Czujnik nazywa się aktywnym, jeśli ulega konwersji. Co to jest czujnik? Czujnik ciśnienia oleju - funkcje, awaria

Elementy układów automatyki

Automatyzacja- dziedzina nauki i technologii zajmująca się zarządzaniem różnymi procesami i kontrolą ich przebiegu, realizowana bez bezpośredniego udziału człowieka.

Zarządzanie różnymi procesami bez interwencji człowieka nazywa się automatyczna kontrola oraz środki techniczne, za pomocą których jest to przeprowadzane - za pomocą automatyzacji.

Nazywa się parametry procesu produkcyjnego, które muszą być stale utrzymywane lub zmieniane zgodnie z określonym prawem kontrolowana ilość.

Zbiór środków technicznych mających na celu automatyzację procesów produkcyjnych układ automatyczny.

W zależności od pełnionych funkcji wyróżnia się systemy automatyczne kontrola, zarządzanie i regulacja.

Systemy składają się z obiektu sterującego i automatycznego urządzenia sterującego. Jeżeli wpływy wejściowe urządzenia sterującego są wyłącznie wpływami zewnętrznymi, system nazywa się otwarty(bez informacji zwrotnej), jeśli zewnętrzne i wewnętrzne - Zamknięte(z informacją zwrotną).

W zależności od sposobu generowania sygnałów sterujących systemy dzielą się na ciągły I oddzielny(cyfrowy).

Systemy automatyki składają się z szeregu wzajemnie powiązanych elementów, które realizują określone funkcje i zapewniają kompleksowy proces sterowania.

Zgodnie z pełnionymi funkcjami wszystkie elementy systemu automatycznego dzielą się na trzy grupy:

1) pomiar

2) przemieniający

3) wykonawczy

Zmierzenie W skład grupy wchodzą różnego rodzaju czujniki.

Przemieniający— urządzenia wzmacniające, regulatory, urządzenia cyfrowe i mikroprocesorowe.

Wykonawczy— silniki elektryczne, styczniki, zawory sterujące itp.

Elementy automatyki nazywane są urządzeniami kompletnymi strukturalnie, które realizują pewne niezależne funkcje konwersji sygnału w systemach automatyki.

Każdy element przetwarza energię otrzymaną od poprzedniego elementu i przekazuje ją następnemu. Elementy mogą być elektryczne lub nieelektryczne: hydrauliczne, pneumatyczne, mechaniczne itp.

Najważniejszym wymaganiem stawianym urządzeniom automatyki jest wysoka niezawodność. Zawodna praca układu automatycznego sterowania (awaria lub błąd) może prowadzić do zakłócenia procesu produkcyjnego i innych poważnych konsekwencji.

Szczególne znaczenie ma zastosowanie systemów automatyki tam, gdzie możliwości człowieka nie są w stanie zapewnić odpowiedniego poziomu kontroli nad procesem technologicznym. Może to dotyczyć zarówno procesów szybko zachodzących (np. zmian napięcia), jak i czynników szkodliwych (np. reakcji jądrowych, produkcji chemicznej).

Automatyzacja różnych procesów technologicznych, sterowanie różnymi maszynami i mechanizmami wymaga licznych pomiarów różnych wielkości fizycznych. Informacje o parametrach sterowanego układu lub urządzenia uzyskuje się za pomocą czujników lub innych czujników.

Czujnik to urządzenie, które przekształca efekt wejściowy dowolnej wielkości fizycznej na sygnał dogodny do dalszego wykorzystania (najczęściej na sygnał elektryczny).

To. czujniki przetwarzają Twoją ulubioną wartość na sygnał elektryczny, który można wygodnie przesyłać, przetwarzać, wyświetlać itp.

Stosowane czujniki są bardzo różnorodne i można je klasyfikować według różnych kryteriów:

1) W zależności od rodzaju wielkości wejściowej (mierzonej) wyróżnia się: mechaniczne czujniki przemieszczenia (liniowe i kątowe), pneumatyczne, elektryczne, przepływomierze, prędkości, przyspieszenia, siły, temperatury, czujniki ciśnienia itp.

Obecnie w przemyśle występuje w przybliżeniu następujący rozkład udziału pomiarów różnych wielkości fizycznych: temperatura - 50%, przepływ (masa i objętość) - 15%, ciśnienie - 10%, poziom - 5%, ilość (masa, objętość) ) - 5%, czas - 4%, wielkości elektryczne i magnetyczne - niecałe 4%.

2) W zależności od rodzaju wartości wyjściowej, na którą przeliczana jest wartość wejściowa, rozróżnia się czujniki nieelektryczne i elektryczne. Większość czujników jest elektryczna.

3) Ze względu na zasadę działania czujniki można podzielić na dwie klasy: generatorowe i parametryczne (czujniki modulatorowe). Czujniki generatora bezpośrednio przekształcają wartość wejściową na sygnał elektryczny. Czujniki parametryczne przetwarzają wartość wejściową na zmianę dowolnego parametru elektrycznego (R, L lub C) czujnika, dlatego do działania wymagają źródła zasilania.

Ze względu na zasadę działania czujniki można również podzielić na omowe, termometryczne, fotoelektryczne, indukcyjne, pojemnościowe itp.

Istnieją trzy klasy czujników:

Czujniki analogowe wytwarzające sygnał analogowy proporcjonalny do zmiany wartości wejściowej;

Czujniki cyfrowe generujące sekwencję impulsów lub kod cyfrowy;

Czujniki binarne (binarne), które wytwarzają sygnał tylko o dwóch poziomach: „włączony/wyłączony” (innymi słowy 0 lub 1).

Omowe (rezystancyjne) czujniki – zasada działania opiera się na zmianie ich rezystancji czynnej przy zmianie długości l, powierzchnia przekroju S lub oporność P, tj.

R=pl/S (1.1)

Dodatkowo wykorzystuje się zależność wartości rezystancji czynnej od temperatury, docisku i oświetlenia. Zgodnie z tym czujniki rezystancyjne dzielą się na: kontaktowe, potencjometryczne (reostatyczne), tensometryczne, termistorowe, fotorezystorowe.

