Измерительные датчики по принципу действия

Что такое датчик: как выглядит, как работает

Чтобы контролировать работу различных систем, используют специальные устройства – датчики (сенсоры, детекторы). Для каждого типа оборудования применяется определённый тип датчиков, оснащенный необходимым функционалом и опциями. При покупке или замене прибора нужно ориентироваться на специфические характеристики и принцип работы новой модели.

Что собой представляет датчик

Датчик — средство измерения различных параметров для формирования сигнала

Датчик − электронное либо электромеханическое устройство, трансформирующее силу воздействия в электрический импульс (сигнал) посредством одного или нескольких преобразователей.

С виду это чёрная коробка, формирующая на входе сигнал, который передается и обрабатывается в дальнейшем. Такие устройства располагают на разных расстояниях от обслуживаемого объекта либо системы. Все зависит от длины кабеля или радиосигнала.

Базовое устройство и принцип работы

По характеру регистрируемых воздействий данные устройства бывают:

Контактные, подразумевающие механическое воздействие. Ярким представителем этого вида считаются концевые выключатели – датчики, ограничивающие ход рабочего механизма.
Бесконтактные. Работают на нескольких принципах обнаружения сигнала: магнитном, оптическом, микроволновом и пр.

У каждого прибора имеются свои особенности, которые определяют сферу применения. Например, бесконтактные оптико-электронные детекторы работают на удаленном расстоянии от объекта. Остальные используются исключительно на ограниченных расстояниях.

Задачи и функции

Основная задача датчиков заключается в передаче исследуемых параметров на специальный приемник и последующую обработку сигнала. Также они контролируют исследуемый объект и замеряют его характеристики в определенных диапазонах. Существуют многофункциональные модели, фильтрующие, предварительно обрабатывающие необходимые параметры.

Датчики представляют собой часть технических систем, благодаря которым можно выполнять измерение, регулировку, настройку объектов.

Приборы преобразуют полученные данные, например, о контролируемой среде (давление, температура, частота, скорость) в электро-, пневмо-, оптические импульсы. При этом формируется подходящая для передачи и приятия приемником форма для дальнейшей обработки, хранения, регистрации информации.

Сфера применения

Применение датчиков в быту

Различные виды датчиков давно и активно применяются в самых разных сферах:

автоматических и телеметрических системах;
системах безопасности (пожарной, охранной);
робототехнике;
здравоохранении;
промышленности и производстве;
измерительных системах.

В быту их используют в выключателях, барометрах, бытовой технике (тостерах, утюгах, кухонных плитах) и пр.

Датчики нужны там, где для слаженной работы объекта требуется мониторинг определенных факторов. Например, контроль температуры, когда пожарный детектор мгновенно фиксирует превышение порогового значения и передает к узлам сигнализации информацию об этом, а узел активирует звук, свет, автоматическое пожаротушение.

Классификация датчиков

На рынке можно найти много видов сенсоров. Практически все они базируются на воспринимающих элементах, улавливающих определенные параметры объекта. Например, чувствительной частью выступает:

лазер либо оптический луч, установленный в детекторах скорости вращения;
резистор, изготовленный из специального сплава, меняющий сопротивление под воздействием смены температур: ставится в терморезистивные датчики;
спайка из различных сплавов, при некоторых температурах, реагирующая образованием электродвижущей силы;
биметаллические пластины, управляющие электрическими контактами;
тензометрические элементы, преобразующие величину деформации и меняющие характеристики.

Также это могут быть магниты, поплавки, химические реактивы.

Классификация датчиков по выходным параметрам (образованию наиболее удобного для восприятия импульса, в который преобразуется входной сигнал исследуемой среды), следующая:

электродвижущей силы и напряжения;
сопротивления;
света, радиосигнала, звука.

Большинство датчиков являются электрическими приборами, так как именно они имеют множество преимуществ:

электрический сигнал удобен для передачи на разные расстояния без задержки скорости;
любые параметры легко преобразуются в электричество.
электросенсоры очень точные, чувствительные, быстродействующие.

Детекторы разделяют на три класса:

Аналоговые, образующие аналоговый сигнал потоку входных данных.
Цифровые или электронные, генерирующие последовательности импульсов.
Бинарные, создающие двухуровневый сигнал.

По принципу действия сенсоры бывают генераторными, гальваническими, тахометрическими, параметрическими, индуктивными, емкостными. Также существуют не особенно распространенные виды классификаций сенсоров:

дискретные и непрерывные – по динамическому характеру трансформации;
аналоговые и цифровые – по виду измерительных импульсов;
проводные и беспроводные – по среде подачи импульсов;
одномерные и многомерные – по количеству входящих параметров.

