Какие существуют виды датчиков по принципу действий

Типов и видов датчиков существует огромное множество. Они различаются типом измеряемого параметра, способом измерения, конструкцией, диапазоном измерения, видом выходного сигнала и т.д. Рассмотрим только те типы и виды, которые применяются в инженерных системах зданий.

Во-первых: что такое датчик? Определим это так — устройство, с помощью которого мы измеряем значение какого-либо технологического параметра.
Любой датчик состоит из чувствительного элемента и преобразовательной системы. Иногда сам чувствительный элемент является одновременно и преобразовательной системой. Кроме того, чувствительный элемент всегда непосредственно связан с той средой, параметр которой он измеряет. В теории измерений для него принято название — измерительный преобразователь.

Аналоговые измерительные датчики – это первичные преобразователи.
Такой тип датчиков применяется в системах непрерывного измерения и регулирования. Принцип действия таких датчиков состоит в том, что при изменении параметра происходит соответствующее изменение его выходного сигнала.

Дискретные измерительные датчики – сигнализаторы, реле и т.п.
Такой тип датчиков применяется, когда необходимо отследить конкретное значение измеряемого параметра для каких либо дальнейших действий.
Эти датчики устанавливаются там, где отсутствует необходимость получения всех значений измеряемого параметра, там, где необходимо знать, достиг ли параметр какого-либо конкретного значения. В этом случае измерительная система выдает сигнал только при достижении заданного ограничительного значения.

Датчики (измерительные преобразователи ) температуры.
Физический смысл работы преобразователей температуры (термосопротивлений) основан на изменении сопротивления применяемого в качестве чувствительного элемента металла в зависимости от температуры среды, в которую он погружен. Пропуская через этот элемент электрический ток, мы можем получить зависимость изменения напряжения от температуры. Раньше в качестве такого металла применялась медь. Были медные чувствительные элементы с сопротивлением 50 Ом или 100 Ом при 0ºС. Их недостатком было то, что при значительных длинах проводов, которые соединяли их с вторичными устройствами, сопротивление кабеля было соизмеримо, а то и больше, чем сопротивление самих датчиков. Это, естественно, вносило погрешности в измерения, которые необходимо было компенсировать. Сейчас от этой проблемы ушли, применяя металлы, имеющие 500 Ом или 1000 Ом при 0ºС. Это платина (Pt) и никель (Ni). Поэтому сегодня в инженерных системах чаще всего применяются датчики типа Pt 1000.
В современных системах чаще используются погружные термопреобразователи сопротивления, чувствительный элемент которых непосредственно погружен в измеряемую среду, и накладные, которые измеряют температуру поверхности, предполагая, что она приблизительно равна температуре самой среды. В качестве дискретных датчиков температуры чаще всего применяются манометрические термометры. Это устройства, в которых чувствительным элементом является термобаллон, который соединен капиллярной трубкой с сильфоном. При изменении температуры термобаллона изменяется давление в системе и сильфон перемещает механизм, который заканчивается контактными устройствами. Часто можно услышать название таких датчиков – сигнализаторы температуры или термостаты. Бывают также и

Зачем Нужны БЕСКОНТАКТНЫЕ ДАТЧИКИ /Индуктивные, Ёмкостные, Оптические/


биметаллические датчики.

Датчики (измерительные преобразователи ) давления и перепада давлений.
Датчики давления, как и датчики температуры, бывают аналоговые и дискретные.
Раньше использовались мембранные и сильфонные датчики, принцип действия которых был основан на механическом перемещении (сжатии или расширении) данных чувствительных элементов при изменении давления среды. Далее эти чувствительные элементы имели шток, перемещающийся в магнитном поле и меняющий величину, например, магнитной индукции. Сейчас в качестве чувствительных элементов все чаще применяют тензорезисторы. При сжатии или расширении такого резистора меняется его сопротивление. А дальше, так же, как и в термопреобразователях сопротивления, данный резистор включается в электрическую схему. Дискретные датчики давления рассчитаны на необходимость фиксации конкретного значения давления или перепада давления. Для этого применяются электроконтактные манометры и дифманометры, в качестве чувствительных элементов которых применены трубчатые пружины и мембраны.
Датчики (измерительные преобразователи) влажности.
Датчики влажности

