Датчики: общее описание и терминология
Общее описание
Компания TML уже более полувека способствует мировому развитию и продвижению тензометрической продукции, имеющей огромное значение для исследований, разработок и конструирования всевозможных измерительных систем. На базе технологических ноу-хау в тензометрии и научно-исследовательских разработок компанией TML налажено производство широкой гаммы всевозможных датчиков – начиная от стандартных и специализированных тензорезисторов, и заканчивая первичными преобразователями веса, ускорения, крутящего момента, деформации, перемещения, давления, уровня, температуры и др. Для комплексного решения задач измерения и анализа, компания предлагает широкую линейку вторичных преобразователей и электронных компонентов: различные регистрирующие устройства, вторичные преобразователи, измерительные усилители, многоканальные коммутаторы, цифровые индикаторы, блоки для радиотелеметрической передачи данных, приборы с высоким быстродействием для регистрации данных в динамике.
Мостовая схема датчика и способ подключения
Мостовая схема датчика и способ подключения приведены ниже, она неприменима к некоторым продуктам.
Если требуется специализированный разъем, об этом необходимо указать в заказе.
Входное/выходное сопротивление датчика
| Сопротивление вход-выход (Ом) |
Расположение контактов в разъеме и сопротивление между проводами (Ом) |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| A-C Кр-Чер | B-D Зел-Бел | A-B Кр-Зел | A-D Кр-Бел | B-C Зел-Чер | C-D Чер-Бел | |
| 120 | 120 | 120 | 90 |
90 |
90 |
90 |
| 350 | 350 | 350 | 263 |
263 |
263 |
263 |
Измерения методом постоянного напряжения и методом постоянного тока
Метод постоянного напряжения
В этом методе напряжение питания моста (напряжение между контактами А и С тензометрического оборудования) сохраняется постоянным.
В нашем оборудовании обычно используется этот метод, а наши датчики этим методом чаще калибруются. При удлинении провода, подсоединенного к датчику, необходима корректировка чувствительности (калибровочного коэффициента) датчика.
Метод постоянного тока
В этом методе ток питания моста (ток, идущий между контактами А и С тензометрического оборудования) сохраняется постоянным. Преимущество этого метода в том, что показания датчика не падают даже при удлинении провода датчика. Однако, сопротивление датчика на входе/выходе должно иметь определенную величину (обычно 120 или 350 Ом). Кроме того, чувствительность (калибровочный коэффициент) датчика для методов постоянного напряжения и постоянного тока может отличаться.
Выходной сигнал и величина деформации
Выходной сигнал (номинальное значение) датчика выражается в мВ/В. Это выходное напряжение при максимальной нагрузке на датчик. Оно показывает выходное напряжение, когда подается напряжение 1 В.
Пример:
1.5 мВ/В означает, что на выходе 1.5 мВ при максимально допустимой нагрузке на датчик, при этом на мост подается питание 1 В. Если на мост подается 2 В, то:
1,5 мВ/В x 2 В = 3 мВ
Таким образом, если коэффициент тензочувствительности равен 2.00, то выходное напряжение датчика 3 мВ, а на тензометрическом оборудовании должно отображаться значение, которое можно посчитать по следующей формуле:
Δe = E/4 × K×ɛ ɛ = 4Δe/KE
где Δe: Выходное напряжение датчика
E : Входное напряжение возбуждения
K : Коэффициент тензочувствительности
ɛ : Показание на тензометрическом оборудовании
При K, E и Δe равных 2.00, 2 В, и 3 мВ соответственно, и, учитывая, что 3 мВ = 0,003 В, получим:
ɛ = 0.003 = 3000 × 10-6 strain
При коэффициенте тензочувствительности тензометрического оборудования равном 2,00 и входном напряжении 1 В получим для выходного напряжения следующее:
2Δe = ɛ, тогда
1 мВ/В = 2000 x 10-6 strain
2 мВ/В = 4000 x 10-6 strain
Пониженная чувствительность из-за длины провода, присоединенного к датчику
При измерении методом постоянного напряжения и удлинении провода датчика относительно исходного откалиброванного провода (калибровка показана в данных испытаний — test data) показание датчика уменьшается. Показание (калибровочный коэффициент) приведено в следующей формуле. Поправка должна быть сделана, используя при необходимости эту формулу:
Удельное сопротивление провода, подсоединенного к датчику
|
Площадь сечения (кв. мм) |
Общее удельное сопротивление (Ом/м) |
|---|---|
|
0.005 |
7.2 |
| 0.05 | 0.63 |
| 0.08 | 0.44 |
| 0.09 | 0.4 |
| 0.14 | 0.25 |
| 0.3 | 0.12 |
| 0.35 | 0.11 |
| 0.5 | 0.07 |
|
0. 75
|
0.048 |
Поддержка TEDS
Аббревиатура TEDS означает электронную техническую спецификацию датчика. TEDS-совместимый датчик имеет информацию о сенсоре, соответствующую IEEE1451.4 по внутренним электронным данным. Это позволяет автоматический ввод в измерительный прибор информации о сенсоре, включающий чувствительность и серийный номер. Такая автоматизация позволяет избежать неверных настроек, значительно снижает время для настройки и делает работу более эффективной и простой. Для более детального описания TEDS-совместимых датчиков и измерительных приборов можете связаться с нами.
Терминология
Пределы измерения — это максимальная нагрузка, которую способен измерить датчик, оставаясь в пределах своих технических характеристик.
Номинальный выход (RO) — это выход при номинальной нагрузке за вычетом выхода в условиях отсутствия нагрузки. Номинальный выход выражается в мВ на один вольт, подаваемый на датчик (мВ/В).
Нелинейность — это максимальное отклонение показания выходного сигнала датчика от линии, соединяющей исходную точку калибровочной кривой с точкой номинальной нагрузки при ее увеличении. Нелинейность выражается в процентах от номинального выхода (%RO).
