Для чего служит датчик
Датчики и их разновидности
Датчики — устройства, содержащие чувствительные части, реагирующие на определенные факторы с целью управления, контроля, мониторинга работы электроустановок, электроники, силовых систем, двигателей, бытовых и иных приборов. Изделия регистрируют изменения среды и, посылая команду исполнительным частям, обеспечивают автоматизацию, автономность оснащения или передают данные на устройства слежения. С помощью датчиков обеспечивается также и безопасность, оборудования или окружающей среды (например, пожарные сенсоры). Для каждого типа оборудования характерный определенный вид детекторов с нужными функциями, стойкостью, сенситивностью — рассмотрим их. А также опишем устройство, принцип работы, внешний вид сенсоров. Таким образом, читатель сможет сориентироваться, где какое устройство применяется, что надо ремонтировать или покупать для замены.
Что такое датчик
Под датчиком, сенсором, детектором подразумевают прибор, узел обособленного типа (интегрированный или в большей мере отдельный, но различимый), имеющий в своем составе один или больше первичных преобразователей измерительных типов. Назначение — выработка данных замеров в виде, подходящем для передачи, исследования, оценки, обработки, дальнейшей трансформации, хранения. Такая пересылка не поддается непосредственному восприятию наблюдателями. Пример простейшего устройства – микрофон, это звуковой детектор (громкость воспринимается, но ее силу в дБ человеку сложно оценить)
Детекторы могу иметь промежуточные узлы — вспомогательные или прямо необходимые для работы измерительные преобразователи, а также меру.
Устройство может быть вынесено на любые расстояния от обслуживающей системы, объекта, приемника. Длина определяется возможностью инструментов и методов связи (кабели, радиосигнал).
Задачи и роль датчиков
Задача сенсоров — передать параметры исследуемых факторов на приемник для последующей обработки им. А также, как уже мы отметили выше, детекторы могут делать своими дополнительными преобразователями некоторую подготовительную обработку импульсов, приводя их в удобную для передачи форму.
Но может быть еще важная задача. Если соотношение показателя величины сенсора на выходе с соответствующим значением таковой входной нормированное, то такие изделия являются измерительными средствами. То есть выполняют не только пассивную роль мониторинга, но и замеряют характеристики исследуемых факторов в диапазонах, допускающихся их техническими возможностями.
Есть многофункциональные модификации датчиков, воспринимающие и преобразовывающие, работающие с несколькими входными величинами. Помимо главной опции — восприятия значений, создание измерительного импульса — выполняют дополнительные опции, такие как фильтрация, предварительная обработка и так далее.
Датчик (сенсор, детектор) — это составляющие технических систем, их опции такие для обслуживаемых приложений:
Изделия преобразуют данные о контролируемой среде — давлении, t°, расходе, концентрации, частоте, скорости, перемещении, электропараметрах — в сигналы (электро, пневмо, оптические). Создается наиболее подходящая для передачи и восприятия приемником форма для дальнейших измерений, обработки, подачи, трансформации, хранения, регистрации данных.
Сфера применения
Датчики используются везде там, где для работы прибора, техники, конструкций, систем, узлов требуется мониторинг определенных факторов (мы их перечислили выше). Ярким примером является температура: пожарный сенсор фиксирует превышение порогового значения и подает на узлы сигнализации данные об этом, а тот включает звуковую, световую индикацию, автоматическое пожаротушение.
Термодатчик в бойлере фиксирует достижение водой определенного уровня нагрева, дает импульс на реле термостата и тот отключает прибор. Множество датчиков есть в автомобилях, например, один из них — детектор вращения коленвала — подает информацию на ЭБУ, а тот регулирует работу системы впрыска топлива.
Вот лишь небольшая часть оборудования, где используются датчики:
Сложно назвать такую область, в которой бы отсутствовали датчики. Часто сенсоры связаны с чисто измерительными приборами — барометрами, термометрами, высотомерами. Последние делают замеры, датчик улавливает эти значения и передает на оборудование, автоматику.