Почти все современные аналоговые датчики влажности имеют емкостной чувствительный элемент. Их принцип работы основан на изменении емкости чувствительного элемента при изменении влажности. Далее этот чувствительный элемент включен в измерительную схему вторичного прибора. Достаточно часто встречаются совмещенные аналоговые датчики влажности и температуры. Таким образом, в точке отбора, где требуется измерение этих двух параметров, устанавливается один прибор вместо двух. Такой датчик имеет два независимых выходных сигнала – один по влажности, другой по температуре.
Дискретные датчики влажности отличаются от аналоговых наличием контактной группы, срабатывающей только при заданном значении. Такие датчики также называют гигростатами.

Датчики (измерительные преобразователи) расхода.
В системах измерения встречаются ультразвуковые, индукционные, вихревые аналоговые расходомеры и термомассовые расходомеры. Дискретные датчики расхода могут быть выполнены в виде крыльчатки, вращающейся в потоке жидкости. С такого датчика сигнал выдается в виде импульса при совершении каждого полного ее оборота. Считая эти импульсы можно организовать учет количества жидкости, прошедшей через прибор за определенное время. Такие датчики могут называться также сигнализаторами расхода.
Сигнализаторы также могут быть выполнены в виде заслонки, установленной поперек потока. Чем больше расход, тем больше давление потока на ее поверхность и больший угол ее отклонения от вертикального положения. При определенном угле отклонения срабатывает контакт и выдается сигнал о наличии расхода. Такие сигнализаторы расхода часто называют реле протока.

Датчики (измерительные преобразователи) уровня жидкости
Аналоговые датчики уровня – это те же датчики дифференциального давления, т.к. любой столб жидкости создает разность давлений между верхним и нижним уровнем.
Дискретные датчики уровня (фактически это датчики наличия жидкости) построены на принципе электропроводности жидкости и состоят из минимум двух электродов, через которые проходит электрический ток. При погружении их в воду образуется замкнутая электрическая цепь. В частности такие системы применяются в дренажных приямках для измерения наличия уровня в них воды.

Датчики (измерительные преобразователи) качества воздуха.
В системах вентиляции и кондиционирования воздуха все чаще поддерживаются не только температура и влажность воздуха, но и его качество, т.е. количество углекислого газа, озона, таких примесей как, сигаретный дым, запах пота, алкоголя, выхлопных газов и т.д. Для измерения этих параметров применяются датчики определяющие наличие в воздухе каких-то отдельных веществ, например углекислого газа, и датчики анализирующие качество воздуха по комплексу присутствующих в нем примесей.
Такие датчики также могут быть аналоговыми и дискретными.

Для унификации выходных сигналов принят ряд стандартных сигналов по току – сигналы (0-5), (0-20) и (4-20)мА и напряжению – сигнал (0-10)В. Преобразование в стандартный сигнал может выполняться преобразователем, встроенным в датчик, или отдельным преобразующим устройством.
Некоторые типы датчиков могут быть как с такими встроенными преобразователями, так и без них. Другие — только со встроенными преобразователями.

Остались вопросы? Не стесняйтесь задавать их:ФОРМА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

1. Типовые компоненты и датчики контрольно-диагностических средств/ М – во образования Респ. Беларусь, Учреждение образования «Полоц. гос. ун – т». – Новополоцк: ПГУ, 2004. – 382
2. Фрайден Д. Современные датчики/ Дж. Фрайден. – Москва: Техносфера, 2005. – 588 с. – (Мир электроники)
4. Школа автоматчиков. УРОК №5. Основы автоматизации
5. Бейлина, Р.А. Микроэлектронные датчики/ Р.А. Бейлина, Ю.Г. Грозберг, Д.А. Довгяло. Новополоцк: ПГУ, 2001. – 307 с.

Датчик движения для дома

Сфера применения датчиков, отслеживающих движение, достаточно широка. Их используют в частных домах, в складских помещениях, общественных коридорах, а также других местах, где нет большого скопления людей. Как правило, устройства соединены с системами безопасности, а также бытовыми электроприборами (чаще всего с источниками освещения).