Гистерезис — это максимальная разность выходного сигнала датчика при увеличении и уменьшении нагрузки. Гистерезис выражается в процентах от номинального выхода (%RO).
Сходимость (повторяемость) — это максимальная разность выходных сигналов при многократном измерении одной и той же номинальной нагрузки в одинаковых условиях нагружения и окружающей среды. Сходимость выражается в процентах от номинального выхода (%RO).
Влияние температуры на ноль — это значение выходного сигнала датчика, вызванного изменением температуры окружающей среды. Выражается в изменении выходного сигнала датчика в %% от номинального выхода при изменении температуры на 1°C (%RO/°C).
Влияние температуры на диапазон измерения — это величина изменения номинального выхода, вызванного изменением температуры окружающей среды. Влияние температуры на диапазон измерения выражается в процент ах при изменении температуры на 1°C (%/°C).
Диапазон термокомпенсации
Допустимый диапазон температуры — это диапазон температуры, в котором датчик может работать непрерывно без необратимых деструктивных изменений (°C).
Перегрузка — это значение непрерывной нагрузки на датчик, которая не вызывает необратимых деструктивных изменений, выходящих за пределы его технических/метрологических характеристик (%).
Предельная перегрузка — это максимальная непрерывная нагрузка, механически не вызывающая необратимых деструктивных изменений (%).
Рекомендуемое напряжение питания — это напряжение, подаваемое на датчик, при котором он остается в пределах своих технических/метрологических характеристик (В).
Допустимое напряжение питания — это максимальное напряжение, непрерывно подаваемое на датчик, не вызывающее его необратимого повреждения (В).
Баланс нуля — это выходная деформация при отсутствии нагрузки (%RO).
Частотная характеристика — это максимальная частота выходного сигнала датчика в заданном диапазоне при использовании синусоидальной нагрузки (Гц).
Собственная частота — это приблизительное значение частоты в ненагруженном состоянии, при котором датчик совершает свободные колебания (Гц).
Допустимый изгибающий момент — это максимальный изгибающий момент, непрерывно воздействующий на датчик и не вызывающий его необратимого повреждения (кН·м).
Чувствительность — это Выходной сигнал датчика при фиксированной нагрузке. Чувствительность выражается в значении величины выходного сигнала тензометра на 1 мм (*10
База датчика — это расстояние между двумя точками, относительно которых происходит измерение перемещения или деформации.
Жесткость пружины — это приблизительное значение усилия, которое необходимо приложить на подпружиненный шток датчика перемещения для измерения величины перемещения (Н).
Входное/выходное сопротивление — это сопротивление между входными и выходными клеммами, измеренное в условиях отсутствия нагрузки при отключенных входных и выходных клеммах (Ом).
Кабель ввода-вывода — кабель, который невозможно отсоединить от датчика.
Поставляемый кабель — стандартный кабель, который поставляется в комплекте с датчиком и его можно присоединить/отсоединить от датчика.
Вес — приблизительный вес датчика без учета кабеля и разъемов.
Датчики | iot.ru Новости Интернета вещей
Главная
/ Wiki IoT
Прослушать текст
- Определение
- История создания и развития
- Технические характеристики
- Кейсы применения
- Узнайте больше о решениях для датчиков
- Полезные ссылки
Править текст статьи
1. Определение
Датчики – устройства, измеряющие физические характеристики объектов или окружающей среды (например, температуру, давление, наличие примесей в воздухе, положение в пространстве и т. д) и преобразующие ее в вид, удобный для дальнейшей обработки.
2. История создания и развития
Первые попытки создания датчиков были предприняты еще более трех веков назад, но первым датчиком, появившемся на рынке, считается термостат, изобретенный в 1883 году Уорреном Джонсоном. Впоследствии Уоррен Джонсон основал компанию Johnson Controls, основным направлением которой было разработка и производство автоэлектроники.
С развитием технологий и элементной базы появились новые типы датчиков. С конца 1940-х годов началось производство инфракрасных датчиков, первый датчик движения появился в начале 1950-х годов и был изобретением Самюэля Баньо. Его устройство использовало ультразвуковые частоты, а также эффект Доплера. В конце 20-го века начали разрабатываться химические датчики (для определения химического состава среды) и биосенсоры.
В настоящее время датчики являются одной из основных компонент робототехники при создании интеллектуальных систем, способных видеть (фотонная технология), чувствовать (физические измерения), слышать, мыслить/общаться (интеллектуальная электроника и беспроводные технологии), перемещаться (датчики, объединенные с исполнительными механизмами), различать запахи (электронные носы).
3. Технические характеристики
Основные характеристики датчиков:
-
чувствительность (порог чувствительности) – наименьшее значение входной величины, приводящее к изменению измеряемой выходной;
-
погрешность выходного сигнала – определена для нормальных условий эксплуатации, при изменении условий окружающей среды, погрешность увеличивается;
-
диапазон измерения – минимально и максимально возможные значения величин, которые сможет детектировать датчик.
Датчики можно разделить на две большие группы: активные (сами воздействуют на окружающую среду) и пассивные (окружающая среда воздействует на них).
По измеряемому параметру бывают датчики: влажности, света, движения, положения в пространстве, газа, давления, температуры и многие другие.
По типу выходного сигнала различают аналоговые и цифровые датчики. По среде передачи – проводные и беспроводные. Датчики могут являться частью какого-либо прибора, тогда они называются интегральные, а могут представлять собой независимое устройство, так называемые элементные датчики.
По способу питания датчики бывают автономные (работают от батареи) и подключенные к сети электропитания.
