Типы датчиков. Основные типы датчиков: полное руководство по классификации и применению

Какие бывают основные типы датчиков. Как классифицируются датчики по принципу действия и назначению. Где применяются различные виды сенсоров в промышленности и быту. Какие преимущества и недостатки имеют разные типы датчиков.

Классификация датчиков по принципу действия

Датчики можно классифицировать по различным критериям, но наиболее фундаментальным является разделение по принципу действия. Рассмотрим основные типы:

Механические датчики

Принцип действия механических датчиков основан на преобразовании механического воздействия (силы, давления, перемещения) в электрический сигнал. К этому типу относятся:

• Тензодатчики — измеряют деформацию
• Пьезоэлектрические датчики — реагируют на давление и вибрацию
• Потенциометрические датчики — определяют линейное или угловое перемещение

Оптические датчики

Оптические датчики используют световое излучение для измерения различных параметров:

• Фотоэлектрические датчики — определяют наличие/отсутствие объекта
• Оптоволоконные датчики — измеряют температуру, давление, деформацию
• Датчики изображения — получают и анализируют изображения

Магнитные датчики

Принцип работы магнитных датчиков основан на эффекте Холла или магниторезистивном эффекте:

• Датчики Холла — измеряют магнитное поле
• Магниторезистивные датчики — определяют положение и перемещение
• Индуктивные датчики — обнаруживают металлические объекты

Классификация датчиков по назначению

Помимо разделения по принципу действия, датчики также классифицируют по их функциональному назначению:

Датчики температуры

Измеряют температуру объектов или окружающей среды. Основные типы:

• Термопары
• Термисторы
• Термометры сопротивления
• Инфракрасные датчики температуры

Датчики давления

Предназначены для измерения давления газов или жидкостей:

• Пьезорезистивные датчики давления
• Емкостные датчики давления
• Резонансные датчики давления

Датчики положения и перемещения

Определяют линейное или угловое положение/перемещение объектов:

• Энкодеры
• Потенциометры
• Датчики Холла
• LVDT-датчики

Области применения различных типов датчиков

Рассмотрим основные сферы применения разных видов датчиков:

Промышленная автоматизация

В промышленности широко используются следующие типы датчиков:

• Индуктивные и емкостные датчики — для обнаружения объектов
• Датчики давления и расхода — для контроля технологических процессов
• Датчики температуры — для мониторинга работы оборудования
• Энкодеры — для управления движением и позиционированием

Автомобильная промышленность

Современные автомобили оснащаются множеством датчиков, включая:

• Датчики кислорода — для оптимизации работы двигателя
• Датчики положения коленвала и распредвала
• Датчики давления в шинах
• Датчики ускорения — для систем безопасности

Бытовая электроника

В смартфонах, ноутбуках и других устройствах применяются:

• Акселерометры и гироскопы — для определения положения устройства
• Датчики освещенности — для регулировки яркости экрана
• Датчики приближения
• Сканеры отпечатков пальцев

Преимущества и недостатки различных типов датчиков

Каждый тип датчиков имеет свои сильные и слабые стороны:

Механические датчики

Преимущества:

• Простота конструкции
• Надежность
• Низкая стоимость

Недостатки:

• Подвержены износу
• Ограниченное быстродействие

Оптические датчики

Преимущества:

• Высокая точность
• Бесконтактное измерение
• Помехозащищенность

Недостатки:

• Чувствительность к загрязнениям
• Относительно высокая стоимость

Магнитные датчики

Преимущества:

• Бесконтактное измерение
• Нечувствительность к загрязнениям
• Долговечность

Недостатки:

• Чувствительность к внешним магнитным полям
• Ограниченный диапазон измерения

Перспективы развития датчиков

Современные тенденции в развитии датчиков включают:

• Миниатюризацию — создание микро- и наносенсоров
• Повышение энергоэффективности
• Интеграцию с беспроводными технологиями
• Разработку «умных» датчиков со встроенными функциями обработки данных
• Создание мультисенсорных систем

Развитие технологий датчиков открывает новые возможности для автоматизации, мониторинга и управления во всех сферах жизни — от промышленного производства до здравоохранения и умных домов. Понимание принципов работы и особенностей применения различных типов датчиков является важным для специалистов во многих областях техники и технологий.

Датчики – что это такое, их виды, назначение и применение различных типов

Датчик это электронное или электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования определенного воздействия в электрический сигнал. Это одно из нескольких определений, которое кажется мне наиболее простым и подходящим.

Датчик можно представить как «черный ящик», имеющий нечто на входе и формирующий на выходе сигнал, пригодный для дальнейшей передачи и обработки (рис.1).

В большинстве случаев мы будем рассматривать параметры и характеристики входного воздействия и вид (способ формирования) выходного сигнала, а также, как это можно использовать для решения конкретных задач.

Схемотехника на уровне принципиальных схем в данном контексте нас не интересует.

Датчики различных типов широко применяются в:

• охранной и пожарной сигнализации;
• системах автоматики;
• телеметрии и управления.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Для начала давайте рассмотрим типы устройств с точки зрения характера регистрируемых ими воздействий. Здесь можно выделить две группы:

• контактные;
• бесконтактные.

Первые подразумевают механическое воздействие. Характерным представителем такой группы являются конечные выключатели, приборы регистрирующие и измеряющие давление, скорость потока жидкостей и газов.

Бесконтактные типы используют несколько принципов обнаружения события: магнитный, оптический, микроволновый, емкостной, индукционный, ультразвуковой.

Каждый из них имеет особенности, определяющие область применения. Например, индукционные датчики не реагирует на предметы из немагнитных материалов. Кроме того, тип устройства определяет дальность действия (обнаружения).

Оптические (оптико электронные), микроволновые, ультразвуковые способны работать на значительном удалении от объекта контроля. Остальные предназначены для использования на небольших расстояниях.

Область применения различных видов датчиков.

В зависимости от назначения, датчики позволяют обнаруживать наличие предмета в зоне своего действия, определять его положение, скорость и направление перемещения, геометрические размеры.

Кстати, техническими характеристиками определяется минимальный размер контролируемого объекта, который может составлять от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.

Кроме того датчики используются для контроля температуры, состава, свойств и состояния окружающей среды.

К примеру, датчики дыма в системах пожарной сигнализации позволяют обнаруживать пожар на начальных стадиях. Широко используются датчики уровня, причем как жидкостей, так и сыпучих материалов.

ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ

Поскольку назначением любого преобразователя является не только обнаружение воздействия, но также его преобразование, то классификация датчиков по способу формирования выходного сигнала не менее важна, чем по обнаруживаемому параметру.

Различают следующие типы выходов:

• пороговый;
• аналоговый;
• цифровой.

Первый самый простой и характеризуется двумя состояниями «0», «1» – выключено, включено. В качестве элементов, формирующих такой сигнал выступают «сухие контакты» (реле) или электронные ключи (транзисторные, тиристорные, симисторные и пр. ).

Основным параметром такого выхода является коммутируемые ток и напряжение.

Причем, обратите внимание, могут быть указаны максимальные и (или) номинальные значения. В первом случае имеется в ввиду непродолжительное время работы в указанном режиме, во втором – неограниченно.

Достоинством таких устройств является универсальность – возможность работы практически во всех системах контроля и управления. Исключение могут составлять специализированные системы, «заточенные» под решение специфичных задач и использующие собственную линейку оборудования.

Аналоговый датчик имеет на выходе сигнал, электрические характеристики которого (чаще напряжение) пропорционально зависят от контролируемого воздействия.

В качестве примера можно привести некоторые виды термодатчиков. Для анализа и обработки такого сигнала требуются специальные схемотехнические решения. Плюсом такого исполнения является высокая информативность.

Наверное многие знают что существует двоичный код, то есть последовательность логических уровней («0» – низкий, «1» – высокий). Таким способом можно передавать информацию о состоянии устройства (значение измеряемого параметра), а также его уникальный адрес.

Датчики, использующие такую технологию называются цифровыми. Подобный сигнал также требует дополнительной обработки, следовательно оборудование, работающее по такому принципу должно быть совместимо. Но в простых системах контроля и управления чаще используется первый способ.

В завершение нужно заметить, что датчики, работающие в системах автоматики и управления могут иметь различную степень пыле-влаго защиты и рабочие температурные диапазоны.

Конкретный тип и конструктивное исполнение устройства определяется в зависимости от решаемых задач и условий эксплуатации.

  *  *  *

© 2014-2022 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Датчики температуры. Типы и принцип действия

Использование датчиков температуры является необходимостью во многих сферах производства и жизнедеятельности человека. С их помощью контролируют температуру жидкости, твердого объекта или расплавленного вещества, воздуха в помещении и другое.

Виды датчиков температуры и принцип их действия

Принцип работы температурных датчиков основан на преобразовании изменения температуры в электрический сигнал. Использование электрического сигнала в качестве носителя информации дает возможность передавать данные по сети с высокой скоростью. Использование цифрового кодирования повышает точность и скорость замера, и чувствительность датчика.

Термопары

Конструктивно термопара представляет собой спайку двух проволок из разного металла. Разность температур между горячим и холодным концами провоцирует в цепи возникновение ЭДС, величина которой зависит от материала и термоэлектрической силы термопары и может быть от 40 до 60 мкВ. В качестве материала термопары используют сочетания никель-хром, хром-алюминий, железо-никель, железо-константан и другие.

Термопара обеспечивает высокую точность, однако снять эту точность проблематично. Являясь относительным датчиком, термопара имеет зависимость уровня напряжения от разности температур между спаями. Холодный спай обычно имеет температуру среды, в которой находится.
Если углубиться в принцип работы термопары, то он выглядит следующим образом: на горячем и холодном концах термопары есть две температуры, от разности которых зависит ЭДС. Температуру холодного спая необходимо компенсировать. Решением этой задачи в аппаратной среде является использование второй термопары, помещенной в среду с заранее известной температурой. В программной среде используется другой, абсолютный датчик температуры, помещенный в изотермическую камеру вместе с холодными спаями. Такой датчик контролирует температуру спаев с заданной точностью.
В работе с термопарой существует ряд трудностей, сопровождающих снятие данных с датчика:

• Нелинейность термопары. Для перевода значения ЭДС в температуру и обратно используются полиномы большого порядка, прописанные в ГОСТе
• Значения термо-ЭДС, получаемые с термопары малы, порядка единиц и сотен микровольт, что делает невозможным применение обычных аналогово-цифровых преобразователей. Для снятия неискаженных данных с термопары используются прецизионные многоразрядные малошумящие аналогово-цифровые преобразователи

Терморезисторы

Более простым и распространенным устройством для измерения температуры являются терморезисторы. Их работы основана на принципе зависимости сопротивления материалов от внешней температуры. Металлические термометры сопротивления, особенно платиновые, обеспечивают высокую точность и линейность измерений. 
Основной характеристикой термометра сопротивления является базовое сопротивление термометра при определенной температуре. Согласно ГОСТ базовым считается сопротивление при нуле градусов Цельсия. В ГОСТе рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений в Омах и температурный коэффициент, который определяется по формуле:
Ткс = (Re – R0c)/(Te – T0c)*1/R0c,
Где Re – сопротивление при нашей температуре;
R0c – сопротивление при нуле градусов;
Te – наша температура;
T0c – температура нуля.
ГОСТ терморезисторов содержит температурные коэффициенты для различных термометров из платины, меди и никеля и коэффициенты полинома для расчета температуры из текущего сопротивления резистора. Несмотря на то, что термометры сопротивления обладают малым температурным коэффициентом сопротивления, получить высокую точность при измерении сопротивления проще, чем при измерении малых значений напряжения при работе с термопарой.
Для измерения сопротивления, термосопротивление включается в цепь источника тока, после чего измеряется дифференциальное напряжение. Температурный коэффициент при использовании полупроводников составит доли единиц процента. Для таких измерений применяются аналогово-цифровые преобразователи. Датчики температуры, реализованные в виде интегральных микросхем оснащены аналоговым выходом, соответствующим напряжению питания. Для оцифровки сигнала с таких датчиков используются восьми- или десятибитные АЦП.

Комбинированный датчик

Кроме интегральных схем с аналоговым выходом существуют датчики с цифровым интерфейсом, например комбинированные датчики температуры и влажности. Такие датчики обеспечивают точность измерения температуры ±2 градуса и влажности ±5 градусов. Интерфейс некоторых моделей комбинированных датчиков оптимизирован для подключения параллельных устройств.

Цифровой датчик

Цифровой датчик, работающий в параллели со множеством датчиков, обеспечивает точность измерений до 0,5 градусов. Температурный интервал составляет от -55 до +125 градусов Цельсия. Вычисления с максимальной точностью занимают у датчика 750 мс, что делает его не очень быстродейственным.

Бесконтактные датчики

Бесконтактные датчики или пирометры оборудованы тонкой пленкой, поглощающей инфракрасное излучение, при этом нагреваясь. Подобные бесконтактные термосенсоры применяются в тепловизорах. В них установлен не один тепловой датчик, а матрица. Такие устройства позволяют детектировать тепловой объект на расстоянии до 3 метров.

Кварцевые преобразователи температуры

При необходимости расширения диапазона измеряемой температуры, применяют кварцевые преобразователи. Они позволяют производить измерения в интервале от -80 до +250 градусов Цельсия. Принцип их действия основан на частотной зависимости кварца от температуры. Функция преобразователя меняется от расположения среза по осям кристалла.
Кварцевые датчики обеспечивают высокие чувствительность и разрешение замеров, вкупе со стабильностью работы. Благодаря этим свойствам, кварцевые датчики широко распространены в цифровых термометрах.

Шумовые датчики температуры

В основе работы шумовых датчиков температуры лежит зависимость шумовой разности потенциалов на резисторе от температуры. На практике, для измерения температуры шумовыми датчиками, нужно сравнить шумы двух одинаковых резисторов, один из которых находится в среде с известной температурой, второй – в среде, температуру которой нужно измерить. Диапазон температур, которые можно измерить с помощью шумовых датчиков составляет от -270 до +1100 градусов.
Основное преимущество шумовых датчиков – возможность измерения температуры в термодинамике, осложняется крайне малым напряжением шума, сравнимым с уровнем собственных шумов усилителя. Из-за этого напряжение шума крайне сложно измерить.

Датчики температуры ЯКР

Функционирование термометров ЯКР – ядерного квадрупольного резонанса, происходит за счет действия градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, который вызван отклонением заряда от симметрии сферы. Это создает процессию ядер. Частота зависит от градиента поля решетки и для разных веществ может достигать тысяч мегагерц. Градиент зависит от температуры, с возрастанием которой, частота ЯКР уменьшается.
Конструктивно датчики температуры ЯКР представляют собой ампулу с веществом, помещенную в обмотку индуктивности, соединенную с контуром генератора. Когда частота генератора совпадает с частотой ЯКР, энергия генератора поглощается. При замере температуры -263 градуса, допуск составляет ±0,02 градуса, а при 27 градусах — ±0,002 градуса. Несмотря на значительную нелинейность преобразующей функции, термометры ЯКР обладают неограниченной по времени стабильностью.

Объемные преобразователи

Свойство веществ расширяться и сжиматься при изменении температуры нашло применение в объемных датчиках. Интервал измеряемых температур зависит от стабильности свойств материалов. Обычно этот интервал составляет от -60 до +400 градусов Цельсия при допуске от 10 до 5%. При работе с жидкостью, интервал датчика зависит от температуры закипания и замерзания. При этом, погрешность измерения составляет от 1 до 3% и зависит от температуры среды. Нижняя граница измерений при работе с газом определяется температурой перехода газа в жидкое состояние, верхняя граница – стойкостью баллона к воздействию температуры.

Параметры выбора датчика температуры

• Диапазон рабочей температуры
• Возможность погружения датчика в объект измерения или среду. При невозможности погружения лучше
• Условия проведения замеров, наличие агрессивных воздействий, давления, влажности и другое
• Ресурс – время наработки датчика до калибровки или замены
• Величина выходного сигнала
• Технические показатели – погрешность и разрешение измерения, напряжение, время срабатывания
• Тип корпуса – важен для полупроводников

Приобрести датчики температуры можно в интернет-магазине «Промышленная Автоматизация». Специалисты отдела продаж помогут вам сделать правильный выбор оборудования и проконсультируют по возникшим вопросам. Обращайтесь по бесплатному номеру 8 800 550-72-59 или по адресу [email protected].

Все о датчиках зрения и изображений

Изображение предоставлено: ашаркью/Shutterstock.com

Датчики/детекторы

Vision and Imaging Sensors — это электронные устройства, которые обнаруживают присутствие объектов или цветов в поле их зрения и преобразуют эту информацию в визуальное изображение для отображения. Обычно они объединяют камеру, источники света и контроллер в единое целое, что отличает их от обычных систем визуального контроля. Информацию о других датчиках см. в нашей статье «Типы датчиков».

Основы

Датчики зрения и изображения используются во многих производственных операциях для контроля качества, обнаружения присутствия, позиционирования и ориентации, сортировки, проверки маркировки, захвата и направления и т. д. Датчики могут иметь или не иметь встроенные сенсорные экраны для встроенного программирования, или они могут программироваться удаленно. В этом отношении они могут действовать так же, как и многие другие датчики, и отправлять выходные сигналы в системы управления для прямого воздействия на детали (или нет) — например, для выброса неисправной упаковки. Такие системы называются системами «встроенного зрения» для описания устройства, которое включает в себя не только компоненты получения изображения, но и систему обработки изображения, иногда называемую «умной» камерой. Доступны различные уровни встроенного зрения, и этот термин является чем-то вроде отраслевого модного слова. Доступны как монохромные, так и цветные датчики. Даже для многих задач, где необходимо различать цвета, монохромная система часто подходит. Обработка цвета сравнительно сложна.

Большинство сенсоров используют световые кольца вокруг своих линз, чтобы обеспечить достаточное освещение для оптики. Иногда используют дополнительное освещение. Огни могут быть белыми, красными, синими или зелеными, в зависимости от требований задачи визуализации. Дефекты на поверхностях иногда лучше видны невооруженным глазом при зеленом свете. Подсветка иногда используется для усиления силуэта сложной формы, детали которого могут быть потеряны при переднем освещении. Также доступны варианты инфракрасного и ультрафиолетового освещения.

Сменные объективы позволяют создавать различные широкоугольные или телеобъективы. Датчики изображения, как правило, достаточно быстры, чтобы захватывать изображения, когда продукты проходят мимо них. Для высокоскоростных линий, таких как печать, используются другие методы восприятия изображения, как описано ниже.

Осмотр

Датчики технического зрения

можно запрограммировать на обнаружение различных функций. Например, датчик площади используется для обнаружения отсутствующих элементов в обрабатываемой детали, таких как отверстие или несколько отверстий. Его можно использовать для проверки блистерной упаковки, чтобы убедиться, что каждый блистер заполнен. Датчики дефектов используются для обнаружения царапин на поверхности или посторонних предметов на упаковочном материале или для проверки характеристик при неоптимальном освещении. Датчики совпадения используются для сравнения шаблонов, таких как надписи, с эталонными шаблонами, для проверки размещения этикеток на упаковках или для подтверждения того, что приварная гайка находится на своем месте. Датчик сортировки можно использовать для проверки детали по нескольким шаблонам для ее ориентации. Его также можно использовать для проверки наличия всех компонентов хирургического набора. Это не отдельные датчики, а разные режимы работы одного и того же отдельного датчика. Сенсоры можно запрограммировать на использование любого из различных режимов захвата.

Датчики

Vision обычно просты в настройке и программировании. Захват изображения «хорошей» детали можно использовать в качестве эталона, а различные интересующие области выбираются в программном обеспечении для сравнения с заведомо исправным изображением. Данные о размерах собираются путем подсчета пикселей, что позволяет, например, проверить диаметр отверстия или другого элемента детали. Настройка обычно происходит, когда камера находится в фиксированном положении для осмотра, и многие этапы настройки, такие как фокусировка, выполняются один раз и забываются.

Системы контроля

не ограничиваются конечными приложениями. Системы можно использовать на промежуточных этапах производственного процесса для проверки, например, правильной последовательности сборки. В этом сценарии «камера в цикле» система контроля может помечать неправильную сборку по мере ее возникновения и предлагать сборщику исправить проблему, прежде чем перейти к следующему этапу процесса.

Камеры линейного сканирования

Проверка отдельных деталей с помощью видеодатчиков представляет собой другую проблему, чем проверка непрерывных операций, таких как печатное полотно или листовая сталь, где продукт перемещается очень быстро. Хотя в таких приложениях иногда используются локальные камеры, а полученные изображения «сшиваются» вместе в программном обеспечении, другим решением является использование камеры с линейным сканированием. Эти камеры чередуются со скоростью движущегося материала, чтобы сделать однолинейный снимок с использованием рядов пикселей. Такие камеры можно использовать на линии сортировки овощей для удаления мусора и недопустимого продукта с линии с помощью струй воздуха, расположенных ниже по потоку. Как правило, эти камеры требуют отдельной обработки изображений и сами по себе не являются автономными датчиками зрения.

3D-камеры

В трехмерных камерах

используется несколько методов определения трехмерного изображения, включая стереоскопическое зрение, времяпролетную и лазерную триангуляцию. У каждого есть свои плюсы и минусы. Стереозрение может быть очень точным, но неудовлетворительным при слабом освещении, и потребляет процессорное время; время полета хорошо подходит для измерения расстояний и объемов и часто используется для операций по укладке на поддоны и на автономных транспортных средствах; и лазерная триангуляция хороша при слабом освещении и для сложных поверхностей, но имеет тенденцию быть медленной.

Запуск

Датчики

Vision можно настроить для захвата изображений несколькими способами. Датчики, называемые триггерами, реагируют на ввод, захватывая изображение и анализируя его. Например, датчик может использовать внутренний таймер для захвата изображения каждые x секунд. Внешний источник, такой как контроллер машины, может указать датчику захватить изображение на основе некоторого состояния машины. Датчик также может быть настроен на непрерывную работу или активироваться по сигналу, поступающему через промышленный Ethernet, или по внешнему ручному входу.

Резюме

В этой статье представлено краткое обсуждение датчиков зрения и изображений. Для получения дополнительной информации о других продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Другие датчики Артикул

• Лучшие поставщики и производители датчиков движения в США и за рубежом
• Емкостные датчики приближения
• Типы преобразователей 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
• Датчики движения
• Лучшие поставщики и производители датчиков давления в США
• Типы датчиков давления — руководство
• Различные типы датчиков и их применение (например, электрические датчики)
• Все о датчиках положения — типы, применение и характеристики)
• Все о детекторах радиации
• Все о датчиках движения
• Все о датчиках частиц
• Все о фотоэлектрических датчиках
• Ведущие компании Интернета вещей (IOT) в США
• Все о датчиках утечек — как они работают и их применение
• Все о датчиках температуры – принцип их работы и области применения
• Все о датчиках влажности
• Все о датчиках расхода
• Все о дефектоскопах, включая ультразвуковое и вихретоковое обнаружение
• Все о датчиках пламени (стержни пламени, оптические датчики и визуальная визуализация пламени)

Еще из раздела Инструменты и элементы управления

Что такое датчик? Различные типы датчиков с приложениями

Знакомство с датчиками

Мир полон датчиков. В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с автоматизацией во всех сферах деятельности. Автоматизация включает в себя включение света и вентиляторов с помощью мобильных телефонов, управление телевизором с помощью мобильных приложений, регулировку температуры в помещении, детекторы дыма и т. д. Все это делается с помощью датчиков. В наши дни любой встроенный системный продукт имеет встроенные датчики.

Существует множество приложений, таких как камера видеонаблюдения с мобильным управлением, приложения для мониторинга и прогнозирования погоды и т. д. Датчики играют очень важную роль в мониторинге и обнаружении в здравоохранении. Поэтому, прежде чем создавать датчик, использующий приложение, мы должны понять, что именно делает датчик и сколько типов датчиков доступно.

Что такое датчик?

Датчик определяется как устройство или модуль, который помогает обнаруживать любые изменения физической величины, такой как давление, сила или электрическая величина, такая как ток или любая другая форма энергии . После наблюдения за изменениями датчик отправляет обнаруженный ввод на микроконтроллер или микропроцессор.

Наконец, датчик выдает читаемый выходной сигнал, который может быть оптическим, электрическим или любой формой сигнала, соответствующей изменению входного сигнала. В любой измерительной системе датчики играют важную роль. Фактически датчики являются первым элементом блок-схемы измерительной системы, который вступает в непосредственный контакт с переменными для получения достоверного результата. Теперь ты знаешь Что на самом деле означает датчик ? дайте нам знать некоторые его типы и их приложения, как показано ниже.

Классификация датчиков

1. Активные и пассивные датчики
2. Аналоговые и цифровые датчики

Активные датчики:

Активные датчики — это тип датчиков, которые вырабатывают выходной сигнал с помощью внешнего источника возбуждения. Собственные физические свойства датчика меняются в зависимости от приложенного внешнего воздействия. Поэтому его также называют самогенерирующимся датчиком.

Примеры: LVDT и тензодатчик.

Пассивные датчики:

Пассивные датчики — это тип датчиков, которые вырабатывают выходной сигнал без помощи внешнего источника возбуждения. Им не нужен дополнительный стимул или напряжение.

Пример: Термопара, которая генерирует значение напряжения, соответствующее приложенному теплу. Он не требует никакого внешнего источника питания.

• Запись по теме: Что такое преобразователь? Типы преобразователей и их применение

Аналоговые и цифровые датчики

Различные типы цифровых и аналоговых датчиков перечислены ниже по порядку с указанием их применения.

Различные типы датчиков

Существуют различные типы датчиков, используемых для измерения физических свойств, таких как сердцебиение и пульс, скорость, теплопередача, температура и т. д. Типы датчиков перечислены ниже, и мы обсудим обычные типы один за другим в деталях с использованием и приложениями.

• Инфракрасный датчик (ИК-датчик)
• Датчики температуры и термопары
• Датчик приближения
• Ультразвуковой датчик
• Акселерометры и датчики гироскопа
• Датчик давления
• Датчик Холла
• Весоизмерительная ячейка
• Датчик освещенности
• Датчик цвета
• Датчик касания
• Датчик наклона
• Пассивный инфракрасный датчик движения и датчик вибрации
• Металлоискатель, датчик расхода воды и сердцебиения
• Датчик расхода и уровня
• Датчик дыма, тумана, газа, этанола и алкоголя
• Датчик влажности, влажности почвы и дождя

Нажмите на изображение, чтобы увеличить

Похожие статьи

Типы датчиков

Аналоговые датчики

Датчик, который выдает непрерывный во времени сигнал с аналоговым выходом, называется аналоговым датчиком. Генерируемый аналоговый выходной сигнал пропорционален измеренному или входному сигналу, подаваемому в систему. Как правило, на выходе выдается аналоговое напряжение в диапазоне от 0 до 5 В или ток. Различные физические параметры, такие как температура, напряжение, давление, смещение и т. д., являются примерами непрерывных сигналов.

Примеры: акселерометры, датчики скорости, датчики давления, датчики освещенности, датчики температуры.

• Запись по теме: Емкостный датчик и преобразователь и их применение

ИК-датчик (инфракрасный датчик)

Когда мы рассматриваем электромагнитный спектр, инфракрасная область делится на три области: ближняя инфракрасная, средняя инфракрасная и дальняя инфракрасная области. Инфракрасный спектр имеет более высокий частотный диапазон, чем микроволновый, и меньшую частоту, чем видимый свет. Инфракрасный датчик используется для излучения и обнаружения ИК-излучения. По этому принципу ИК-датчик можно использовать в качестве детектора препятствий. Существует два типа ИК-датчиков: активные и пассивные ИК-датчики.

Пассивный ИК-датчик: Когда датчик не использует источник ИК-излучения для обнаружения энергии, излучаемой препятствиями, он действует как пассивный ИК-датчик. Такие примеры, как термопара, пироэлектрический детектор и болометры, относятся к пассивным датчикам.

Активный ИК-датчик: Если есть два компонента, которые действуют как ИК-источник и ИК-детектор, это называется активным датчиком. Светодиод или лазерный диод действуют как источник ИК-излучения. Фотодиод или фототранзисторы действуют как ИК-детектор.

Связанная статья: PIR — схема инфракрасного детектора движения, работа и применение

Датчики температуры и термопары

Как уже говорилось, аналоговый датчик выдает сигналы, которые постоянно меняются во времени. Выходное значение датчика будет очень маленьким в диапазоне микровольт или милливольт. В связи с этим для усиления требуются схемы формирования сигнала. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) используются для преобразования полученного аналогового сигнала в цифровое значение.

Датчик температуры определяет температуру и измеряет изменения температуры. Другими типами датчиков температуры являются термопары, термисторы, резистивные датчики температуры (RTD) и ИС датчиков температуры (LM35) и т. д.

Датчик приближения

Датчик приближения — это бесконтактный датчик, используемый для обнаружения объектов. Он не имеет физического контакта с объектом. Объект, расстояние до которого необходимо измерить, называется целью. В датчике приближения используется инфракрасный свет или электромагнитное излучение. Существуют различные типы датчиков приближения, такие как индуктивные, емкостные, ультразвуковые и т. Д. Приложения: обнаружение объектов, измерение скорости, идентификация вращения, обнаружение материала, датчик парковки задним ходом, подсчет объектов.

• Запись по теме: LVDT: дифференциальный трансформатор с линейной переменной скоростью — индуктивные датчики

Ультразвуковой датчик

Ультразвуковые датчики используются для измерения расстояния или времени в пути с помощью ультразвуковых волн. Источник будет использоваться для излучения ультразвуковой волны. После того, как волна достигает цели, волны отражаются, и детектор улавливает сигнал. Время прохождения между переданной волной и отраженной волной измеряется с помощью ультразвукового датчика. Оптические датчики используют два разных элемента для передатчика и приемника. В то время как ультразвуковой датчик использует один элемент для передачи и приема.

Датчики акселерометра и гироскопа

Акселерометр — это тип датчика, который используется для обнаружения изменений положения, скорости и вибрации путем определения движения. Он может быть как аналогового, так и цифрового типа. В аналоговом акселерометре в зависимости от величины ускорения, приложенного к акселерометру, вырабатывается непрерывный аналоговый сигнал напряжения.

Гироскопический датчик для определения и определения ориентации с помощью земного притяжения, т.е. измеряет угловую скорость. Основное различие между датчиками акселерометра и гироскопа заключается в том, что гироскоп может определять вращение, а акселерометр не может. Другими словами, гироскоп измеряет любое вращение и не зависит от ускорения, а акселерометр не может отличить вращение от ускорения и не может работать, когда находится в центре вращения.

Датчик давления

Датчик давления работает при приложении входного напряжения и значения давления. Он выдает аналоговое выходное напряжение.

Датчик Холла

Датчик, работающий по принципу магнитного эффекта, называется датчиком Холла. Магнитное поле является входом, а электрический сигнал — выходом. Для активации датчика Холла применяется внешнее магнитное поле. Все магниты имеют две важные характеристики, а именно плотность потока и полярность. Плотность магнитного потока всегда присутствует вокруг объекта. Следовательно, выходной сигнал датчика Холла будет зависеть от плотности потока.

Области применения: Одним из основных применений магнитных датчиков являются автомобильные системы для определения положения, расстояния и скорости. Например, угловое положение коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания, положение автомобильных сидений и ремней безопасности для управления подушками безопасности или определение скорости вращения колеса для антиблокировочной тормозной системы (ABS). Датчики Холла используются для определения положения GPS, определения скорости и управления двигателем.

Тензодатчик

Тензодатчик используется для измерения веса. Входом является сила или давление, а выходом — значение электрического напряжения. Тензодатчик измеряет вес объекта косвенным методом. Существует несколько типов тензодатчиков, а именно балочный тензодатчик, одноточечный тензодатчик и тензодатчик сжатия.

Балочный тензодатчик: Используется в промышленных приложениях , таких как машины, взвешивание резервуаров, медицинское оборудование

Одноточечный тензодатчик: Используются для low приложения для измерения веса например, сбор отходов и машинное оборудование

датчик силы сжатия: используется для приложений измерения большого веса например, медицинское устройство, для управления насосом.

Применение аналоговых датчиков

Для обнаружения скрытых следов, дефектов в металлах, композитах, пластмассах, керамике, а также для определения уровня воды.

Цифровые датчики

Когда данные преобразуются и передаются в цифровом виде, это называется цифровыми датчиками. Цифровые датчики – это те, которые выдают дискретные выходные сигналы. Дискретные сигналы будут прерывистыми во времени и могут быть представлены в «битах» для последовательной передачи и в «байтах» для параллельной передачи. Измеряемая величина будет представлена ​​в цифровом формате. Цифровой выход может иметь форму логической 1 или логического 0 (ВКЛ или ВЫКЛ). Цифровой датчик состоит из датчика, кабеля и преобразователя. Измеренный сигнал преобразуется в цифровой сигнал внутри самого датчика без каких-либо внешних компонентов. Кабель используется для передачи на большие расстояния.

Световой датчик

Цифровой светодиод или оптодетектор, используемый для создания цифрового сигнала для измерения скорости вращения вала. Диск прикреплен к вращающемуся валу. Вращающийся вал имеет по окружности прозрачные пазы. Когда вал вращается со скоростью, диск также вращается вместе с ним. Датчик проходит через каждую прорезь на валу, что создает выходной импульс либо в виде логической 1, либо в виде логического 0. Выходной сигнал отображается на ЖК-дисплее после прохождения через счетчик/регистр.

Цифровой акселерометр

Цифровой акселерометр генерирует прямоугольный сигнал переменной частоты. Методом получения прямоугольных сигналов является широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Выходной сигнал ШИМ, ширина импульса прямо пропорциональна значению ускорения.

Другие типы цифровых датчиков: цифровой датчик температуры, энкодеры и т. д.

Применение цифровых датчиков

1. Обнаружение утечек в газовых трубах и кабелях с помощью датчика давления
2. Контроль давления в шинах
3. Мониторинг воздушного потока
4. Измерительный уровень
5. Ингаляторы (медицинские изделия)

Применение датчиков в режиме реального времени

Применение ИК-датчиков:

Радиационные термометры: Работает благодаря наличию ИК-датчика. Температура объекта измеряется с помощью радиационных термометров

ИК-датчики: ИК-датчики используются для изображения объектов. Они используются в камерах термографии, которые используются в качестве неинвазивного метода визуализации.

ИК-пульт для телевизора: В наши дни ИК-пульты для телевизора используются дома и в кинотеатрах. Они используют инфракрасный свет в качестве источника для связи. Пульт от телевизора состоит из кнопок и платы. Печатная плата состоит из электрической цепи, которая используется для обнаружения нажатия кнопки. После нажатия кнопки сигнал передается в виде азбуки Морзе. Транзисторы используются для усиления сигнала. Наконец, дело доходит до ИК-светодиода. Конец печатной платы будет подключен к ИК-светодиоду. Датчик размещается на приемном конце телевизора. ИК-светодиод будет излучать ИК-свет, и датчик улавливает его.

Внутри автомобиля – Применение датчиков рулевого управления: В автомобиле очень важны датчики рулевого управления.