На фото: Датчик движения для квартиры

Типы датчиков движения

По принципу работы устройства различаются на такие типы:

  • микроволновые приборы;
  • фотоэлементы.

В первом случае датчики фиксируют движение в пространстве посредством высокочастотного излучения. Микроволны свободно проходят через любые преграды, кроме металлических перегородок. Таким образом датчики улавливают малейшее движение за обычными стенами и мебелью.

Последние модели устройств излучают электромагнитное поле мощностью не более 10 мВт, что, в свою очередь, в десятки раз меньше, чем любой мобильный гаджет. Поэтому микроволновые устройства считаются полностью безвредными по отношению к здоровью людей и домашних животных.

Принцип работы фотоэлементов основан на восприятии световых лучей. Прибор состоит из двух частей: излучателя и фотоприемника. Когда световые волны попадают на датчик, в нем вырабатывается электричество. В момент, когда фотоприемник не принимает свет, срабатывает датчик движения.

Для квартир с искусственными источниками тепла лучше выбирать микроволновые сенсоры присутствия. Эти приборы отличаются моментальной скоростью срабатывания и высокой чувствительностью, даже если человек находится в соседней комнате.

Если не нужна высокая чувствительность, то стоит приобрести инфракрасный извещатель движения. Такие приборы стоят дешевле, но их характеристики уступают микроволновым датчикам.

Между тем, эксперты рекомендуют не экономить при выборе подходящей модели, когда важна безопасность в доме. Устройства из среднего и высокого ценового сегмента отличаются детальными настройками, качеством сборки и продолжительным сроком службы. На практике лучше переплатить за систему с широким диапазоном настроек или регулировкой чувствительности, чтобы, например, сигнализация ложно не срабатывала из-за домашних животных.

Датчик включения света

Устройство контролирует включение и выключение электрического света в зависимости от степени освещенности пространства. Модели датчиков различаются по конструкционным признакам, назначению, а также способу монтажа.

Устройство целесообразно использовать в местах, где пространство в дневное время освещается преимущественно естественным путем. Например, на дачном участке, возле подъезда, в витринах, на трассах и т.д.

На фото: Датчик движения включения света

Типы датчиков включения света и особенности установки

В зависимости от предназначения приборы бывают бытовыми и уличными. Модели для открытого пространства имеют улучшенную систему защиты от попадания пыли и влаги в установку. Как правило, датчики для улиц оснащены влагозащищенным корпусом, который предотвращает попадание росы, дождя и снега в устройство. Последние модели не теряют чувствительности даже при минусовой температуре окружающей среды (до –25 оС).

Принцип их работы прост: когда устройство фиксирует недостаточное количество освещенности, например, при наступлении сумерек, оно передает сигнал на включение осветительных приборов. И наоборот, когда солнечные лучи с наступлением утра попадают на фотоэлемент, контроллер отключает осветительные приборы.

По месту монтажа сумеречные датчики делятся на приборы, установленные в электрощитке, а также на отдельно стоящие модели. Также контролеры включения света могут иметь встроенные фотоэлемент или внешний фиксатор светового потока.

В технической документации к приборам заявлена рекомендованная высота установки, при этом дальность действия всегда должна превышать допустимую высоту монтажа, иначе снижается чувствительность датчиков.

Рекомендации по выбору датчиков включения света

Подбирая устройство, учитывают максимальную мощность нагрузки, которая не должна быть ниже суммарной мощности, потребляемой осветительными приборами. В противном случае датчик быстро выйдет из строя. Эксперты советуют выбирать контроллер освещения с запасом допустимой нагрузки минимум в 15% относительно общей мощности всех подключаемых к нему электроприборов.

Для улицы лучше выбирать устройство с углом обзора 180о и выше. Но если мимо часто проходят люди или проезжают автомобили, то возможно ложное срабатывание, поэтому имеет смысл подобрать систему с возможностью регулировки чувствительности датчиков.

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.

Классификация датчиков по измеряемым величинам

Датчики могут измерять различные физические величины, такие как температура, давление, влажность, уровень, скорость, ускорение и другие. В зависимости от измеряемой величины, датчики могут быть классифицированы следующим образом:

Датчики температуры

Датчики температуры используются для измерения тепловой энергии или температуры объекта. Они могут быть термоэлектрическими, терморезисторными, термисторными или инфракрасными. Датчики температуры широко применяются в промышленности, бытовых приборах, автомобилях и других областях.