4. Кейсы применения
Датчики используются в горнодобывающей, аэрокосмической, автомобильной промышленности (например, парктроник, датчик уровня топлива, датчик дождя и многие другие), в сельском хозяйстве (для мониторинга сельскохозяйственных угодий, создание «умных» теплиц), в медицине для наблюдения за пациентами и их лечения (например, датчик для определения уровня сахара в крови, фитнес браслеты).
Также датчики активно внедряют в системы домашней автоматизации (включение/выключение света в зависимости от показаний датчика освещенности, изменение интенсивности работы обогревающих элементов на основе показаний датчика температуры и влажности и другое). Современные гаджеты оснащены различными датчиками, практически в любом смартфоне сегодня есть гироскоп, датчик отпечатка пальцев, датчик освещенности.
5. Узнайте больше о решениях для датчиков
Для того, чтобы ознакомиться с решениями в области датчиков от ведущих российских поставщиков — свяжитесь с нами по номеру 8 (921) 781 24-49 — звонок, Telegram, Whatsapp или оставьте короткую заявку по ссылке.
6. Полезные ссылки
Источники:
- http://what-is-a-sensor.comhttp://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=775
- http://electrono.ru/elektrotexnicheskaya-apparatura/kratkaya-xarakteristika-datchikov
Читайте также
Датчик влажности
Датчик газа
Датчик давления
Датчик дыма
Датчик света
Датчик теплового потока
Датчик уровня
Что такое датчик? Различные типы датчиков с приложениями
Содержание
Что такое датчики
? Датчик может быть определен как машина, модуль, подсистема или устройство, целью которых является обнаружение изменений и событий в окружающей среде. Информация об этих изменениях далее отправляется в различную другую электронику, в основном состоящую из компьютерного процессора. Датчик всегда используется вместе с электронным устройством.
Датчики используются в различных предметах повседневного обихода, состоящих из ламп с ощущением прикосновения, которые затемняются и загораются при прикосновении к основанию и сенсорным кнопкам лифта. Со временем в области микромашин и платформ микроконтроллеров были достигнуты успехи, которые стали более простыми в использовании.
Со временем использование датчиков расширилось за пределы измерения давления или расхода и традиционных полей температуры. Аналоговые датчики, такие как чувствительные к силе резисторы и потенциометры, широко используются даже сегодня.
Приложения включают самолеты и космонавтику, медицину, автомобили, производство и машины, робототехнику и различные другие аспекты, связанные с повседневной жизнью. Существуют различные датчики, которые используются для измерения физических и химических свойств материалов.
Теперь давайте прочитаем классификацию датчиков , после чего мы рассмотрим типов датчиков и как работают датчики .
Классификация датчиков
Датчики классифицируются на основе выходного сигнала, измеряемых ими физических параметров и различных других моментов. Датчики на основе выходного сигнала классифицируются на датчики с аналоговым и цифровым выходом.
Выходной сигнал, выдаваемый датчиками, в случае датчиков с аналоговым выходом представляет собой аналоговое напряжение, которое можно измерить и использовать для определения требуемого физического параметра. Это достигается за счет использования передаточной функции датчика. Это может быть резистивное, емкостное или любое другое аналоговое устройство.
Цифровые данные, которые можно считывать через параллельные или последовательные коммуникационные шины, являются выходными данными датчиков с цифровым выходом. Формат данных в этом случае показан в паспорте датчика. Датчик акселерометра является примером цифрового датчика, который используется для отправки выходных данных с использованием двухпроводной шины I2C.
Вы также можете прочитать: Что такое усилитель и как он работает?
Датчики дополнительно классифицируются на основе физических параметров; эти типы могут быть использованы для измерения чего угодно. Наиболее распространенными датчиками являются датчик наклона, магнитный датчик, камеры, датчик цвета, датчик давления, датчик отпечатков пальцев, датчик тока, датчик освещенности и т. д.
Различные
Типы датчиков с их применением В повседневной жизни стало нашей привычкой часто внедрять различные типы датчиков в энергосистемы, включающие системы управления нагрузкой, электрические и электронные устройства, а также промышленную и домашнюю автоматизацию. Все типы датчиков далее делятся на аналоговые и цифровые датчики.
Однако существует несколько типов датчиков , которые используются в электронных приложениях, таких как датчики давления, сенсорные датчики, ИК-датчики, ультразвуковые датчики, датчики температуры, датчики приближения и т. д.
Датчики температуры:
Температура – это обычно измеряемая величина окружающей среды по разным причинам. Существуют различные типы датчиков температуры, которые используются для измерения температуры, такие как термисторы, датчики температуры сопротивления, термопары, полупроводниковые датчики температуры и так далее.
В зависимости от требований для измерения температуры в различных приложениях используются различные типы датчиков. Простой датчик температуры со схемой может использоваться для включения и выключения нагрузки при определенной температуре.
Эта температура определяется датчиком температуры, в этих случаях используется термистор. Цепь датчика температуры состоит из термистора, транзистора, реле и батареи. Датчик температуры активирует реле, определяя требуемую температуру.
Реле включает подключенную к нему нагрузку, которая может быть переменного или постоянного тока. Эта схема может быть дополнительно использована для управления вентилятором в зависимости от температуры. Прежде всего, этот тип датчика может быть дополнительно классифицирован на различные другие типы, такие как цифровые датчики температуры, термисторы и так далее.
ИК-датчики:
Небольшие фоточипы, состоящие из фотоэлементов, которые используются для обнаружения и излучения инфракрасного света, называются ИК-датчиками. Эти датчики чаще всего используются для разработки технологии дистанционного управления.
Эти датчики могут использоваться для обнаружения различных препятствий роботизированного транспортного средства и управления его направлением. Существуют различные типы датчиков, которые можно использовать для обнаружения инфракрасного излучения.
Простым примером схемы ИК-датчика, которую мы используем в повседневной жизни, является пульт дистанционного управления телевизором. Он включает схемы ИК-приемника и схемы ИК-излучателя, которые могут быть спроектированы. Схема ИК-излучателя используется пользователем в качестве пульта дистанционного управления для излучения инфракрасного света.
