействуются в видеоиграх и симуляторах, световой активации и обнаружении безопасности.

Типы датчиков

Есть и основная группа. Она разделена на шесть основных направлений:

  1. Температура.
  2. Инфракрасное излучение.
  3. Ультрафиолет.
  4. Сенсор.
  5. Приближение, движение.
  6. Ультразвук.

В каждую группу могут входить подразделы, если технология даже частично используется в составе конкретного устройства.

1. Датчики температуры

Это одна из основных групп. Классификация датчиков температуры объединяет все устройства, имеющие способность проводить оценку параметров исходя из нагрева или остывания конкретного типа вещества либо материала.

Температурные модули

Это устройство собирает информацию о температуре от источника и преобразует ее в форму, понятную для другого оборудования или человека. Лучшая иллюстрация датчика температуры — ртуть в стеклянном термометре. Ртуть в стекле расширяется и сжимается в зависимости от изменений температуры. Наружная температура является исходным элементом для измерения показателя. Положение ртути наблюдает зритель, чтобы измерить параметр. Существует два основных типа датчиков температуры:

  1. Контактные датчики. Этот тип устройств требует прямого физического контакта с объектом или носителем. Они контролируют температуру твердых веществ, жидкостей и газов в широком диапазоне температур.
  2. Бесконтактные датчики. Этот тип датчиков не требует какого-либо физического контакта с измеряемым объектом или носителем. Они контролируют неотражающие твердые вещества и жидкости, но бесполезны для газов из-за их естественной прозрачности. Эти приборы используют закон Планка для измерения температуры. Этот закон касается тепла, излучаемого источником для измерения контрольного показателя.

Работа с различными устройствами

Принцип действия и классификация датчиков температуры разделяются и на использование технологии в других типах оборудования. Это могут быть приборные панели в автомобиле и специальные производственные установки в промышленном цеху.

  1. Термопара — модули изготовлены из двух проводов (каждый — из разных однородных сплавов или металлов), которые образуют измерительный переход путем соединения на одном конце. Этот измерительный узел открыт для изучаемых элементов. Другой конец провода заканчивается измерительным устройством, где формируется опорный переход. Ток протекает по цепи, так как температура двух соединений различна. Полученное милливольтное напряжение измеряется для определения температуры на стыке.
  2. Термодатчики сопротивления (RTD) — это типы терморезисторов, которые изготавливаются для измерения электрического сопротивления при изменении температуры. Они дороже, чем любые другие устройства для определения температуры.
  3. Термисторы. Они представляют собой другой тип термического резистора, в котором большое изменение сопротивления пропорционально небольшому изменению температуры.

2. ИК-датчик

Это устройство излучает или обнаруживает инфракрасное излучение для определения конкретной фазы в окружающей среде. Как правило, тепловое излучение испускается всеми объектами в инфракрасном спектре. Этот датчик обнаруживает тип источника, который не виден человеческим глазом.

ИК сенсор

Основная идея состоит в том, чтобы использовать инфракрасные светодиоды для передачи световых волн на объект. Другой ИК-диод того же типа должен использоваться для обнаружения отраженной волны от объекта.

Принцип действия

Классификация датчиков в системе автоматики в этом направлении распространена. Это связано с тем, что технология дает возможность задействовать дополнительные средства для оценки внешних параметров. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию инфракрасного света, на проводах возникает разность напряжений. Электрические свойства компонентов ИК-датчика можно использовать для измерения расстояния до объекта. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию света, разность потенциалов возникает через провода.

Где применяется:

  1. Термография: согласно закону об излучении объектов, можно наблюдать за окружающей средой с видимым освещением или без него, используя эту технологию.
  2. Нагревание: инфракрасное излучение можно использовать для приготовления и разогревания пищевых продуктов. Они могут убрать лед с крыльев самолета. Преобразователи популярны в промышленной области, такой как печать, формование пластмасс и сварка полимеров.
  3. Спектроскопия: этот метод используется для идентификации молекул путем анализа составляющих связей. Технология использует световое излучение для изучения органических соединений.
  4. Метеорология: измерить высоту облаков, рассчитать температуру земли и поверхности возможно, если метеорологические спутники оснащены сканирующими радиометрами.
  5. Фотобиомодуляция: используется для химиотерапии у онкологических больных. Дополнительно технология используется для лечения вируса герпеса.
  6. Климатология: мониторинг обмена энергией между атмосферой и землей.
  7. Связь: инфракрасный лазер обеспечивает свет для связи по оптоволокну. Эти излучения также используются для связи на короткие расстояния между мобильными и компьютерными периферийными устройствами.