Датчики давления

Датчики давления используются для измерения силы, которую оказывает газ или жидкость на поверхность. Они могут быть пьезорезистивными, емкостными, пьезоэлектрическими или оптическими. Датчики давления широко применяются в автомобилях, медицинской технике, промышленности и других областях.

Датчики влажности

Датчики влажности используются для измерения содержания водяного пара в воздухе или влажности поверхности. Они могут быть емкостными, резистивными или оптическими. Датчики влажности широко применяются в климатической технике, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и других областях.

Датчики уровня

Датчики уровня используются для измерения уровня жидкости или сыпучих материалов в резервуарах или емкостях. Они могут быть поплавковыми, емкостными, ультразвуковыми или радиочастотными. Датчики уровня широко применяются в промышленности, сельском хозяйстве, водоочистке и других областях.

Датчики скорости

Датчики скорости используются для измерения скорости движения объекта. Они могут быть оптическими, магнитными, ультразвуковыми или индуктивными. Датчики скорости широко применяются в автомобилях, железнодорожной технике, авиации и других областях.

Датчики ускорения

Датчики ускорения используются для измерения изменения скорости или ускорения объекта. Они могут быть пьезорезистивными, пьезоэлектрическими, емкостными или оптическими. Датчики ускорения широко применяются в автомобилях, авиации, спортивных приборах и других областях.

Это лишь некоторые примеры классификации датчиков по измеряемым величинам. Существует множество других величин, которые могут быть измерены с помощью датчиков, и каждая из них имеет свои особенности и применение в различных областях.

Классификация датчиков по способу преобразования сигнала

Датчики могут быть классифицированы по способу преобразования сигнала, который они используют для измерения и передачи информации. Вот некоторые основные типы датчиков, относительно этой классификации:

Аналоговые датчики

Аналоговые датчики преобразуют измеряемую величину в аналоговый сигнал, который изменяется непрерывно в зависимости от значения измеряемой величины. Например, термисторы, которые измеряют температуру, или фоторезисторы, которые измеряют освещенность, являются аналоговыми датчиками. Аналоговый сигнал может быть представлен в виде напряжения, тока или сопротивления.

Дискретные датчики

Дискретные датчики, также известные как цифровые датчики, преобразуют измеряемую величину в дискретный сигнал, который может принимать только два значения: 0 или 1. Например, кнопки, которые могут быть нажаты или не нажаты, или конечные выключатели, которые могут быть открыты или закрыты, являются дискретными датчиками. Дискретный сигнал может быть представлен в виде логического уровня, например, низкого уровня (0) или высокого уровня (1).

Частотные датчики

Частотные датчики измеряют измеряемую величину путем преобразования ее в частотный сигнал. Частота сигнала изменяется в зависимости от значения измеряемой величины. Например, датчики потока используются для измерения расхода жидкости или газа и преобразуют его в частотный сигнал, который пропорционален расходу. Частотный сигнал может быть представлен в виде количества импульсов или периода между импульсами.

Потенциометры

Потенциометры – это особый тип датчиков, которые используются для измерения линейного или углового перемещения. Они работают на основе изменения сопротивления в зависимости от положения перемещающегося элемента. Потенциометры могут быть аналоговыми или дискретными в зависимости от того, как они преобразуют измеряемую величину в сигнал.

Это лишь некоторые примеры классификации датчиков по способу преобразования сигнала. Существует множество других типов датчиков, каждый из которых имеет свои особенности и применение в различных областях.

Датчик аварийного давления масла: назначение, принцип работы, проверка

Устройство датчика уровня жидкости

Ультразвуковой датчик движения

Беспроводной датчик движения: виды, принцип действия, схема подключения

Устройство пожарного извещателя

Инфракрасный датчик

Различают три класса датчиков:

— бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: «включено/выключено» (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте.

Требования, предъявляемые к датчикам:

— однозначная зависимость выходной величины от входной;

— стабильность характеристик во времени;

— малые размеры и масса;

— отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;

— работа при различных условиях эксплуатации;

— различные варианты монтажа.