Если обобщить, то термин «датчик» появился с развитием автоматизации управления, контроля, работы. Традиционной является следующая цепочка:
Датчик (улавливает и передает данные об исследуемых факторах, состоянии) — узел (прибор, система) управления (дает команду) — исполнительное устройство (принимает указания и настраивает обслуживаемый объект).
Датчик отличается от измерителя тем, что он в охватывающем им диапазоне только фиксирует выход сигнала исследуемого фактора. Поэтому часто для полноценной работы оснащения есть еще и узел, осуществляющий замеры, и они тесно связанные, могут быть интегрированными друг с другом, настолько, что отдельная работа их была бы невозможной.
Названия
Применяемые нами синонимы для описываемых устройств будем понимать как равнозначные — они обозначают измерительный преобразователь с функциями восприятия входных величин и формирования измерительных сигналов. Если говорить строго, то слово «сенсор» имеет акцент на восприятии, «датчик», — на создание и выдачу измерительных импульсов, «детектор» — на обнаружение определенных факторов. Но все эти свойства будем считать присущими каждому используемому нами синониму.
Все чаще используются модели изделий со сложной обработкой сигналов, с опциями регулировки, настройки параметров, интерфейсом управляющей системы. Надо сказать, что датчиками можно назвать и биологические маркеры. То есть термин допустимо трактовать расширенно.
При использовании измерителей, показания оборудования воспринимаются, обычно, напрямую — на дисплеях, табло, панелях, посредством световых, звуковых сигналов и проч. Показания же датчиков требуют трансформации в форму, которая может быть воспринята приемником и/или человеком.
Автоматизированное оснащение управления может иметь детекторы в роли инициаторов для сработки оборудования, арматуры, программ. Показания при этом, как правило, поступают на запоминающие элементы для контрольно-аналитических процессов, вывода на табло, на печать.
Устройство датчиков, принцип работы
Итак, датчик он же sensor является элементом узлов измерительных, сигнальных, регулирующих, управляющих частей оснащения. Деталь преобразует контролируемую, регулируемую величину (t°, давление, частоту, интенсивность света, электропараметров) в импульс, удобный для измерения, подачи, хранения, обработки, фиксации, а иногда он влияет на управляемые процессы.
Если упростить, то детектор является устройством, трансформирующим входное воздействие любых физических величин в сигнал, подготовленный для дальнейшей работы с ним.
Составные части
Есть чрезвычайно много конструкций сенсоров, чувствительных их частей, а также принципы сработки, взаимодействия, но все они обычно сводятся к такой структуре:
Общую схему датчика (Д) можно отобразить как совокупность чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразующей части (Пр.) Первый в системах автоматики, телемеханики — это орган чувств. Предназначенный, чтобы преобразовывать, подготавливать контролируемую величину (х) придавая ей форму сигнала х1, удобную для восприятия, измерения. Например, в преобразователе часто осуществляется трансформация импульса (х1) в электрический сигнал (у).
На вход детектора могут поступать как электроимпульсы, так и любые другие, иного характера (пневмо, давление, световые, звуковые и прочие), но с выхода наиболее удобно снимать электросигнал — его просто и легко усиливать, оценивать, передавать можно почти на неограниченные расстояния.
Подбор датчиков, какие параметры учитывают
Сенсор, например, на замену сломанного, подбирают под параметры:
Остальные важные параметры:
При подборе надо проверять допуски — совокупность характеристик, допустимых для конкретного оборудования. Например, диапазон погрешностей, отклонений (±).
Статические качества. Выражают, насколько корректен выход датчика, насколько правильно отражает замеряемые величины спустя определенное время после их изменения, когда вых. импульс установился с новым значением. К таковым относятся:
Динамические характеристики. Редко приводятся в техописаниях. Для бытовых приборов, обычных целей их можно не учитывать.