Этот инфракрасный свет передается или направляется в схему ИК-приемника, которая взаимодействует с такими устройствами, как роботы с дистанционным ИК-управлением или телевизор. Эти датчики в дальнейшем используются для разработки телевизионных пультов дистанционного управления.
Пульт от телевизора является примером простого проекта электроники на основе ИК-датчика, который используется для управления роботизированным транспортным средством в удаленных районах с помощью ИК-пульта или пульта от телевизора. Этот тип телевизионного пульта используется для отправки команд роботизированному транспортному средству.
Ультразвуковой датчик:
Ультразвуковой датчик или приемопередатчик — это датчик, который работает по принципу радара или гидролокатора и известен тем, что оценивает атрибуты цели путем интерпретации. Эти датчики классифицируются как активные и пассивные ультразвуковые датчики и могут различаться по принципу их работы.
Активные ультразвуковые датчики известны тем, что генерируют высокочастотные звуковые волны, которые возвращаются ультразвуковым датчиком для оценки эха. Интервал времени, затраченный на прием и передачу эха, помогает в определении расстояния до объекта.
Однако пассивные ультразвуковые датчики используются только для обнаружения ультразвукового шума, присутствие которого можно обнаружить в определенных условиях. Когда дело доходит до практического применения ультразвукового датчика со схемой, его также можно использовать в качестве схемы ультразвукового датчика расстояния.
Сенсор прикосновения:
Можно сказать, что переключатели, активируемые прикосновением, имеют сенсоры прикосновения. Эти датчики подразделяются на различные типы в зависимости от их типа касания, такие как пьезосенсорный переключатель, емкостной сенсорный переключатель и сенсорный переключатель сопротивления.
Для управления грузом разработан сенсорный груз. Выключатель нагрузки с сенсорным управлением, основанный на принципе сенсорного датчика, состоит из различных блоков, таких как сенсорная пластина, нагрузка, реле и блок питания.
Датчик приближения:
Датчик приближения — это тип датчика IoT, в котором определяется наличие и отсутствие окружающих объектов. После этого обнаруженный сигнал преобразуется в форму, понятную пользователю.
Этот тип датчика в основном применяется в сфере розничной торговли, где обнаруживается любое движение и существует связь между потребителем и продуктом. Пользователям предоставляются быстрые уведомления, связанные с эксклюзивными предложениями и обновлениями скидок на интересующие их продукты.
Химический датчик:
Химический датчик помогает определять различные изменения в жидкости и химические изменения в воздухе. Они в основном используются в крупных городах, так как важно следить за изменениями для обеспечения безопасности людей.
Этот тип датчика в основном используется для коммерческих наблюдений за атмосферой. Он используется для управления процессами, которые могут включать случайно или преднамеренно возникшие химические вещества, радиоактивное облучение, фармацевтическую промышленность и многоразовые операции на космических станциях.
Наиболее часто используемые химические датчики включают химические полевые транзисторы, электрохимические газовые датчики, химические резисторы, недисперсионные ИК, наностержни из оксида цинка и флуоресцентные хлоридные датчики.
Датчик газа:
Датчики газа аналогичны химическим датчикам, но специально предназначены для наблюдения за изменениями качества воздуха. Это делается для того, чтобы выяснить, какие виды газов в нем присутствуют. Этот датчик используется во многих областях, таких как здравоохранение, производство, сельское хозяйство, для контроля газа в угольной промышленности, химических лабораторных исследований и т. д.
Некоторые из используемых датчиков газа включают водородный датчик, гигрометр, датчик углекислого газа, датчик контроля озона, датчик загрязнения воздуха, датчик обнаружения газа и т. д. для определения паров, присутствующих в атмосфере или в газообразных веществах. Датчики влажности используются в качестве датчиков температуры, так как производственные операции требуют аналогичных условий эксплуатации. Измеряя влажность, можно быть уверенным, что вся процедура пройдет легко.
В случае модификации могут быть предприняты немедленные действия, поскольку эти датчики известны тем, что быстро определяют изменения. Существует множество областей, в которых они используются, например, вентиляторы, жилое и коммерческое использование для целей отопления и т. Д. Некоторые другие области включают метеорологию, теплицы, автомобили, окраску, производство покрытий и больницы.
Датчик ускорения:
Датчик ускорения используется для расчета значений ускорения и угла. Акселерометр в основном используется для расчета ускорения. Есть два типа сил, которые воздействуют на акселерометр; это статическая сила и динамическая сила.
Эти датчики представлены в различных конфигурациях, и их тип выбора зависит от отраслевых требований. Есть несколько параметров, которые необходимо проверить перед выбором датчиков, таких как общее количество осей, полоса пропускания, чувствительность, тип выходов и т. д.
Датчик звука:
Датчики звука обычно можно идентифицировать как микрофонные устройства. которые используются для подачи соответствующего уровня напряжения и звука на основе определения уровня звука. Внедрив звуковой датчик, можно изготовить небольшого робота для навигации на основе полученного звука.
По сравнению с датчиками света процесс проектирования датчиков звука более сложен. Причина в выдаче ими минимальной разницы напряжений. Это дополнительно должно быть усилено для обеспечения измеримого изменения напряжения.
Различные другие датчики включают в себя датчик освещенности, тактильные датчики, датчики силы и т. д. Типы датчиков, используемых в строительстве, включают датчики обнаружения движения, датчики камеры, датчики газа, датчики обнаружения дыма и огня, датчики электрического напряжения и тока, и датчики температуры.
Использование датчиков
Если мы внимательно осмотримся, то увидим, что датчики используются во многих продуктах, которые мы используем в повседневной жизни. Датчики используются в различных отраслях промышленности, включая автомобильную, медицинскую, аэрокосмическую, оборонную и сельскохозяйственную.