Параметрические датчики (датчики-модуляторы) входную величину X преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика. Передать на расстояние изменение перечисленных параметров датчика без энергонесущего сигнала (напряжения или тока) невозможно. Выявить изменение соответствующего параметра датчика только и можно по реакции датчика на ток или напряжение, поскольку перечисленные параметры и характеризуют эту реакцию. Поэтому параметрические датчики требуют применения специальных измерительных цепей с питанием постоянным или переменным током.

Омические (резистивные) датчики – принцип действия основан на изменении их активного сопротивления при изменении длины l, площади сечения S или удельного сопротивления p:

R= pl/S

Кроме того, используется зависимость величины активного сопротивления от контактного давления и освещённости фотоэлементов. В соответствии с этим омические датчики делят на: контактные, потенциометрические (реостатные), тензорезисторные, терморезисторные, фоторезисторные.

Контактные датчики — это простейший вид резисторных датчиков, которые преобразуют перемещение первичного элемента в скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи. С помощью контактных датчиков измеряют и контролируют усилия, перемещения, температуру, размеры объектов, контро­лируют их форму и т. д.

К контактным датчикам относятся путевые и концевые выключатели, контактные термометры и так называемые электродные датчики, используемые в основном для измерения предельных уровней электропроводных жидкостей.

Контактные датчики могут работать как на постоянном, так и на переменном токе. В зависимости от пределов измерения контактные датчики могут быть одно предельными и многопредельными. Последние используют для измерения величин, изменяющихся в значительных пределах, при этом части резистора R, включенного в электрическую цепь, последовательно закорачиваются.

Недостаток контактных датчиков — сложность осуществления непрерывного контроля и ограниченный срок службы контактной системы. Но благодаря предельной простоте этих датчиков их широко применяют в системах автоматики.

Реостатные датчики представляют собой резистор с изменяющимся активным сопротивлением. Входной величиной датчика является перемещение контакта, а выходной – изменение его сопротивления. Подвижный контакт механически связан с объектом, перемещение (угловое или линейное) которого необходимо преобразовать.

Наибольшее распространение получила потенциометрическая схема включения реостатного датчика, в которой реостат включают по схеме делителя напряжения. Напомним, что делителем напряжения называют электротехническое устройство для деления постоянного или переменного напряжения на части; делитель напряжения позволяет снимать (использовать) только часть имеющегося напряжения посредством элементов электрической цепи, состоящей из резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности. Переменный резистор, включаемый по схеме делителя напряжения, называют потенциометром.

Обычно реостатные датчики применяют в механических измерительных приборах для преобразования их показаний в электрические величины (ток или напряжение), например, в поплавковых измерителях уровня жидкостей, различных манометрах и т. п.

Датчик в виде простого реостата почти не используется вследствие значительной нелинейности его статической характеристики Iн = f(х), где Iн — ток в нагрузке.

Выходной величиной такого датчика является падение напряжения Uвых между подвижным и одним из неподвижных контактов. Зависимость выходного напряжения от перемещения х контакта Uвых = f(х) соответствует закону изменения сопротивления вдоль потенциометра.

Закон распределения сопротивления по длине потенциометра, определяемый его конструкцией, может быть линейным или нелинейным.

Потенциометрические датчики, конструктивно представляющие собой переменные резисторы, выполняют из различных материлов — обмоточного провода, металлических пленок, полупроводников и т. д.

Тензорезисторы (тензометрические датчики) служат для изме­рения механических напряжений, небольших деформаций, вибра­ции. Действие тензорезисторов основано на тензоэффекте, заключающемся в изменении активного сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов под воздействием приложенных к ним усилий.

Термометрические датчики (терморезисторы) — сопротивление зависит от температуры.

Терморезисторы в качестве датчиков используют двумя способами:

1) Температура терморезистора определяется окружающей средой; ток, проходящий через терморезистор, настолько мал, что не вызывает нагрева терморезистора. При этом условии терморезистор используется как датчик температуры и часто называется «термометром сопротивления».