Их берут во внимание, если требуется детектор для особо чувствительного оборудования (лабораторного, научного, для экспериментов), для предельно возможной точности, исключающей любые сбои, погрешности (сфера энергетики, космическая отрасль). К таковым относятся:
Требования для датчиков
Можно подобрать сенсор с большой погрешностью, если это допускается производителем, затребовано именно под особенности приложения или особо не влияет на качество работы.
Но в общем лучшими изделиями будут таковые со следующими качествами:
Разновидности датчиков
Классификация сенсоров чрезвычайно обширная. Опишем наиболее характерные виды применяемых повсеместно датчиков.
В своей основе почти все детекторы базируются на чувствительной части, реагирующей на определенные параметры обслуживаемой среды, а также на сопровождающие ее процессы.
Например, сенситивным элементом может быть следующее:
В зависимости от исследуемой величины, от характера входных значений датчик бывает:
Классификация по выходной величине, то есть по созданию удобного для восприятия сигнала, в который преобразуется входной импульс исследуемой среды:
Подавляющее большинство сенсоров электрические, поскольку именно при этом наблюдается наибольшая совокупность достоинств:
Классы
Датчики имеют виды, которые группируют по трем классам:
По принципу действия
Виды по методам работы:
У активных детекторов используется зависимость значения активного сопротивления от давления с контактным характером, от температуры, освещенности фотоэлементов.
Контактные
На контактных детекторах остановимся подробнее, так как они ярко отображают принцип работы. Это одни из самых простых разновидностей, элементарные по своей конструкции и методу. Преобразовывают движение первичного элемента в изменение сопротивления электроцепи скачкообразного характера. Это сенсор, где линейное или угловое перемещение трансформируется в замкнутое/разомкнутое состояние контактов, производящих управление электроцепями.
Подвиды: с механическим (ручным) и магнитным управлением. Например, герконы, у которых контакты намагничиваются и смыкаются, если в их колбе создается определенное магнитное поле исследуемым фактором, обычно, связанным с электрическими явлениями.
Контактными детекторами делают замеры и контроль усилий, перемещений, температур, размеров, форм. Такие устройства работают на постоянном и переменном токе. Подвиды: одно- и многопредельные. Последние применяются для величин, изменяющихся в широких рамках, при этом части резистора цепи закорачиваются.
Контактные детекторы широко применяются в автомобилях. Опишем некоторые.
Датчики аварийных состояний. Пример: сенсоры перегрева охлаждающего вещества, включения вентилятора. Используется способность биметаллической пластины изгибаться при воздействии на нее тепла, тем самым замыкаются/размыкаются контакты, подается питание на крыльчатку и пр. элементы системы.
Детектор аварийного давления масла. Используется свойство упругих частей деформироваться под давлением среды.
Датчик уровня жидкости, основывающийся на контакте воды, емкости и исполнительных элементов (указатели, смыкатели и прочее) с поплавком.
Схема действия геркона для контроля исправности лампочек в автомобиле.
Контроль износа тормозных колодок:
Расширенная классификация датчиков
Мы рассмотрели самые популярные варианты сенсоров. Есть также не особо распространенные детекторы. Типы датчиков достаточно полно отображены во многих источниках. Для целостности картины приведем список с уже описанными нами типами:
Наиболее многочисленные разновидности по виду измеряемого параметра:
Видео по теме
ЧТО ТАКОЕ ДАТЧИК
Датчик это электронное или электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования определенного воздействия в электрический сигнал. Это одно из нескольких определений, которое кажется мне наиболее простым и подходящим.
Датчик можно представить как «черный ящик», имеющий нечто на входе и формирующий на выходе сигнал, пригодный для дальнейшей передачи и обработки (рис.1).
В большинстве случаев мы будем рассматривать параметры и характеристики входного воздействия и вид (способ формирования) выходного сигнала, а также, как это можно использовать для решения конкретных задач.