Вы также можете прочитать: Что такое резисторы: классификация, типы, использование и описание
Датчики положения используются для измерения движения, смещения и положения, а также могут быть вращательными или линейными. Они используются для управления дроссельной заслонкой, измерения направления ветра, позиционирования рампы и моста, моделирования полетов и измерения угла поворота руля.
Датчики давления используются для измерения давления и могут быть дифференциальными, манометрическими или абсолютными. Наиболее распространенные типы используемых датчиков давления включают преобразователи, которые также известны как реле давления или преобразователи давления.
Некоторыми областями применения датчиков давления являются давление масла, давление в шинах, тормозные системы транспортных средств, давление масла, вентиляторы, фильтры, дизельные двигатели и двигатели. Датчики силы, также известные как тензодатчики или датчики веса, используются для взвешивания в весах.
Датчики веса известны тем, что обеспечивают точное измерение веса путем измерения величины прилагаемой силы. Датчики нагрузки используются в счетных весах, бункерных весах, платформенных весах, взвешивании в цистернах и взвешивании на борту.
Датчики температуры используются для контроля и измерения температуры жидких, твердых и газообразных веществ. Это наиболее часто используемый датчик в домах, и он используется в различных формах и размерах для различных целей.
Этот тип датчика используется в двигателях, поверхностных панелях, компьютерах, промышленном оборудовании, электрических радиаторах, средствах контроля выхлопных газов и бытовой технике. Датчики очень полезны и используются в различном оборудовании, используемом в нашей повседневной жизни.
Применение цифровых датчиков
Цифровые датчики представляют собой электрохимические датчики или электронные датчики, в которых происходит передача и преобразование данных. Известно, что цифровые датчики преодолели недостатки аналоговых датчиков и постепенно начали их заменять.
Цифровые датчики бывают разных типов, например, цифровые акселерометры и цифровые датчики температуры. Цифровой акселерометр известен тем, что генерирует выходной прямоугольный сигнал переменной частоты, называемый широтно-импульсной модуляцией. При этом показания снимаются с фиксированной скоростью акселерометром с широтно-импульсной модуляцией.
Цифровой датчик температуры известен тем, что обеспечивает температуру устройства с 9-битными показаниями температуры. Он известен тем, что действует как термостат с наличием трех выходов тепловой сигнализации. Он рассматривается как цифровая система контроля температуры, в которой используются цифровые датчики температуры.
Эта система управления имеет ряд преимуществ и обеспечивает точные результаты по сравнению с аналоговой системой управления температурой. Цифровая система контроля температуры может отображать температуру и отключаться, когда температура превышает заданное значение.
Как работают сенсоры?
Известно, что датчики реагируют на изменяющиеся физические условия, вызывая изменение своих электрических свойств. Было замечено, что искусственные датчики в большинстве случаев полагаются на электронные системы для анализа, сбора и передачи информации об окружающей среде.
Проще говоря, можно сказать, что датчик преобразует раздражители, такие как звук, движение, тепло и свет, в электрические сигналы. Эти сигналы передаются через интерфейс, который далее преобразует их в двоичный код, передавая их на компьютер для обработки.
В основном датчики действуют как переключатель и используются для управления потоком электрических зарядов, проходящих через цепь. Переключатели составляют важную часть электроники, поскольку они известны тем, что изменяют состояние схемы.
Компоненты датчиков, такие как транзисторы, диоды и интегральные схемы или микросхемы, состоят из полупроводникового материала. Эти материалы включены в схемы датчиков, чтобы их можно было использовать в качестве переключателей.
В основном датчики используют излучение, такое как лазер или свет, инфракрасные радиоволны или другие волны, такие как ультразвуковые, для обнаружения изменений и объектов, присутствующих в окружающей среде. Это возможно, если у них есть источник энергии, который помогает им испускать излучение в направлении их целевого объекта.
Это излучение отражается объектом и фиксируется датчиком; он называется активным датчиком. Пассивные датчики не посылают излучение или волны, которые являются собственными, и обнаруживают, что излучается целевыми объектами, например, тепловое инфракрасное излучение, тепло или излучение от внешних источников, таких как солнце, отраженное от объектов.
Плюсы и минусы различных датчиков
Теперь давайте рассмотрим плюсов различных датчиков . Когда дело доходит до датчика касания, отверстие под ось, присутствующее в области датчика, может быть использовано для создания собственного бампера. Датчик цвета известен тем, что определяет цвет, избегает окружающего света и следит за линиями.
Гироскопический датчик можно использовать для точного поворота и измерения поворота робота. Инфракрасный датчик помогает найти маяк и удаленный приемник. Он известен тем, что работает и помогает точно измерить близость.
Ультразвуковой датчик измеряет в дюймах и см и обеспечивает точное измерение расстояния и отслеживание стены. Это были плюсов разных датчиков , давайте узнаем минусов разных датчиков . Недостаток в случае сенсорного датчика заключается в том, что объект должен касаться красной части датчика, а площадь его датчика мала.
Известно, что датчик цвета надежен только тогда, когда он находится на близком расстоянии и цвет света, который он определяет, белый. В случае с гироскопом робот должен оставаться неподвижным, когда он подключен. Это может быть ненадежно и касаться много раз.
Другие недостатков различных датчиков включают звук ультразвука, который может мешать датчику. Инфракрасный датчик не разрешен в FLL и не измеряется в сантиметрах или дюймах. Надеюсь, вы получили большое представление о датчиках через этот блог.
Датчики: Различные типы датчиков
Датчики — это сложные устройства, которые часто используются для обнаружения электрических или оптических сигналов и реагирования на них. Датчик преобразует физический параметр (например, температуру, кровяное давление, влажность, скорость и т. д.) в сигнал, который можно измерить электрическим способом. Поясним на примере температуры. Ртуть в стеклянном термометре расширяет и сжимает жидкость, чтобы преобразовать измеренную температуру, которую может прочитать зритель на калиброванной стеклянной трубке.
Рис. 1. Изображение часто используемых датчиков
Критерии выбора датчика
Существуют определенные особенности, которые необходимо учитывать при выборе датчика. Они приведены ниже:
1. Точность
2. Условия окружающей среды – обычно есть ограничения по температуре/влажности
3. Диапазон – предел измерения датчика
показания меняются со временем
5. Разрешение – наименьшее приращение, обнаруженное датчиком
6. Стоимость
7. Повторяемость – показания, которые изменяются, многократно измеряются в одних и тех же условиях
следующие критерии:
1. Первичная входная величина (Измеряемая величина)
2. Принципы преобразования (с использованием физических и химических эффектов)
3. Материалы и технология
4. Свойство
5. Применение
Принцип преобразования является фундаментальным критерием, которому следуют для эффективного подхода. Обычно критерии материалов и технологий выбираются группой инженеров-разработчиков.
Классификация на основе свойств приведена ниже:
· Температура – термисторы, термопары, резистивные датчики сопротивления, интегральные схемы и многое другое.
· Давление – Волоконно-оптические, вакуумные, эластичные жидкостные манометры, LVDT, электронные.
· Расход – электромагнитный, перепад давления, позиционное смещение, тепловая масса и т. д.
· Датчики уровня – перепад давления, ультразвуковой радиочастотный, радиолокационный, тепловой сдвиг и т. д.
· Датчики приближения и смещения – LVDT, фотоэлектрические, емкостные , магнитный, ультразвуковой.
· Биосенсоры – Резонансное зеркало, электрохимический, поверхностный плазмонный резонанс, Светоадресуемый потенциометрический.
· Изображение – Устройства с зарядовой связью, CMOS
· Газовая и химическая – полупроводниковая, инфракрасная, проводимость, электрохимическая.
· Ускорение – гироскопы, Акселерометры.
· Прочие – датчик влажности, датчик скорости, датчик массы, датчик наклона, сила, вязкость.
Поверхностный плазмонный резонанс и адресно-световой потенциометр от группы Bio-sensors представляют собой датчики на основе новой оптической технологии. Датчики изображения CMOS имеют низкое разрешение по сравнению с устройствами с зарядовой связью. CMOS имеет преимущества небольшого размера, дешевизны, меньшего энергопотребления и, следовательно, является лучшей заменой устройств с зарядовой связью. Акселерометры сгруппированы независимо из-за их жизненно важной роли в будущих приложениях, таких как самолеты, автомобили и т. д., а также в области видеоигр, игрушек и т. д. Магнитометры — это те датчики, которые измеряют интенсивность магнитного потока B (в единицах Тесла или Ас/м2).
Классификация на основе применения приведена ниже:
· Управление промышленными процессами, измерения и автоматизация
· Непромышленное использование – летательные аппараты, медицинские изделия, автомобили, бытовая электроника, другие типы датчиков.
Датчики можно классифицировать в зависимости от требований к питанию или источнику питания датчиков:
· Активный датчик. Датчики, которым требуется источник питания, называются активными датчиками. Пример: LiDAR (обнаружение света и определение дальности), фотопроводящая ячейка.
· Пассивный датчик. Датчики, которым не требуется источник питания, называются пассивными датчиками. Пример: Радиометры, пленочная фотография.
В настоящее время и в будущем датчики можно разделить на следующие группы:
· Акселерометры – основаны на технологии микроэлектромеханических датчиков. Они используются для мониторинга пациентов, включая кардиостимуляторы и динамические системы транспортных средств.
· Биосенсоры – основаны на электрохимической технологии. Они используются для тестирования пищевых продуктов, медицинских устройств, тестирования воды и обнаружения боевых биологических агентов.
· Датчики изображения — основаны на технологии CMOS. Они используются в бытовой электронике, биометрии, наблюдении за дорожным движением и безопасностью, а также в обработке изображений ПК.
· Детекторы движения – основаны на инфракрасных, ультразвуковых и микроволновых/радарных технологиях. Они используются в видеоиграх и симуляциях, активации света и обнаружении безопасности.
Тип 1: Температура
Типы датчиков
Некоторые широко используемые датчики вместе с их принципом и применением объясняются следующим образом:
1. Датчики температуры
Это устройство собирает информацию о температуре от источника и преобразует ее в форму, понятную другому устройству или человеку. Лучшей иллюстрацией датчика температуры является ртутный стеклянный термометр. Ртуть в стекле расширяется и сжимается в зависимости от изменения температуры. Наружная температура является исходным элементом для измерения температуры. Зритель наблюдает за положением ртути для измерения температуры. Существует два основных типа датчиков температуры:
· Контактные датчики. Датчики этого типа требуют прямого физического контакта с измеряемым объектом или средой. Они контролируют температуру твердых тел, жидкостей и газов в широком диапазоне температур.
· Бесконтактные датчики. Датчики этого типа не требуют физического контакта с измеряемым объектом или средой. Они контролируют неотражающие твердые тела и жидкости, но не подходят для газов из-за естественной прозрачности. Эти датчики используют закон Планка для измерения температуры. Этот закон касается тепла, излучаемого источником тепла для измерения температуры.
Работа различных типов датчиков температуры вместе с примерами
(i) Термопара – они сделаны из двух проводов (каждый из разного однородного сплава или металла), которые образуют измерительный переход путем соединения на одном конце. Этот измерительный переход открыт для измеряемых элементов. Другой конец провода подключается к измерительному устройству, где формируется эталонный спай. Ток течет по цепи, так как температура двух переходов различна. Полученное милливольтаж измеряется для определения температуры на переходе. Схема термопары показана ниже.
Рис. 2. Изображение, показывающее термопарный датчик температуры
(ii) Датчики температуры сопротивления (RTD) – это типы терморезисторов, которые изготавливаются для изменения электрического сопротивления при изменении температуры. Они очень дорогие, чем любые другие устройства для измерения температуры. Схема резистивных термометров показана ниже.
(iii) Термисторы – это еще один вид терморезисторов, в которых большое изменение сопротивления пропорционально небольшому изменению температуры.
Тип 2: ИК-датчики
2. ИК-датчик
среда. Как правило, тепловое излучение испускается всеми объектами в инфракрасном спектре. Инфракрасный датчик обнаруживает этот тип излучения, который не виден человеческому глазу.
Преимущества
· Простота подключения
· Легко доступно на рынке
Недостатки
· нарушенными шумами в окружающей инфракрасные волны к объекту. Другой ИК-диод того же типа используется для обнаружения волны, отраженной от объекта. Диаграмма показана ниже.
Рис. 4: Простая схема, поясняющая работу ИК-датчика
Когда ИК-приемник подвергается воздействию инфракрасного света, на проводах возникает разность потенциалов. Меньшее создаваемое напряжение трудно обнаружить, поэтому для точного обнаружения низких напряжений используются операционные усилители (ОУ).
Измерение расстояния объекта от датчика приемника: электрические свойства компонентов ИК-датчика можно использовать для измерения расстояния до объекта. Дело в том, что когда ИК-приемник подвергается воздействию света, на проводах возникает разность потенциалов.
Области применения
· Термография. В соответствии с законом излучения черного тела можно наблюдать окружающую среду с видимым освещением или без него с помощью термографии. Они могут снимать лед с крыльев самолета. Они популярны в промышленных областях, таких как окраска, формование пластмасс и сварка пластмасс.
· Спектроскопия. Этот метод используется для идентификации молекул путем анализа составляющих их связей. Этот метод использует световое излучение для изучения органических соединений.
· Метеорология. Высота облаков, расчет температуры земли и поверхности возможны, когда метеорологические спутники оснащены сканирующими радиометрами.
· Фотобиомодуляция – используется для химиотерапии онкологических больных. Это используется для лечения вируса герпеса.
· Климатология – Мониторинг обмена энергией между атмосферой и землей.
· Связь – инфракрасный лазер излучает свет для оптоволоконной связи. Эти излучения также используются для связи на короткие расстояния между мобильными телефонами и компьютерной периферией.
Тип 3: УФ-датчики
3. УФ-датчик
Эти датчики измеряют интенсивность или мощность падающего ультрафиолетового излучения. Эта форма электромагнитного излучения имеет длину волны больше, чем у рентгеновских лучей, но все же короче, чем видимое излучение. Активный материал, известный как поликристаллический алмаз, используется для надежного обнаружения ультрафиолета. Ультрафиолетовые датчики могут обнаруживать воздействие ультрафиолетового излучения на окружающую среду.
Критерии выбора УФ-датчика
· Диапазоны длин волн в нанометрах (нм), которые могут быть обнаружены УФ-датчиками.
· Рабочая температура
· Точность
· Вес
· Диапазон мощности
Работа
УФ -датчик принимает один тип энергетического сигнала и передает различные сигналы энергии.
Для наблюдения и регистрации этих выходных сигналов они направляются на электрический счетчик. Для создания графиков и отчетов выходные сигналы передаются на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а затем на компьютер с программным обеспечением.
Примеры:
· УФ-фотоэлементы — это чувствительные к излучению датчики, контролирующие УФ-обработку воздуха, УФ-обработку воды и солнечное излучение.
· Световые датчики измеряют интенсивность падающего света.
· Датчики УФ-спектра представляют собой устройства с зарядовой связью (ПЗС), используемые в научной фотографии.
· Детекторы ультрафиолетового излучения.
· Бактерицидные УФ-детекторы.
· Датчики фотостабильности.
Применение
· Измеряют часть ультрафиолетового спектра, который солнечный озерегает человеческую кожу
· Аптека
· Автомобили
· Робототехника
· Печатная индустрия для управляемой управляемости и Dyeing Process. производство, хранение и транспортировка химических веществ
Узнайте больше об УФ-датчиках и их работе.
Тип 4: Датчик касания
4. Датчик касания
Датчик касания действует как переменный резистор в зависимости от места прикосновения. Рисунок показан ниже.
Рис. 5: Рисунок, показывающий датчик касания, работающий как переменный резистор материал
Принцип работы
Частично проводящий материал препятствует прохождению тока. Основной принцип линейного датчика положения заключается в том, что поток тока становится более противоположным, когда длина этого материала, который должен пройти ток, больше. В результате сопротивление материала изменяется за счет изменения положения, в котором он соприкасается с полностью проводящим материалом.
Как правило, программное обеспечение подключается к сенсорным датчикам. В таком случае память предлагается программным обеспечением. Они могут запоминать «позицию последнего касания», когда датчик деактивирован. Они могут запомнить «положение первого прикосновения» после активации датчика и понять все значения, связанные с ним. Это действие похоже на то, как человек перемещает мышь и находит ее на другом конце коврика для мыши, чтобы переместить курсор в дальнюю часть экрана.
Приложения
Сенсорные датчики, будучи экономичными и долговечными, используются во многих приложениях, таких как
· Коммерческие – медицинские, торговые, фитнес и игровые
· , посудомоечные машины, стиральные машины холодильники
· Транспорт – Изготовление кабин и оптимизация контроля среди производителей транспортных средств
· Датчики уровня жидкости
· Промышленная автоматизация – определение положения и уровня жидкости, сенсорное управление в приложениях автоматизации
· Бытовая электроника – обеспечивает новые ощущения и уровень контроля в различных потребительских товарах. точка касания. Благодаря отсутствию контакта между датчиками и воспринимаемым объектом и отсутствию механических частей эти датчики имеют длительный срок службы и высокую надежность. Существуют различные типы датчиков приближения: индуктивные датчики приближения, емкостные датчики приближения, ультразвуковые датчики приближения, фотоэлектрические датчики, датчики Холла и т. д.
Рабочий
Датчик приближения излучает электромагнитное или электростатическое поле или луч электромагнитного излучения (например, инфракрасного) и ожидает ответного сигнала или изменения поля. Объект, который воспринимается, известен как цель датчика приближения.
Индуктивные датчики приближения. Имеют осциллятор в качестве входа для изменения сопротивления потерь при приближении к электропроводной среде. Эти датчики предпочтительны для металлических целей.
Емкостные датчики приближения. Они преобразуют изменение электростатической емкости между чувствительным электродом и заземляющим электродом. 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 датчики предпочтительны для пластиковых целей.
Приложения
· Используется в технике автоматизации для определения рабочих состояний технологических установок, производственных систем и автоматизированных установок
· Используется в окнах, сигнализация активируется при открытии окна на расстоянии между валом и его опорным подшипником
Принцип
Для различения датчиков и преобразователей утверждены различные определения. Сенсоры можно определить как элемент, воспринимающий одну форму энергии для создания варианта той же или другой формы энергии. Преобразователь преобразует измеряемую величину в желаемый результат, используя принцип преобразования.
На основе полученных и созданных сигналов принцип можно разделить на следующие группы, а именно: электрические, механические, тепловые, химические, лучистые и магнитные.
Возьмем в качестве примера ультразвуковой датчик.
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.
Рис. 6: Рисунок, поясняющий принцип действия ультразвукового датчика
Поскольку ультразвуковые датчики для обнаружения полагаются на звук, а не на свет, они широко используются для измерения уровня воды, процедур медицинского сканирования и в автомобильной промышленности. Ультразвуковые волны могут обнаруживать прозрачные объекты, такие как прозрачные пленки, стеклянные бутылки, пластиковые бутылки и листовое стекло, используя свои отражающие датчики.
Рабочий
Движение ультразвуковых волн различается в зависимости от формы и типа среды. Например, ультразвуковые волны распространяются прямолинейно в однородной среде, а отражаются и передаются обратно на границе между разными средами. Человеческое тело в воздухе вызывает значительное отражение и может быть легко обнаружено.
Распространение ультразвуковых волн можно лучше всего объяснить, если понять следующее:
1. Многократное отражение
Многократное отражение имеет место, когда волны отражаются более одного раза между датчиком и объектом обнаружения.
2. Предельная зона
Можно настроить минимальное и максимальное расстояние обнаружения. Это называется предельной зоной.
3. Необнаруживаемая зона
Необнаруживаемая зона – это интервал между поверхностью головки датчика и минимальным расстоянием обнаружения, полученным в результате регулировки расстояния обнаружения. Рисунок показан ниже.
Рис. 7: Диаграмма диапазона чувствительности ультразвукового датчика
Зона необнаружения — это область рядом с датчиком, где обнаружение невозможно из-за конфигурации головки датчика и реверберации. Обнаружение может происходить в зоне неопределенности из-за многократных отражений между датчиком и объектом.
Приложения
Датчики используются во многих приложениях, таких как:
· Обнаружение удара
· Приложения для мониторинга машины
· Динамика транспортных средств
· Приложения с низкой мощностью
· Структурная динамика
· Медицинская аэрокосмическая картина
· Ядерные инструментарии
· В качестве датчика давления в Touch Pad ‘
· Lamps, которая, которая, как давление на мобильных ключе
· Сенсорные кнопки в лифтах
Advanced Sensor Technology
Сенсорная технология широко используется в сфере производства. К передовым технологиям относятся:
1. Идентификация по штрих-коду — продукты, продаваемые на рынках, имеют универсальный код продукта (UPC), который представляет собой 12-значный код. Пять цифр обозначают производителя, остальные пять обозначают продукт. Первые шесть цифр представлены кодом в виде светлых и темных полос. Первая цифра означает тип системы счисления, а вторая цифра, являющаяся четностью, означает точность чтения. Остальные шесть цифр представлены кодом в виде темных и светлых полос с обратным порядком первых шести цифр. Штрих-код показан на рисунке ниже.
Рис. 8. Типичное изображение штрих-кода, отсканированного сканером штрих-кодов
Считыватель штрих-кодов может работать с различными стандартами штрих-кодов, даже не зная стандартного кода. Недостатком штрих-кодирования является то, что сканер штрих-кода не может прочитать, если штрих-код скрыт жиром или грязью.
2. Транспондеры – Во многих случаях в автомобилестроении используется радиочастотное устройство. Транспондеры спрятаны внутри пластиковой головки ключа, которая никому не видна. Ключ вставляется в личинку замка зажигания. Когда вы поворачиваете ключ, компьютер передает радиосигнал на транспондер. Компьютер не даст зажечь двигатель, пока транспондер не отреагирует на сигнал. Эти транспондеры питаются от радиосигналов. Рисунок транспондера показан ниже:
Рис. 9: Изображение встроенного транспондера, используемого в ключе
3. Электромагнитная идентификация изготовленных компонентов – аналогична технологии штрих-кода, при которой данные могут быть закодированы на магнитной полосе. Благодаря магнитной полосе данные можно считать, даже если код покрыт жиром или грязью.
4. Поверхностные акустические волны – Этот процесс аналогичен РЧ-идентификации. Здесь идентификация детали запускается сигналами типа радара и передается на большие расстояния по сравнению с радиочастотными системами.
5. Оптическое распознавание символов — это метод автоматической идентификации, в котором в качестве источника информации используются буквенно-цифровые символы.