Kontakt czujniki to najprostszy typ czujników rezystorowych, które przekształcają ruch elementu pierwotnego w nagłą zmianę rezystancji obwodu elektrycznego. Czujniki kontaktowe służą do pomiaru i kontroli sił, ruchów, położenia, temperatury, wymiarów obiektów itp. Do czujników kontaktowych zaliczają się wyłączniki ruchu i krańcowe, termometry kontaktowe oraz tzw. czujniki elektrodowe, które służą głównie do pomiaru granicznych poziomów przewodności elektrycznej płyny.

Wadą czujników stykowych jest ograniczona żywotność układu stykowego, jednak ze względu na prostotę tych czujników są one szeroko stosowane.

Reostatyczny Czujniki są rezystorem o zmiennej rezystancji czynnej. Wartością wejściową czujnika jest ruch styku, a wartością wyjściową zmiana jego rezystancji. Ruchomy styk jest mechanicznie połączony z obiektem, którego ruch (kątowy lub liniowy) wymaga konwersji.

Najszerzej stosowany jest obwód potencjometryczny do włączania czujnika reostatu, w którym reostat jest podłączony zgodnie z obwodem dzielnika napięcia (ryc. 1.1). Rezystor zmienny podłączony zgodnie z obwodem dzielnika napięcia nazywany jest potencjometrem.

Wartość wyjściowa U takiego czujnika jest spadkiem napięcia pomiędzy stykami ruchomymi i jednym ze styków nieruchomych. Zależność napięcia wyjściowego od ruchu „x” styku U out = f(x) odpowiada prawu zmiany rezystancji wzdłuż potencjometru.

Rysunek 1.1 — Obwód potencjometryczny do włączania czujnika reostatycznego

Zwykle czujniki reostatyczne stosuje się w mechanicznych przyrządach pomiarowych w celu przekształcenia ich odczytów na wielkości elektryczne (prąd lub napięcie), na przykład w pływakowych miernikach poziomu cieczy, różnych manometrach itp.

Tensometry służą do pomiaru naprężeń mechanicznych, małych odkształceń i wibracji. Działanie tensometrów opiera się na efekcie odkształcenia, który polega na zmianie rezystancji czynnej materiałów przewodzących i półprzewodnikowych pod wpływem przyłożonych do nich sił.

Termometryczny czujniki (termistory) - rezystancja zależna od temperatury.

Rezystory termiczne są wykorzystywane jako czujniki na dwa sposoby:

1) Temperatura termistora zależy od środowiska; Prąd przepływający przez termistor jest tak mały, że nie powoduje nagrzania termistora. W tych warunkach termistor służy jako czujnik temperatury.

2) Temperatura termistora zależy od stopnia nagrzania przez stały prąd i warunki chłodzenia. W tym przypadku o ustalonej temperaturze decydują warunki przekazywania ciepła z powierzchni termistora (prędkość przemieszczania się otoczenia – gazu lub cieczy – względem termistora, jego gęstość, lepkość i temperatura), zatem termistor może służyć jako czujnik prędkości przepływu, przewodności cieplnej otoczenia, gęstości gazów itp. P.

Rysunek 1.2 – Wykorzystanie rezystora samonagrzewającego się jako czujnika przepływu

Na przykład, aby zmierzyć objętość powietrza zużywanego w silnikach samochodowych, w kanale powietrznym instaluje się rezystor samonagrzewający. Rezystancja takiego rezystora zmienia się w wyniku chłodzenia przepływem powietrza, w wyniku czego rezystor pełni rolę czujnika przepływu (rys. 1.2).

Czujniki indukcyjne służą do bezdotykowego uzyskiwania informacji o ruchach części roboczych maszyn i mechanizmów.

Zasada działania czujnika opiera się na zmianie pola elektromagnetycznego w momencie, gdy w obszar działania czujnika wejdą metalowe przedmioty (czujnik nie reaguje na materiały niemetaliczne). Czujniki indukcyjne stosowane są głównie jako wyłączniki zbliżeniowe (nie wymagają działania mechanicznego) do określania położenia (wyłączniki krańcowe i krańcowe).

Rysunek 1.3 pokazuje przykłady zastosowania czujników indukcyjnych jako czujników położenia, kąta i prędkości.

Rysunek 1.3 - Przykłady zastosowania czujnika indukcyjnego (VBI - bezdotykowy wyłącznik indukcyjny)

Wadą czujników indukcyjnych jest ich krótka odległość reakcji i stosunkowo niska czułość.

Czujniki pojemnościowe - zasada działania opiera się na zależności pojemności elektrycznej kondensatora od wielkości, względnego położenia jego płytek oraz od stałej dielektrycznej ośrodka między nimi.

W przypadku kondensatora płaskiego z dwiema płytkami pojemność elektryczną określa się za pomocą wyrażenia:

C = e0 eS/h (1.2)

gdzie e 0 jest stałą dielektryczną;

e jest względną stałą dielektryczną ośrodka między płytami;

S jest aktywnym obszarem płytek;

h jest odległością pomiędzy płytkami kondensatora.

Zależność pojemności od powierzchni płytek i odległości między nimi służy do pomiaru przemieszczeń kątowych, bardzo małych przemieszczeń liniowych, wibracji, prędkości ruchu itp.

Do monitorowania poziomu cieczy i materiałów sypkich stosuje się czujniki szerokopojemnościowe. W takim przypadku możliwe jest umieszczenie czujników na zewnątrz zbiornika lub leja zasypowego. Materiał wchodzący w obszar roboczy czujnika powoduje zmianę stałej dielektrycznej e, co powoduje zmianę pojemności i uruchomienie czujnika (rys. 1.4).

Rysunek 1.4 - Czujnik pojemnościowy

a) rozkład pola elektrycznego kondensatora,

b) przykład kontroli poziomu minimalnego i maksymalnego

Dodatkowo czujniki grubości warstwy materiałów nieprzewodzących (mierniki grubości) oraz kontrolujące wilgotność i skład substancji pracują w celu pomiaru wartości stałej dielektrycznej e.