Схемотехника на уровне принципиальных схем в данном контексте нас не интересует.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Первые подразумевают механическое воздействие. Характерным представителем такой группы являются конечные выключатели, приборы регистрирующие и измеряющие давление, скорость потока жидкостей и газов.
Бесконтактные типы используют несколько принципов обнаружения события: магнитный, оптический, микроволновый, емкостной, индукционный, ультразвуковой.
Каждый из них имеет особенности, определяющие область применения. Например, индукционные датчики не реагирует на предметы из немагнитных материалов. Кроме того, тип устройства определяет дальность действия (обнаружения).
Оптические (оптико электронные), микроволновые, ультразвуковые способны работать на значительном удалении от объекта контроля. Остальные предназначены для использования на небольших расстояниях.
Область применения различных видов датчиков.
В зависимости от назначения, датчики позволяют обнаруживать наличие предмета в зоне своего действия, определять его положение, скорость и направление перемещения, геометрические размеры.
Кстати, техническими характеристиками определяется минимальный размер контролируемого объекта, который может составлять от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.
Кроме того датчики используются для контроля температуры, состава, свойств и состояния окружающей среды.
К примеру, датчики дыма в системах пожарной сигнализации позволяют обнаруживать пожар на начальных стадиях. Широко используются датчики уровня, причем как жидкостей, так и сыпучих материалов.
ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ
Поскольку назначением любого преобразователя является не только обнаружение воздействия, но также его преобразование, то классификация датчиков по способу формирования выходного сигнала не менее важна, чем по обнаруживаемому параметру.
Первый самый простой и характеризуется двумя состояниями «0», «1» – выключено, включено. В качестве элементов, формирующих такой сигнал выступают «сухие контакты» (реле) или электронные ключи (транзисторные, тиристорные, симисторные и пр.).
Основным параметром такого выхода является коммутируемые ток и напряжение.
Причем, обратите внимание, могут быть указаны максимальные и (или) номинальные значения. В первом случае имеется в ввиду непродолжительное время работы в указанном режиме, во втором – неограниченно.
Достоинством таких устройств является универсальность – возможность работы практически во всех системах контроля и управления. Исключение могут составлять специализированные системы, «заточенные» под решение специфичных задач и использующие собственную линейку оборудования.
Аналоговый датчик имеет на выходе сигнал, электрические характеристики которого (чаще напряжение) пропорционально зависят от контролируемого воздействия.
В качестве примера можно привести некоторые виды термодатчиков. Для анализа и обработки такого сигнала требуются специальные схемотехнические решения. Плюсом такого исполнения является высокая информативность.
Наверное многие знают что существует двоичный код, то есть последовательность логических уровней («0» – низкий, «1» – высокий). Таким способом можно передавать информацию о состоянии устройства (значение измеряемого параметра), а также его уникальный адрес.
Датчики, использующие такую технологию называются цифровыми. Подобный сигнал также требует дополнительной обработки, следовательно оборудование, работающее по такому принципу должно быть совместимо. Но в простых системах контроля и управления чаще используется первый способ.
В завершение нужно заметить, что датчики, работающие в системах автоматики и управления могут иметь различную степень пыле-влаго защиты и рабочие температурные диапазоны.
Конкретный тип и конструктивное исполнение устройства определяется в зависимости от решаемых задач и условий эксплуатации.
© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.
Применение датчиков в промышленном оборудовании
В промышленной электронике индуктивные, оптические и другие датчики применяются очень широко. Долго и постоянно имею с ними дело, так как работаю инженером-электронщиком на крупном предприятии. Статья будет обзорной, но есть и реальные примеры.
Типы датчиков
Итак, что вообще такое датчик. Датчик — это устройство, которое выдает определенный сигнал при наступлении какого-либо определенного события. Иначе говоря, датчик при определенном условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал. Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами.