2) Температура терморезистора определяется степенью нагрева постоянным по величине током и условиями охлаждения. В этом случае установившаяся температура определяется условиями теплоотдачи поверхности терморезистора (скоростью движения окружающей среды – газа или жидкости – относительно терморезистора, ее плотностью, вязкостью и температурой), поэтому терморезистор может быть использован как датчик скорости потока, теплопроводности окружающей среды, плотности газов и т. п.

В датчиках такого рода происходит как бы двухступенчатое преобразование: измеряемая величина сначала преобразуется в изменение температуры терморезистора, которое затем преобразуется в изменение сопротивления.

Терморезисторы изготовляют как из чистых металлов, так и из полупроводников. Материал, из которого изготавливается такие датчики, должен обладать высоким температурным коэффициентом сопротивления, по возможности линейной зависимостью сопротивления от температуры, хорошей воспроизводимостью свойств и инертностью к воздействиям окружающей среды. В наибольшей степени всем указанным свойствам удовлетворяет платина; в чуть меньшей – медь и никель.

По сравнению с металлическими терморезисторами более высокой чувствительностью обладают полупроводниковые терморезисторы (термисторы).

Индуктивные датчики служат для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих органов машин, механизмов, роботов и т.п. и преобразования этой информации в электрический сигнал.

Принцип действия индуктивного датчика основан на изменении индуктивности обмотки на магнитопроводе в зависимости от положения отдельных элементов магнитопровода (якоря, сердечника и др.). В таких датчиках линейное или угловое перемещение X (входная величина) преобразуется в изменение индуктивности (L) датчика. Применяются для измерения угловых и линейных перемещений, деформаций, контроля размеров и т.д.

В простейшем случае индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности с магнитопроводом, подвижный элемент которого (якорь) перемещается под действием измеряемой величины.

Индуктивный датчик распознает и соответственно реагирует на все токопроводящие предметы. Индуктивный датчик является бесконтактным, не требует механичесого воздействия, работает бесконтактно за счет изменения электромагнитного поля.

Преимущества

— нет механического износа, отсутствуют отказы, связанные с состоянием контактов

— отсутствует дребезг контактов и ложные срабатывания

— высокая частота переключений до 3000 Hz

— устойчив к механическим воздействиям

Недостатки — сравнительно малая чувствительность, зависимость индуктивного сопротивления от частоты питающего напряжения, значительное обратное воздействие датчика на измеряемую величину (за счет притяжения якоря к сердечнику).

Емкостные датчики — принцип действия основан на зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними.

Для двухобкладочного плоского конденсатора электрическая емкость определяется выражением:

С = e0eS/h

где e0 — диэлектрическая постоянная; e — относительная диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; S — активная площадь обкладок; h — расстояние между обкладками конденсатора.

Зависимости C(S) и C(h) используют для преобразования механических перемещений в изменение емкости.

Емкостные датчики, также как и индуктивные, питаются переменным напряжением (обычно повышенной частоты — до десятков мегагерц). В качестве измерительных схем обычно применяют мостовые схемы и схемы с использованием резонансных контуров. В последнем случае, как правило, используют зависимость частоты колебаний генератора от емкости резонансного контура, т.е. датчик имеет частотный выход.

Достоинства емкостных датчиков — простота, высокая чувствительность и малая инерционность. Недостатки — влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств.

Емкостные датчики применяют для измерения угловых перемещений, очень малых линейных перемещений, вибраций, скорости движения и т. д., а также для воспроизведения заданных функций (гармонических, пилообраз­ных, прямоугольных и т. п.).

Емкостные преобразователи, диэлектрическая проницаемость e которых изменяется за счет перемещения, деформации или изменения состава диэлектрика, применяют в качестве датчиков уровня непроводящих жидкостей, сыпучих и порошкообразных материалов, толщины слоя непроводящих материалов (толщино­меры), а также контроля влажности и состава вещества.

Основные виды датчиков

Основными видами датчиков являются омические, индуктивные, генераторные, температурные и т.д.

Принцип действия омических можно охарактеризовать формулой R=p*l/S, где l — длина, p — удельное сопротивление, S — площадь сечения, R — активное сопротивление. К омическим сенсорам можно отнести реостатные, контактные, термо-, тензо- и фоторезисторные.