3. УФ-датчик

Эти датчики измеряют интенсивность или мощность падающего ультрафиолетового излучения. Форма электромагнитного излучения имеет большую длину волны, чем рентгеновское излучение, но все же короче, чем видимое излучение.

УФ устройство

Активный материал, известный как поликристаллический алмаз, используется для надежного измерения ультрафиолета. Приборы могут обнаруживать различное воздействие на окружающую среду.

Критерии выбора устройства:

  1. Диапазоны длин волн в нанометрах (нм), которые могут быть обнаружены ультрафиолетовыми датчиками.
  2. Рабочая температура.
  3. Точность.
  4. Вес.
  5. Диапазон мощности.

Принцип действия

Ультрафиолетовый датчик принимает один тип энергетического сигнала и передает другой тип сигналов. Для наблюдения и записи этих выходных потоков они направляются на электрический счетчик. Для создания графиков и отчетов показатели передаются на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а затем на компьютер с программным обеспечением.

Используется в следующих приборах:

  1. Ультрафиолетовые фототрубки — это чувствительные к излучению датчики, контролирующие обработку воздуха в ультрафиолете, обработку воды в ультрафиолете и облучение солнцем.
  2. Датчики света — измеряют интенсивность падающего луча.
  3. Датчики ультрафиолетового спектра — представляют собой устройства с зарядовой связью (ПЗС), используемые в лабораторных снимках.
  4. Детекторы ультрафиолетового света.
  5. Бактерицидные УФ-детекторы.
  6. Датчики фотостабильности.

4. Сенсорный датчик

Это еще одна большая группа устройств. Классификация датчиков давления применяется для проведения оценки внешних параметров, отвечающих за появление дополнительных характеристик при действии определенного объекта либо вещества.

Тип подключения

Датчик касания действует как переменный резистор в соответствии с местом, где он подключается.

Сенсорный датчик состоит из:

  1. Полностью проводящее вещество, такое как медь.
  2. Изолированный промежуточный материал, такой как пена или пластик.
  3. Частично проводящий материал.

При этом строгого разделения нет. Классификация датчиков давления устанавливается посредством выбора конкретного сенсора, который и оценивает появляющееся напряжение внутри либо снаружи изучаемого объекта.

Принцип действия

Частично проводящий материал противодействует течению тока. Принципом линейного датчика положения является то, что поток тока считается более противоположным, когда длина материала, по которому должен пройти ток, больше. В результате сопротивление материала изменяется путем изменения положения, в котором он вступает в контакт с полностью проводящим объектом.

Классификация датчиков автоматики строится полностью на описанном принципе. Здесь же задействуют дополнительные ресурсы в виде специально разработанного ПО. Как правило, программное обеспечение связано с сенсорными датчиками. Устройства могут запомнить «последнее прикосновение», когда датчик отключен. Они могут зарегистрировать «первое прикосновение», как только датчик активируется, и понять все значения, связанные с ним. Это действие аналогично перемещению компьютерной мыши на другой конец коврика, чтобы переместить курсор в дальнюю сторону экрана.

5. Датчик приближения

Все чаще в современных транспортных средствах используют эту технологию. Классификация электрических датчиков с использованием световых и сенсорных модулей набирает популярность у автомобильных производителей.

Устройство приближения

Датчик приближения обнаруживает наличие объектов, которые находятся почти без каких-либо точек соприкосновения. Поскольку нет контакта между модулями и воспринимаемым объектом и отсутствуют механические детали, эти устройства имеют длительный срок службы и высокую надежность.

Различные типы датчиков приближения:

  1. Индуктивные датчики приближения.
  2. Емкостные датчики приближения.
  3. Ультразвуковые датчики приближения.
  4. Фотоэлектрические датчики.
  5. Датчики Холла.

Принцип действия

Датчик приближения излучает электромагнитное или электростатическое поле или пучок электромагнитного излучения (например, инфракрасного) и ожидает ответного сигнала или изменений в поле. Обнаруживаемый объект известен как цель регистрирующего модуля.

Классификация датчиков по принципу действия и назначению будет следующей:

  1. Индуктивные устройства: на входе имеется генератор, который изменяет сопротивление потерь на близость электропроводящей среды. Эти устройства предпочтительны для металлических объектов.
  2. Емкостные датчики приближения: они преобразуют изменение электростатической емкости между электродами обнаружения и заземлением. Это происходит при приближении к близлежащему объекту с изменением частоты колебаний. Для обнаружения близлежащего объекта частота колебаний преобразуется в напряжение постоянного тока, которое сравнивается с заданным пороговым значением. Эти приборы предпочтительны для пластиковых объектов.

Классификация измерительной аппаратуры и датчиков при этом не ограничивается представленным выше описанием и параметрами. С появлением новых образцов измерительных приборов общая группа увеличивается. Разные определения утверждены для различения датчиков и преобразователей. Датчики могут быть определены как элемент, который воспринимает энергию, чтобы произвести вариант в той же или другой форме энергии. Датчик преобразует измеряемую величину в желаемый выходной сигнал, используя принцип преобразования.

На основании полученных и созданных сигналов принцип можно разделить на следующие группы: электрические, механические, термические, химические, излучающие и магнитные.

6. Ультразвуковые датчики

Ультразвуковой датчик используется для обнаружения присутствия объекта. Это достигается за счет излучения ультразвуковых волн от головки устройства и последующего приема отраженного ультразвукового сигнала от соответствующего объекта. Это помогает в обнаружении положения, присутствия и движения объектов.

Ультразвуковые сенсоры

Поскольку ультразвуковые датчики полагаются на звук, а не на свет при обнаружении, они широко используются для измерения уровня воды, медицинских процедур сканирования и в автомобильной промышленности. Ультразвуковые волны могут обнаружить невидимые объекты, такие как прозрачные пленки, стеклянные бутылки, пластиковые бутылки и листовое стекло, с помощью своих отражающих датчиков.

Принцип действия

Классификация индуктивных датчиков строится на сфере их использования. Здесь важно учитывать физические и химические свойства объектов. Движение ультразвуковых волн различается в зависимости от формы и типа среды. Например, ультразвуковые волны движутся прямо в однородной среде и отражаются и передаются обратно на границу между различными средами. Человеческое тело в воздухе вызывает значительное отражение и может быть легко обнаружено.

В технологии используются следующие принципы:

  1. Мультиотражение. Многократное отражение имеет место, когда волны отражаются более одного раза между датчиком и объектом обнаружения.
  2. Предельная зона. Минимальное расстояние срабатывания и максимальное расстояние срабатывания можно регулировать. Это называется лимитной зоной.
  3. Зона обнаружения. Это интервал между поверхностью головки датчика и минимальным расстоянием обнаружения, полученным в результате регулировки расстояния сканирования.

Устройства, оборудованные этой технологией, позволяют проводить сканирование различных типов объектов. Ультразвуковые источники активно применяются при создании транспортных средств.

разновидности, принцип работы, устройство и распиновка разъема

Датчики измерения температуры используются для контроля веществ в твердом, жидком или газообразном состоянии. В зависимости от целей применения, схема строения прибора будет видоизменяться. Но чтобы выбрать подходящий инструмент необходимо обращать внимание на одни и те же нюансы.

Виды, конструкция и принципы действия

Термопара

Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов. Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток. Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.

В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).

Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.

При необходимости использования термопары работа проводится следующим образом. Температуру холодного спая необходимо компенсировать, для чего вторую термопару помещают в среду с известным показателем.

Если используется программный способ компенсации, второй датчик помещается в изометрическую камеру, где находятся холодные спаи, что позволяет контролировать температуру с высокой точностью. Самое сложное в работе с одноконтактной термопарой – снять показатели.

В ГОСТе прописаны коэффициенты, необходимые для перевода ЭДС в показатель температуры и наоборот. Подсчет также может вестись при помощи контроллера.

Но получаемый от термопары показатель ЭДС измеряется в единицах и сотнях микровольт. Поэтому использование аналоговых преобразователей не будет успешным. Для сборки специальной конструкции, цель которой – получение точных результатов, потребуются малошумящие аналоговые преобразователи.

На практике для устранения имеющихся погрешностей используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов. Под этим подразумевают введение моста с плечами в виде медного и манганинового терморезисторов.

Датчик температуры

Терморезисторы

Терморезисторы делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Они могут быть отрицательными (NTC) или положительными (PTC).

Измерения легче проводить при помощи терморезисторов. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре. Высокая точность присуща для приборов, изготовленных из платины. На работу терморезисторов влияют две характеристики.

Первая – базовое сопротивление, второе – температура, при которой оно определяется. ГОСТ устанавливает, что определение должно проходить при 0 градусов по Цельсию. В нормативном документе указывается, что рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений, определяемых в Омах, а также температуры, что позволит сопоставить результаты при 0°С и другом показателе. Для этого используется следующая формула:

Ткс = (Re – R0c) / (Te – T0c) *1/R0c

Терморезисторы

Температурный коэффициент будет изменяться в зависимости от используемого материала для термометров, что отражено в ГОСТе. В нормативном документе также указываются коэффициенты полинома, необходимые для расчета в зависимости от текущего сопротивления.

Термометры сопротивления обладают одним минусом – низкий температурный коэффициент сопротивления. Несмотря на этот нюанс, использование терморезисторов проще по сравнению с принципом работы термопары.

Способы измерения будут зависеть от комплектации модели. Базовые терморезисторы необходимо включать в цепь с источником тока и контролируемого дифференциального напряжения. Чтобы корректно определить доли единицы процента получаемых от температурного коэффициента проводников, лучше использовать аналого-цифровые преобразователи.

Если в датчик уже встроен аналоговый выход, соответствующий питаемому напряжению, то для оцифровывания можно напрямую подключать терморезистор к преобразователю

Терморезистор

Комбинированные

Комбинированные датчики включают в себя несколько полупроводников, объединенных в единое устройство. Датчики могут иметь встроенный цифровой интерфейс, а не только интегральные схемы с выходом. Часто используется комбинированный датчик благодаря возможности подключения параллельных устройств. Погрешность при расчете температуры равна 2 °С, а при определении влажности – 5%. Проблема в таком датчике одна – оптимизация интерфейса.

Комбинированные датчики температуры

Цифровые

В цифровых датчиках устанавливается трехвыводная микросхема. Показатели считываются с нескольких параллельно работающих датчиков, что позволяет получить показания с точностью 0,5 °С. Работа электронного термометра возможна от -55 до +125 °С. Единственным минусом устройства является скорость получения результатов – 750 секунд для получения максимально точного показателя. Определение точности прибора осуществляется при помощи соответствующих регулировок, которые необходимы для уменьшения количества затрачиваемого времени на получение результата. Опрос датчика не имеет смысла, так как корпус является инерционным.

Цифровые датчики

Бесконтактные

Работа датчика основана на нагревании тонкой пленки, что осуществляется благодаря воздействию инфракрасных лучей. Встретить подобную технологию можно в пирометрических устройствах. В отличии от контактного, получить данные можно на расстоянии.

Кварцевые преобразователи температуры

Если диапазон изменяемых температур превышает стандартные значения и достигает отметки от -80 до +250°С, то используются кварцевые преобразователи. Такие устройства работают на принципе взаимодействия кварца и температуры, отражаемого частотной зависимостью. Преобразователь имеет несколько функций, которые меняются в зависимости от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики отличаются высокой точностью, стабильностью и разрешением. Являются более перспективными способами измерения температуры. Часто можно встретить в цифровых термометрах.

Кварцевые преобразователи температуры

Шумовые

Шумовой датчик служит для получения показателей по принципу разности потенциалов на резисторе, которые меняются в зависимости от температуры. На практике подобный способ измерения имеет условие – одна из температур должна быть известна, а вторая — измеряемая. Два полученных шума от различных температур сравнивают и находят искомое значение.

Работа датчика возможна от -270 до +1100 °С. Из преимуществ отмечается возможность измерения температур в термодинамике. Но минусом является сложность реализации такого способа измерения напряжения шумом из-за наличия различий с шумом усилителя.

Шумовой датчик

Ядерного квадрупольного резонанса

Принцип работы биметаллического термометра основывается на действии градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, вызванного отклонением заряда от симметрии сферы. При помощи такого процесса создается процессия ядер. Частота напрямую зависит от градиента поля решетки. В зависимости от вещества, величина показателя может подниматься до нескольких тысяч МГц. Чем выше температура, тем меньше частота ЯКР.

ЯКР образует ампулу с веществом, которая помещается в обмотку индуктивности для дальнейшего соединения с контуром генератора. Если частота генератора и частота ЯКР совпадают, то исходящая от генератора энергия поглощается. При измерении вещества с температурой -263°С погрешность составляет 0,02 градуса, а при температуре 27°С, погрешность равна 0,002 градуса. Из преимуществ датчика выделяют неизменную стабильность. Минусом является значительная нелинейность преобразующей функции.

Ядерного квадрупольного резонанса

Объемные преобразователи

Принцип работы иного рода биметаллического термометра построен на свойстве веществ расширяться и сжиматься в зависимости от действующей температуры. Диапазон действия преобразователя определяется в зависимости от стабильности материала. Датчик может использоваться при температурах от -60 до +400°С. Погрешность составит от 1 до 5%.

При определении температуры датчиками на жидкости погрешность падает до 1-3% в зависимости от температурной среды. Температура закипания и замерзания жидкости также будет влиять на интервал работы датчика.

Если датчик измеряет преобразователи на газе, то граница измерения зависит от точки перехода газа в жидкое состояние и стойкостью баллона в воздействующей температуре.

Объемные преобразователи

Канальный

Все цифровые термометры относятся к канальным, так как для передачи сигналов они используют каналы. В зависимости от количества таких “магистралей” определяется канальность устройства. Так термометр Testo 925 относится к 1-канальным, в основе работы лежит термопара, как и у термометра Testo 735-2 – 3-канального. А Testo 810 – 2-канальный прибор с инфракрасным термометром.

Канальный датчик

Параметры выбора

Чтобы осуществить корректный выбор подходящего термометра, необходимо определить несколько условий, которые должны соответствовать для комфортной работы прибором.

Диапазон рабочей температуры

Необходимо знать, в каких температурах будет задействован термометр. Также нужно определить, какая погрешность будет приемлемой при получении результатов. Если диапазон температур небольшой, то подойдут термисторы. В самых суровых условиях работоспособны преимущественно шумовые приборы.

Условия проведения замеров

Возможно ли поместить термометр в среду или материал, который нужно заменить. Если нет, то получить данные можно при помощи радиационных термометров, которые замеряют температуру сквозь препятствия.

Диапазон рабочей температуры

Время работы до калибровки или замены

Установить условия работы датчика. Окружающая обстановка может быть стандартной, с высокой влажность, окислительной, пожароопасной и так далее.

Величина сигнала выхода

Сигнал выхода должен соответствовать возможностям электроизмерительных приборов для дальнейшей обработки получаемых данных. Зависит это от полученных показателей температуры, преобразуемых в энергию.

Другие технические данные

Также при определении подходящего типа датчика температуры необходимо обращать внимание на второстепенные факторы. Эти нюансы позволяют выбрать самый подходящий аппарат для получения необходимых данных.

Погрешность

Для получения самых точных результатов потребуется большое количество времени. Лучший показатель выдает биметаллический термометр, построенный по принципу ЯКР и цифровые. Первые – быстрее, а вторые – точнее.

Разрешение

Этот показатель позволяет получить от датчика более точные приращениям дискретности измерения температуры. Ярким представителем является DS18B20, который может работать в разрешении 9,10,11 и 12 бит. Самый малый режим даст 0.5°C, а максимальный — 0.0625°C.

Напряжение

На величину выходного напряжения будет влиять сопротивление резистора. В зависимости от этого напряжение может быть линейным (изменяться в зависимости от температуры) и нелинейным. Для каждого датчика существуют свои эталонные величины на выводах термометра, который зависит от температуры измеряемого объекта.

Датчик температуры

Время сработки

Показатель отвечает за скорость получения результатов замера. Как правило, быстрые замеры можно получить, имея крупную погрешность. Для устранения этого недостатка потребуется пренебречь временем сработки и увеличить его до необходимого показателя точности.

Промышленные термодатчики и сенсоры

Кроме стандартных бытовых термодатчиков бывают промышленные, которые используются исключительно на специальных объектах. Их распространение направлено на определенную группу лиц из-за избыточных возможностей, которые требуются только на производстве. Некоторые из них способны работать в различных нетрадиционных средах и суровых условиях. Выбор подходящих типов осуществляется тем же образом, что и для подбора бытовых датчиков.

Датчик температуры

Применение

Стоит понимать, что каждый из типов датчиков создан для использования в специальных условиях. Практически во всех сферах производства и жизни требуется знать температуру. Так применять термисторы необходимо для получения абсолютных показателей, для сбора показателей в помещениях – шумовые, для получения максимально точных данных – цифровые и так далее.

Мир датчиков температур охватывает все сферы жизни, где требуется измерение показателей. Это может быть помещение, жидкость или предмет с совершенно различными нюансами. В одних помещениях высокая влажность, в другие нельзя попадать. Аналогичные параллели можно проводить с жидкостями и объектами. При выборе подходящего термометра необходимо обращать внимание на нюансы условий измерения.

виды, принцип работы, схема подключения, как проверить

Работа на промышленных предприятиях требует внедрения автоматической системы управления. С этой целью применяется разное оборудование, способное обеспечить бесперебойное функционирование производственных машин. Для контроля металлических объектов не редко используют бесконтактные индуктивные датчики, обладающие как положительными, так и отрицательными качествами. Но главное, что они отличаются небольшими размерами и прекрасно выполняют возложенные функции, поэтому пользуются популярностью и у производителей бытовой и даже медицинской техники.

Общее описание и назначение

Индуктивным датчиком принято называть устройство, способное преобразовывать механические перемещений контролируемых объектов в электрический сигнал. Представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, объединенных с магнитопроводом и подвижным якорем, который регистрирует измерения линейного или углового размера и, перемещаясь, влияет на показатель индуктивности, изменяя ее в одну или другую сторону. Благодаря такой особенности, бесконтактные датчики активно используются в качестве элементов контроля положения металлических объектов.

Индуктивный датчик

Виды

По схеме построения индукционные датчики принято разделять только на 2 отдельных вида: одинарные и дифференцированные.

Одинарные

Устройства только с одним магнитопроводом. Такая схема обычно применяется при разработке бесконтактных выключателей.

Дифференциальные

Отличаются наличием сразу 2-ух магнитопроводов, каждый из которых специально сделанных в виде «ш». Это позволяет взаимокомпенсировать воздействие, оказываемое на сердечник, повышая таким образом точность производимых измерений. По сути, схема представляет из себя систему из 2-ух датчиков, соединенных общим якорем.

Датчик

Устройство и схема

Индукционный датчик, как и любое электронное устройство, состоит из связанных друг с другом узлов, обеспечивающих бесперебойность его работы. В качестве основных элементов аппарата можно выделить следующее.

Генератор

Ключевой задачей генератора является создание магнитного поля, на основе которого, в частности, строится принцип действия индукционного датчика, а также образуются зоны активности с объектом.

Триггер Шмидта

Триггер Шмидта представляет собой отдельный элемент, основным назначением которого считается обеспечение гистерезиса в процессе переключения устройства.

Усилитель

Усилительное устройство используется в качестве элемента, способного повышать значение амплитуды импульса, что позволяет сигналу быстрее достигать необходимого параметра.

Схема индуктивного датчика

Специальный индикатор

Диодный индикатор, свидетельствующий о фактическом состоянии контроллера. Кроме того, светодиод используется для обеспечения достаточного контроля функционирования индукционного датчика, а также, чтобы обеспечить достаточную оперативность в процессе настройки.

Компаунд

Компаунд предназначается для защиты устройства, поскольку может предотвратить попадание жидкости, в частности воды, внутрь корпуса индукционного датчика, а также снижает риск загрязнения оборудования, так как пыль может спровоцировать его поломку.

Принцип работы

Принцип действия основывается на изменениях амплитудного значения колебаний генераторного узла при попадании в активную зону устройства объекта определенных размеров. В процессе подачи электропитания на концевик оборудования в районе его чувствительной части формируется изменяющееся магнитное поле. Оно наводит в находящемся в рабочей зоне датчика материале вихревые токи, ведущие к изменению амплитуды электромагнитных колебаний.

В результате начнет вырабатываться выходной сигнал, который в процессе может изменяться в зависимости от фактического расстояния между устройством и объектом контроля.

Параметры

Чтобы контролировать функциональность индукционного датчика, а также определять уровень его сигналов, надо разбираться в параметрах устройства.

Напряжение питания

Представляет собой диапазон допустимого напряжения, в рамках которого устройство работает корректно.

Минимальный ток переключения

Это минимально возможное значение электрического тока, которое обязательно должно поступать к датчику для обеспечения его работы.

Рабочие расстояния

Это максимально допустимое расстояние от устройства до железного квадрата миллиметровой толщины. При этом данное значение уменьшается, если используется другой материал.

Датчик индуктивный

Частота переключения

Это максимально возможное количество переключений, которые можно сделать в течение одной секунды.

Способ подключения

Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения.

Трехпроводные

Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока.

Четырехпроводные

Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку.

Двухпроводные

Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать.

Внимание! При подключении устройства к источнику постоянного тока следует помнить о полярности выводов.

Пятипроводные

Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства.

Цветовая маркировка

Все электротехническое оборудование, в том числе проводники, обязательно имеет цветовую маркировку. Ее принято наносить для удобства последующих монтажных работ и дальнейшего обслуживания. Это правило должно соблюдаться и в случае с индукционными датчиками. Их выходные проводники маркируются следующими цветами:

  • минус обычно указывается синим;
  • плюс — красным;
  • выход — черным;
  • белый — дополнительный выход или же вход управления, что определяется типом используемого датчика.

Погрешности

Погрешности в процессе преобразования диагностических значений оказывают влияние на способности индукционных датчиков выдавать достоверную информацию. К основным из них можно отнести следующие.

Датчик индуктивный

Электромагнитная

Данную погрешность принято учитывать только в качестве случайной величины. Как правило, она возникает в ходе индуцирования ЭДС в индукционной катушке в результате внешнего воздействия сторонними магнитными полями. Это происходит в процессе производства из-за силовых электроустройств. Они образуют магнитные поля, что впоследствии и формирует электромагнитную погрешность.

От температуры

Эта погрешность тоже выступает в качестве случайного значения, поскольку работа большого числа элементов индукционного датчика напрямую зависит от температурных показателей, поэтому это ключевая величина, которая даже учитывается в процессе проектировки подобного оборудования.

Индуктивные датчики

Магнитной упругости

Обычно такая погрешность может проявляться как следствие нестабильности деформации магнитопровода устройства в процессе сборки самого датчика, а также при деформационных изменениях во время работы. Кроме того, оказываемое нестабильным электронапряжением воздействие на магнитопровод оборудования вызывает снижение качества передаваемого сигнала на выходе.

Деформация элементов

Данная погрешность, как правило, проявляется в результате воздействия измеряющей силы на значение деформации частей индукционного датчика, а также под влиянием усилий, оказываемых на нестабильные деформирующие процессы. Кроме того, не меньшее влияние на нее могут оказывать люфты и зазоры, образовавшиеся в подвижных элементах конструкции устройства.

Кабеля

Такая погрешность обычно проявляется от непостоянного значения сопротивления, в случае деформации самого провода и под влиянием температуры. Также подобным образом может сказаться наводка внешними полями ЭДС в кабеле.

Старение

Данная погрешность может проявляться при износе движущихся элементов самого устройства, а также в случае постоянно изменяющихся магнитных свойств используемого магнитопровода. Ее принято считать, строго говоря, случайным значением. В процессе определения данной погрешности учитывают кинематику конструкции индукционного датчика, а во время проектирования подобного оборудования максимальный эксплуатационный срок рекомендуется определять только при работе в обычном режиме, чтобы при этом износ не успел превысить установленного значения.

Технологии

Погрешности технологии проявляются в случае отклонений от технического процесса производства, при явном разбросе технических параметров катушек и остальных элементов во время сборки, влиянии допущенных зазоров при соединении устройства. Для ее измерения принято использовать механическое измерительное оборудование.

Сферы использования

Возможная область применения индукционных датчиков настолько велика, что позволяет использовать их не только в быту и автомобилестроении, но и в промышленности с робототехникой, а также медицине.

Датчик индуктивный с кабелем

Медицинские аппараты

Индуктивные датчики широко используются при производстве медицинского оборудования, поскольку магнитные свойства устройства позволяют регистрировать легочную вентиляцию, параметры вибрации, а также снимать баллистокардиограммы.

Бытовая техника

В бытовом плане датчики могут выступать в качестве приспособления контроля водоснабжения, уровня освещения и положения двери (закрыта или открыта), поэтому используются при производстве, к примеру, стиральных машин и другой бытовой техники. Кроме того, устройства применяются в процессе создания элементов «умного дома».

Автомобильная промышленность

Используется индукционный датчик и в автостроении, выступая в роли контроллера, определяющего положение коленчатого вала. При приближении металлического объекта, в данном случае, зуба шестерни, к устройству, генерируемое встроенным постоянным магнитом магнитное поле увеличивается, что приводит к наведению в катушке переменного напряжения.

Внимание! Некоторые производители для повышения эффективности стараются изменить конструкцию индукционного датчика, к примеру, используя внешние магниты для его активации.

Датчик

Робототехническое оборудование

В случае с робототехникой, индуктивным датчикам нашли применение в производстве беспилотных аппаратов и промышленных роботов для повышения их чувствительности к препятствиям и способности распознавать объекты, а также устройствах, для которых важна самобалансировка.

Промышленная техника регулирования и измерения

Широко используются в работе систем транспортеров, упаковочных аппаратов и сборочных линий, а еще в составе всех видов станкового оборудования и запорной арматуры. Также индуктивные датчики помогают контролировать мелкие и крупные элементы промышленной техники (зубцы шестеренок, стальные флажки, штампы), объекты производства (металлические изделия, листы металла, крышки) и т.п. Кроме того, при их подключении к импульсным счетчикам можно в результате получить элементарное, но крайне эффективное считывающее устройство.

Составляющие датчика индуктивного

Индукционные датчики следующего поколения

Благодаря новым разработкам в этой области, были созданы усовершенствованные модели индукционных датчиков следующего поколения. Принцип работы остался прежним, однако подверглась тщательной переработке конструкция устройства. В результате датчики теперь оснащаются тонкими платами, распечатанными на 3D-принтерах, и современной цифровой электроникой. Кроме того, их производят на гибких подложках, что избавляет от необходимости использования традиционных кабелей и разъемов. Так что пользоваться устройствами можно даже в тяжелых погодных условиях.

К преимуществам новых разработок можно отнести следующее:

  • снижение стоимости и веса, более компактные размеры;
  • возможность выбора практически любых форм-факторов;
  • повышение точности реагирования на металлические объекты;
  • возможность проведения замеров, связанных со сложной геометрией, в двух или трех измерениях;
  • упрощение конструкции;
  • возможность устанавливать несколько индукционных датчиков близко друг к другу из-за высокой электромагнитной совместимости.

Все это позволило увеличить эффективность и доступность устройства, а также расширить сферу его применения.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о