По виду измеряемых величин наиболее популярны следующие разновидности детекторов:

давления: абсолютного, избыточного, разрежения, разности давления, давления-разрежения;
расхода: механические, ультразвуковые, вихревые, электромагнитные, кориолисовые;
уровня: радарные, емкостные, поплавковые, кондуктометрические;
температуры: термопара, сопротивления, пирометры, теплового потока;
перемещения: абсолютные, относительные;
радиоактивности: ионизационные, прямого заряда;
фотодатчики: фотодиоидные, фотосопротивления, фотоматричные.

Также бывают датчики влажности, положения, вибрации, механических величин, дуговой защиты.

Критерии выбора

При выборе оборудования в первую очередь учитывают, для каких целей оно приобретается и что нужно оценивать. Если сенсор сломан, ищут новый прибор, совпадающий по прежним параметрам.

Обязательно обращают внимание на следующие критерии:

диапазон параметров обслуживаемых факторов (например, температура, давление);
время, за которое срабатывает датчик;
точность и максимальная погрешность;
мощность, включая трансформируемый сигнал;
усилие от принимаемого сигнала;
выходной импеданс;
способность различать импульсы.

Выбирая подходящий датчик, необходимо учитывать совокупность характеристик, соответствующих конкретному оборудованию.

Статические качества

Показывают, насколько корректно работает сенсор на выходе. Данный критерий отображает правильность замеряемых величин через некоторый отрезок времени после их изменения. Сюда входит чувствительность сенсора, его разрешение и линейность, а также коэффициент усиления. Дополнительно изучается отклонение показателей детектора, его рабочий диапазон, отклонение между повторяющимися измерениями и воспроизводимость.

Динамические характеристики

Учитывается время прохождения зоны нечувствительности, период запаздывания подаваемого сигнала, время нарастания и достижения первого максимума. Также необходимо обращать внимание на допустимые статические ошибки и разницу между максимально установленными параметрами от истинной величины. Данные характеристики особенно важны для сверхчувствительных приборов, где минимальные отклонения работы прибора сильно влияют на результат.

Типичные требования для датчиков

Если производитель допускает большую погрешность, и она не оказывает отрицательного воздействия на работу датчика, такое устройство можно приобретать. Однако все виды сенсоров должны соответствовать оптимальным параметрам:

однозначность взаимозависимости выходной и входной величины;
стабильность качественных показателей во временном пространстве;
чувствительность – чем она выше, тем надежней считается прибор;
небольшие габариты и маленький вес;
широкий диапазон рабочих величин (если это не ухудшает основные его характеристики).

Также необходимо учитывать возможность монтировать устройство на любых плоскостях и поверхностях.

Источник

Измерительные датчики: суть, принцип работы, виды и применение

Измерительные датчики или измерительные преобразователи – это один из обязательных компонентов различных автоматизированных систем. Их назначение – прием информации о работе контролируемого устройства. На основании полученных данных контроллер выполняет определенное действие. Датчик может быть удален на значительное расстояние от устройства, которое принимает его сигналы. Измерительные датчики могут применяться в исследовательских целях, в системах контроля качества и автоматизированного управления, а также в других областях, где нужно получить данные о состоянии внешней среды.

Основные принципы работы

https://techtrends.ru/catalog/izmeritelnye-datchiki/» target=»_blank»>Измерительные датчики также называют первичными преобразователями (ПП), так как они контактируют непосредственно с исследуемыми объектами во внешней среде. Основное назначение таких устройств – преобразование контролируемой величины (давления, температуры, скорости) в сигнал, который можно измерить, передать или зарегистрировать. Это чувствительный орган, на основании показаний которого автоматизированная система принимает решения и выполняет требуемые действия в соответствии с заданным алгоритмом.

Измерительные датчики также называют сенсорами, так как они должны «чувствовать» изменения определенного параметра. Они могут работать на основе следующих принципов:

омического (реостатного) – он используется в датчиках перемещения, измерения основаны на изменении показателей сопротивления;
фотоэлектрического – он применяется для обнаружения объекта без физического контакта с ним. Выходной сигнал устройства начинает меняться, как только меняется уровень освещенности чувствительного элемента;
индуктивного – измерение осуществляется на основе изменения индуктивности катушки с сердечником. Устройства такого типа способны выявлять перемещение металлических объектов – этот принцип используется в различных системах контроля;
емкостного – в зависимости от перемещения обкладок, меняется емкость плоского или цилиндрического конденсатора. Устройства такого типа применяют для контроля угловых перемещений, давления и других показателей.

Современные приборы обладают сложной конструкцией, защищенной от ложных срабатываний, что обеспечивает максимальную точность измерений и оперативность реагирования на изменившиеся показатели.

Виды и характеристики

Датчики принято классифицировать по нескольким принципам. Можно выделить следующие разновидности датчиков по типу измеряемой величины:

Механического перемещения – оно может быть угловым и линейным. Они широко распространены в различных охранных системах и «умных домах». Устройство позволяет бесконтактным способом зафиксировать перемещение объекта в поле зрения прибора.
Скорости и ускорения – с их помощью оценивается скорость перемещения в пространстве, а также прирост скорости.
Давления – контроль уровня давления необходим во время работы различных трубопроводных сетей и промышленного оборудования.
Температуры – их используют в производственных линиях для контроля одного из основных рабочих параметров, в системах обогрева, холодильном оборудовании и т.д.
Электрических и магнитных величин – они применяются для контроля работоспособности электросетей и своевременного срабатывания автоматики при внезапном изменении показателей.
Расходомеры – обеспечивают контроль потока жидкости, газа, электроэнергии и т.д.

В зависимости от вида выходного сигнала, различают электрические и неэлектрические датчики. Первая группа наиболее многообразна, так как полученный электрический сигнал удобно анализировать, а его величины являются универсальными. Кроме того, его можно передавать контроллеру на большое расстояние, что позволяет помещать датчик на значительное расстояние. Электрический сигнал может быть преобразован в цифровой код для удобства расшифровки и позволяет измерить требуемые параметры с высокой точностью.

Электрические измерительные датчики принято делить еще на 3 группы:

Аналоговые – аналоговый сигнал вырабатывается пропорционально изменениям входного контролируемого показателя;
Цифровые – генерируется выходной сигнал в виде последовательности импульсов;
Бинарные – это наиболее простой тип, способный выдавать два типа сигналов (0 или 1, то есть «выключено» или «включено»).

Еще одной разновидностью можно назвать контактные резисторные устройства – они дают резкое изменение сопротивления электрической цепи при изменении контролируемого показателя.

Возможности использования

Различные типы датчиков стали неотъемлемой частью промышленного оборудования и иных технических устройств. Они применяются в автоматизированных производственных линиях, системах контроля доступа, робототехнике, а также в различных бытовых приборах. Именно они обеспечивают работоспособность выключателей, термостатов, барометров, термометров и других устройств.

Датчики в устройствах играют роль рецепторов, позволяющих технике воспринимать сигналы извне и запускать заданные программным обеспечением алгоритмы. Это дало возможность автоматизировать многие процессы: оператору не нужно постоянно контролировать определенный уровень давления, температуры и другие показатели. Устройство самостоятельно фиксирует изменения, а информация передается контроллеру.

Возможности применения датчиков постоянно расширяются. Они стали обязательной составляющей современной робототехники.

Плюсы и минусы

Для использования в промышленном оборудовании, бытовой технике и различных автоматизированных системах датчики должны соответствовать следующим требованиям:

Точная зависимость выходного значения от входного показателя – приборы обеспечивают высокую точность реагирования и не допускают ложного срабатывания.
Постоянство временных характеристик – устройство должно работать безотказно при длительном использовании.
Максимально высокая чувствительность – чем она выше, тем точнее реагирование на изменения контролируемого параметра.
Отсутствие какого-либо воздействия на рабочие процессы в контролируемой системе и ее параметры – установка датчиков в норме не оказывает влияния на работоспособность.

Дополнительными плюсами являются небольшие размеры и возможность использования в различных условиях. Современные датчики удобны для монтажа, их применение дает возможность контролировать рабочие параметры с автоматическим срабатыванием исполнительных механизмов при изменении показателей. У каждого типа устройств есть и свои минусы, поэтому нужно подобрать подходящий первичный преобразователь для решения определенной задачи.

Высококачественные https://techtrends.ru/catalog/izmeritelnye-datchiki/» target=»_blank»>измерительные датчики Omron по привлекательным ценам всегда можно подобрать в нашем интернет-магазине — самостоятельно, или обратившись к нашим специалистам.

Любая информация, переданная Сторонами друг другу при пользовании ресурсами Сайта (http://www.techtrends.ru), является конфиденциальной информацией.
Пользователь дает разрешение Администрации Сайта на сбор, обработку и хранение своих личных персональных данных, а также на рассылку текстовой и графической информации рекламного характера.
Стороны обязуются соблюдать данное соглашение, регламентирующее правоотношения связанные с установлением, изменением и прекращением режима конфиденциальности в отношении личной информации Сторон и не разглашать конфиденциальную информацию третьим лицам.
Администрация Сайта собирает два вида информации о Пользователе:

— персональную информацию, которую Пользователь сознательно раскрыл Администрации Сайта в целях пользования ресурсами Сайта;
— техническую информацию, автоматически собираемую программным обеспечением Сайта во время его посещения.

Источник