Фоторезистор

  • контактные обеспечивают преобразование перемещения объекта контроля в изменение сопротивления электроцепи. С их помощью получают сведения о параметрах объектов (форме, размерах, температурах и т.д.);
  • реостатные снабжены подвижным контактом, связанным с объектом, линейное или угловое перемещение которого подлежит преобразованию;
  • с помощью тензорезисторов измеряют величины вибраций, необширных деформаций и т.д.
  • температурные показатели терморезистора зависят от степени нагревания его током (постоянной величины) и условий теплоотдачи (степень вязкости, плотности среды и т.д.);
  • сопротивление фоторезисторов определяется интенсивностью воздействия на него светового потока — чем она выше, тем больше возникает заряженных частиц, способных свободно перемещаться внутри элемента, за счет чего сопротивление снижается.

Индуктивные датчики применяются на производствах для определения и преобразования в электросигнал показателей давления, уровня расхода жидкостей и газов, перемещений рабочих частей устройств и механизмов. Такие датчики действуют бесконтактно, т.к. реагируют на электромагнитное поле.

Генераторные сразу преобразуют изменение величины в сигнал, таким образом, они, по сути, являются источниками электроэнергии. Специально для их работы источников электричества не требуется, но они могут понадобиться для усиления и преобразования в другой вид выходного сигнала.

Датчик температурный

Температурные необходимы на производствах для поддержания температуры на необходимом уровне в конкретных точках. К примеру, на средней АЭС таких участков около 1,5 тыс., а на крупных химических производствах более 20 тыс.

Таким образом, выбор того или иного вида датчиков определяется спецификой промышленности, где предполагается их использование при этом без них не обходится ни одно производство, благодаря возможности оперативного получения информации и, в связи с этим, решения ряда разнообразных задач.

Приобрести электрооборудование

Приобрести датчики различных назначений и видов Вы можете в компании Оптовые базы. Заказать необходимое электрооборудование можно заполнив специальную форму, размещенную на сайте или позвонив в отдел продаж по контактному телефону.

Доставка действительна на всей территории РФ.

Датчики (извещатели). Виды, принцип действия

Датчик (извещатель) -устройство, воспринимающее изменение среды, в которой находится, и передающее образованный сигнал “тревоги” на другие приборы.

По функциональному назначению:

— для контроля состояния помещений, предназначенные для обнаружения проникновения в помещения или нарушения пожарной обстановки. Они, в свою очередь, подразделяются на активные, позволяющие регистрировать изменение энергетического поля, которое создается ими в помещении, и пассивные, восприни­мающие действия возмущающих факторов;

— для контролируемых зон — обнаружение нарушителей и попы­ток проникновения в пространство контролируемых зон вне охра­няемых помещений;

— для ограждений и заграждений — фиксация попыток несанкци­онированного доступа, проявляющихся в возникновении деформа­ций или разрушений инженерных сооружений;

— противоподкопные — обнаружение проникновении в помещения, контролируемые зоны, преодоление ограждений и заграждений с помощью подкопов.

Рассмотрим различные физические явления работы датчиков, лежащие в основе классификации, и принципы их работы.

Основные группы датчиков используемых для блокирования объектов.

По принципу действия датчики делятся: магнитно-контактные, ударно-контактные, электроконтактные, звуковые, вибрационные, ультразвуковые, радиоволновые, комбинированные и т.д.

Электроконтактные датчики. Их работа базируется на принципах потери целостности электрической цепи (разрыв) в случае несанкционированного проникновения перемещением конструктивных элементов, входящих в эту цепь. Фактически они являются электрическими выключателями нажимного типа с нормально разомкну­тыми контактами. Такие датчики могут выполняться на основе тон­ких проводников, разрыв которых нарушает целостность цепи, что расценивается как нарушение состояния охраны. Эти проводники (или ленты) располагают на поверхности или натягивают по пери­метру определенного пространства.

Магнитоуправляемые датчики. По сравнению с предыдущим ти­пом датчиков разрыв цепи у них наступает вследствие размыкания магнитоуправляемых контактов, которые находятся под действием постоянного магнита. Его смещение относительно контактов и вы­зывает размыкание цепи.