Zaletami czujników pojemnościowych są prostota, wysoka czułość i mała bezwładność. Wady - wpływ zewnętrznych pól elektrycznych, względna złożoność urządzeń pomiarowych.

Wprowadzenie czujniki przetwarzają zmierzoną wartość na indukowany emf. Do czujników tych zaliczają się tachogeneratory, których napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do prędkości kątowej obrotu wału generatora. Stosowane jako czujniki prędkości kątowej.

Tachogenerator (ryc. 1.5) jest maszyną elektryczną pracującą w trybie generatora. Sterowany obiekt jest mechanicznie połączony z wirnikiem tachogeneratora i powoduje jego obrót. W tym przypadku wygenerowane pole elektromagnetyczne jest proporcjonalne do prędkości obrotowej i wielkości strumienia magnetycznego. Ponadto wraz ze zmianą prędkości obrotowej zmienia się częstotliwość pola elektromagnetycznego.

Rysunek 1.5 — Tachogenerator

a) projekt, b) schematy wejściowego i wyjściowego pola elektromagnetycznego

Temperatura czujniki są najczęstsze; szeroki zakres mierzonych temperatur, różnorodność warunków stosowania przyrządów pomiarowych i stawiane im wymagania determinują różnorodność stosowanych przyrządów do pomiaru temperatury.

Główne klasy czujników temperatury do zastosowań przemysłowych: krzemowe czujniki temperatury, czujniki bimetaliczne, termometry cieczowe i gazowe, wskaźniki temperatury, termopary, rezystancyjne przetworniki termiczne, czujniki podczerwieni.

Krzemowe czujniki temperatury wykorzystują zależność temperaturową rezystancji półprzewodnika krzemu. Zakres mierzonych temperatur wynosi -50…+150 0 C. Stosowane są głównie do pomiaru temperatury wewnątrz urządzeń elektronicznych.

Czujnik bimetaliczny to płytka złożona z dwóch różnych metali, które mają różne współczynniki temperaturowe rozszerzalności liniowej. Po podgrzaniu lub ochłodzeniu płytka wygina się, otwierając (zamykając) styki elektryczne lub przesuwając igłę wskaźnikową. Zakres działania czujników bimetalicznych wynosi -40 do +550 0 C. Służą one do pomiaru powierzchni ciał stałych i temperatury cieczy. Główne obszary zastosowań to systemy grzewcze i podgrzewania wody.

Wskaźniki termiczne to specjalne substancje, które zmieniają swoją barwę pod wpływem temperatury. Produkowane w formie filmów.

Rezystancyjne przetworniki termiczne (termistory) działają w oparciu o zmiany rezystancji elektrycznej przewodników i półprzewodników w zależności od temperatury.

Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta odporność metali. Do produkcji termistorów metalowych stosuje się miedź, nikiel i platynę. Termistory platynowe umożliwiają pomiar temperatur w zakresie od -260 do 1100 0 C.

Termistory półprzewodnikowe mają ujemny lub dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji. Ponadto termistory półprzewodnikowe o bardzo małych rozmiarach mają wysokie wartości rezystancji (do 1 MOhm).

Służą do zmiany temperatur w zakresie od -100 do 200 0 C.

Termopara to połączenie (połączenie) dwóch różnych metali. Praca opiera się na efekcie termoelektrycznym - w obecności różnicy temperatur między złączem T 1 a końcami termopary T 0 zachodzi siła elektromotoryczna, zwana termoelektromotoryczną (w skrócie termo-EMF). W pewnym zakresie temperatur możemy założyć, że termo-EMF jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur ΔT = T 1 - T 0.

Termopary umożliwiają pomiar temperatur w zakresie od -200 do 2200 0 C. Platyna, platyna-rod, chromel i alumel są najczęściej stosowane do produkcji przetworników termoelektrycznych.

Termopary są tanie, łatwe w produkcji i niezawodne w działaniu. Multimetry pomiarowe są wyposażone w termopary.

Czujniki podczerwieni (pirometry) – wykorzystują energię promieniowania nagrzanych ciał, co pozwala na pomiar temperatury powierzchni na odległość. Pirometry dzielą się na promieniowanie, jasność i kolor. Umożliwiają pomiar temperatury w trudno dostępnych miejscach oraz temperatury poruszających się obiektów, wysokich temperatur tam, gdzie inne czujniki już nie działają.

Piezoelektryczny Czujniki działają w oparciu o efekt piezoelektryczny (efekt piezoelektryczny), który polega na tym, że podczas ściskania lub rozciągania niektórych kryształów na ich powierzchniach pojawia się ładunek elektryczny, którego wielkość jest proporcjonalna do działającej siły.

Służy do pomiaru sił, ciśnienia, wibracji itp.

Optyczny (fotoelektryczny) Czujniki działają albo w oparciu o wewnętrzny efekt fotoelektryczny - zmianę rezystancji przy zmianie oświetlenia, albo wytwarzają fotowoltaikę proporcjonalną do oświetlenia.

Wyróżnić analog I oddzielny czujniki optyczne. W przypadku czujników analogowych sygnał wyjściowy zmienia się proporcjonalnie do oświetlenia otoczenia. Głównym obszarem zastosowania są zautomatyzowane systemy sterowania oświetleniem.

Czujniki typu dyskretnego zmieniają stan wyjścia na przeciwny po osiągnięciu zadanej wartości oświetlenia.

Czujniki fotoelektryczne znajdują zastosowanie niemal w każdej gałęzi przemysłu. Czujniki dyskretne służą jako rodzaj przełączników zbliżeniowych do zliczania, wykrywania, pozycjonowania i innych zadań.

Rysunek 1.6 - Przykłady zastosowania czujników fotoelektrycznych

Rejestruje zmianę strumienia świetlnego w kontrolowanym obszarze związaną ze zmianą położenia w przestrzeni dowolnych ruchomych części mechanizmów i maszyn, brakiem lub obecnością obiektów.

Optyczny czujnik zbliżeniowy składa się z dwóch jednostek funkcjonalnych: odbiornika i emitera. Jednostki te mogą być wykonane w jednej obudowie lub w różnych obudowach.

Istnieją dwie metody wykrywania obiektu za pomocą czujników fotoelektrycznych:

1) Przejście wiązki - w tej metodzie nadajnik i odbiornik rozdzielone są w różne obudowy, co pozwala na ich montaż naprzeciw siebie w odległości roboczej. Zasada działania opiera się na tym, że nadajnik w sposób ciągły wysyła wiązkę światła, która jest odbierana przez odbiornik. Jeśli sygnał świetlny z czujnika ustanie z powodu przeszkody przez obcy przedmiot, odbiornik natychmiast reaguje zmianą stanu wyjścia.

2) Odbicie od obiektu – w tej metodzie odbiornik i nadajnik znajdują się w tej samej obudowie. W czasie pracy czujnika wszystkie przedmioty wpadające w jego obszar roboczy stają się swego rodzaju reflektorami (reflektorami). Gdy tylko wiązka światła odbita od obiektu trafi do odbiornika czujnika, natychmiast reaguje on zmianą stanu wyjścia.

Praca domowa

1) Wymień rodzaje czujników i wyjaśnij, dlaczego można je stosować jako czujniki położenia.

2) Wymień rodzaje czujników i wyjaśnij, dlaczego można je stosować jako czujniki prędkości.

3) Podaj jakie rodzaje czujników i wyjaśnij dlaczego można je stosować jako czujniki - przepływomierze.

4) Rysunek przedstawia czujnik indukcyjny.

Zapisz, jakie parametry czujnika i w jakim kierunku będą się zmieniać, gdy kotwica się poruszy:

1) w górę; 2) w dół; 3) w prawo; 4) w lewo.

5) Wyjaśnij przeznaczenie czujnika pokazanego na rysunku (po lewej).

6) Wyjaśnij przeznaczenie czujników pokazanych na rysunku (po prawej). Dlaczego stosuje się dwa czujniki?

Co to jest czujnik?

Z pewnością nie raz słyszałeś słowo „czujnik”. Oczywiście słowo to oznacza jakieś urządzenie techniczne. Co to jest czujnik i jak działa? Jakie są rodzaje czujników? Rozważmy wszystkie te pytania bardziej szczegółowo.

Koncepcja czujnika

Obecnie czujnik nazywany jest zwykle elementem przetwarzającym informację otrzymaną z otoczenia na sygnał elektryczny w celu dalszego przesłania informacji do innego urządzenia. Zazwyczaj czujnik stanowi konstrukcyjnie odrębną część układu pomiarowego.

Czujniki znajdują zastosowanie wszędzie: w samochodach, instalacjach grzewczych, wodociągach, w produkcji, w medycynie, a nawet w placówkach gastronomicznych do pomiaru temperatury w celu określenia stopnia gotowości potrawy.

Klasyfikacja czujników

Istnieje kilka rodzajów klasyfikacji czujników. Zaprezentujemy te najbardziej podstawowe.

Według rodzaju pomiaru:

• Czujniki ciśnienia;
• Czujniki przepływu;
• Czujniki pomiaru poziomu;
• Czujniki pomiaru temperatury;
• Czujniki stężenia;
• Czujniki radioaktywności;
• Czujniki ruchu;
• Czujniki położenia kątowego;
• Czujniki do pomiaru wielkości mechanicznych;
• Czujniki wibracji.

Klasyfikacja według technologii produkcji:

• Czujniki elementarne;
• Zintegrowane czujniki.

Klasyfikacja według zasady działania:

To zawiera:

• Czujniki optyczne wykorzystujące promieniowanie elektromagnetyczne i reagujące na parę wodną, ​​dym i różnego rodzaju aerozole. Dotyczy czujników bezkontaktowych. Zasada ich działania opiera się na wykrywaniu przez czuły czujnik wpływu czynnika drażniącego, np. pary wodnej. Czujniki te są szeroko stosowane w zautomatyzowanych systemach sterowania.
• Czujniki indukcyjne. Są to czujniki bezdotykowe i służą do obliczania położenia obiektu. Czujniki indukcyjne doskonale nadają się do wykrywania wahań pola elektromagnetycznego. Ich konstrukcja opiera się na generatorze, który wytwarza pole elektromagnetyczne, którego działanie na metalowy przedmiot generuje amplitudy drgań, na które reaguje czujnik. Czujniki tego typu znajdują szerokie zastosowanie w wykrywaczach metali, a także w różnego rodzaju zamkach elektronicznych.
• Czujniki pojemnościowe. Czujniki te są stosowane w samochodach jako czujniki deszczu, przyciski dotykowe w sprzęcie AGD i czujniki pomiaru cieczy. Zasada ich działania polega na reagowaniu na wpływ cieczy. Izolator takich czujników ma stałą dielektryczną. Ciecz działając na izolator powoduje pojawienie się sygnału elektrycznego, który zostaje zamieniony na informację. Takie czujniki są szeroko stosowane w sprzęcie gospodarstwa domowego.
• Załaduj ogniwa. Tensometry to urządzenia służące do pomiaru siły, ciśnienia, momentu obrotowego, przyspieszenia lub przemieszczenia. Mechanizm ich działania opiera się na zasadzie siły sprężystości. Czujniki tego typu znajdują szerokie zastosowanie w różnego rodzaju wagach. Zamieniają one wielkość odkształcenia na sygnał elektryczny, innymi słowy czujnik wykrywa działanie na niego dowolnej siły, po czym element sprężysty ulega odkształceniu i zmienia się rezystancja tensometru wbudowanego w taki czujnik . Następnie informacja przetwarzana jest na sygnał elektryczny i przekazywana do innego urządzenia, na przykład wyświetlacza.
• Czujniki piezoelektryczne. Takie czujniki są szeroko stosowane w mikrofonach i sonarach. Zasada ich działania opiera się na polaryzacji dielektryka pod wpływem naprężeń mechanicznych. Innymi słowy, czujniki piezoelektryczne wykrywają zmiany w polu elektrycznym, na które wpływa mechanicznie. Na przykład w mikrofonie jest to wpływ głosu. Efektem odkształcenia będzie konwersja odebranego sygnału na elektryczny i jego przesłanie do innego urządzenia. Czujniki te narodziły się dzięki Jacques’owi i Pierre’owi Curie w 1880 roku.
• Czujniki magnetyczno-elektryczne. Są to czujniki, których zasada działania opiera się na tzw. efekcie Halla. Czujniki te stosowane są w smartfonach jako podstawa działania kompasu elektronicznego, w silnikach elektrycznych, a także w miernikach prądu.
• Nanoczujniki. Obecnie w fazie rozwoju. Najpopularniejszymi dla nich obszarami powinna być medycyna i robotyka. Oczekuje się, że czujniki te staną się nową klasą i znajdą szerokie zastosowanie w przyszłości. Ich zasada działania będzie podobna do wielu innych czujników (stąd nazwy czujniki nano-piezoelektryczne, nano-tensometry itp.), ale ich rozmiary będą wielokrotnie mniejsze

Aby dowiedzieć się więcej o czujnikach, przeczytaj te artykuły.

- Są to czujniki, które działają bez kontaktu fizycznego i mechanicznego. Działają poprzez pola elektryczne i magnetyczne, powszechnie stosowane są także czujniki optyczne. W tym artykule przeanalizujemy wszystkie trzy typy czujników: optyczny, pojemnościowy i indukcyjny, a na koniec przeprowadzimy eksperyment z czujnikiem indukcyjnym. Nawiasem mówiąc, ludzie nazywają także czujniki bezdotykowe Przełączniki zbliżeniowe, więc nie bój się, jeśli zobaczysz taką nazwę ;-).

Czujnik optyczny

A więc kilka słów o czujnikach optycznych... Zasadę działania czujników optycznych przedstawia poniższy rysunek

Bariera

Pamiętacie te sceny z filmów, w których główni bohaterowie musieli przechodzić przez promienie optyczne, nie uderzając w żadną z nich? Jeżeli wiązka dotknęła jakiejkolwiek części ciała, włączał się alarm.

Wiązka jest emitowana przez jakieś źródło. Istnieje również „odbiornik wiązki”, czyli mała rzecz, która odbiera wiązkę. Gdy tylko wiązka nie znajdzie się na odbiorniku wiązki, znajdujący się w niej styk natychmiast się włączy lub wyłączy, co bezpośrednio steruje alarmem lub czymkolwiek innym według własnego uznania. Zasadniczo źródło wiązki i odbiornik wiązki, słusznie nazywany „fotodetektorem” odbiornika wiązki, występują parami.

Optyczne czujniki przemieszczenia firmy SKB IS cieszą się dużą popularnością w Rosji.

Tego typu czujniki posiadają zarówno źródło światła, jak i fotodetektor. Znajdują się one bezpośrednio w obudowie tych czujników. Każdy typ czujnika stanowi kompletną konstrukcję i jest stosowany w wielu maszynach, w których wymagana jest zwiększona dokładność przetwarzania, aż do 1 mikrometra. Są to głównie maszyny z systemem H i werbalne P programowy U tablica ( CNC), które działają zgodnie z programem i wymagają minimalnej interwencji człowieka. Te czujniki bezdotykowe są zbudowane na tej zasadzie

Tego typu czujniki są oznaczone literą „T” i nazywane są barierami. Gdy tylko wiązka optyczna została przerwana, czujnik został aktywowany.

Plusy:

• zasięg może sięgać nawet 150 metrów
• wysoka niezawodność i odporność na zakłócenia

Wady:

• przy dużych odległościach wykrywania wymagane jest precyzyjne dopasowanie fotodetektora do wiązki optycznej.

Odruch

Typ czujników refleksyjnych jest oznaczony literą R. W tego typu czujnikach nadajnik i odbiornik znajdują się w tej samej obudowie.

Zasadę działania można zobaczyć na poniższym rysunku

Światło z emitera odbija się od jakiegoś odbłyśnika światła (reflektora) i wchodzi do odbiornika. Gdy wiązka zostanie przerwana przez jakikolwiek obiekt, czujnik zostaje uruchomiony. Czujnik ten jest bardzo wygodny na liniach przenośnikowych podczas liczenia produktów.

Dyfuzja

Ostatnim rodzajem czujników optycznych są czujniki optyczne dyfuzja - oznaczona literą D. Mogą wyglądać inaczej:

Zasada działania jest taka sama jak reflektora, ale tutaj światło jest już odbijane od obiektów. Takie czujniki są zaprojektowane z myślą o krótkiej odległości reakcji i są bezpretensjonalne w działaniu.

Czujniki pojemnościowe i indukcyjne

Optyka to optyka, ale czujniki indukcyjne i pojemnościowe są uważane za najbardziej bezpretensjonalne w działaniu i bardzo niezawodne. Tak mniej więcej wyglądają

Są do siebie bardzo podobni. Zasada ich działania związana jest ze zmianami pola magnetycznego i elektrycznego. Czujniki indukcyjne uruchamiają się, gdy zbliży się do nich jakikolwiek metal. Nie gryzą innych materiałów. Pojemnościowe reagują na prawie każdą substancję.

Jak działa czujnik indukcyjny?

Jak to mówią, lepiej raz zobaczyć, niż usłyszeć sto razy, więc zróbmy mały eksperyment indukcyjny czujnik.

Tak więc naszym gościem jest czujnik indukcyjny wyprodukowany w Rosji

Czytamy, co jest na nim napisane

Marka czujnika VBI bla bla bla, S – odległość wykrywania, tutaj jest to 2 mm, U1 – wersja dla klimatu umiarkowanego, IP – 67 – stopień ochrony(w skrócie, poziom ochrony jest tutaj bardzo wysoki), U b – napięcie, przy którym pracuje czujnik, tutaj napięcie może mieścić się w zakresie od 10 do 30 woltów, Ładuję – prąd ładowania, ten czujnik może dostarczyć do obciążenia prąd do 200 miliamperów, myślę, że to przyzwoite.

Na odwrocie etykiety znajduje się schemat podłączenia tego czujnika.

Cóż, sprawdźmy działanie czujnika? Aby to zrobić, podłączamy ładunek. Naszym obciążeniem będzie dioda LED połączona szeregowo z rezystorem o wartości nominalnej 1 kOhm. Dlaczego potrzebujemy rezystora? W momencie włączenia diody LED zaczyna gorączkowo zużywać prąd i przepala się. Aby temu zapobiec, szeregowo z diodą LED włącza się rezystor.

Brązowy przewód czujnika zasilamy plusem z zasilacza, a niebieski przewód minusem. Podniosłem napięcie do 15 V.

Nadchodzi chwila prawdy… Przykładamy metalowy przedmiot do obszaru roboczego czujnika, a nasz czujnik natychmiast się uruchamia, o czym informuje nas dioda wbudowana w czujnik, a także nasza eksperymentalna dioda LED.

Czujnik nie reaguje na materiały inne niż metale. Słoik kalafonii nic dla niego nie znaczy :-).

Zamiast diody LED można zastosować wejście układu logicznego, czyli po uruchomieniu czujnika wytwarza on sygnał logiczny, który można wykorzystać w urządzeniach cyfrowych.

Wniosek

W świecie elektroniki te trzy typy czujników są coraz częściej stosowane. Z każdym rokiem produkcja tych czujników rośnie. Znajdują zastosowanie w zupełnie innych obszarach przemysłu. Bez tych czujników automatyzacja i robotyzacja nie byłaby możliwa. W tym artykule poddałem analizie jedynie najprostsze czujniki, które dają nam jedynie sygnał „włącz-wyłącz”, czyli mówiąc fachowo, jedną informację. Bardziej wyrafinowane typy czujników mogą zapewniać inne parametry, a nawet łączyć się bezpośrednio z komputerami i innymi urządzeniami.

Kup czujnik indukcyjny

W naszym sklepie radiowym czujniki indukcyjne kosztują 5 razy więcej, niż gdyby były zamawiane z Chin z Aliexpress.

Tutaj Możesz przyjrzeć się różnym czujnikom indukcyjnym.

Do lat 70. ubiegłego wieku każdy samochód był wyposażony w maksymalnie trzy czujniki: poziomu paliwa, temperatury płynu chłodzącego i ciśnienia oleju. Były one podłączone do urządzeń magnetoelektrycznych i wyświetlaczy świetlnych na desce rozdzielczej. Ich celem było jedynie informowanie kierowcy o parametrach pracy silnika i ilości paliwa. W tamtych czasach konstrukcja czujników samochodowych była bardzo prosta.

Czas jednak mijał i w latach 70. tego samego wieku producenci samochodów zaczęli zmniejszać zawartość szkodliwych substancji w spalinach wydobywających się z linii montażowych samochodów. Niezbędne do tego czujniki samochodowe nie komunikowały już niczego kierowcy, a jedynie przekazywały kierowcy informację o pracy silnika. Całkowita ich liczba w każdym samochodzie znacznie wzrosła. Kolejna dekada upłynęła pod znakiem walki o bezpieczeństwo podczas obsługi maszyn, dla której projektowano nowe czujniki. Zostały zaprojektowane do obsługi hamulców przeciwblokujących i wyzwalania poduszek powietrznych podczas wypadków drogowych.

ABS

System ten ma za zadanie zapobiegać całkowitemu zablokowaniu kół podczas hamowania. Dlatego urządzenie koniecznie zawiera czujniki prędkości kół. Ich projekty są różne. Mogą być pasywne lub aktywne.

• Czujniki pasywne to przeważnie czujniki indukcyjne. Sam czujnik składa się ze stalowego rdzenia i cewki z dużą liczbą zwojów cienkiego emaliowanego drutu miedzianego. Aby spełniał swoje funkcje, na napęd koła lub piastę wciskany jest stalowy pierścień zębaty. Czujnik jest zamocowany w taki sposób, że gdy koło się obraca, zęby przechodzą blisko rdzenia i indukują impulsy elektryczne w cewce. Ich częstotliwość powtarzania będzie proporcjonalnym wyrażeniem prędkości obrotowej koła. Zalety urządzenia tego typu: prostota, brak mocy i niski koszt. Ich wadą jest zbyt mała amplituda impulsów przy prędkościach do 7 km/h.

• Aktywne, które występują w dwóch rodzajach. Niektóre opierają się na dobrze znanym efekcie Halla. Inne są magnetorezystancyjne i opierają się na zjawisku o tej samej nazwie. Efekt magnetorezystancyjny polega na zmianie rezystancji elektrycznej półprzewodnika umieszczonego w polu magnetycznym. Obydwa typy czujników aktywnych wyróżniają się wystarczającą amplitudą impulsu przy dowolnej prędkości. Ale ich konstrukcja jest bardziej złożona, a koszt jest wyższy niż w przypadku pasywnych. A faktu, że potrzebują jedzenia, nie można nazwać zaletą.

System smarowania

Czujniki samochodowe monitorujące parametry pracy tego systemu są trzech typów:

Chłodzenie silnika

Samochód z silnikiem gaźnikowym został wyposażony w dwa czujniki temperatury. Jeden z nich zawierał elektryczny wentylator chłodnicy utrzymujący temperaturę roboczą. Urządzenie wyświetlające pobierało odczyty z drugiego. Układ chłodzenia nowoczesnego samochodu wyposażonego w elektroniczną jednostkę sterującą silnika (ECU) posiada również dwa czujniki temperatury. W jednym z nich zastosowano urządzenie wyświetlające temperaturę płynu chłodzącego w zestawie wskaźników. Do działania ECU wymagany jest inny czujnik temperatury. Ich budowa nie różni się zasadniczo. Obydwa są termistorami o ujemnym współczynniku temperaturowym. Oznacza to, że ich opór maleje wraz ze spadkiem temperatury.

Układ dolotowy

• Czujnik masowego przepływu powietrza (MAF). Zaprojektowany do określania objętości powietrza wchodzącego do cylindrów. Jest to konieczne do obliczenia ilości paliwa potrzebnej do wytworzenia zbilansowanej mieszanki paliwowo-powietrznej. Węzeł składa się z nitek platynowych, przez które przepływa prąd elektryczny. Jeden z nich znajduje się w strumieniu powietrza wchodzącego do silnika. Drugi, referencyjny, jest od niego oddalony. Prądy przepływające przez nie są porównywane w ECU. Różnica między nimi określa objętość powietrza wchodzącego do silnika. Czasami dla większej dokładności brana jest pod uwagę temperatura powietrza.

• Czujnik bezwzględnego ciśnienia powietrza w kolektorze dolotowym, zwany także czujnikiem MAP. Służy do określania objętości powietrza wchodzącego do cylindrów. Może stanowić alternatywę dla czujnika masowego przepływu powietrza w silnikach z turbodoładowaniem. Urządzenie składa się z korpusu i ceramicznej membrany pokrytej odporną na naprężenia folią. Objętość ciała jest podzielona na 2 części przez przeponę. Jeden z nich jest zapieczętowany i wypompowano z niego powietrze. Drugi jest połączony rurką z kolektorem dolotowym, dzięki czemu ciśnienie w nim jest równe ciśnieniu powietrza wtłaczanego do silnika. Pod wpływem tego ciśnienia membrana ulega deformacji, co zmienia opór znajdującej się na niej folii. Opór ten charakteryzuje bezwzględne ciśnienie powietrza w kolektorze.
• Czujnik położenia przepustnicy (TPS). Wytwarza sygnał proporcjonalny do kąta otwarcia przepustnicy. Zasadniczo jest to rezystor zmienny. Jego stałe styki są połączone z masą i napięciem odniesienia. A napięcie wyjściowe jest usuwane z ruchomego, mechanicznie połączonego z osią przepustnicy.

System wydechowy

Czujnik tlenu. Urządzenie to pełni rolę sprzężenia zwrotnego w celu utrzymania pożądanego stosunku powietrza i paliwa w komorach spalania. Jego działanie opiera się na zasadzie działania ogniwa galwanicznego z elektrolitem stałym. Ta ostatnia to ceramika na bazie dwutlenku cyrkonu. Elektrody tej konstrukcji są napylane platyną po obu stronach ceramiki. Urządzenie zaczyna działać po podgrzaniu do temperatury od 300 do 400 ◦ C.

Nagrzewanie się do tak wysokiej temperatury odbywa się najczęściej za pomocą gorących spalin lub elementu grzejnego. Ten reżim temperaturowy jest niezbędny, aby wystąpiła przewodność elektrolitu ceramicznego. Obecność niespalonego paliwa w spalinach silnika powoduje pojawienie się na elektrodach czujnika różnicy potencjałów. Pomimo tego, że wszyscy przywykli nazywać to urządzenie czujnikiem tlenu, jest to raczej czujnik niespalonego paliwa. Ponieważ pojawienie się sygnału wyjściowego następuje, gdy jego powierzchnia styka się nie z tlenem, ale z parami paliwa.

Inne czujniki

Czujniki elektroniczne (mierniki) są ważnym elementem automatyzacji wszelkich procesów technologicznych oraz sterowania różnymi maszynami i mechanizmami.

Korzystając z urządzeń elektronicznych, można uzyskać pełną informację o parametrach kontrolowanego sprzętu.

Zasada działania każdego czujnika elektronicznego polega na przetwarzaniu monitorowanych wskaźników na sygnał, który jest przesyłany do dalszego przetwarzania przez urządzenie sterujące. Istnieje możliwość pomiaru dowolnych wielkości - temperatury, ciśnienia, napięcia i prądu elektrycznego, natężenia światła i innych wskaźników.

O popularności liczników elektronicznych decyduje szereg cech konstrukcyjnych, w szczególności jest to możliwe:

• przesyłaj zmierzone parametry na niemal dowolną odległość;
• konwertować wskaźniki na kod cyfrowy, aby osiągnąć wysoką czułość i szybkość;
• przesyłaj dane z najwyższą możliwą szybkością.

Ze względu na zasadę działania czujniki elektroniczne dzielą się na kilka kategorii. Niektóre z najpopularniejszych to:

• pojemnościowy;
• indukcyjny;
• optyczny.

Każda opcja ma pewne zalety, które określają optymalny zakres jej zastosowania. Zasada działania dowolnego typu licznika może się różnić w zależności od konstrukcji i użytego sprzętu monitorującego.

CZUJNIKI POJEMNOŚCIOWE

Zasada działania elektronicznego czujnika pojemnościowego polega na zmianie pojemności kondensatora płaskiego lub cylindrycznego w zależności od ruchu jednej z płytek. Uwzględniany jest również wskaźnik, taki jak stała dielektryczna ośrodka między płytami. Jedną z zalet takich urządzeń jest ich bardzo prosta konstrukcja, która pozwala na osiągnięcie dobrej wytrzymałości i niezawodności.

Ponadto mierniki tego typu nie podlegają zniekształceniom wskaźników na skutek zmian temperatury. Jedynym warunkiem dokładnych wskaźników jest ochrona przed kurzem, wilgocią i korozją.

Czujniki pojemnościowe są szeroko stosowane w wielu różnych gałęziach przemysłu. Urządzenia są łatwe w produkcji, charakteryzują się niskimi kosztami produkcji, a jednocześnie charakteryzują się długą żywotnością i dużą czułością.

W zależności od konstrukcji urządzenia dzielą się na o pojedynczej pojemności i o pojemności spirytusowej. Druga opcja jest trudniejsza w produkcji, ale charakteryzuje się zwiększoną dokładnością pomiaru.

Obszar zastosowań.

Najczęściej czujniki pojemnościowe służą do pomiaru przemieszczeń liniowych i kątowych, a konstrukcja urządzenia może się różnić w zależności od metody pomiaru (zmienia się powierzchnia elektrod lub szczelina między nimi). Do pomiaru przemieszczeń kątowych stosuje się czujniki o zmiennej powierzchni płytek kondensatorów.

Przetworniki pojemnościowe służą również do pomiaru ciśnienia. Konstrukcja przewiduje obecność jednej elektrody z membraną, która ugina się pod ciśnieniem, zmieniając pojemność kondensatora, co jest rejestrowane przez obwód pomiarowy.

Dzięki temu mierniki pojemności mogą być stosowane w dowolnych układach sterowania i regulacji. W energetyce, inżynierii mechanicznej i budownictwie zwykle stosuje się czujniki przemieszczenia liniowego i kątowego. Pojemnościowe przetworniki poziomu sprawdzają się najlepiej przy pracy z materiałami sypkimi i cieczami, często stosowane są w przemyśle chemicznym i spożywczym.

Elektroniczne czujniki pojemnościowe służą do dokładnego pomiaru wilgotności powietrza, grubości dielektryka, różnych odkształceń, przyspieszeń liniowych i kątowych, zapewniając dokładność w najróżniejszych warunkach.

CZUJNIKI INDUKCYJNE

Bezkontaktowe czujniki indukcyjne działają na zasadzie zmiany indukcyjności cewki z rdzeniem. Kluczową cechą mierników tego typu jest to, że reagują jedynie na zmianę położenia metalowych przedmiotów. Metal ma bezpośredni wpływ na pole elektromagnetyczne cewki, co powoduje zadziałanie czujnika.

Dzięki temu za pomocą czujnika indukcyjnego można skutecznie monitorować położenie metalowych obiektów w przestrzeni. Pozwala to na zastosowanie mierników indukcyjnych w każdej branży, gdzie wymagane jest monitorowanie położenia różnych elementów konstrukcyjnych.

Jedną z ciekawych cech czujnika jest to, że pole elektromagnetyczne zmienia się w różny sposób w zależności od rodzaju metalu, co w pewnym stopniu rozszerza zakres zastosowań urządzeń.

Czujniki indukcyjne posiadają szereg zalet, z których na szczególną uwagę zasługuje brak części ruchomych, co znacząco zwiększa niezawodność i wytrzymałość konstrukcji. Czujniki można podłączyć także do przemysłowych źródeł napięcia, a zasada działania miernika gwarantuje wysoką czułość.

Czujniki indukcyjne produkowane są w kilku wersjach zapewniających najwygodniejszą instalację i obsługę, na przykład liczniki podwójne (dwie cewki w jednej obudowie).

Obszar zastosowań.

Zakres zastosowania liczników indukcyjnych to automatyzacja w każdej dziedzinie przemysłu. Prosty przykład – urządzenie można zastosować jako alternatywę dla wyłącznika krańcowego, a prędkość reakcji zostanie zwiększona. Czujniki umieszczone są w pyłoszczelnej i odpornej na wilgoć obudowie, dzięki czemu można je stosować w najtrudniejszych warunkach.

Urządzenia mogą służyć do pomiaru najróżniejszych wielkości – w tym celu wykorzystują przeliczniki mierzonego wskaźnika na wielkość ruchu, która jest rejestrowana przez urządzenie.

CZUJNIKI OPTYCZNE

Bezkontaktowe elektroniczne czujniki optyczne to jeden z najpopularniejszych typów mierników w branżach, które wymagają skutecznego pozycjonowania dowolnych obiektów z maksymalną dokładnością.

Zasada działania tego typu mierników opiera się na rejestracji zmian strumienia światła w momencie przejścia przez niego obiektu. Najprostszym obwodem urządzenia jest emiter (LED) i fotodetektor, który przetwarza promieniowanie świetlne na sygnał elektryczny.

Nowoczesne liczniki optyczne wykorzystują nowoczesny elektroniczny system kodowania, który eliminuje wpływ obcych źródeł światła (ochrona przed fałszywymi alarmami).

Konstrukcyjnie mierniki optyczne mogą być wykonane albo w oddzielnych obudowach dla nadajnika i odbiornika, albo w jednej, w zależności od zasady działania urządzenia i jego obszaru zastosowania. Obudowa dodatkowo zapewnia ochronę przed kurzem i wilgocią (do pracy w niskich temperaturach stosowane są specjalne osłony termiczne).

Klasyfikacja czujników optycznych odbywa się w zależności od schematu działania. Najpopularniejszym typem jest bariera, składająca się z nadajnika i odbiornika umieszczonych dokładnie naprzeciw siebie. Gdy stały strumień światła zostanie przerwany przez obiekt, urządzenie generuje odpowiedni sygnał.

Drugim popularnym typem jest miernik optyczny dyfuzyjny, w którym emiter i fotodetektor znajdują się w tej samej obudowie. Zasada działania opiera się na odbiciu wiązki światła od obiektu. Odbity strumień światła jest wychwytywany przez fotodetektor, po czym uruchamiana jest elektronika.

Trzecią opcją jest refleksyjny czujnik optyczny. Podobnie jak w mierniku rozproszonym, nadajnik i odbiornik są konstrukcyjnie wykonane w tej samej obudowie, ale strumień światła odbija się od specjalnego odbłyśnika.

Stosowanie.

Czujniki optyczne są szeroko stosowane w zautomatyzowanych systemach sterowania i służą do wykrywania obiektów i ich liczenia. Stosunkowo prosta konstrukcja zapewnia niezawodność i wysoką dokładność pomiaru. Kodowany sygnał świetlny zapewnia ochronę przed czynnikami zewnętrznymi, a elektronika pozwala określić nie tylko obecność obiektów, ale także ich właściwości (wymiary, przezroczystość itp.).

Urządzenia optyczne znajdują szerokie zastosowanie w systemach bezpieczeństwa, gdzie pełnią funkcję skutecznych czujników ruchu. Niezależnie od rodzaju, czujniki elektroniczne są najlepszą opcją dla nowoczesnych systemów sterowania i urządzeń automatyki.

Wysoka dokładność i szybkość pomiaru zapewniają prawidłowe działanie sprzętu przy minimalnych odchyleniach. Ponadto większość liczników elektronicznych jest bezkontaktowa, co kilkukrotnie zwiększa niezawodność urządzeń i gwarantuje długą żywotność nawet w trudnych warunkach produkcyjnych.

© 2012-2020 Wszelkie prawa zastrzeżone.

Materiały prezentowane na stronie służą wyłącznie celom informacyjnym i nie mogą być wykorzystywane jako wytyczne lub dokumenty regulacyjne.