Датчики положения виды датчиков и их устройство: типы, варианты установки, особенности эксплуатации. Классификация по технологии изготовления

виды, устройство, принцип работы, применение

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

Содержание

• 1 Описание и назначение
• 2 Классификация, устройство и принцип действия
  • 2.1 Бесконтактный
  • 2.2 Индуктивные
  • 2.3 Емкостные
  • 2.4 Оптические
    • 2.4.1 Барьерный
    • 2.4.2 Рефлекторный
    • 2.4.3 Диффузионный
  • 2.5 Лазерные
  • 2.6 Ультразвуковые
  • 2.7 Микроволновые
  • 2.8 Магниточувствительные
  • 2.9 Контактный
  • 2.10 Ртутный
• 3 Сферы применения

Описание и назначение

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

При помощи прибора можно решить разные задачи:

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

Классификация, устройство и принцип действия

Датчики положения бывают бесконтактные и контактные.

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

Бесконтактный

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

По прицепу действия бесконтактные бывают:

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

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

Индуктивные

Индуктивный датчик бесконтактный работает за счет изменений в электромагнитном поле.

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

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

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

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

Емкостные

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

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

Оптические

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

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

Барьерный

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

Рефлекторный

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

Диффузионный

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

Лазерные

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

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

Ультразвуковые

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

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

Микроволновые

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

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

Магниточувствительные

Этот вид приборов изготавливают двух видов:

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

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

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

Контактный

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

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

Ртутный

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

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

Сферы применения

Области использования миниатюрных устройств обширны:

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

Датчики положения — Control Engineering Russia

Большая часть датчиков положения используется для контроля перемещения, в непрерывном производстве изделий и периодических процессах. Ведущими технологиями являются концевые выключатели, индуктивные датчики и аварийные выключатели. Наиболее высокими темпами растет использование видеодатчиков.

ОБЗОР • Расширение функций датчика положения • Популярность концевых выключателей индуктивных датчиков • Наибольший рост видеодатчиков • Выбор в пользу высокой точности

Благодаря разнообразию технологии определения положения, они кажутся «хорошо позиционированными» в своих областях применения. Это подтверждает тот факт, что более 95% респондентов проведенного недавно опроса указали, что в будущем году они намерены сохранить или увеличить объем применения таких датчиков. В число наиболее применяемых входят концевые выключатели, индуктивные датчики и аварийные выключатели. Наибольший рост наблюдался у видеодатчиков.

В опросе, проведенном Reed Corporate Research среди подписчиков Control Engineering, которые составляют спецификации, дают рекомендации и/или ; производят закупки ; датчиков положения, выяснилось, что 55% занимаются этим для производственных потребностей, 23% делают это для нужд OEM (перепро дажи) и 22% — для обеих задач.

На месте: разнообразные датчики отвечают потребностям

% видов датчиков положения, находящихся в употреблении

Разнообразные технологии помогают измерить положение. Ответы респондентов опроса говорят о том, что в наступающем году машинное зрение и магнитострикционные датчики будут расти наиболее высокими темпами.

В ответах о сфеах применения датчиков положения 52% опрошенных отметили контроль перемещения, 43% указали непрерывное производство, 37% — серийное производство, 29% роботизированное оборудование и 27% — позиционирование инструмента. В число 10 ведущих приложений вошли упаковка, транспортировка материалов и деталей, дискретное производство, химическая обработка/технологический процесс, производство изделий из пластмасс и пакетирование (например, чая).

Виды технологии

Концевые выключатели в настоящее время используют 86% респондентов, а 81% использует индуктивные датчики. На основании результатов опроса можно сделать вывод, что концевые выключатели на протяжении еще одного года будут оставаться наиболее широко используемыми датчиками положения. Ожидается, что среди технологий, на которых основаны датчики положения, наибольшее распространение получит технология машинного зрения, которая набрала 49% и по сравнению с прошлым опросом увеличилась на 7%.

Среди фотоэлектрических датчиков и датчиков на основе машинного зрения есть новый класс датчиков присутствия, который, по словам Джона Китинга, менеджера по маркетингу продукции в компании Cognex, не был включен в опрос. Датчик Checker от Cognex обнаруживает детали по их внешнему виду без установки детали в определенном положении. В фотоэлектрических датчиках используется отраженный свет, что может привести к ошибочным результатам. Датчик Checker можно использовать для определения кодовых комбинаций и многочисленных характеристик. Поскольку он выдает только один результат: принять/отклонить, то для его работы не требуется логика ПЛК.

По словам другого менеджера по продукции из компании Cognex, Брайана Боутнера, проведенный опрос показывает большой интерес к видеодатчикам, и по мере того, как снижается их цена, а сами датчики становятся более простыми в использовании, будет возрастать их применение для решения задач определения положения. Этому же содействует большая способность находить детали вне зависимости от их ориентации, размера и внешнего вида.

Машинное зрение дает возможность более точно определять положение, что позволяет снизить расходы и увеличить производительность, полагает Роберт Ли, менеджер по стратегическому маркетингу в Omron Electronics. «Главным фактором, заставляющим производителей делать каждое изделие как можно лучше, является надежда потребителя на неизменное качество» — считает он.

Результаты опроса показывают, что по скорости роста следующими за видеодатчиками стоят магнитострикци-онные датчики (предполагаемый рост на следующий год составит 5 пунктов и достигнет 26%). Рост характерен также для таких сегментов, как лазерные, ультразвуковые датчики близости и датчики с удлинением провода (катушка).

«С появлением новых технологий рынок должен продемонстрировать тенденцию к бесконтактным видам датчиков, — разъясняет Л. Филипковски, менеджер по продукту в AutomationDirect. — Концевые выключатели всегда были надежным и испытанным средством для определения положения, однако у них есть физические ограничения, которые ставят предел их использованию при определенных условиях. Индуктивные и емкостные датчики близости, фотоэлектрические и ультразвуковые бесконтактные датчики в настоящее время используются в таких приложениях, которые даже трудно было бы представить ранее»

Филипковски также отмечает: «Новые технологии позволяют использовать бесконтактные индуктивные датчики близости на больших расстояниях, с блоками меньшего размера, для самонаведения с обучением. Происходит значительное снижение цен на ультразвуковые датчики, кроме того, меняется также их стиль”.

Среди самого главного, что определяет выбор при приобретении датчиков положения, респонденты отмечают надежность. Более трех четвертей опрошенных отметили эту характеристику как наиболее важную. Среди других характеристик по степени убывания значимости они отмечали защиту от короткого замыкания, помощь в установке и регулировке, коррозионную стойкость, светодиодный индикатор состояния. Завершает список десяти важнейших характеристик датчиков положения цифровой выход, защита от обратной полярности, светодиодный индикатор диагностики, наличие самообучения при установке и защита от брызг.

Большинство респондентов работают с датчиками положения в замкнутом контуре (82% — без вмешательства оператора). 59% респондентов используют стандартные датчики с интерфейсными модулями в сети устройств. 41% используют датчики, рассчитанные на работу в сетевой среде. 84% респондентов, которые в настоящее время используют сеть устройств, применяют Ethernet, 60% — DeviceNet. На основании результатов опроса можно сделать предположение, что Ethernet и в будущем году останется наиболее широко используемой сетью. В настоящее время 43% используют в подключении Profibus, 20% — AS-i и 20% — Interbus.

В среднем за последние 12 месяцев респонденты приобрели 128 датчиков положения. За последний год расходы каждого респондента на приобретение датчиков положения составили в среднем 29108 долл. США. В следующие 12 месяцев 31% респондентов приобретет большее число датчиков положения, у 65% приобретение останется на прежнем уровне, и только у 5% спрос на датчики снизится.

ИЗДЕЛИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПРИСУТСТВИЕ

Чтобы получить информацию о производителях, посетите указанные web-сайты компаний.

Миниатюрный магнитоиндукционный аналоговый абсолютный линейный датчик положения

Компания Balluff расширила возможности своего нового магнитоиндукционного аналогового абсолютного линейного датчика положения BIL с целью предоставления высокоточной бесконтактной непрерывной информации для пневматического захватного устройства. Конструкция этого миниатюрного многофункционального современного датчика оптимальна для непрерывного считывания позиции в целях управления положением. Аналоговый выходной сигнал позволяет считывать позицию в режиме реального времени для того, чтобы определить, что объект надежно удерживается захватом. Миниатюрная головка датчика (предназначенная для монтажа в Т-образный паз механизма захвата) через кабель соединяется с небольшим электронным модулем, который обеспечивает реализацию маг-нитоиндукционной технологии Balluff. Он воспринимает движение небольшого магнита, прикрепленного к пальцу захватного устройства, через алюминиевый зажим. Утверждается, что он выдает линеаризованную информацию о ходе поршня до 10 мм с высоким разрешением и с аналоговой температурной компенсацией. Поставляются варианты устройства, отличающиеся выходом напряжения или тока. У датчика нет движущихся деталей (кроме магнита, установленного на захватном устройстве), а головка датчика и процессорный/обрабатывающий элемент герметично запаяны и имеют степень защиты IP65, что дает высокую ударопрочность, влагостойкость, устойчивость к вибрации и другим распространенным воздействующим факторам. В компании утверждают, что BIL — это усовершенствованный рентабельный вариант традиционных датчиков с обратной связью, определяющих любое незначительное смещение подвижных систем.
www.balluff.com
Balluff Inc.

Концевые выключатели: миниатюрные и ударопрочные

Концевые выключатели семейства 802B от Allen-Bradley сконструированы таким образом, чтобы выдерживать жесткие условия эксплуатации. Они имеют три варианта исполнения — компактный, точный и миниатюрный точный. Благодаря миниатюрному размеру, концевые выключатели семейства 802B можно устанавливать там, где по стандартам NEMA невозможно использовать традиционные концевые выключатели. Каждая модель имеет литой корпус, что обеспечивает долговечность эксплуатации, а также стандартные промышленные установочные размеры и эксплуатационные характеристики для оптимальной гибкости в применении. Компактный корпус снабжен трехметровым кабелем и имеет конструкцию с тройной герметизацией для модели NEMA 6 со степенью защиты IP67.
www.rockwellautomation.ru
Rockwell Automation/ Allen-Bradley

Многочисленные инструментальные средства, 1 видеодатчик

В видеодатчике PresencePlus P4 Omni в едином компактном корпусе объединены все инструментальные средства визуальной инспекции и анализа P4. В компании утверждают, что такие инструменты, как Пятно (Blob), Шкала серого (Gray Scale), Geo, Край (Edge), Объект (Object) и дополнительный считыватель штрих-кода облегчают переключение с приложения на приложение без замены датчиков. С помощью удаленного инструмента Обучить (Teach) датчик можно обучить новым видам контроля без подключения к ПК или остановки поточной линии. Начальная цена датчика P4 Omni — 1995 долл. США. 1,3-мегапиксельная модель имеет в 100 раз большее разрешение, чем стандартная модель Omni, что обеспечивает широкую зону обзора и выполнение обследований с высокой детализацией.
www.bannerengineering.com
Banner Engineering

Фотоэлектрические датчики

Производитель утверждает, что фотоэлектрические датчики трех серий характеризуются уникальными возможностями, часто недоступными для традиционных фотоэлектрических датчиков. Так, FARS Series — это стандартный 18-мм цилиндрический диффузный датчик в неметаллическом корпусе, работающий на основе технологии подавления фона, которая позволяет значительно снизить ложное считывание за границами заданного расстояния. Расстояние считывания для этого датчика составляет 30 — 130 мм, а регулирующий потенциометр увеличивает точность устройства в пределах диапазона. MQ Series — это линейка диффузных фотоэлектрических датчиков переменного тока с уникальным 90° оптическим корпусом, что позволяет устанавливать его на стандартном 18-мм монтажном кронштейне или в отверстии в условиях, когда пространства ограничено. Он оснащен разъемным соединением M12 и обеспечивает подавление фона на расстоянии от 50 до 100 мм. HEE/HER Series — это пары датчиков для приема просвечивающего излучения в миниатюрном 8 -мм цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали с классом защиты IP67. Максимальная частота переключения этого датчика — 10 кГц, что позволяет использовать его в приложениях для высокоскоростного подсчета и управления движением.
www.automationdirect.com
AutomationDirect

Датчик сортирует и отбраковывает детали без ПЛК

В компании утверждают, что новая модель в семействе датчиков Checker 10 1E — первый датчик, который использует шаблоны для обнаружения и проверки деталей, что обеспечивает самую высокую надежность. По данным Cognex, Checker 10 1E обеспечивает простоту и производительность базового Checker 101, а также принимает сигналы энко-дера, устраняя необходимость в ПЛК при сортировке и отбраковке деталей на производственной линии с варьируемой скоростью. Сдвиговый регистр работает автоматически, что дает возможность аккуратной сортировки до 4000 деталей между точками проверки и отбраковки. Он регистрирует и обрабатывает более 500 изображений в секунду и может использоваться для обнаружения и сортировки деталей или тонколистовых материалов с целью улучшения контроля технологического процесса. Устройство имеет пошаговую установку.
www.cognex.com
Cognex

Благодаря концевым выключателям снижаются затраты на индикацию местоположения

Концевой выключатель GLL дополняет линейку концевых выключателей компании Honeywell, он разработан для крупносерийного производства. В компании отмечают, что он выполнен в компактном, легком корпусе, соответствующем требованиям RoHS. Его цена на 40% ниже цен сопоставимых устройств. Потенциальные OEM-при-ложения включают: грузоподъемники, эскалаторы, автоподъемники, упаковочное оборудование и двери промышленных помещений. При установке GLL требуется меньше проводки (корпус с двойной изоляцией, нет необходимости в заземлении), доступ к контактной колодке при прокладке проводов облегчен, благодаря удобной навесной крышке, обеспечивается степень защиты IP65 и NEMA 13. Перечень одобрений включает UL, CSA, CE и CCC.
www.honeywell.ru
Honeywell Sensing and Control

Первый компактный фотоэлектрический датчик из нержавеющей стали для пищевой промышленности

Компания Omron представила продукт E3ZM, который позиционируется как первый в мире компактный фотоэлектрический датчик из нержавеющей стали марки 316L. Датчик отвечает жестким требованиям надежной очистки и гигиены в пищевой промышленности, в фармацевтическом производстве и производстве напитков. Срок службы этих датчиков в 200 раз превышает срок службы традиционно используемых датчиков, выполненных в корпусе из пластика или отлитом из сплавов. Как утверждают производители, благодаря снижению затрат на техническое обслуживание и замену отслуживших датчиков, снижение себестоимости будет значительным, что приведет к повышению производительности и рентабельности. Наличие гладкого, устойчивого к моющим средствам и химикатам кожуха и легко моющихся поверхностей позволяет поддерживать оптимальные гигиенические требования; это превышает стандартные качества для использования в пищевой промышленности. Герметично запаянный корпус выдерживает высокое давление воды и отвечает жестким требованиям степени защиты IP69K для промышленных предприятий. Могут быть установлены различные режимы регистрации: прием сквозного луча, обратно отраженного или рассеянного излучения, а также прием излучения с подавлением фона.
www.omron-industrial.ru
Omron Electronics

Работает подобно лазерному устройству, нет проблем с безопасностью

Фотоэлектрические датчики Series 28, имеющие варианты исполнения для работы на постоянном или постоянном/ переменном токе, оснащены надежным корпусом со степенью защиты IP67. Они заполняют промежуток между точными лазерными датчиками и безопасными датчиками с видимым красным излучением, которые наилучшим образом подходят для точного определения местоположения. Их характерной особенностью является небольшое красное световое пятно размером 4 x 4 мм в диапазоне от 250 до 400 мм с регулируемым подавлением фона, что позволяет пренебрегать особенностями поверхности механизма и объектов за пределами установленного диапазона. В датчиках Series 28 предусматривается возможность выбора функции «свет включен/свет выключен» и два выхода PNP. Они оснащены разъемом M12 с быстрым отключением и передним и задним светодиодными индикаторами состояния, которые видны под любым углом зрения с расстояния до 15 метров.
www.pepperl-fuchs.ru
Pepperl+Fuchs

Подпружиненные датчики положения на основе линейно-регулируемого дифференциального трансформатора с питанием от постоянного тока

Механическую конструкцию приложений автоматизации можно упростить с помощью линейки подпружиненных датчиков положения GHSE 750 с напряжением 24 В. Эти датчики позволяют проводить точное измерение положения в широком диапазоне. Они поставляются с диапазоном измерения 2,5-100 мм, максимальная ошибка линеаризации составляет 0,25% от полного диапазона измерений. Датчики реализуются в готовой к использованию комплектации, их конфигурация поддерживает задачи измерения больших длин. Датчики состоят из подпружиненного стержня, который движется в подшипнике скольжения, соединенном с сердечником линейно-регулируемого дифференциального трансформатора. Считается, что механическое устройство автоматических механизмов становится проще и дешевле по сравнению с другими датчиками, если сердечник и катушка представляют собой подпружиненный узел. Конструкция из нержавеющей стали и герметичность этих датчиков диаметром 19 мм обеспечивают продолжительный срок службы. Они используются в электронных лимбовых индикаторах, при определении размеров сложных металлических изделий, в аппаратуре для тестирования материалов и для измерения больших валов. Степень защиты датчиков IP68.
www.macrosensors.com
Macro Sensors

Бесконтактный круговой датчик, не имеющий движущихся деталей

Датчики Novotechnik RFC на основе технологии магнитного поля не имеют движущихся или механических деталей, которые могут износиться или выйти из строя. Магнитный узел, закрепленный на стержне, физически отделен от датчика с помощью встроенной микросхемы, что обеспечивает аналоговый выход расчетного угла в диапазоне от 30 до 360° с шагом 10°. Электрические соединения выполнены экранированным кабелем с тремя проволочными выводами, они имеют степень защиты IP69. Резервный выход имеет шесть проводов. Это дает 12-битовое разрешение, независимую линейность до 0,5% от диапазона измерения и повторяемость <0,03%. Круговой датчик поставляется с двумя опциями выходного напряжения. Они применяются в промышленных клапанах, автомобильных подвесных системах и других системах в автомобильной и судостроительной промышленности.
www.novotechnik.com
Novotechnik U. S. Inc.

Оптоволоконные лазерные кодовые датчики с пикометровым разрешением

Система с оптоволоконным лазерным кодовым датчиком RLE20 обеспечивает субнанометровую нелинейность и разрешающую способность до 38 пикометров. Это позволяет производителям точных кинематических систем, лабораторных и медицинских инструментов, а также производителям оборудования для полупроводниковой промышленности решать задачи по удовлетворению все более строгих требований. Оптическое волокно подводит свет от одного лазера к двум осям измерения, что исключает необходимость в использовании удаленных светоделительных пластин, отклоняющих устройств и регулируемых штативов. Дифференциальная схема измерения и стабильность частоты лазера 2-Ю»9 гарантирует строжайший контроль точности по осям X-Y. Субна-нометровое разрешение возможно при скоростях до 1 м/с и длине оси до 4 м. Благодаря современной конструкции, регулировка лазера сводится к простым операциям «крепления и набора кода» Для формирования сложной системы позиционирования оси необходима юстировка только двух компонентов. Это позволяет значительно сократить время на установку и габариты оборудования. Оптоволоконный кабель позволяет размещать лазер на удалении до 3 м, благодаря чему экономится рабочее пространство, а нагревание, вызванное лазером, не затрагивает ось измерения вследствие снижения теплового дрейфа. Система выдает позиционные выходные сигналы в дифференциальном числовом формате RS-422 и/или в формате синус/ косинус 1 Vpp. Цифровой выходной сигнал имеет разрешение до 10 нм, в то время как для получения разрешения 0,39 нм и 38 пм соответственно, аналоговый сигнал может использоваться вместе с интерполятором RGE от Renishaw или новым параллельным интерфейсом RP120.
www.renishaw.ru
Renishaw

Ультразвуковой аналоговый датчик приближения с широкой зоной чувствительности

Среди многочисленных преимуществ интеллектуального ультразвукового датчика приближения Superprox SM906 в первую очередь хочется отметить очень маленькую зону «нечувствительности», заметно увеличенный рабочий диапазон и самые маленькие габариты по сравнению с другими устройствами аналогичного класса. Диапазон чувствительности датчика составляет от 2 до 8 м, что идеально подходит для работы на больших дистанциях. Длина датчика диаметром 30 мм составляет 118 мм, что также удобно для установки в условиях ограниченного пространства. Настройка (или перенастройка) работы датчика SM906 производится при помощи вспомогательных светодиодов и кнопки обучения, расположенных на его торцевой стороне. В процессе работы пользователь также может выбрать тип выходного сигнала — аналоговый 0-10 В и 4-20 мА (дополнительно задав прямую или обратную пропорциональность сигнала удаленности от объекта), границы рабочего окна, а также время выдержки срабатывания. Выполненный со степенью защиты IP67 корпус ультразвуковых датчиков имеет повышенную стойкость к воздействию едких жидкостей и может быть установлен в неблагоприятных условиях окружающей среды (в диапазоне температур -10 + 60° С). В серии датчиков Superprox предусмотрена дополнительная возможность передачи данных по протоколу DeviceNet.
www.sesensors. com
Schneider Electric/Hyde Park Electronics

Датчики положения

На сегодняшний день сложно найти сферу, где бы не использовались датчики положения. Датчик является едва ли не основных частью измерительного оборудования, выступая связующим звеном между электронной и механической частями приборов. Они оправдывают себя там, где нужно точно определить нахождение объекта и расстояние до него. Датчики способны считывать показатели не только с твердой поверхности — некоторые из них способны обнаруживать жидкие, порошкообразные и сернистые поверхности.

Широкий диапазон задач

Наиболее востребованной характеристикой датчиков положения является их большой рабочий диапазон. Они используются для осуществления коммуникативных функций выходного сигнала, при попадании объекта в зону чувствительности датчика без использования механического контакта.

Датчики всегда широко использовались во всех производственных процессах. Их эффективность давно зарекомендовала себя как в сфере автоматизации так и в системах управления.

Существует множество видов и типов датчиков положения, отличающихся принципом работы и техническими характеристиками: индуктивные и магнитные, емкостные и интуитивные, электронные и оптические, лазерные, оптоволоконные датчики и многие другие. Также различают датчики малых перемещений. Для измерения больших перемещений применяют датчики пути. Наиболее высокую чувствительность при измерении малых перемещений обеспечивают фотоэлектрические, емкостные и некоторые типы индуктивных датчиков. Для измерения перемещений, связанных с деформацией деталей, используют тензодатчики, обычно с усилителями.

Индуктивные датчики положения

Широко используются для измерения угловых и линейных перемещений, благодаря удобству и простоте эксплуатации, отсутствию скользящих контактов, обеспечивается высокая эффективность показаний.

Магнитные датчики положения

Используются тогда, когда не могут справиться с задачей индуктивные датчики. Устройство магнитных датчиков позволяет распознавать объекты, даже расположенные за стальными, алюминиевыми и деревянными поверхностями.

Емкостные датчики положения

Часто применяются в целлюлозно-бумажной промышленности, пищевом, химическом, деревообрабатывающем производстве. Основное их достоинство заключается в способности определять положение неметаллических объектов.

Инфракрасные датчики

За счет принципа своего устройства регистрируют точное положение объектов независимо от материала их изготовления. Они характеризуются также широким диапазоном обнаружения объектов.

Лазерные датчики положения

Широко используют в автоматизированных системах контроля для регистрации движения мелких объектов или высокоточное определение положения объекта. Дальность действия лазерных датчиков до 60 метров.

Датчики положения производства купить у официального поставщика в Москве, Санкт-Петербурге и других городах России. ООО «Комплектующие для промышленности». Мы с удовольствием просчитаем сроки поставки. Заполните форму ниже или позвоните по телефону 8 800 302 57 56.

Автомобильные датчики

Электронные системы управления современного автомобиля немыслимы без датчиков. Автомобильные датчики оценивают значения неэлектрических параметров и преобразуют их в электрические сигналы. В качестве сигнала выступает напряжение, ток, частота и др. Сигналы преобразуются в цифровой код и передаются в электронный блок управления, который в соответствии с заложенной программой приводит в действие исполнительные механизмы.

Датчики бывают активными и пассивными. В активном датчике электрический сигнал возникает за счет внутреннего энергетического преобразования. Пассивный датчик преобразует внешнюю электрическую энергию.

Датчики применяются практически во всех системах автомобиля. В двигателе они измеряют температуру и давление воздуха, топлива, масла, охлаждающей жидкости. Ко многим движущимся частям автомобиля (коленчатый вал, распределительный вал, дроссельная заслонка, валы в коробке передач, колеса, клапан рециркуляции отработавших газов) подключены датчики положения и скорости. Большое количество датчиков используется в системах активной безопасности.

В зависимости от назначения различают следующие типы автомобильных датчиков: положения и скорости, расхода воздуха, контроля эмиссии отработавших газов, температуры, давления.

Датчики положения и скорости

Преобразование линейного или углового перемещения контролируемого объекта в электрический сигнал производится с помощью датчиков положения и скорости. В автомобиле используются датчики положения коленчатого вала, положения распределительного вала, положения дроссельной заслонки, уровня топлива, положения педали акселератора, частоты вращения колеса, угла поворота рулевого колеса.

Датчики положения и скорости выполняются контактными или бесконтактными. Несмотря на то, что предпочтение отдается бесконтактным датчикам, контактные устройства еще широко применяются. При всех достоинствах, контактные датчики имеют один существенный недостаток – склонность к загрязнению и, соответственно, снижение точности измерений.

К контактным датчикам положения относятся потенциометры с подвижными контактами, которые измеряют линейные и угловые перемещения объекта. Подвижные контакты перемещаются по длине переменного резистора и изменяют его сопротивление, пропорциональное фактическому перемещению объекта. Потенциометры широко используются в качестве датчика положения дроссельной заслонки, датчика положения педали газа, объемного расходомера воздуха, датчика уровня топлива и др.

В основу работы бесконтактных датчиков положения и скорости положены различные физические явления и эффекты, и соответствующие им датчики: индуктивные, Виганда, Холла, магниторезистивные, оптические и множество других.

Индуктивный датчик широко используется в качестве датчика положения коленчатого вала. Он содержат постоянный магнит, магнитопровод и катушку. Когда стальной объект (зуб шестерни) приближается к датчику, магнитное поле увеличивается, а в катушке наводится переменное напряжение. В отличие от индуктивных датчиков датчики Виганда не используют постоянный магнит, а активируются внешним магнитом.

Наиболее востребованные бесконтактные датчики построены на эффекте Холла. Суть эффекта заключается в том, что постоянный магнит, связанный с измеряемым объектом, при вращении генерирует напряжение, пропорциональное угловому положению объекта. В датчиках Холла используется несколько схем измерения положения и скорости: вращающийся прерыватель, многополюсный кольцевой магнит, ферромагнитный зубчатый ротор. Для измерения угловой скорости зубчатого ротора применяется дифференциальный датчик Холла – два рядом расположенных измерительных элемента, позволяющих видеть зуб и впадину одновременно.

Магниторезистивные датчики начали применяться сравнительно недавно, но очень популярны. Они построены на магниторезистивном эффекте — свойстве некоторых токонесущих материалов изменять свое сопротивление во внешнем магнитном поле. Различают анизотропные магниторезисторы (АМР) и гигантские магниторезисторы (ГМР). АМР-датчики используют электрическое сопротивление ферромагнитных материалов. Измерительный элемент ГМР-датчика состоит из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоев. Анизотропные магниторезисторы применяются в датчике угла поворота рулевого колеса.

В оптическом датчике для определения углового положения используются светомодулирующий диск с чередующимися прозрачными и непрозрачными секторами. Диск располагается между светодиодом и фоторезистором. При перемещении (повороте) диска на фоторезисторе вырабатываются электрические импульсы, по которым определяется угол и скорость поворота вала.

Датчики расхода воздуха

Расход воздуха, поступающего в двигатель, определяется по объему или массе. Датчики определяющие расход воздуха по объему называют объемными расходомерами. Работа таких датчиков построена на оценке перемещения заслонки, пропорционального величине потока воздуха.

Расход воздуха по массе оценивается датчиком массового расхода воздуха. Наибольшее применение нашли микромеханические расходомеры, построенные на тонкопленочных нагреваемых элементах — терморезисторах. Воздух, проходя через терморезисторы, охлаждает их. При этом, чем больше проходит воздуха, тем сильнее охлаждаются терморезисторы. Определение массового расхода воздуха построено на измерении мощности и тока, необходимых для поддержания постоянной температуры терморезисторов.

Датчики контроля эмиссии отработавших газов

Регулирование содержания вредных веществ в отработавших газах обеспечивают датчики контроля эмиссии, к которым относятся датчик концентрации кислорода и датчик оксида азота.

Кислородный датчик (другое название – лямбда-зонд) устанавливается в выпускной системе и в зависимости от содержания кислорода в отработавших газах вырабатывает определенный сигнал. На основании сигнала система управления двигателем поддерживает стехиометрический состав топливно-воздушной смеси (т.н. лямбда-регулирование).

На современных автомобилях, оборудованных каталитическим нейтрализатором, устанавливается два датчика концентрации кислорода. Кислородный датчик на выходе из нейтрализатора контролирует его работоспособность и обеспечивает содержание вредных веществ в отработавших газах в пределах установленных норм.

Датчик оксидов азота контролирует содержание оксидов азота в отработавших газах. Он устанавливается в выпускной системе бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива после дополнительного (накопительного) нейтрализатора. Датчик включает две камеры. В первой камере оценивается концентрация кислорода. Во-второй камере происходит восстановление оксидов азота на кислород и азот. Концентрация оксидов азота оценивается по величине восстановленного кислорода.

Датчики температуры

Измерение температуры производится в различных системах автомобиля:

Системы	Датчики
Система охлаждения	Температуры охлаждающей жидкости
Система управления двигателем	Температуры воздуха во впускном коллекторе
Система климат-контроля	Температуры наружного воздуха; Температуры воздуха в салоне автомобиля
Система смазки	Температуры масла
Автоматическая коробка передач	Температуры рабочей жидкости

 

Для измерения температуры применяются терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом. С увеличением температуры сопротивление термистора снижается, соответственно возрастает ток. В качестве датчика температуры используется также термопара – проводник, состоящий из двух различных металлов и под воздействием температуры генерирующий термоэлектрическое напряжение.

Датчики давления

В современных автомобилях используется большое количество датчиков давления, с помощью которых измеряется давление во впускном коллекторе, давление топлива в системе впрыска, давление в шинах, давление рабочей жидкости в тормозной систем, давления масла в системе смазки.

Для оценки давления применяется пьезорезистивный эффект, который заключается в изменении сопротивления тензорезистора при механическом растяжении диафрагмы. Измеряемое давление может быть абсолютным или относительным. Датчик давления во впускном коллекторе измеряет абсолютное давление, т.е. давление воздуха относительно вакуума.

Представленная классификация охватывает далеко не все автомобильные датчики. Необходимо упомянуть ряд других датчиков: датчик детонации, датчик уровня масла, датчик дождя. Датчик детонации оценивает вибрацию двигателя, которая сопровождает неконтролируемое воспламенение топливно-воздушной смеси. Датчик представляет собой пьезоэлектрический элемент, который при вибрации генерирует электрический сигнал.

Датчик уровня масла в современном двигателе заменяет функции щупа. Уровень масла может измеряться поплавковым переключателем или более совершенным тепловым датчиком, который кроме уровня масла измеряет его температуру. Датчик дождя обеспечивает автоматическую работу стеклоочистителей. Конструктивно он объединен с датчиком освещенности.

 

 

Датчики положения. Разновидности и сферы применения

1. Датчики положения

Разновидности и сферы
применения
• Датчик положения — это устройство,
предназначенное для определения
местоположения объекта, который может
находиться в твердой или жидкой форме, а также
быть сыпучим веществом.
• Датчики положения являются первичными
источниками информации для систем автоматики,
как на основе релейных или логических схем, так и
на базе программируемых контроллеров.
Надежность всей системы определяется
надежностью элемента, наиболее подверженного
воздействию дестабилизирующих факторов.

3. Различают три класса датчиков:

• Аналоговые датчики, т. е. датчики,
вырабатывающие аналоговый сигнал,
пропорционально изменению входной
величины;
• Цифровые датчики, генерирующие
последовательность импульсов или
двоичное числа;
• Бинарные датчики, которые вырабатывают
сигнал только двух уровней: вкл/выкл

4. Датчик положения бывает двух видов:

• Бесконтактный
– Индуктивный датчик
– Емкостной датчик
– Магнитный датчик
– Оптический датчик
– Ультразвуковой датчик
– Лазерный датчик
• Контактный
– Энкодер (устройство, которое определяет угол поворота вращающегося объекта)

5. Индуктивный датчик

Предназначен для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих
органов машин, механизмов, роботов и т. п. и преобразования этой информации в
электрический сигнал.
Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого
катушкой индуктивности внутри датчика.
Они наиболее эффективно используются в качестве конечных выключателей, так как
срабатывают только на металлы. Это увеличивает защищенность индуктивных
датчиков от помех; например, введение в зону чувствительности выключателя рук
оператора, эмульсии, воды, смазки и т.д. Объектом воздействия для индуктивных
выключателей являются металлические детали: зубья шестерен, кулачки, ползуны;
часто это металлическая пластина, прикрепленная к соответствующей детали
оборудования.
.
Согласно
статистике 90% дискретных
датчиков положения — индуктивные
датчики. Это объясняется высокими
эксплуатационными характеристиками,
надежностью и низкой
стоимостью индуктивных датчиков по
сравнению с другими типами датчиков.

6. Емкостной датчик

Измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости,
механического усилия, давления, влажности и др. ) в значения электрической
ёмкости.
Конструктивно емкостный датчик представляет собой конденсатор
электрический плоскопараллельный или цилиндрический. Различают емкостные
датчики, действие которых основано на изменении зазора между пластинами или
площади их взаимного перекрытия, деформации диэлектрика, изменении его
положения, состава или диэлектрической проницаемости. Наиболее
часто емкостные датчики применяют для измерений меняющихся давления или
уровня, точных измерений механических перемещений и т. п.

7. Оптический датчик

Представляет собой электронное устройство, реагирующее на изменение
принимаемого светового потока. Оптические датчики положения используются для
определения наличия объекта в заданном пространстве, поскольку наличие объекта
приводит к изменению параметров светового потока, принимаемого датчиком. Для
повышения эффективности работы оптических датчиков положения и улучшения их
характеристик производится модуляция и пространственная селекция светового
излучения.
Эти меры позволяют устранять влияние посторонних световых засветок и помехи от
других оптических датчиков.
Оптические датчики положения состоят из 2-х функционально законченных узлов источника оптического излучения и приемника этого излучения. Источник оптического
излучения (передатчик) и приемник могут быть в одном корпусе или в разных корпусах

8. Ультразвуковой датчик

Ультразвуковые датчики работают с пьезоэлектрическим преобразователем, который
является как звуковым излучателем, так и приемником.
Преобразователь посылает пакет звуковых импульсов и преобразовывает импульс
эха в напряжение. Интегрируемый контроллер вычисляет расстояние по времени эха
и скорости звука. Длительность излучаемого импульса Δt и время затухания
tзат. звукового преобразователя являются причиной для формирования слепой зоны, в
которой ультразвуковой датчик не может обнаружить предмет. Ультразвуковая
частота находится между 65 кГц и 400 кГц, в зависимости от типа датчика; частота
следования импульсов между 14 Гц и 140 Гц.
Наибольший эффект достигается:
— определении уровня и высоты
заполнения резервуаров;
-измерении расстояний;
-определении диаметра рулонов;
-контроле прогиба, разрыва;
-использовании ультразвуковых
барьеров при определении
стеклянных объектов и
пластиковых объектов, таких как
бутылки.

9. Лазерный датчик

Лазерные датчики обладают высокой надежностью, долговечностью,
стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением,
совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки
информации при низкой трудоемкости изготовления и небольшой
стоимости.
Подавляющее большинство задач по измерению в промышленности
приходится на диапазоны от долей микрон до нескольких десятков
метров. При этим датчики должны работать с объектами далекими от
идеальных: малого размера, имеющих различный цвет, сложную структуру
поверхности и перемещающихся с высокой скоростью.

10. Достоинства и недостатки индуктивного, емкостного, оптического и лазерного датчиков

Индуктивный датчик
Преимущества
Нет механического износа, отсутствуют отказы, связанные с состоянием контактов.
Отсутствует дребезг контактов и ложные срабатывания.
Высокая частота переключений до 3000 Гц.
Устойчив к механическим воздействиям.
Недостатки
Сравнительно малая чувствительность.
Емкостный датчик
Преимущества — простота, высокая чувствительность и малая инерционность.
Недостатки — влияние внешних электрических полей, сложность измерительных устройств.
Оптический датчик
Преимущества
Большое расстояние срабатывания.
Нечувствительны к паразитным магнитным полям и электростатическим помехам.
Лазерный датчик
Достоинства
Защита от засветки.
Работа в импульсном режиме также позволяет увеличить помехозащищенность лазерного датчика.
• Ультразвуковой датчик
• Достоинства: способны распознавать объекты любой
структуры: жидкости, металлы, порошкообразные
материалы, прозрачные объекты из стекла и пластика.

11. Применение датчиков

Индуктивные датчики.
Индуктивные датчики служат для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих
органов машин, механизмов, роботов и т. п. и преобразования этой информации в электрический
сигнал.
Устанавливаются на станки с ЧПУ, прессы, термопластавтоматы, конвейерные линии,
автоматические задвижки, упаковочные автоматы и т. п.
Емкостные датчики.
Применяются 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 , а также контроля влажности и состава вещества.
Оптические датчики.
Применяются во всех отраслях для позиционирования или счета объектов.
Используются в нашей каждодневной жизни. Они помогают, контролировать процесс открытия и
закрытия гаражных ворот, бесконтактно включать и выключать воду в раковине, контролировать
движение эскалатора, открывать двери в супермаркете, фотофиниш.
Лазерные датчики
Предназначены для бесконтактного измерения и контроля положения, размеров, профиля
поверхности, деформаций, вибраций, сортировки, распознавания технологических объектов;
измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов.

Датчики положения. Разновидности и сферы применения презентация, доклад

Слайд 1Текст слайда:

Датчики положения

Разновидности и сферы применения

---

Слайд 2Текст слайда:

Датчик положения — это устройство, предназначенное для определения местоположения объекта, который может находиться в твердой или жидкой форме, а также быть сыпучим веществом.
Датчики положения являются первичными источниками информации для систем автоматики, как на основе релейных или логических схем, так и на базе программируемых контроллеров. Надежность всей системы определяется надежностью элемента, наиболее подверженного воздействию дестабилизирующих факторов.

---

Слайд 3Текст слайда:

Различают три класса датчиков:

 Аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;
Цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоичное числа;
Бинарные датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: вкл/выкл

---

Слайд 4Текст слайда:

Датчик положения бывает двух видов:

Бесконтактный
Индуктивный датчик
Емкостной датчик
Магнитный датчик
Оптический датчик
Ультразвуковой датчик
Лазерный датчик
Контактный
Энкодер (устройство, которое определяет угол поворота вращающегося объекта)

---

Слайд 5Текст слайда:

Индуктивный датчик

Предназначен для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих органов машин, механизмов, роботов и т.п. и преобразования этой информации в электрический сигнал.
Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика.
Они наиболее эффективно используются в качестве конечных выключателей, так как срабатывают только на металлы. Это увеличивает защищенность индуктивных датчиков от помех; например, введение в зону чувствительности выключателя рук оператора, эмульсии, воды, смазки и т.д. Объектом воздействия для индуктивных выключателей являются металлические детали: зубья шестерен, кулачки, ползуны; часто это металлическая пластина, прикрепленная к соответствующей детали оборудования. .

Согласно статистике 90% дискретных датчиков положения — индуктивные датчики. Это объясняется высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью и низкой стоимостью индуктивных датчиков по сравнению с другими типами датчиков.

---

Слайд 6Текст слайда:

Емкостной датчик

Измерительный преобразователь неэлектрических величин (уровня жидкости, механического усилия, давления, влажности и др. ) в значения электрической ёмкости.
Конструктивно емкостный датчик представляет собой конденсатор электрический плоскопараллельный или цилиндрический. Различают емкостные датчики, действие которых основано на изменении зазора между пластинами или площади их взаимного перекрытия, деформации диэлектрика, изменении его положения, состава или диэлектрической проницаемости. Наиболее часто емкостные датчики применяют для измерений меняющихся давления или уровня, точных измерений механических перемещений и т. п.

---

Слайд 7Текст слайда:

Оптический датчик

Представляет собой электронное устройство, реагирующее на изменение принимаемого светового потока. Оптические датчики положения используются для определения наличия объекта в заданном пространстве, поскольку наличие объекта приводит к изменению параметров светового потока, принимаемого датчиком. Для повышения эффективности работы оптических датчиков положения и улучшения их характеристик производится модуляция и пространственная селекция светового излучения.   Эти меры позволяют устранять влияние посторонних световых засветок и помехи от других оптических датчиков.
Оптические датчики положения состоят из 2-х функционально законченных узлов — источника оптического излучения и приемника этого излучения. Источник оптического излучения (передатчик) и приемник могут быть в одном корпусе или в разных корпусах

---

Слайд 8Текст слайда:

Ультразвуковой датчик

Ультразвуковые датчики работают с пьезоэлектрическим преобразователем, который является как звуковым излучателем, так и приемником.
Преобразователь посылает пакет звуковых импульсов и преобразовывает импульс эха в напряжение. Интегрируемый контроллер вычисляет расстояние по времени эха и скорости звука. Длительность излучаемого импульса Δt и время затухания tзат. звукового преобразователя являются причиной для формирования слепой зоны, в которой ультразвуковой датчик не может обнаружить предмет. Ультразвуковая частота находится между 65 кГц и 400 кГц, в зависимости от типа датчика; частота следования импульсов между 14 Гц и 140 Гц.

Наибольший эффект достигается:
— определении уровня и высоты заполнения резервуаров;
-измерении расстояний;
-определении диаметра рулонов;
-контроле прогиба, разрыва;
-использовании ультразвуковых барьеров при определении стеклянных объектов и пластиковых объектов, таких как бутылки.

---

Слайд 9Текст слайда:

Лазерный датчик

Лазерные датчики обладают высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации при низкой трудоемкости изготовления и небольшой стоимости.
Подавляющее большинство задач по измерению в промышленности приходится на диапазоны от долей микрон до нескольких десятков метров. При этим датчики должны работать с объектами далекими от идеальных: малого размера, имеющих различный цвет, сложную структуру поверхности и перемещающихся с высокой скоростью.

---

Слайд 10Текст слайда:

Достоинства и недостатки индуктивного, емкостного, оптического и лазерного датчиков

Индуктивный датчик
Преимущества
Нет механического износа, отсутствуют отказы, связанные с состоянием контактов.
Отсутствует дребезг контактов и ложные срабатывания.
Высокая частота переключений до 3000 Гц.
Устойчив к механическим воздействиям.
Недостатки
Сравнительно малая чувствительность.
Емкостный датчик
Преимущества  — простота, высокая чувствительность и малая инерционность.
Недостатки — влияние внешних электрических полей, сложность измерительных устройств.
Оптический датчик
Преимущества
Большое расстояние срабатывания.
Нечувствительны к паразитным магнитным полям и электростатическим помехам.
Лазерный датчик
Достоинства
Защита от засветки.
Работа в импульсном режиме также позволяет увеличить помехозащищенность лазерного датчика.
Ультразвуковой датчик
Достоинства: способны распознавать объекты любой структуры: жидкости, металлы, порошкообразные материалы, прозрачные объекты из стекла и пластика.

---

Слайд 11Текст слайда:

Применение датчиков

Индуктивные датчики.
Индуктивные датчики служат для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих органов машин, механизмов, роботов и т. п. и преобразования этой информации в электрический сигнал.
Устанавливаются на станки с ЧПУ, прессы, термопластавтоматы, конвейерные линии, автоматические задвижки, упаковочные автоматы и т. п.
Емкостные датчики.
Применяются 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 , а также контроля влажности и состава вещества.
Оптические датчики.
Применяются во всех отраслях для позиционирования или счета объектов.
Используются в нашей каждодневной жизни. Они помогают, контролировать процесс открытия и закрытия гаражных ворот, бесконтактно включать и выключать воду в раковине, контролировать движение эскалатора, открывать двери в супермаркете, фотофиниш.
Лазерные датчики
Предназначены для бесконтактного измерения и контроля положения, размеров, профиля поверхности, деформаций, вибраций, сортировки, распознавания технологических объектов; измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов.

---

Все о датчиках положения (типы, применение и характеристики)

Датчики положения дроссельной заслонки обеспечивают обратную связь с системой впрыска топлива автомобиля.

Изображение предоставлено: ЛЕВЧЕНКО ХАННА/Shutterstock.com

Датчики положения — это устройства, которые могут обнаруживать движение объекта или определять его относительное положение, измеренное от установленной контрольной точки. Эти типы датчиков также могут использоваться для обнаружения присутствия объекта или его отсутствия.

Существует несколько типов датчиков, которые служат тем же целям, что и датчики положения, и заслуживают упоминания. Датчики движения обнаруживают движение объекта и могут использоваться для запуска действия (например, включения прожектора или активации камеры безопасности). Датчики приближения также могут обнаруживать, что объект находится в пределах досягаемости датчика. Таким образом, оба датчика можно рассматривать как специальную форму датчиков положения. Подробнее об этих датчиках можно узнать в наших соответствующих руководствах о датчиках приближения и о датчиках движения. Одним из отличий датчиков положения является то, что они по большей части связаны не только с обнаружением объекта, но и с записью его положения и, следовательно, предполагают использование сигнала обратной связи, который содержит информацию о положении.

В этой статье представлена ​​информация о различных типах датчиков положения, принципах их работы, использовании и основных характеристиках, связанных с датчиками этого класса. Чтобы узнать больше о других типах датчиков, ознакомьтесь с нашими соответствующими руководствами, в которых рассматриваются различные типы датчиков и их использование, а также различные типы датчиков Интернета вещей (IoT). Для целей данной статьи термины «датчик положения» и «детектор положения» считаются синонимами.

Типы датчиков положения

Общее назначение датчика положения состоит в том, чтобы обнаруживать объект и передавать его положение посредством генерации сигнала, обеспечивающего обратную связь по положению. Эта обратная связь затем может использоваться для управления автоматическими реакциями в процессе, звуковыми сигналами тревоги или инициированием других действий в соответствии с конкретным приложением. Вообще говоря, датчики положения можно разделить на три широких класса, которые включают датчики линейного положения, датчики поворотного положения и датчики углового положения. Существует несколько конкретных технологий, которые можно использовать для достижения этого результата, и различные типы датчиков положения отражают эти базовые технологии.

К основным типам датчиков положения относятся следующие:

• Потенциометрические датчики положения (на основе сопротивления)
• Индуктивные датчики положения
• Вихретоковые датчики положения
• Емкостные датчики положения
• Магнитострикционные датчики положения
• Магнитные датчики положения на основе эффекта Холла
• Волоконно-оптические датчики положения
• Оптические датчики положения
• Ультразвуковые датчики положения

Потенциометрические датчики положения

Потенциометрические датчики положения

представляют собой датчики на основе сопротивления, в которых используется резистивная дорожка с очистителем, прикрепленным к объекту, положение которого отслеживается. Движение объекта приводит к тому, что стеклоочиститель меняет свое положение на дорожке сопротивления и, следовательно, изменяет измеренное значение сопротивления между положением щетки и концом дорожки. Таким образом, измеренное сопротивление можно использовать в качестве индикатора положения объекта. Это достигается с помощью делителя напряжения, в котором фиксированное напряжение подается на концы дорожки сопротивления, а измеренное напряжение от положения движка до одного конца дорожки дает значение, пропорциональное положению ползуна. Этот подход работает как для линейных перемещений, так и для вращательных перемещений.

Типы потенциометров

, используемые для потенциометрических датчиков положения, включают проволочную обмотку, металлокерамику или пластиковую (полимерную) пленку. Эти типы датчиков положения предлагают относительно низкую стоимость, но также имеют низкую точность и воспроизводимость. Кроме того, ограничение размера устройства по конструкции ограничивает диапазон, в котором может быть измерено изменение положения.

Индуктивные датчики положения

Индуктивные датчики положения определяют положение объекта по изменению характеристик магнитного поля, индуцируемого в катушках датчика. Один тип называется LVDT или дифференциальным трансформатором с линейной переменной. В датчике положения LVDT три отдельные катушки намотаны на полую трубку. Одна из них является первичной катушкой, а две другие — вторичной. Они электрически соединены последовательно, но соотношение фаз вторичных катушек равно 180 ^o не совпадают по фазе относительно первичной обмотки. Внутри полой трубы помещается ферромагнитный сердечник или якорь, который соединяется с объектом, положение которого измеряется. Сигнал напряжения возбуждения подается на первичную катушку, которая индуцирует ЭДС во вторичных катушках LVDT. Измеряя разность напряжений между двумя вторичными катушками, можно определить относительное положение якоря (и, следовательно, объекта, к которому он прикреплен). Когда якорь находится точно по центру трубки, ЭДС компенсируются, что приводит к отсутствию выходного напряжения. Но когда якорь уходит из нулевого положения, напряжение и его полярность меняются. Следовательно, амплитуда напряжения вместе с его фазовым углом служит для предоставления информации, отражающей не только величину смещения от центрального (нулевого) положения, но и его направление. На Рисунке 1 ниже показана работа дифференциального трансформатора с линейным регулированием, показывающая преобразование измерения напряжения в индикацию положения.

Рис. 1. Работа индуктивного датчика положения LVDT

Изображение предоставлено: https://www.electronics-tutorials.ws

Эти типы датчиков положения обеспечивают хорошую точность, разрешение, высокую чувствительность и хорошую линейность во всем диапазоне измерения. Они также не имеют трения и могут быть герметизированы для использования в условиях, где может быть воздействие элементов.

В то время как LVDT служат для отслеживания линейного движения, эквивалентное устройство, называемое RVDT (вращающийся дифференциальный трансформатор напряжения), может обеспечивать отслеживание положения вращения объекта. RVDT функционирует идентично LVDT и отличается только особенностями их конструкции.

Вихретоковые датчики положения

Вихревые токи — это наведенные токи, возникающие в проводящем материале в присутствии изменяющегося магнитного поля и являющиеся результатом действия закона индукции Фарадея. Эти токи протекают по замкнутым петлям и, в свою очередь, приводят к генерации вторичного магнитного поля.

Если на катушку подается переменный ток для создания первичного магнитного поля, присутствие проводящего материала, поднесенного к катушке, может ощущаться благодаря взаимодействию вторичного поля, генерируемого вихревыми токами, которое влияет на полное сопротивление катушка. Таким образом, изменение импеданса катушки можно использовать для определения расстояния объекта от катушки.

Вихретоковые датчики положения работают с электропроводящими объектами. Большинство вихретоковых датчиков работают как датчики приближения, предназначенные для определения того, что объект приблизился к местоположению датчика. Они ограничены как датчики положения, потому что они всенаправленные, что означает, что они могут установить относительное расстояние объекта от датчика, но не направление объекта относительно датчика.

Емкостные датчики положения

Емкостные датчики положения полагаются на обнаружение изменения значения емкости для определения положения измеряемого объекта. Конденсаторы состоят из двух пластин, отделенных друг от друга диэлектрическим материалом между пластинами. Есть два общих метода, которые используются для определения положения объекта с помощью емкостного датчика положения:

1. Путем изменения диэлектрической проницаемости конденсатора
2. Путем изменения площади перекрытия пластин конденсатора

В первом случае измеряемый объект крепится к диэлектрическому материалу, положение которого относительно обкладок конденсатора изменяется при движении объекта. По мере смещения диэлектрического материала эффективная диэлектрическая проницаемость конденсатора изменяется как результат частичной площади диэлектрического материала, а баланс представляет собой диэлектрическую проницаемость воздуха. Этот подход обеспечивает линейное изменение значения емкости относительно относительного положения объекта.

Во втором случае объект не прикрепляется к диэлектрическому материалу, а присоединяется к одной из обкладок конденсатора. Следовательно, по мере того, как объект перемещает свое положение, площадь перекрытия пластин конденсатора изменяется, что опять-таки меняет значение емкости.

Принцип изменения емкости для измерения положения объекта может быть применен к движению как в линейном, так и в угловом направлениях.

Магнитострикционные датчики положения

Ферромагнитные материалы, такие как железо, никель и кобальт, обладают свойством, известным как магниторестрикция, что означает, что материал изменит свой размер или форму в присутствии приложенного магнитного поля. Магниторестрикционный датчик положения использует этот принцип для определения положения объекта.

К измеряемому объекту прикреплен подвижный позиционный магнит. Волновод, состоящий из провода, по которому передается импульс тока, соединен с датчиком, расположенным на конце волновода. Позиционный магнит создает аксиальное магнитное поле, силовые линии которого компланарны по отношению к магниторестрикционному проводу и волноводу. При пропускании импульса тока по волноводу в проводе создается магнитное поле, взаимодействующее с аксиальным магнитным полем постоянного магнита (позиционного магнита). Результатом взаимодействия полей является закручивание, известное как эффект Видемана. Это скручивание вызывает натяжение провода, которое генерирует звуковой импульс, который распространяется по волноводу и обнаруживается датчиком на конце волновода. Измеряя время, прошедшее между началом импульса тока и обнаружением звукового импульса, магниторестрикционный датчик положения может установить относительное местоположение позиционного магнита.

Поскольку звуковая волна будет распространяться от места, где расположен позиционный магнит, в двух направлениях (как к датчику, так и от него), на противоположном конце волновода расположено демпфирующее устройство для поглощения импульса, идущего от датчика положения. датчик, чтобы он не вызывал отражения мешающего сигнала обратно к датчику. На Рисунке 2 ниже показан принцип работы магниторестрикционного датчика положения.

Рис. 2. Работа магниторезистивного датчика положения.

Изображение предоставлено: https://www.sensorland.com/HowPage024.html

По своей природе магниторестрикционные датчики положения используются для определения линейного положения. Они могут быть оснащены несколькими позиционными магнитами для предоставления информации о положении нескольких компонентов вдоль одной и той же оси. Это бесконтактные датчики, и, поскольку волновод обычно размещается в трубке из нержавеющей стали или алюминия, эти датчики можно использовать в приложениях, где они могут быть потенциально загрязнены. Кроме того, магниторестрикционные датчики положения могут работать даже при наличии преграды между волноводом и позиционным магнитом при условии, что преграда изготовлена ​​из немагнитного материала.

Доступны датчики с различными выходами, включая напряжение постоянного тока, ток, сигнал ШИМ и цифровые импульсы пуск-стоп.

Магнитные датчики положения на основе эффекта Холла

Эффект Холла заключается в том, что когда по тонкому плоскому электрическому проводнику протекает ток и он помещается в магнитное поле, магнитное поле воздействует на носители заряда, заставляя их накапливаться на одной стороне проводника по отношению к другой, чтобы компенсировать интерференцию магнитного поля. Это неравномерное распределение электрических зарядов приводит к созданию разности потенциалов между двумя сторонами проводника, известной как напряжение Холла. Этот электрический потенциал возникает в направлении, поперечном направлению течения электрического тока и направлению магнитного поля. Если ток в проводнике поддерживается на постоянном уровне, величина напряжения Холла будет напрямую отражать силу магнитного поля.

В датчике положения на эффекте Холла объект, положение которого измеряется, соединяется с магнитом, расположенным в валу датчика. При движении объекта положение магнита меняется относительно элемента Холла в датчике. Затем это перемещение положения изменяет силу магнитного поля, приложенного к элементу Холла, что, в свою очередь, отражается как изменение измеренного напряжения Холла. Таким образом, измеренное напряжение Холла становится индикатором положения объекта.

Волоконно-оптические датчики положения

Волоконно-оптические датчики положения используют оптическое волокно с набором фотодетекторов, расположенных на каждом конце волокна. Источник света прикреплен к объекту, за движением которого наблюдают. Энергия света, направленная во флуоресцентное волокно в месте нахождения объекта, отражается в волокне и направляется на любой конец волокна, где она обнаруживается фотодетекторами. Логарифм отношения измеренной оптической мощности, наблюдаемой на двух фотодетекторах, будет линейной функцией расстояния объекта от конца волокна, и поэтому это значение можно использовать для предоставления информации о местоположении объекта.

Оптические датчики положения

Оптические датчики положения работают по одному из двух принципов. В первом типе свет передается от излучателя и направляется к приемнику на другом конце датчика. Во втором типе излучаемый световой сигнал отражается от контролируемого объекта и возвращается к источнику света. Изменение световых характеристик (например, длины волны, интенсивности, фазы, поляризации) используется для получения информации о положении объекта. Эти типы датчиков делятся на три категории:

• Передающие оптические энкодеры
• Оптические энкодеры на отражение
• Интерференционные оптические энкодеры

Оптические датчики положения на основе энкодера доступны как для линейного, так и для вращательного движения.

Ультразвуковые датчики положения

Подобно оптическим датчикам положения, ультразвуковые датчики положения излучают высокочастотную звуковую волну, обычно генерируемую пьезоэлектрическим кристаллическим преобразователем. Ультразвуковые волны, генерируемые преобразователем, отражаются от измеряемого объекта или цели обратно к преобразователю, где генерируется выходной сигнал. Ультразвуковые датчики могут работать как датчики приближения, когда они сообщают об объекте, находящемся в пределах заданного диапазона датчика, или как датчик положения, который предоставляет информацию о расстоянии. Преимущества ультразвуковых датчиков положения заключаются в том, что они могут работать с целевыми объектами из различных материалов и характеристик поверхности, а также могут обнаруживать небольшие объекты на большем расстоянии, чем датчики положения других типов. Они также устойчивы к вибрации, окружающему шуму, электромагнитным помехам и инфракрасному излучению.

Технические характеристики датчика положения

Конкретные параметры, определяющие характеристики датчика положения, будут различаться в зависимости от выбранного типа датчика, поскольку основные технологические принципы меняются от типа к типу. Вот некоторые ключевые характеристики, которые следует учитывать применительно к большинству датчиков положения:

• Диапазон измерения — указывает диапазон расстояний от датчика, для которого может быть получено измеренное значение.
• Разрешение — определяет значение наименьшего приращения положения, которое может измерить датчик.
• Точность – мера степени, в которой измеренное положение согласуется с фактическим положением измеряемого объекта.
• Повторяемость — отражает диапазон значений, полученных для измеренного положения, когда датчик выполняет идентичное измерение во времени.
• Линейность – степень отклонения от линейного поведения выходного сигнала, измеренного в диапазоне вывода датчика.

Другие факторы выбора датчиков положения включают:

1. Размер и вес датчика
2. Предоставляет ли датчик абсолютную или инкрементную информацию о положении
3. Диапазон рабочих температур для устройства
4. Способность датчика выдерживать другие условия окружающей среды и эксплуатации, такие как наличие конденсата, загрязнения или механические удары и вибрация
5. Простота установки
6. Начальная стоимость

Примеры применения датчика положения

Датчики положения

имеют множество применений и лежат в основе многих автоматизированных процессов. Знакомым является автоматизированная мойка автомобилей. Датчики положения используются для определения местоположения автомобиля, когда он движется по автомойке. Это позволяет активировать уборочное оборудование в нужное время. Чтобы автомойка могла очистить шины, она должна знать, где они находятся и когда они находятся в правильном положении, чтобы применить очистители или средства защиты шин. Учитывая тот факт, что автомобили бывают разных размеров, необходимы датчики положения, чтобы определить, когда начинать и останавливать процесс очистки, чтобы автомойка могла адаптироваться к различным автомобилям и по-прежнему эффективно очищать их все.

Датчики положения

также используются для управления оборудованием. Индуктивные датчики, представляющие собой большие петли из проволоки, встроенные в дороги, используются для обнаружения транспортных средств на полосе левого поворота, чтобы позволить системе управления дорожным движением активировать светофор. На парковках с системами контроля доступа датчики положения поднимают ворота, когда к ним приближаются автомобили. Лифты используют датчики положения, чтобы определить, правильно ли расположен лифт на определенном этаже и что двери лифта можно безопасно открывать.

Промышленные процессы в автоматизированных производственных линиях используют датчики положения, чтобы убедиться, что продукты находятся в правильном положении, прежде чем произойдет автоматический этап процесса, такой как распыление краски на кузов автомобиля или добавление воды в бутылку с водой. В медицинских учреждениях есть МРТ-сканеры, в которых используются датчики положения, чтобы убедиться в правильности положения пациента перед началом сканирования или визуализации, а также для перемещения пациента через МРТ-аппарат.

Автомобильные конструкторы и инженеры используют датчики положения для измерения важных параметров двигателя, таких как положение коленчатого вала и положение дроссельной заслонки.

Камеры видеонаблюдения с возможностью сканирования и наклона будут использовать датчики положения для определения относительного направления камеры, чтобы убедиться, что она правильно ориентирована для оптимального обзора.

Резюме

В этой статье представлен краткий обзор датчиков положения, включая описание, типы, основные характеристики и способы их использования. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. https://www.electronics-tutorials.ws
2. https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=308
3. https://www.engineersgarage.com
4. https://www.positek.com/
5. https://www.te.com/usa-en/products/sensors/position-sensors.html
6. https://www.sensorland.com/HowPage024.html
7. https://www.celeramotion.com/zettlex/support/technical-papers/position-sensors-choosing-the-right-sensor/
8. https://www.linearmotiontips.com/how-do-magnetostrictive-sensors-work/
9. http://hyperphysics. phy-astr.gsu.edu/hbase/magnet/Hall.html
10. https://www.migatron.com/understanding-ultrasonic-technology/

Прочие датчики Артикул

• Лучшие поставщики и производители датчиков движения в США и за рубежом
• Емкостные датчики приближения
• Типы датчиков температуры
• Ведущие биосенсорные компании в США и за рубежом
• Датчики угла поворота вала
• Ведущие поставщики и производители датчиков приближения в США и во всем мире
• Анализаторы выхлопных газов
• Лучшие производители и поставщики датчиков температуры
• Лучшие производители и поставщики датчиков в США
• Световые датчики движения
• Лучшие поставщики и производители датчиков давления в США
• Типы датчиков давления — руководство
• Различные типы датчиков и их использование (например, электрические датчики)
• Все о детекторах радиации
• Все о датчиках движения
• Все о датчиках частиц
• Все о фотоэлектрических датчиках

Еще из раздела Инструменты и элементы управления

Датчик положения: Типы датчиков положения

Датчики являются очень важными органами любой измерительной системы. Они собирают данные об окружающей среде/физических параметрах и подают электрический сигнал в качестве входных данных для систем. Среди большого разнообразия датчиков, работающих на разных принципах и используемых в различных приложениях, датчики положения играют важную роль в различных системах. Будь то авиационные системы с дистанционным управлением, автомобили с электроприводом, сверхскоростные поезда, совершающие круговые повороты, машины для литья под давлением, упаковочные машины, медицинское оборудование и т. д., датчики положения находят свое применение, конечно, по-разному.

 

Что такое датчики положения?

 

Наиболее распространенный способ классификации широкого спектра датчиков основан на конкретном применении датчика. Датчик, используемый для измерения влажности, называется датчиком влажности, датчик, используемый для измерения давления, называется датчиком давления, датчик, используемый для измерения уровня жидкости, называется датчиком уровня и т. д., хотя все они могут использовать один и тот же принцип измерения. Аналогичным образом датчик, используемый для измерения положения, называется датчиком положения.

Датчики положения — это в основном датчики для измерения расстояния, пройденного телом, начиная с исходного положения. Датчики положения определяют, насколько тело сместилось от исходного или начального положения, и часто выходные данные возвращаются в систему управления, которая предпринимает соответствующие действия. Движение тела может быть прямолинейным или криволинейным; соответственно, датчики положения называются датчиками линейного положения или датчиками углового положения.

 

Типы датчиков положения

 

Датчики положения используют различные принципы восприятия для определения смещения тела. В зависимости от различных принципов измерения, используемых для датчиков положения, их можно классифицировать следующим образом:

1.      Датчики положения на основе сопротивления или потенциометрические

2.       Емкостные датчики положения

3.      Линейные дифференциальные трансформаторы напряжения

4.   Линейные магнитострикционные Датчик положения

5. Датчик положения на основе вихревого тока

6. Датчики магнитного положения на основе эффекта

7. Датчик волоконно-оптического положения

8. Датчики оптического положения

. резистивный эффект как принцип восприятия. Чувствительный элемент представляет собой просто резистивную (или проводящую) дорожку. К корпусу или части корпуса прикрепляют стеклоочиститель, смещение которого необходимо измерить. Дворник соприкасается с гусеницей. При движении дворника (вместе с корпусом или его частью) изменяется сопротивление между одним концом гусеницы и дворником. Таким образом, сопротивление становится функцией положения стеклоочистителя. Изменение сопротивления на единицу изменения положения стеклоочистителя является линейным.

 

Сопротивление, пропорциональное положению стеклоочистителя, измеряется с помощью делителя напряжения. К концам дорожки прикладывают постоянное напряжение и измеряют напряжение на сопротивлении между щеткой и одним концом дорожки. Таким образом, выходное напряжение на скользящем элементе и одном конце дорожки пропорционально положению скользящего элемента.

 

Токопроводящая дорожка может быть выполнена линейной или угловой в зависимости от требований. Дорожки изготовлены из углерода, резистивной проволоки или пьезорезистивного материала.

 

Рис. 1. Различные типы токопроводящих дорожек в потенциометрическом датчике положения

 

Используются три типа потенциометров.

A) проволочная валика

Слайки стеклоочистителя вдоль катушки Ni-Chrome Wire

Провод склоняется к Tofail, вариации температуры

B) Cermet

Slides Wiper Slides на проводящую керамическую дорожку

лучше, чем проволоки, в основном

C) ПЛАСТИКА ПЛАСТИЯ

.

Высокое разрешение.

 

Преимуществом этих датчиков является простота использования.

 

Емкостные датчики положения

 

Емкость между любыми двумя пластинами зависит от диэлектрической проницаемости диэлектрика между пластинами, площади перекрытия между пластинами и расстояния между двумя пластинами. Любой из этих трех параметров может быть изменен для разработки емкостного датчика.

 

Емкостные датчики положения могут использовать следующие две конфигурации:

1.      Путем изменения диэлектрической проницаемости

В этой конфигурации тело или его часть, перемещение которой необходимо измерить, соединяется с диэлектрическим материалом между пластинами. При движении тела эффективная диэлектрическая проницаемость между пластинами является результатом диэлектрической проницаемости воздуха и диэлектрической проницаемости диэлектрического материала. Изменение диэлектрической проницаемости приводит к изменению емкости между пластинами. Таким образом, емкость становится функцией положения тела.

 

Рис. 2. Настройка емкостного датчика положения путем изменения диэлектрической проницаемости

 

Этот принцип обычно используется в датчиках уровня, в которых используются две концентрические трубки, а жидкость действует как диэлектрик. Изменение емкости в зависимости от уровня жидкости является линейным.

 

2.      Путем изменения площади перекрытия

В этой конфигурации тело или его часть, перемещение которой необходимо измерить, соединяется с одной из пластин, другая пластина остается неподвижной. При движении тела площадь перекрытия пластин меняется. Изменение площади перекрытия между пластинами приводит к изменению емкости между пластинами. Таким образом, емкость становится функцией положения тела.

Этот принцип можно использовать как для линейных, так и для угловых движений.

Рис. 3: Настройка емкостного датчика положения путем изменения области перекрытия

Линейный трансформатор дифференциального напряжения

движение объекта в соответствующий электрический сигнал. Он используется для измерения перемещений в диапазоне от микрон до нескольких дюймов.

 

LVDT состоит из первичной обмотки и пары вторичных обмоток. Первичная обмотка зажата между вторичными обмотками. Вторичные обмотки расположены симметрично относительно первичной и намотаны одинаково. Катушки намотаны на полую форму из армированного стекловолокном полимера, а затем закреплены в цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали. Обмотки образуют неподвижную часть датчика.

Подвижным элементом LVDT называется сердечник из высокопроницаемого магнитного материала; сердечник свободно перемещается в осевом направлении в полом канале катушки. Сердечник механически соединен с объектом, перемещение которого необходимо измерить.

 

Рис. 4. Графическое изображение, показывающее внутренности типового линейного дифференциального трансформатора напряжения

 

Выход LVDT представляет собой дифференциальное напряжение между двумя вторичными обмотками; дифференциальное напряжение зависит от положения сердечника. Часто дифференциальное выходное напряжение переменного тока преобразуется в постоянное напряжение для использования в измерительных системах.

 

Когда первичная обмотка возбуждается, напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, зависит от связи магнитного потока сердечника со вторичными обмотками. Когда сердечник находится в центре, на две вторичные обмотки поступает одинаковый поток, и, следовательно, выходное дифференциальное напряжение равно нулю. Однако, когда сердечник смещен от центра, во вторичных обмотках индуцируется неравный поток, и величина потока в двух обмотках и, следовательно, дифференциальное напряжение между двумя крыльями зависит от положения сердечника.

 

Рис. 5. Изображение, показывающее МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ эффект

 

LVDT предлагают различные преимущества, такие как работа без трения, очень высокое разрешение, неограниченный механический срок службы, высокая надежность, отсутствие перекрестной чувствительности, защита от воздействия окружающей среды и так далее.

 

Для измерения угловых перемещений используется вариант LVDT, т. е. роторный дифференциальный трансформатор напряжения. RVDT точно аналогичен LVDT с точки зрения работы; разница в их конструкции.

Магнитострикционные линейные датчики положения

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ

, внутри материала, с приложенным магнитным полем. Материалы, обладающие такими свойствами, представляют собой ферромагнитные материалы, такие как железо, никель и кобальт. Обратный эффект, то есть свойство изменять магнитные свойства из-за приложенного напряжения, называется эффектом Виллари.

 

Рис. 6. Изображение, показывающее конструкцию магнитострикционного датчика положения

 

Магнитострикционный датчик положения, в основном состоящий из пяти компонентов, т. между позиционным магнитом и головным концом чувствительного стержня. Чувствительный стержень устанавливается вдоль измеряемой оси движения. Позиционный магнит представляет собой постоянный магнит в форме кольца, прикрепленный к элементу, который будет двигаться и перемещается вдоль чувствительного стержня.

 

Рис. 7: Графическое изображение, показывающее внутреннюю часть магнитострикционного датчика положения

 

Опрашивающий импульс (или ток) посылается по волноводу от электронного модуля. В месте расположения позиционного магнита магнитное поле, создаваемое импульсом тока, взаимодействует с магнитным полем позиционного магнита. Результатом является генерация звуковой волны или волны деформации кручения в волноводе. Волна деформации распространяется к головному концу, где датчик регистрирует ее приход. Волна деформации, распространяющаяся от головной части, устраняется демпфирующим модулем.

 

Рис. 8: Изображение вихретокового датчика положения

 

Разница во времени между генерацией импульса опроса и приходом обратного импульса (волны деформации) указывает местоположение позиционного магнита( или тело, соединенное с ним)

 

Датчик положения на основе вихревых токов

Датчик положения на основе вихревых токов

 

Вихревые токи представляют собой замкнутые контуры индуцированного тока, циркулирующего в плоскостях, перпендикулярных магнитному потоку. Обычно они движутся параллельно обмотке катушки, и поток ограничивается областью индуцирующего магнитного поля.

 

Рис. 9: Схематическое изображение, поясняющее принцип работы вихретоковых датчиков

 

Принцип работы вихретоковых датчиков следующий:

900 Вихретоковых датчиков положения

 

Переменный ток, подаваемый на катушку, индуцирует первичное магнитное поле. Первичное магнитное поле индуцирует вихревые токи в электропроводящем материале (вблизи катушки). Вихревые токи, в свою очередь, индуцируют вторичное поле. Это вторичное магнитное поле влияет на импеданс катушки. Наличие или отсутствие проводящего материала изменяет вторичное поле и, в свою очередь, импеданс катушки. Изменение импеданса катушки можно использовать для измерения расстояния до электропроводящего тела.

 

Рис. 11: Диаграмма, показывающая изменение импеданса катушки в зависимости от расстояния в вихревых токах

Для определенного объекта измерения изменение импеданса катушки является функцией расстояния. Следовательно, расстояние можно определить путем измерения изменения импеданса.

HEBM и оптоволоконный датчик положения

Магнитные датчики положения на основе эффекта Холла

 

Рис. 12. Репрезентативное изображение, поясняющее работу магнитных датчиков положения на основе эффекта Холла

Принцип эффекта Холла гласит, что когда проводник с током помещается в магнитное поле, возникает напряжение, перпендикулярное направлению поля и протеканию тока.

При пропускании постоянного тока через тонкий лист полупроводникового материала разность потенциалов на выходных контактах отсутствует, если магнитное поле равно нулю. Однако при наличии перпендикулярного магнитного поля ток искажается. Неравномерное распределение электронной плотности создает разность потенциалов на выходных клеммах. Это напряжение называется напряжением Холла. Если входной ток поддерживается постоянным, напряжение Холла будет прямо пропорционально силе магнитного поля.

 

Рис. 13: Изображение, показывающее магнитный датчик на основе эффекта Холла

В датчиках положения, использующих эффект Холла, подвижная часть соединена с магнитом. Таким образом, датчик состоит из элемента Холла и магнита. находится в валу датчика. При движении тела или его части перемещается и магнит, а значит, и магнитное поле на элементе Холла, а значит и напряжение Холла. Таким образом, напряжение Холла становится функцией положения движущейся части.

Имеющиеся в продаже элементы Холла изготовлены из объемного арсенида индия (InAs), тонкопленочного InAs, арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb).

 

Волоконно-оптический датчик положения

 

Оптические волокна обладают явными преимуществами своей невосприимчивости к электромагнитным помехам, неспособности генерировать искры в потенциально взрывоопасной среде. Датчики положения на основе оптоволокна могут использоваться для измерений в диапазоне от нескольких сантиметров до нескольких метров, где очень высокое разрешение не имеет первостепенного значения.

В основе этого сенсора лежит флуоресценция с последующим поглощением. Источник накачки подключается к телу или его части, движение которой необходимо уловить. Волокно флуоресцентное, на концах волокна размещены два фотодетектора.

 

Рис. 14. Диаграмма, показывающая работу оптоволоконного датчика положения

 

Логарифм отношения двух сигналов S1 и S2 является линейным по x и не зависит от мощности источника накачки.

 

Оптический датчик положения

Оптический датчик положения

 

Оптические датчики основаны на одном из двух механизмов. В первом типе свет передается с одного конца и принимается с другого. Отслеживается изменение одной из характеристик — интенсивности, длины волны, поляризации или фазы — по физическому параметру. Во втором типе проходящий свет отражается от объекта, а свет, возвращающийся к источнику, отслеживается.

 

Оптические датчики первого типа используются в оптических энкодерах, обычно используемых для обеспечения обратной связи по положению исполнительных механизмов. Оптические энкодеры состоят из стеклянного или пластикового диска, который вращается между источником света (светодиодом) и приемником света (фотодетектором). Диск кодируется чередующимися светлыми и темными секторами, так что при вращении диска генерируются импульсы. На основе подсчета импульсов вычисляется скорость диска и, следовательно, угловое положение. Для определения направления движения используются два фотодетектора. Абсолютные оптические энкодеры имеют уникальный код, который можно определить для каждого углового положения.

Пример датчиков второго типа можно найти на станках, измеряя и отображая положение рабочего стола.

 

Рис. 15: Изображение, показывающее применение датчика положения в станках

 

На полосе или диске выгравированы очень тонкие линии, которые прерывают луч. Количество прерываний подсчитывается электронным способом и представляет положение или угол.

Выбор датчика

ВЫБОР ДАТЧИКА

 

Когда вариантов много, выбор одного часто становится сложной задачей. Как и в случае с другими типами датчиков, датчики положения в первую очередь выбираются в соответствии с требованиями приложения. Параметры, которые необходимо учитывать при выборе датчика положения:

·         Контактный/бесконтактный тип

·         Линейный/поворотный

·         Диапазон измерения

·         Ограничения – размеры/вес

· Среда

· Точность

· Разрешение

· Время отклика

· Стоимость

· Выход

Потенциометры часто являются самым дешевым вариантом для определения позиции, но нуждаются в физическом контакте с движущейся целью. Датчики Холла также дешевы, но используются в приложениях типа ВКЛ/ВЫКЛ. Это эффективно только для приложений, где не требуется подробная информация о местоположении. Оптические датчики имеют очень быстрый отклик, поскольку они бесконтактного типа, легкие по весу и не должны противодействовать трению. Точность определяется количеством отсчетов. Чем больше счетчиков, тем выше точность. Тем не менее, необходимо правильное выравнивание и защита от суровых условий или пыли. Они относительно дорогостоящие. Датчики положения на основе вихревых токов имеют умеренную цену, но не являются предпочтительными в приложениях, требующих очень подробной информации о местоположении, или когда между датчиком и целью существуют большие промежутки. Они могут работать в грязной среде и хороши при установке на стационарной механической конструкции. LVDT или RVDT имеют высокую цену, но могут работать в грязных или суровых условиях. Они предлагают высокую точность, высокую точность, а также высокую чувствительность. Они находят применение в промышленности и аэрокосмической отрасли.

---

Filed Under: Recent Articles
Tagged With: емкостный датчик положения, магнитострикционный линейный датчик положения, оптический датчик положения, датчик положения, датчик
 

---

Каковы типы и области применения датчиков положения?

Определение положения является критически важной функцией в широком спектре приложений, от приводных цепей роботов до ленточных конвейеров в операциях цепочки поставок и раскачивания башен ветряных турбин. Он может принимать различные формы, включая линейные, поворотные, угловые, абсолютные, инкрементальные, контактные и бесконтактные датчики. Были разработаны специальные датчики, которые могут определять положение в трех измерениях. Технологии определения положения включают потенциометрические, индукционные, вихретоковые, емкостные, магнитострикционные, датчики Холла, оптоволоконные, оптические и ультразвуковые.

В этом разделе часто задаваемых вопросов кратко представлены различные формы определения положения, а затем рассмотрен ряд технологий, которые разработчики могут выбрать при реализации решения для определения положения.

При выборе датчиков положения следует учитывать множество факторов. Вот некоторые примеры:

• Измерение положения может быть линейным, вращательным или угловым, а также статическим или динамическим (измерение скорости и/или ускорения).
• Линейные датчики обычно ограничены определенным диапазоном измерения, в то время как датчики вращения обычно обеспечивают измерения в виде оборотов или градусов.
• Эти датчики могут быть основаны на контактных или бесконтактных технологиях. Контактные датчики часто дешевле, а бесконтактные датчики более надежны.
• Резольвер — это специализированный бесконтактный датчик вращения, который может обеспечивать обратную связь как по положению, так и по скорости.
• Некоторые датчики обеспечивают только инкрементальные измерения от одной точки к другой, в то время как другие предоставляют информацию об абсолютном положении относительно определенной контрольной точки.

Потенциометрические датчики положения

Потенциометрические датчики положения представляют собой устройства, основанные на сопротивлении, которые сочетают в себе стационарную резистивную дорожку с очистителем, прикрепленным к объекту, положение которого необходимо определить. Движение объекта перемещает дворник по дорожке. Положение объекта измеряется при фиксированном постоянном напряжении с использованием дорожки и ползунка для формирования сети делителя напряжения для измерения либо линейного, либо вращательного движения (рис. 1) . Потенциометрические датчики недороги, но обычно имеют низкую точность и воспроизводимость.

Рисунок 1: Потенциометрические датчики положения для делителя напряжения, которые могут быть разработаны для измерения кругового (слева) или линейного (справа) движения. (Изображение: Cambridge Integrated Circuits)  

Индуктивные датчики положения

Индуктивные датчики положения используют изменения характеристик магнитного поля, которое индуцируется в катушках датчика. В зависимости от своей архитектуры они могут измерять линейные или вращательные положения. В датчике положения линейного регулируемого дифференциального трансформатора (LVDT) используются три катушки, намотанные на полую трубку; первичная обмотка и две вторичные обмотки. Катушки соединены последовательно с соотношением фаз вторичных катушек на 180° в противофазе по отношению к первичной катушке. Ферромагнитный сердечник, называемый якорем, помещается внутрь трубки и соединяется с объектом, положение которого измеряется. На первичную катушку подается напряжение возбуждения, которое индуцирует электромагнитную силу (ЭДС) во вторичных катушках. Измеряя разность напряжений между вторичными катушками, можно определить относительное положение якоря и объекта, к которому он прикреплен. Вращающийся дифференциальный трансформатор напряжения (RVDT) использует ту же технологию для отслеживания положения вращения. Датчики LVDT и RVDT обеспечивают хорошую точность, линейность, разрешение и высокую чувствительность. Они не имеют трения и могут быть герметизированы для использования в суровых условиях.

Вихретоковые датчики положения

Вихретоковые датчики положения работают с электропроводящими объектами. Вихревые токи — это наведенные токи, возникающие в проводящем материале в присутствии изменяющегося магнитного поля. Эти токи текут по замкнутым петлям и генерируют вторичное магнитное поле. Вихретоковый датчик состоит из катушки и схемы линеаризации. Переменный ток возбуждает катушку для создания основного магнитного поля. Когда объект приближается или удаляется от катушки, его положение можно определить с помощью взаимодействия вторичного поля, создаваемого вихревыми токами, которое влияет на импеданс катушки. По мере приближения объекта к катушке потери на вихревые токи увеличиваются, а колебательное напряжение уменьшается (рис. 2) . Напряжение колебаний выпрямляется и обрабатывается схемой линеаризации для получения линейного выходного постоянного тока, пропорционального расстоянию до объекта.

Рис. 2. По мере приближения цели к датчику (слева) потери на вихревые токи увеличиваются, а амплитуда колебаний уменьшается (справа). (Изображение: Keyence)

Вихретоковые устройства являются надежными бесконтактными и часто используются в качестве датчиков приближения. Они всенаправленны и могут определять относительное расстояние до объекта, но не направление или абсолютное расстояние до объекта.

Емкостные датчики положения

Как следует из названия, емкостные датчики положения измеряют изменения емкости для определения положения измеряемого объекта. Эти бесконтактные датчики могут быть сконструированы для измерения линейных или угловых положений. Они состоят из двух пластин, разделенных диэлектрическим материалом, и используют один из двух методов определения положения объекта:

• Изменение диэлектрической проницаемости конденсатора
• Изменение площади перекрытия пластин конденсатора

Чтобы вызвать изменение диэлектрической проницаемости, объект, положение которого необходимо определить, прикрепляют к диэлектрическому материалу. По мере движения диэлектрического материала эффективная диэлектрическая проницаемость конденсатора изменяется из-за изменения комбинации площади диэлектрического материала и диэлектрической проницаемости воздуха. В качестве альтернативы объект можно прикрепить к одной из пластин конденсатора. По мере движения объекта пластины сближаются или отдаляются друг от друга, и изменение емкости используется для определения относительного положения.

Емкостные датчики могут измерять смещение объекта, расстояние, положение и толщину. Благодаря высокой стабильности сигнала и разрешению емкостные датчики перемещения используются как в лабораториях, так и в промышленных условиях. Например, емкостные датчики используются для измерения толщины пленки и нанесения клея в автоматизированных процессах. В промышленных станках они используются для контроля смещения и положения инструмента.

Магнитострикционные Датчики положения

Магнитострикция — это свойство ферромагнитных материалов, которое заставляет материал изменять свой размер или форму в присутствии приложенного магнитного поля. В магнитострикционном датчике положения подвижный позиционный магнит прикреплен к измеряемому объекту. Он включает в себя волновод, который состоит из провода, по которому передается импульс тока, соединенного с датчиком, расположенным на конце волновода (рисунок 3) . При пропускании импульса тока по волноводу в проводе создается магнитное поле, взаимодействующее с аксиальным магнитным полем постоянного магнита (магнит в поршне цилиндра, в Рисунок 3a ). Взаимодействие поля возникает в результате скручивания (эффект Видемана), которое вызывает натяжение провода, генерируя звуковой импульс, который распространяется по волноводу и регистрируется датчиком на конце волновода (рис. 3b) . Путем измерения времени, прошедшего между началом импульса тока и обнаружением звукового импульса, можно измерить относительное расположение позиционного магнита и, следовательно, объекта (рис. 3c) .

Рис. 3: Магнитострикция обеспечивает высокоточное бесконтактное определение положения без износа чувствительного элемента. (Изображение: Аметек)

Магнитострикционные датчики положения являются бесконтактными датчиками и используются для определения линейного положения. Волновод обычно размещается в трубке из нержавеющей стали или алюминия, что позволяет использовать эти датчики в грязных или влажных средах.

Датчики положения на эффекте Холла

Когда тонкий плоский проводник помещается в магнитное поле, любой протекающий ток имеет тенденцию накапливаться на одной стороне проводника, что приводит к возникновению разности потенциалов, называемой напряжением Холла. Если ток в проводнике постоянный, величина напряжения Холла будет отражать силу магнитного поля. В датчике положения на эффекте Холла объект соединяется с магнитом, размещенным в валу датчика. По мере движения объекта положение магнита меняется относительно элемента Холла, создавая переменное напряжение Холла. Измеряя напряжение Холла, можно определить положение объекта. Доступны специальные датчики положения на эффекте Холла, которые могут определять положение в трех измерениях (рис. 4). Датчики положения на эффекте Холла представляют собой бесконтактные устройства, которые обеспечивают высокую надежность и быстроту срабатывания и могут работать в широком диапазоне температур. Они используются в различных потребительских, промышленных, автомобильных и медицинских приложениях.

Рис. 4. Доступны специальные датчики Холла, которые могут определять трехмерные положения. (Изображение: Allegro Microsystems)

Оптоволоконные датчики положения

Существует два основных типа оптоволоконных датчиков. Во встроенных волоконно-оптических датчиках оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента. Во внешних волоконно-оптических датчиках оптическое волокно сочетается с другой сенсорной технологией для передачи сигналов на удаленную электронику для обработки. В случае собственных измерений положения оптоволокна временная задержка может быть определена с помощью такого устройства, как оптический рефлектометр во временной области. Сдвиг длины волны можно рассчитать с помощью прибора, реализующего оптическую рефлектометрию в частотной области. Волоконно-оптические датчики невосприимчивы к электромагнитным помехам, могут быть рассчитаны на работу при высоких температурах и не проводят электричество, поэтому их можно использовать вблизи источников высокого напряжения или легковоспламеняющихся материалов.

Другой тип оптоволоконного датчика, основанный на технологии волоконной брэгговской решетки (ВБР), также может использоваться для измерения положения. ВБР действует как режекторный фильтр, который отражает узкую часть света с центром вокруг длины волны Брэгга (λ _B ) при освещении широким спектром света. Он представляет собой микроструктуру, вписанную в сердцевину оптического волокна. ВБР могут быть изготовлены для измерения различных параметров, таких как температура, деформация, давление, наклон, смещение, ускорение и нагрузка.

Оптические датчики положения

Существует два типа оптических датчиков положения, также называемых оптическими энкодерами. В одном случае свет направляется на приемник на другом конце датчика. Во втором типе излучаемый световой сигнал отражается от контролируемого объекта и возвращается к источнику света. В зависимости от конструкции датчика для определения положения объекта используется изменение световых характеристик, таких как длина волны, интенсивность, фаза или поляризация. Оптические датчики положения на основе энкодера доступны как для линейного, так и для вращательного движения. Эти датчики делятся на три основные категории; пропускающие оптические энкодеры, отражательные оптические энкодеры и интерференционные оптические энкодеры.

Ультразвуковые датчики положения

Ультразвуковые датчики положения используют пьезоэлектрический кристаллический преобразователь для излучения высокочастотной ультразвуковой звуковой волны. Датчик измеряет отраженный звук. Ультразвуковые датчики можно использовать как простые датчики приближения, а более сложные конструкции могут предоставлять информацию о расстоянии. Ультразвуковые датчики положения работают с целевыми объектами из различных материалов и характеристик поверхности и могут обнаруживать мелкие объекты на большем расстоянии, чем многие другие типы датчиков положения. Они устойчивы к вибрации, окружающему шуму, инфракрасному излучению и электромагнитным помехам. Примеры приложений, использующих ультразвуковые датчики положения, включают определение уровня жидкости, высокоскоростной подсчет объектов, роботизированные навигационные системы и автомобильные датчики. Типичный автомобильный ультразвуковой датчик состоит из пластикового корпуса, пьезоэлектрического преобразователя с прикрепленной к нему мембраной и печатной платы с электронной схемой и микроконтроллером для передачи, приема и обработки сигналов 9. 0257 (Рисунок 5) .

Рис. 5: Типовая конструкция автомобильного пьезоэлектрического ультразвукового датчика положения. (Изображение: IEEE Internet of Things Journal)

Резюме

Доступны датчики положения, которые могут измерять абсолютное или относительное линейное, вращательное и угловое перемещение объектов. Датчики положения могут измерять движение таких устройств, как приводы или двигатели. Они также используются на мобильных платформах, таких как роботы и автомобили. В датчиках положения используется широкий спектр технологий, которые имеют различные комбинации устойчивости к внешним воздействиям, стоимости, точности, воспроизводимости и других характеристик.

Ссылки

Трехмерные магнитные датчики положения, Allegro Microsystems
Анализ и повышение безопасности ультразвуковых датчиков для автономных транспортных средств, IEEE Internet of Things Journal
Как выбрать датчик положения, Cambridge Integrated Circuits
Типы датчиков положения, Ixthus Instrumentation
Что такое индуктивный датчик перемещения?, Keyence
Что такое магнитострикционный датчик положения?, Ametek

 

Датчики положения | Руководство по выбору

Датчик положения — это устройство, измеряющее линейное или угловое положение. Общие компромиссы включают разрешение, надежность, срок службы и стоимость. Наиболее широко используемые датчики положения для промышленного применения:

Информационный документ по основам кодировщика

Монтаж кодировщика. Как оптимизировать срок службы и производительность поворотных энкодеров

• Энкодеры
• Инклинометры
• Лазерные датчики положения
• Датчики положения потенциометра
• Датчики приближения
• Резольверы
• Ультразвуковые датчики

Энкодеры

Энкодеры представляют собой поворотные и линейные устройства обратной связи, которые можно использовать в качестве датчиков положения. Энкодеры рассчитывают положение, скорость и направление другого устройства. Инкрементальные энкодеры генерируют поток импульсов, соответствующий смещению от исходного положения, установленного при запуске. Абсолютные энкодеры считывают многобитное цифровое слово, соответствующее абсолютной позиции.

Доступны датчики

как с оптическим, так и с магнитным энкодером. Оптические энкодеры обеспечивают самое высокое разрешение и точность, но они уязвимы для загрязнения. Магнитные энкодеры могут работать в очень суровых условиях, но их разрешающая способность ограничена. Типичные магнитные энкодеры используют чипы датчика Холла для генерации абсолютного сигнала. Это позволяет им обеспечивать точную работу даже в приложениях, связанных с сильными ударами и вибрацией.

В зависимости от применения устройства могут быть сконфигурированы для измерения углов в пределах ±360° (однооборотные исполнения) или поворотов свыше ±360° (многооборотные исполнения).

Инклинометры

Контроль угла наклона важен для таких разнообразных приложений, как внедорожники и ножничные подъемники. Инклинометры обеспечивают решение. Традиционные версии основаны на небольших маятниках. Совсем недавно промышленность перешла к твердотельным конструкциям, включающим акселерометры микроэлектромеханических систем (МЭМС)

Акселерометр состоит из небольшой тестовой массы в форме пластины, подвешенной к неподвижной раме с помощью изгибов. Электрод выступает с каждой стороны испытательной массы в пространство между соответствующей парой неподвижных электродов, выступающих из рамы. Наклон инклинометра приводит к перемещению испытательной массы. Это изменяет расстояние между электродами тестовой массы и электродами каркаса, что изменяет емкость. Эти данные могут быть обработаны для получения угла.

Поскольку инклинометры являются твердотельными устройствами, они надежны и экономичны. Они также хорошо герметичны и легко монтируются.

Как всегда есть недостатки. Устройства могут быть чувствительны к ударам и вибрации. Для статических приложений это можно физически заглушить или удалить с помощью программных фильтров. Для динамических приложений акселерометр MEMS необходимо комбинировать с трехмерным гироскопом на основе MEMS.

Возможно, большая проблема заключается в том, что по своей сути это косвенное измерение. Данные акселерометра необходимо обработать, чтобы получить угол, что может привести к задержке. Вращающееся устройство прямого считывания, такое как датчик Холла или энкодер, дает более быстрые результаты и более точные показания.

Лазерные датчики положения

Самый простой тип лазерного датчика положения — времяпролетный лазерный дальномер. Эти системы измеряют расстояние, отслеживая количество времени, необходимое оптическому импульсу для прохождения от лазера до цели и обратно к детектору. Они быстрые, воспроизводимые и предлагают пространственное разрешение в несколько миллиметров.

Они чувствительны к ошибкам выравнивания, особенно когда необходимо использовать светоотражатель на цели, которая в противном случае имеет диффузную поверхность. Они очень чувствительны к условиям окружающей среды. Тепло, влажность, загрязнение и вибрация ухудшают работу лазера. Влажность и твердые частицы могут загрязнить ретрорефлектор и помешать ему создать зеркальное отражение, возвращающееся к детектору. Пыль и влажность на оптическом пути, по которому проходит луч, могут рассеивать свет и снижать отношение сигнал/шум.

Для приложений с более высокими требованиями к производительности лазерные интерферометры обеспечивают разрешение порядка длины волны света. Эти устройства измеряют расстояние на основе интерференции между тестовым лучом и эталонным лучом. Они точны и воспроизводимы. С другой стороны, они страдают от всех проблем лазерного дальномера, но в большей степени. Они также намного дороже. Однако для требовательных приложений в чистой контролируемой среде они могут работать хорошо.

Потенциометры

Потенциометр представляет собой регулируемый делитель напряжения на основе трехполюсного резистора. Одна клемма подключена к источнику напряжения, а другая – к земле. Третий вывод подключается к щетке, которая скользит по неподвижной резистивной поверхности. Для потенциометров, используемых в качестве датчиков положения, щетка присоединена к нагрузке. При перемещении груза щетка скользит по резистивной поверхности. Это изменяет сопротивление, вызывая изменение выходного напряжения.

Датчики положения на основе потенциометров могут иметь поворотную или линейную конструкцию. В поворотной версии резистивная поверхность представляет собой кольцо, а в линейной версии — прямую дорожку. Потенциометры по своей сути являются датчиками абсолютного положения, не требующими переустановки после сбоя. Из-за рабочего механизма разрешение потенциометра теоретически бесконечно; практически говоря, это ограничено производительностью считывающей электроники. Эти устройства; экономичный и знакомый большинству инженеров и специалистов по техническому обслуживанию.

С другой стороны, потенциометры основаны на скользящем физическом контакте, поэтому их срок службы ограничен. Они также уязвимы для загрязнения. Выходная линейность варьируется в зависимости от параметров устройства и взаимодействия между щетками и резистивной поверхностью. Датчики положения на основе потенциометров рассчитаны на ограниченное число оборотов. Это ограничивает их возможности по отслеживанию нагрузки и должно учитываться при указании.

Датчики приближения

Как следует из названия, датчик приближения использует любую из нескольких сенсорных технологий для обнаружения объекта поблизости. Простейшие датчики приближения — это просто переключатели. Более сложные версии обеспечивают градиентную обратную связь в зависимости от близости. Они могут быть реализованы с использованием различных технологий, включая:

• Фотоэлектрические (как инфракрасные, так и видимые сигналы)
• Индуктивный
• Ультразвуковой

Их можно использовать для позиционирования, установив их в каждой ключевой точке системы для подачи сигнала при срабатывании какой-либо цели на нагрузке. Например, для делительно-поворотного стола переключатель можно установить на 0°, 9°.0°, 180° и 270°. Это экономичный и эффективный подход для приложений, требующих ограниченной обратной связи, но быстро становится непрактичным для любого типа позиционирования с высоким разрешением.

Dynapar предлагает бесконтактные датчики различных размеров с инкрементальной и абсолютной обратной связью высокого разрешения:

 

Резольверы

и загрязнения, резольверы могут обеспечить наилучшее решение угловой обратной связи. Резольвер — это специальный тип трансформатора, который работает без бортовой электроники. Устройство состоит из двух неподвижных первичных (возбуждения) обмоток и двух вращающихся вторичных (сигнальных) обмоток, присоединенных к нагрузке. Подача напряжения через обмотки возбуждения индуцирует напряжение в сигнальных обмотках. Величина напряжения меняется в зависимости от угла наклона нагрузки. Арктангенс отношения соответствующего напряжения катушки возвращает угол в пределах одного полного оборота нагрузки.

Поскольку результаты основаны на соотношении аналоговых электрических сигналов, резольверы предлагают бесконечное теоретическое разрешение. Однако, как и в случае с потенциометрами, практическое разрешение системы ограничено внешней электроникой обработки.

Резольверы можно приобрести как в корпусном, так и в бескаркасном исполнении. Это делает их очень адаптивными. Однако их производительность зависит от выравнивания, а это означает, что для достижения наилучших результатов требуется определенный опыт.

Ультразвуковые датчики

Ультразвуковые датчики положения также работают по принципу времени пролета, используя пьезоэлектрические или электростатические элементы для генерации ультразвуковых сигналов. Они эффективны на расстоянии до 10 м, хотя точность падает с расстоянием. У них есть слепая зона в несколько сантиметров на лицевой стороне датчика.

Ультразвуковые датчики устойчивы к ударам, вибрации и загрязнениям. Они нечувствительны к изменениям цвета и температуры тестируемого объекта. Однако, поскольку расчеты основаны на скорости звука, у них есть некоторые недостатки. Они не эффективны на мягких звукопоглощающих материалах. Они чувствительны к колебаниям температуры, влажности и высоты над уровнем моря, что может изменить способ распространения акустических волн в воздухе. В некоторых системах применяются компенсационные коэффициенты, но в высокодинамичных средах могут потребоваться специальные положения.

Доступны коммерческие версии ультразвуковых датчиков. Как и в случае с лазерными системами, существует кривая обучения. Интеграция их в систему и интерпретация результатов, как правило, являются наиболее сложным аспектом использования технологии.

В конечном итоге выбор технологии должен определяться приложением. Что пытается сделать пользователь? Какая информация им нужна от устройства? Каковы условия? И, конечно, что покрывает бюджет? Также важно учитывать набор навыков персонала, который будет устанавливать, эксплуатировать и обслуживать это оборудование.

Что такое датчик? Различные типы датчиков, области применения

Мы живем в мире датчиков. Вы можете найти различные типы датчиков в наших домах, офисах, автомобилях и т. д., которые облегчают нашу жизнь, включая свет, обнаруживая наше присутствие, регулируя температуру в помещении, обнаруживая дым или огонь, делая нам вкусный кофе, открывая двери гаража. как только наша машина будет возле двери и многие другие задачи.

Все эти и многие другие задачи автоматизации возможны благодаря датчикам. Прежде чем углубляться в детали того, что такое датчик, какие существуют типы датчиков и каковы области применения этих различных типов датчиков, мы сначала рассмотрим простой пример автоматизированной системы, которая возможна благодаря датчикам ( и многие другие компоненты).

Схема

Применение датчиков в режиме реального времени

Пример, о котором мы говорим, — это система автопилота в самолетах. Почти все гражданские и военные самолеты имеют функцию автоматической системы управления полетом, которую иногда называют автопилотом.

 

Автоматическая система управления полетом состоит из нескольких датчиков для различных задач, таких как контроль скорости, контроль высоты, отслеживание положения, состояние дверей, обнаружение препятствий, уровень топлива, маневрирование и многое другое. Компьютер берет данные со всех этих датчиков и обрабатывает их, сравнивая с заранее заданными значениями.

Затем компьютер подает управляющие сигналы на различные части, такие как двигатели, закрылки, рули направления, моторы и т. д., которые способствуют плавному полету. Комбинация датчиков, компьютеров и механики позволяет управлять самолетом в режиме автопилота.

Все параметры, т. е. датчики (которые вводят данные в компьютеры), компьютеры (мозг системы) и механика (выходные данные системы, такие как двигатели и моторы), одинаково важны для построения успешной автоматизированной системы. .

Это чрезвычайно упрощенная версия системы управления полетом. На самом деле, существуют сотни отдельных систем управления, которые выполняют уникальные задачи для безопасного и плавного путешествия.

Но в этом уроке мы сосредоточимся на сенсорной части системы и рассмотрим различные понятия, связанные с сенсорами (такие как типы, характеристики, классификация и т. д.).

Что такое датчик?

Существует множество определений того, что такое датчик, но я хотел бы определить датчик как устройство ввода, которое обеспечивает вывод (сигнал) по отношению к определенной физической величине (ввод).

Термин «устройство ввода» в определении датчика означает, что он является частью более крупной системы, которая обеспечивает ввод данных для основной системы управления (например, процессора или микроконтроллера).

Еще одно уникальное определение датчика: это устройство, которое преобразует сигналы из одного энергетического домена в электрический. Определение сенсора можно лучше понять, если мы рассмотрим пример.

Простейшим примером датчика является LDR или светочувствительный резистор. Это устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от интенсивности света, которому оно подвергается. Когда света, падающего на LDR, больше, его сопротивление становится очень маленьким, а когда света меньше, сопротивление LDR становится очень высоким.

Мы можем подключить этот LDR к делителю напряжения (вместе с другим резистором) и проверить падение напряжения на LDR. Это напряжение может быть откалибровано по количеству света, падающего на LDR. Итак, датчик освещенности.

Теперь, когда мы увидели, что такое датчик, мы приступим к классификации датчиков.

Классификация датчиков

Существует несколько классификаций датчиков, составленных разными авторами и специалистами. Некоторые из них очень простые, а некоторые очень сложные. Специалист в данной области уже может использовать следующую классификацию датчиков, но это очень простая классификация датчиков.

В первой классификации датчики делятся на активные и пассивные. Активные датчики — это датчики, которым требуется внешний сигнал возбуждения или сигнал питания.

Пассивные датчики, с другой стороны, не требуют никакого внешнего сигнала питания и напрямую генерируют выходной отклик.

Другой тип классификации основан на средствах обнаружения, используемых в датчике. Некоторыми из средств обнаружения являются электрические, биологические, химические, радиоактивные и т. д.

Следующая классификация основана на явлении преобразования, т. е. на входе и выходе. Некоторыми из распространенных явлений преобразования являются фотоэлектрические, термоэлектрические, электрохимические, электромагнитные, термооптические и т. д.

Окончательная классификация датчиков: аналоговые и цифровые датчики. Аналоговые датчики производят аналоговый выходной сигнал, т. е. непрерывный выходной сигнал (обычно напряжение, но иногда и другие величины, такие как сопротивление и т. д.) относительно измеряемой величины.

Цифровые датчики, в отличие от аналоговых, работают с дискретными или цифровыми данными. Данные в цифровых датчиках, которые используются для преобразования и передачи, носят цифровой характер.

Различные типы датчиков

Ниже приведен список различных типов датчиков, которые обычно используются в различных приложениях. Все эти датчики используются для измерения одного из физических свойств, таких как температура, сопротивление, емкость, проводимость, теплопередача и т. д.

1. Датчик температуры
2. Датчик приближения
3. Акселерометр
4. ИК-датчик (инфракрасный датчик)
5. Датчик давления
6. Датчик освещенности
7. Ультразвуковой датчик
8. Датчик дыма, газа и алкоголя
9. Датчик касания
10. Датчик цвета
11. Датчик влажности
12. Датчик положения
13. Магнитный датчик (датчик Холла)
14. Микрофон (датчик звука)
15. Датчик наклона
16. Датчик расхода и уровня
17. Пассивный датчик
18. Датчик касания
19. Датчик деформации и веса

Кратко рассмотрим некоторые из вышеупомянутых датчиков. Более подробная информация о датчиках будет добавлена ​​позже. Список проектов, использующих вышеуказанные датчики, приведен в конце страницы.

Датчик температуры

Одним из наиболее распространенных и популярных датчиков является датчик температуры. Датчик температуры, как следует из названия, определяет температуру, т. е. измеряет изменения температуры.

Существуют различные типы датчиков температуры, такие как ИС датчика температуры (например, LM35, DS18B20), термисторы, термопары, RTD (резистивные датчики температуры) и т. д.

Датчики температуры могут быть аналоговыми или цифровыми. В аналоговом датчике температуры изменения температуры соответствуют изменению его физических свойств, таких как сопротивление или напряжение. LM35 — классический аналоговый датчик температуры.

Выходной сигнал цифрового датчика температуры представляет собой дискретное цифровое значение (обычно некоторые числовые данные после преобразования аналогового значения в цифровое). DS18B20 — это простой цифровой датчик температуры.

Датчики температуры используются везде, например, в компьютерах, мобильных телефонах, автомобилях, системах кондиционирования воздуха, промышленности и т. д.

В этом проекте реализован простой проект с использованием LM35 (датчик температуры по шкале Цельсия): СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.

Датчики приближения

Датчик приближения — это датчик бесконтактного типа, который обнаруживает присутствие объекта. Датчики приближения могут быть реализованы с использованием различных методов, таких как оптический (например, инфракрасный или лазерный), звуковой (ультразвуковой), магнитный (эффект Холла), емкостный и т. д.

Датчики приближения применяются в мобильных телефонах, автомобилях (парковочные датчики), промышленности (выравнивание объектов), приближении к земле в самолетах и ​​т. д. СХЕМА.

Инфракрасный датчик (ИК-датчик)

ИК-датчики или инфракрасные датчики — это датчики на основе света, которые используются в различных приложениях, таких как определение приближения и обнаружение объектов. ИК-датчики используются в качестве датчиков приближения почти во всех мобильных телефонах.

Существует два типа инфракрасных или ИК-датчиков: передающие и отражающие. В ИК-датчике пропускающего типа ИК-передатчик (обычно ИК-светодиод) и ИК-детектор (обычно фотодиод) расположены лицом друг к другу, так что, когда объект проходит между ними, датчик обнаруживает объект.

Другой тип ИК-датчика — ИК-датчик отражательного типа. При этом передатчик и детектор располагаются рядом друг с другом лицом к объекту. Когда объект оказывается перед датчиком, инфракрасный свет от ИК-передатчика отражается от объекта и обнаруживается ИК-приемником, и, таким образом, датчик обнаруживает объект.

Различные приложения, в которых используется ИК-датчик: мобильные телефоны, роботы, промышленная сборка, автомобили и т. д.

Небольшой проект, в котором ИК-датчики используются для включения уличных фонарей: УЛИЧНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИК-ДАТЧИКОВ.

Ультразвуковой датчик

Ультразвуковой датчик — это устройство бесконтактного типа, которое можно использовать для измерения расстояния, а также скорости объекта. Ультразвуковой датчик работает на основе свойств звуковых волн с частотой, превышающей слышимый человеком диапазон.

Используя время прохождения звуковой волны, ультразвуковой датчик может измерить расстояние до объекта (аналогично SONAR). Свойство доплеровского сдвига звуковой волны используется для измерения скорости объекта.

Дальномер на базе Arduino — это простой проект с использованием ультразвукового датчика: ПОРТАТИВНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАЛЬНОМЕР.

Датчик освещенности

Датчики освещенности, иногда также называемые фотодатчиками, являются одними из важных датчиков. Простой датчик света, доступный сегодня, — это светозависимый резистор или LDR. Свойство LDR заключается в том, что его сопротивление обратно пропорционально интенсивности окружающего света, т. е. при увеличении интенсивности света его сопротивление уменьшается и наоборот.

Используя схему LDR, мы можем откалибровать изменения ее сопротивления для измерения интенсивности Света. Есть еще два датчика освещенности (или фотодатчиков), которые часто используются в сложных электронных системах. Это фотодиод и фототранзистор. Все это аналоговые датчики.

Существуют также цифровые датчики освещенности, такие как Bh2750, TSL2561 и т. д., которые могут рассчитывать интенсивность света и предоставлять цифровое эквивалентное значение.

Ознакомьтесь с этим простым проектом LIGHT DETECTOR USING LDR .

Датчики дыма и газа

Одним из очень полезных датчиков в приложениях, связанных с безопасностью, являются датчики дыма и газа. Почти все офисы и производства оборудованы несколькими детекторами дыма, которые обнаруживают любой дым (вследствие пожара) и подают сигнал тревоги.

Датчики газа чаще используются в лабораториях, на больших кухнях и в промышленности. Они могут обнаруживать различные газы, такие как сжиженный нефтяной газ, пропан, бутан, метан (Ch5) и т. д.

В настоящее время в большинстве домов в целях мера.

Серия датчиков «MQ» представляет собой набор дешевых датчиков для обнаружения CO, CO2, Ch5, алкоголя, пропана, бутана, сжиженного нефтяного газа и т. д. Вы можете использовать эти датчики для создания собственного приложения датчика дыма.

Проверьте эту ЦЕПЬ СИГНАЛИЗАЦИИ ДЕТЕКТОРА ДЫМА без использования Arduino.

Датчик алкоголя

Как следует из названия, датчик алкоголя обнаруживает алкоголь. Обычно датчики алкоголя используются в алкотестерах, которые определяют, пьян человек или нет. Сотрудники правоохранительных органов используют алкотестеры для поимки преступников за рулем в нетрезвом виде.

Простое руководство о том, КАК СДЕЛАТЬ КОНТУР АЛКОГОЛЬНОГО АЛКОГАЛИЗАТОРА?

Датчик касания

Мы не придаем большого значения датчикам касания, но они стали неотъемлемой частью нашей жизни. Знаете вы или нет, но все устройства с сенсорным экраном (мобильные телефоны, планшеты, ноутбуки и т. д.) имеют сенсорные датчики. Еще одно распространенное применение сенсорного датчика — трекпады в наших ноутбуках.

Датчики касания, как следует из названия, обнаруживают прикосновение пальца или стилуса. Часто сенсорные датчики подразделяются на резистивные и емкостные. Почти все современные сенсорные датчики относятся к емкостным типам, поскольку они более точны и имеют лучшее соотношение сигнал/шум.

Если вы хотите создать приложение с датчиком касания, то доступны недорогие модули, и, используя эти датчики касания, вы можете построить СХЕМУ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ СЕНСОРНОГО РЕГУЛЯТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ARDUINO.

Датчик цвета

Датчик цвета — это полезное устройство для создания приложений для определения цвета в области обработки изображений, идентификации цвета, отслеживания промышленных объектов и т. д. TCS3200 — это простой датчик цвета, который может обнаруживать любой цвет и выводить квадрат волна пропорциональна длине волны обнаруженного цвета.

Если вы заинтересованы в создании приложения датчика цвета, ознакомьтесь с проектом ARDUINO BASED COLOR DETECTOR.

Датчик влажности

Если вы видите системы мониторинга погоды, они часто предоставляют данные о температуре и влажности. Таким образом, измерение влажности является важной задачей во многих приложениях, и датчики влажности помогают нам в этом.

Часто все датчики влажности измеряют относительную влажность (отношение содержания воды в воздухе к максимальной способности воздуха удерживать воду). Поскольку относительная влажность зависит от температуры воздуха, почти все датчики влажности также могут измерять температуру.

Датчики влажности делятся на емкостные, резистивные и теплопроводные. DHT11 и DHT22 — два из наиболее часто используемых датчиков влажности в сообществе DIY (первый — резистивный, а второй — емкостной).

Ознакомьтесь с этим руководством по использованию ДАТЧИКА ВЛАЖНОСТИ DHT11 НА ARDUINO.

Датчик наклона

Датчики наклона, часто используемые для определения наклона или ориентации, являются одними из самых простых и недорогих датчиков. Ранее датчики наклона состояли из ртути (поэтому их иногда называли ртутными переключателями), но большинство современных датчиков наклона содержат роликовый шарик.

Здесь реализован простой переключатель заголовка на основе Arduino с использованием датчика наклона КАК СДЕЛАТЬ ДАТЧИК НАКЛОНА С ПОМОЩЬЮ ARDUINO?

В этой статье мы узнали о том, что такое датчик, какова классификация датчиков и различные типы датчиков, а также их практическое применение. В будущем я дополню эту статью дополнительными датчиками и их приложениями.

Различные типы датчиков и сенсорных технологий

Что такое датчик?

Датчик — это устройство, способное обнаруживать изменения в окружающей среде и выдавать выходные данные в виде аналогового или цифрового сигнала, который затем либо отображается, либо может использоваться замкнутой системой управления технологическим процессом. Для лучшего понимания можно сказать, что датчик — это устройство, которое может видеть, слышать, чувствовать, обонять и пробовать окружающее и, вероятно, делает это лучше, чем я или вы (очевидно, это зависит от марки и качества датчика). Датчики обычно подключаются к передатчику, потому что выходной сигнал датчика необходимо преобразовать или усилить, поскольку выходной сигнал очень мал. Следовательно, датчику требуется другое оборудование, чтобы мы могли использовать данные, и чаще всего мы называем весь пакет датчиком. В этой статье я буду писать о некоторых распространенных датчиках, доступных на рынке, я дам вам краткую информацию об этих датчиках, а также расскажу вам об их применении в реальном мире.

 

Разница между датчиком и преобразователем

Прежде чем углубляться в различные типы датчиков, первое, что мы должны знать, это различие между датчиками и преобразователями.

Датчик — это модуль или чип, который наблюдает за изменениями, происходящими в физическом мире, и отправляет обратную связь на микроконтроллер или микропроцессор. Как показано на рисунке выше, для правильной работы датчика необходимо обеспечить возбуждение (источник питания) и заземление.

 

Преобразователь также наблюдает за изменениями, происходящими в физическом мире, но, в отличие от датчика, ему не требуется питание, он измеряет изменение и преобразует его в форму выходного напряжения. Существует 2 типа преобразователей: входные преобразователи, которые принимают энергию или измерения в форме и преобразуют их в электричество, например. микрофон. Принимая во внимание, что выходной преобразователь принимает электрическую энергию и преобразует ее в другую форму энергии, например. спикер.

 

Классификация датчиков

В управлении технологическим процессом используются датчики двух типов, как указано ниже:

 

Активные и пассивные датчики

Для работы пассивного датчика требуется внешний источник питания. Например, терморезистор, светорезистор, тензодатчик и т. д. В то время как активный датчик не требует внешнего источника питания. Например, a Пьезоэлектрические, термопарные и т. д.

 

Аналоговые и цифровые датчики

Аналоговый датчик выдает выходные данные в виде аналогового выхода, когда обнаруживает изменение внешнего параметра (скорость ветра, солнечное излучение, интенсивность света и т. д.).

Аналоговый датчик с диапазоном выходного сигнала от 0 до 5 В может давать выходной сигнал в диапазоне от 0 В до 5 В.

В отличие от аналогового датчика, цифровой датчик выдает дискретные значения (0 и 1). Дискретные значения часто называют цифровыми (бинарными) сигналами в цифровой связи.

Высокий логический уровень  обрабатывается как «1», тогда как Logic Low обозначается как «0».

 

Различные типы датчиков

В настоящее время существует множество датчиков для обнаружения различных параметров и измерения различных характеристик физического мира. Многие датчики могут использоваться для обнаружения данных в различных сценариях. Например, ультразвуковой датчик можно использовать для определения расстояния, скорости, температуры и т. д., просто используя другие вычисления на основе полученных данных. Поэтому датчики можно классифицировать по разным параметрам. Датчики можно классифицировать на основе измеряемых физических параметров, их также можно классифицировать на основе приложений или отрасли, в которой они используются. Итак, в этой статье я классифицировал датчики на основе их наиболее частого использования.

 

Некоторые распространенные типы датчиков:

• Датчики температуры и термопары
• Датчик приближения
• Ультразвуковой датчик
• Датчик давления
• Датчик Холла
• Весоизмерительная ячейка
• Датчик освещенности
• Датчик цвета
• Датчик касания
• Датчик наклона
• Пассивный инфракрасный датчик движения и датчик вибрации
• Акселерометры и датчики гироскопа
• Металлоискатель, датчик расхода воды и сердцебиения
• Датчик расхода и уровня
• Датчик газа и алкоголя
• Датчик влажности и влажности почвы

 

Датчик температуры

Датчики температуры используются для измерения температуры любого объекта или среды. Температура — это фундаментальное измерение тепловой энергии, которое имеет единицу СИ в Кельвинах. Это один из наиболее широко используемых датчиков. Большинство из них являются контактными датчиками, тогда как инфракрасные и ультразвуковые датчики температуры являются бесконтактными датчиками.

 

Типы датчиков температуры

Датчики температуры бывают аналогового и цифрового типа. Наиболее часто используемыми датчиками температуры являются термопары, термисторы и термометры сопротивления.

 

Термопары:

Это наиболее часто используемый тип датчика температуры. Они сделаны путем соединения двух разнородных металлических проводов и работают по принципу эффекта Зеебека. Термопары предпочтительнее, потому что они имеют автономный источник питания и не требуют возбуждения при работе в широком диапазоне температур.

Использование — Эти датчики используются в промышленности, автомобилестроении и потребительском оборудовании.

 

RTD:

Датчик температуры сопротивления, также известный как RTD, работает по принципу, согласно которому сопротивление металлов зависит от их температуры. Резисторы сопротивления обычно состоят из платиновых, никелевых или медных проводов из-за их положительного температурного коэффициента, т. Е. Повышение температуры приводит к увеличению сопротивления — затем изменение сопротивления используется для обнаружения и измерения изменений температуры.

 

Термисторы

Подобно RTD, термистор также измеряет изменение сопротивления для измерения температуры, но в отличие от RTD термисторы состоят из керамических или полимерных материалов. В основном термисторы дешевле, но менее точны, чем RTD. Большинство термисторов доступны в двухпроводных конфигурациях: NTC ( отрицательный температурный коэффициент ) и PTC ( положительный температурный коэффициент 9). 0258). NTC имеют обратную зависимость от температуры, т. е. с повышением температуры сопротивление увеличивается, а с понижением температуры сопротивление увеличивается, тогда как в PTC сопротивление увеличивается с повышением температуры и наоборот. PTC чаще используются в качестве предохранителей. Некоторые распространенные термисторы показаны на изображении ниже.

 

Некоторые другие датчики температуры:

• Термометры
• Датчики температуры с вибрирующей проволокой
• Инфракрасный датчик температуры
• Ультразвуковой датчик температуры

 

Датчики температуры Применение

Термодатчики широко используются для измерения температуры в медицинских приложениях, силовых электронных схемах, аккумуляторных батареях, компьютерах, аэрокосмических устройствах, автомобильных приложениях, мониторинге окружающей среды и т. д.  

 

Датчики приближения

Датчики приближения — это сенсорные устройства, способные обнаруживать присутствие объекта без физического контакта. Это одни из наиболее часто используемых датчиков. Существуют различные типы датчиков приближения в зависимости от измеряемой ими физической величины.

 

Типы Датчики приближения

• Индуктивные датчики приближения
• Магнитные датчики приближения
• Емкостные датчики приближения
• Фотоэлектрические датчики приближения
• Ультразвуковые датчики приближения

 

Применение датчиков приближения

Чаще всего используется в промышленности для измерения близости любых механических частей, в мобильных телефонах датчики приближения используются для обнаружения лица во время звонков. Они используются в системе безопасности, а также в автомобильной, аэрокосмической промышленности и т. д.

 

Датчики положения

Датчики положения – это устройства, которые могут обнаруживать движение объекта или определять его относительное положение, измеряемое относительно установленной точки отсчета. Эти типы датчиков также могут использоваться для обнаружения присутствия объекта или его отсутствия. Датчики положения иногда путают с датчиками приближения. Хотя оба эти датчика очень похожи друг на друга, по сути все датчики приближения можно рассматривать как датчики положения, но главное отличие состоит в том, что датчик положения выдает точное положение объекта, тогда как датчик приближения сообщает только о наличии или отсутствие объекта в области.

Существует несколько типов датчиков, которые служат тем же целям, что и датчики положения, и заслуживают упоминания. Датчики движения обнаруживают движение объекта и могут использоваться для запуска таких действий, как автоматическое включение света и вентилятора или активация камеры безопасности. Датчики приближения также могут обнаруживать, что объект находится в пределах досягаемости датчика. Таким образом, оба датчика можно рассматривать как специальную форму датчиков положения.

Датчики положения способны не только обнаруживать любой объект, но также измерять и записывать положение и, следовательно, использовать сигнал обратной связи, содержащий информацию о положении.

 

Различные типы датчиков положения

• Потенциометрические датчики положения (на основе сопротивления)
• Индуктивные датчики положения
• Вихретоковые датчики положения
• Емкостные датчики положения
• Магнитострикционные датчики положения
• Магнитные датчики положения на основе эффекта Холла
• Волоконно-оптические датчики положения
• Оптические датчики положения
• Ультразвуковые датчики положения

Двумя наиболее распространенными типами датчиков положения являются датчики Холла и ультразвуковые датчики.

 

Ультразвуковой датчик 

Этот датчик использует ультразвуковые волны для обнаружения любых объектов на своем пути. Он имеет передатчик и приемник, изготовленные из пьезоэлектрических кристаллов. Передатчик производит ультразвуковые волны, и волна попадает на объект и возвращается обратно по тому же пути, который обнаруживается ультразвуковым приемником. Ультразвуковой датчик использует метод времени пролета (TOF) для измерения расстояния до объекта. Ультразвуковые волны распространяются быстрее, чем скорость слышимого звука (то есть звука, который могут слышать люди).

Чтобы рассчитать расстояние между датчиком и объектом, датчик измеряет время, которое проходит между излучением звука передатчиком и его контактом с приемником. Формула для этого расчета 

.
D = ½ T x C 

здесь, D — расстояние между передатчиком и объектом, T — время, а C — скорость звука ~ 343 метра в секунду.

 

На изображении ниже показан HC-SR04, один из наиболее широко используемых ультразвуковых датчиков любителями. Он имеет передатчик и приемник в одном модуле.

 

Применение

Эти датчики в основном используются для обнаружения объекта, измерения расстояния, а также могут использоваться для измерения температуры, давления, дефектов конструкции или материала и т. д.

 

7 Датчики Холла 5

Датчики Холла воспринимают внешнее магнитное поле. Выходной сигнал датчика Холла зависит от плотности магнитного поля вокруг устройства. Когда плотность магнитного потока вокруг датчика превышает определенный заранее установленный порог, датчик обнаруживает это и генерирует выходное напряжение, называемое Напряжение Холла, В _H .. Датчик Холла имеет различное применение, но в основном используется для определения положения.

 

Детектор положения 

Детектор положения – это датчик, который используется для определения положения любого объекта. Они могут быть изготовлены с использованием датчиков расстояния, таких как ультразвуковые датчики, или с использованием датчиков приближения, таких как датчики Холла и т. д.

 

Некоторые другие виды позиционных детекторов:

1. Лобовое обнаружение

Как следует из названия, «лобовое обнаружение» требует, чтобы магнитное поле было перпендикулярно датчику Холла и чтобы для обнаружения оно приближалось к датчику прямо к активному лицо. Своего рода подход «в лоб»

 

2. Обнаружение сбоку

Вторая конфигурация обнаружения — «обнаружение сбоку». Это требует перемещения магнита по поверхности элемента с эффектом Холла в боковом движении.

 

Этот лобовой позиционный детектор будет «ВЫКЛ» при отсутствии магнитного поля (0 Гс). Когда южный полюс постоянных магнитов (положительный гаусс) перемещается перпендикулярно активной области датчика Холла, устройство включается и зажигает светодиод. После включения датчик Холла остается включенным.

 

Применение детекторов положения

Детекторы положения широко используются на сборочных линиях для измерения положения и отправки обратной связи в систему управления, а также в двигателях для определения положения коленчатого вала для правильного сгорания.

 

Потенциометрические датчики

Это датчик контактного типа, который измеряет расстояние или смещение объекта при линейном или вращательном движении соответственно и обеспечивает электрический выход. Он бывает 3-х типов, используемых для обнаружения различных положений движения. Он использует тот же принцип, что и потенциометр, используемый для изменения тока в электрической цепи.

 

Индуктивный датчик положения

Индуктивные датчики положения используют физические принципы индукции в проволочной петле и вихревых токов для определения положения твердой металлической конструкции, которая скользит или вращается над набором катушек, состоящим из одной передающей и двух принимающих катушек.

 

Датчик емкостный

Датчики емкостные предназначены для бесконтактного измерения перемещения, расстояния и положения, а также для измерения толщины. Благодаря высокой стабильности сигнала и разрешению емкостные датчики перемещения применяются в лабораториях и в промышленных измерительных задачах.

Датчики положения Приложение

Датчики положения широко используются для машин, робототехники, системы движения, обработки материалов, гидравлического контроля, рулевого управления, тормозного и т. Д.

Датчик акселерометра используется для измерения ускорения тела в любом направлении, в то время как гироскоп измеряет скорость вращения или скорость изменения углового положения во времени по осям X, Y и Z. Эти датчики используются в комбинации для определения скорости объекта. Обычно используемый гироскоп с Arduino — это модуль MPU6050.

 

Применение датчиков гироскопа и акселерометра 

Некоторые из распространенных применений этих датчиков – оптическая стабилизация изображения, используемая в объективе камеры, управление на основе жестов, навигация, обнаружение движения в мобильных телефонах и других устройствах и т. д.

 

Датчик давления  

Эти датчики используются для измерения силы, действующей на тело или окружающую среду из-за твердого, жидкого или газообразного объекта. Давление = масса/единица площади. Аналогично датчику давления существуют манометры. Манометры по своей конструкции обеспечивают прямое выходное считывание значения давления, называемого манометрическим давлением. Датчики давления можно разделить на датчики абсолютного давления, избыточного давления и дифференциального давления. Манометрическое давление измеряется по отношению к атмосферному давлению, тогда как абсолютное давление измеряется по отношению к вакууму, а дифференциальное давление является измерением разницы давлений между двумя точками.

На изображении выше показан широко используемый датчик барометрического давления BMP085 от Bosch.

 

Различные типы измерения давления:

• Дифференциальное давление
• Абсолютное давление
• Манометрическое давление

 

Типы датчиков давления

• Потенциометрические датчики давления
• Индуктивные датчики давления
• Емкостные датчики давления
• Пьезоэлектрические датчики давления
• Датчики давления тензометрические

 

Применение датчиков давления

Датчики давления используются для измерения давления, воздействующего на любой объект или в любой точке. Их также можно использовать для косвенного измерения других переменных, таких как поток жидкости/газа, скорость, уровень воды и высота над уровнем моря

 

Датчики/детекторы зрения и изображения

Как следует из названия, датчики и датчики зрения и изображения обнаруживают присутствие любого объекта или цвета в пределах своего поля зрения. Обнаруженный ввод преобразуется в цифровое изображение для отображения. Сенсорный модуль обычно имеет камеру, свет и контроллер. Эти датчики используются на производственных предприятиях и сборочных линиях для обнаружения любых сбоев в производственном процессе путем определения присутствия, положения и аномалий, а также они используются в современных автомобилях, чтобы облегчить водителю движение задним ходом.

 

Датчик света

Датчики света, также известные как фотоэлектрические устройства или фотодатчики, преобразуют световую энергию (фотоны) в электронный сигнал (электроны). Фотоэлектрические датчики используют свет для обнаружения присутствия или отсутствия объекта. Он излучает световой луч (видимый или инфракрасный) от своего светоизлучающего элемента. Фотоэлектрический датчик отражательного типа используется для обнаружения светового луча, отраженного от цели. Луч света испускается светоизлучающим элементом и принимается светоприемным элементом. И светоизлучающий, и светоприемный элементы находятся в одном корпусе. Датчик принимает свет, отраженный от цели. Некоторые различные типы датчиков освещенности показаны на изображении ниже:

 

Наиболее распространенными типами датчиков света являются фототранзисторы, фоторезисторы и фотодиоды.

Фоторезистор , более известный как LDR, представляет собой резистор, сопротивление которого зависит от интенсивности света. Сопротивление обратно пропорционально интенсивности света, т.е. сопротивление выше в темной комнате по сравнению с сопротивлением LDR в светлой комнате.

A Фототранзистор — это электронный компонент переключения и усиления тока, работа которого зависит от воздействия света. Проще говоря, фототранзисторы – это разновидность транзисторов, которые преобразуют световую энергию в электрическую, выходной сигнал зависит от интенсивности света.

Фотодиод представляет собой полупроводниковое устройство, генерирующее электрический ток, когда на него падает свет. Основное различие между фотодиодом и фоторезистором заключается в том, что фототранзистор производит только ток, в то время как сопротивление фоторезистора или светозависимого резистора зависит от интенсивности падающего на него света.

 

Применение датчика света 

Датчик света используется в системах безопасности, для обнаружения окружающего освещения, обнаружения объектов и применяется в промышленности, автомобилестроении, вооруженных силах и почти повсеместно используется в повседневной жизни.

 

LIDAR Sensor

Light Detection and Range, также известный как LIDAR, является распространенным методом измерения расстояния. Он работает, излучая свет, который попадает на объект на своем пути и возвращается на свой первоначальный путь, который затем обнаруживается приемником, обеспечивая точное измерение расстояния. На рисунке ниже показан лидарный датчик VL53L0X, который также использовался в iPhone 7 для создания 3D-изображений.

 

Применение лидарного датчика

Лидар широко используется в автофокусировке камеры для повышения производительности камеры в условиях низкой освещенности или быстро движущихся объектов, он также используется в качестве датчика приближения во многих телефонах. Лидар также находит свое применение в океанографии, моделировании рельефа земной поверхности, автомобильной и аэрокосмической промышленности и т. д.

 

Пассивный инфракрасный датчик тело. Он использует пару пироэлектрических датчиков для обнаружения тепловой энергии в окружающей среде. Он использует пару пироэлектрических датчиков для обнаружения тепловой энергии в окружающей среде. Эти два датчика расположены рядом друг с другом, и когда разница сигналов между двумя датчиками изменяется (например, если человек входит в комнату), датчик срабатывает. Датчик PIR может иметь диапазон от 0,25 м до 150 м.

 

Применение ИК-датчика.

Используются для обнаружения движения, могут использоваться для обнаружения краж, обнаружения пешеходов и т. д.

 

Датчик цвета  

Датчик цвета используется для определения цвета материала. он излучает свет на объект и обнаруживает отраженный свет для измерения интенсивности красного, синего и зеленого света, отражающегося от датчика. Эти датчики также оснащены фильтрами для подавления нежелательного ИК- и УФ-излучения. Ниже показано изображение TSC3200, широко используемого энтузиастами в самодельных проектах.

 

Типы датчиков цвета 

Существует 2 типа датчиков цвета: 1 излучает красный, синий и зеленый свет независимо и измеряет интенсивность каждого света, в то время как датчик другого типа излучает широкий спектр света и обнаруживает свет, падающий на него. TCS3200 — широко используемый датчик, работающий по методу широкого спектра света.

Цвет определяется по наличию или отсутствию одного из источников света в соответствии с таблицей ниже:

 

Применение датчика цвета

Датчики цвета обычно используются в автомобильной, текстильной и других производственных отраслях для определения цвета продукта. Он также используется в камерах для определения окружающего цвета для настройки условий освещения.

 

Датчик касания

Датчики касания, также известные как тактильные датчики, используются для обнаружения или записи физического прикосновения. Они работают, разрешая или изменяя поток тока в цепи. Эти датчики широко используются в качестве переключателей или встроены в дисплеи, чтобы дисплеи регистрировали команду.

 

Типы датчиков касания

Существуют различные типы датчиков касания, такие как резистивный датчик касания, емкостные датчики касания, Инфракрасный датчик прикосновения, поверхностный акустический датчик прикосновения и т. д. Наиболее распространенными типами являются резистивные и емкостные датчики прикосновения, которые описаны ниже:

 

Резистивный сенсорный экран

Резистивные сенсорные датчики – это простейшие датчики, которые имеют 2 слоя электрически резистивного листы, разделенные слоем инертного газа или воздуха. Давление от прикосновения приводит к тому, что оба листа соприкасаются друг с другом, вызывая изменение напряжения, которое интерпретируется схемой. В основном они встречаются в ранних смартфонах и других сенсорных панелях, таких как сенсорные музыкальные инструменты и портативные устройства с сенсорным кабелем.

 

Емкостный сенсорный экран

Подобно резистивному сенсорному экрану, эти сенсорные экраны имеют 2 слоя проводников с изолятором между ними. Вся установка действует как конденсатор, когда наш палец, который действует как проводник, соприкасается с датчиком, емкость точки увеличивается. Цепь измерения емкости непрерывно измеряет емкость, и когда она наблюдает изменение емкости, генерирует сигнал. Эти сенсорные датчики чаще всего используются в последних смартфонах. Они используются в смартфонах, электронных часах, игровых приставках, промышленном управляющем оборудовании, сенсорных панелях и т. д.

 

Применение сенсорных датчиков

Сенсорные датчики используются в качестве переключателей в домах, коммерческих зданиях, автомобилях и т. д. Они встроены в дисплеи портативных устройств, таких как телефоны, экраны телевизоров или другие портативные устройства.

 

Газовые и химические датчики

Эти датчики используются для обнаружения присутствия различных типов газов и их концентрации в атмосфере. Они обычно используются для обнаружения токсичных или взрывоопасных газов и измерения концентрации газа путем изменения значения сопротивления. Подробное объяснение датчика газа можно найти здесь. Датчик газа MQ2 широко используется для обнаружения метана, бутана, сжиженного нефтяного газа и дыма.

 

Различные типы датчиков газа

Датчики газа обычно подразделяются на различные типы в зависимости от типа чувствительного элемента, с которым они созданы. Ниже приведена классификация различных типов датчиков газа на основе чувствительного элемента, который обычно используется в различных приложениях:

• Датчик газа на основе оксида металла.
• Оптический датчик газа.
• Электрохимический датчик газа.
• Емкостной датчик газа.
• Калориметрический датчик газа.
• Акустический датчик газа.

 

Применение датчиков газа

Датчики газа используются на фабриках и производственных предприятиях для выявления утечек газа, а также для обнаружения дыма и угарного газа в домах.

 

Датчик влажности

Датчик влажности, также известный как гигрометр, представляет собой датчик, используемый для измерения влажности воздуха. Он чувствует и измеряет как влажность, так и температуру воздуха. Отношение влажности воздуха к наибольшему количеству влаги при определенной температуре воздуха называется относительной влажностью. Датчики влажности работают, обнаруживая изменения, которые изменяют электрические токи или температуру воздуха. DHT11 — широко используемый датчик влажности

 

Типы датчиков влажности

• Емкостный
• Резистивный
• Тепловой

 

Применение датчика влажности

Используется для измерения влажности в домах, офисах, зернохранилищах, производственных предприятиях, складских помещениях, хьюмидорах, музеях, промышленных помещениях и теплицах, а также используется на метеорологических станциях для составления отчетов и прогнозирования погода.

 

Детекторы радиации 

Датчики радиации измеряют количество радиации, испускаемой телом. Существуют различные датчики, которые можно использовать для измерения различных видов излучения, таких как ядерное, электромагнитное и световое. Различными частицами, которые можно измерить, являются альфа-частицы, бета-частицы, нейтроны, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Недорогие детекторы имеют заполненную газом трубку с проводом очень высокого напряжения, который используется для сбора ионизации, создаваемой падающим излучением. Но этот метод не может различать разные виды излучения.

 

Наиболее распространенные типы детекторов излучения:

• Газонаполненные детекторы излучения
• Детекторы сцинтилляционного излучения
• Твердотельные детекторы излучения

 

Применение детектора излучения

Эти датчики можно использовать для измерения излучения тела на атомной электростанции или для определения того, безопасна ли зона.