Вибрационные датчики. Функционирование датчиков этого типа ос­новано на многократном размыкании и замыкании инерционных контактов под действием вибраций, вызываемых ударами по защи­щаемой поверхности (стекло, стенные и потолочные конструкции и др.). В качестве ударного датчика может быть использован магнитоконтактный датчик, но отличающийся по конструктивному испол­нению. Постоянный магнит закрепляется на пружинящем основа­нии, и его колебания при ударе хаотически замыкают и размыкают соответствующие ему контакты. Такие датчики могут выполняться и с использованием бесконтактной фиксации информации об ударах с использованием волоконно-оптических преобразователей.

Пьезоэлектрические датчики. Их работа основана на пьезоэ­лектрическом эффекте, т.е. возникновении тока при механических колебаниях (ударах) кристаллов некоторых материалов. Напри­мер, на основе кремниевой пластинки с мембраной, на которую нане­сены резистивные элементы, меняющие свое сопротивление за счет пьезоэлектрического эффекта. Заметное проявление пьезоэлектри­ческого эффекта наблюдается в кристаллических веществах, имеющих аномально высокую диэлектрическую проницаемость. Чаще всего используют кварц, который сочетает пьезоэлектрические свой­ства с высокой механической прочностью, изоляционными свойства­ми и независимостью пьезоэлектрических показателей в широком температурном диапазоне. Еще лучшими характеристиками обла­дает пьезокерамика из титана бария.

Инфракрасные датчики. ИК-датчики разделяются на активные, излучающие и принимающие, и пассивные, только воспринимающие инфракрасное (тепловое) излучение. В первом случае фактом на­рушения охраны является пересечение барьера излучатель-прием­ник, во втором — происходит обнаружение и, возможно, определение направления и расстояния до нарушителя.

В принципе, источниками инфракрасного излучения являются все тела, обладающие температурой выше абсолютного нуля. Излу­чение носит тепловой характер и обладает широким спектром. Возможно использование собственного излучения объек­та и отраженного от него ИК-излучения других естественных или искусственных источников. Пассивные ИК-датчики получили ши­рокое распространение из-за способности обеспечить эффектив­ную защиту при невысокой стоимости.

Емкостные датчики. Работают из-за вариаций емкости антен­ной системы, в качестве которой можно использовать охраняемый объект (сейф, металлический шкаф и т.п.). Емкость изменяется при приближении или удалении нарушителя от объекта охраны. Такие датчики также эффективны для охраны складов, ангаров и прочих легких металлических конструкций. В этом случае антенной являются отрезки обычного монтажного провода.

Акустические датчики. Принцип их работы основан на регистрации звуковых колебаний, непременно возникающих при преднаме­ренных попытках проникновения в помещение или преодолении заграждений. Каждое нарушение по характеру проникновения (перелезание, сверление, перекусывание и др.) имеет свой специфичес­кий звуковой спектр, сплошной или импульсный, который может быть определен экспериментально, что позволяет повысить обнаружительную способность датчика на фоне помех.

Ультразвуковые датчики. На их основе могут создаваться дат­чики движения (человека, пламени, веществ). По типу действия это активные датчики с передающим и приемным преобразователями. Создаваемое ими стационарное поле нарушается при действии воз­мущающего фактора, что вызывает сигнал тревоги.

Микроволновые (радиоволновые) датчики. Принцип их дей­ствия основан на хорошо известных положениях радиолокации по передаче и приему радиосигналов при обнаружении объектов. На закрытых охраняемых объектах в помещении формируется электромагнитное поле и возбуждаются стоячие волны, картина которых меняется при появ­лении в этой зоне нарушителя.

Барометрические датчики — новый тип инфразвуковых датчиков, реагирующих на изменение давления воздуха в закрытом объеме.

Сейсмические датчики. Обеспечивают возможность обнаруже­ния проникновения нарушителя за счет колебания почвы или несу­щих конструкций. В основе его работы положены пьезоэлектричес­кий эффект, модуляция распространяющихся звуковых колебаний и светового потока излучения и др.

Комбинированные датчики. Принцип работы основан на комби­нации двух и более физических эффектов (ИК-, СВЧ-излучение и другие комбинации), позволяющей повысить обнаружительную спо­собность за счет снижения уровня помех и ложных срабатываний.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий