Датчик это: что такое, виды, классификация, устройство

 Датчик (англ. sensor) – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую или регулируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. 

Или проще, датчик – это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.

В общем виде датчик Д можно представить в виде чувствительного элемента ЧЭ и преобразователя Пр.

Чувствительный элемент в системах автоматики и телемеханики выполняет функции «органов чувств». Он предназначен для преобразования контролируемой ве­личины х в такой вид сигнала x1, который удобен для измерения.

• В преобразователе, как правило, происходит преобразование неэлектрического сигнала х1в электри­ческий сигнал у.
• 
• Рис. Структура датчика

На вход датчика могут поступать как электрические, так и неэлектрические сигналы. С выхода датчика обыч­но получают электрические сигналы. Это вызвано тем, что электрический сигнал проще усиливать и переда­вать на различные расстояния.

Общими характеристиками датчиков являются:

• статическая характеристика;
• инерционность;
• динамическая (дифференциальная) чувствительность;
• порог чувстви­тельности;
• погрешность;
• мощность;
• момент или усилие, требуемые от источника входного сигнала;
• выходная мощность;
• выходное сопротивление датчика.

1. Требования, предъявляемые к датчикам:
2. — однозначная зависимость выходной величины от входной;
3. — стабильность характеристик во времени;
4. — высокая чувствительность;
5. — малые размеры и масса;
6. — отсутствие обратного воздействия на контролируемый процесс и на контролируемый параметр;
7. — работа при различных условиях эксплуатации;
8. — различные варианты монтажа.

Классификация датчиков, основные требования к ним

Используемые датчики весьма разнообразны и могут быть классифицированы по различным признакам:

 В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают:

• датчики механических перемещений (линейных и угловых),
• пневматические,
• электрические,
• расходомеры,
• датчики скорости,
• ускорения,
• усилия,
• температуры,
• давления
• и др.

• По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические и электрические:
• датчики постоянного тока (ЭДС или напряжения),
• датчики амплитуды переменного тока (ЭДС или напряжения),
• датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения),
• датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.
• Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:
• — электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью;
• — электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;
• — они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.
• По типу различают три класса датчиков:

— аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;

1. — цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоич­ное слово;
2. — бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: «включено/выключено» (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте.
3. По принципу действия датчики можно разделить на два класса: 

• генераторные и 
• параметрические .

Генераторные датчики предназначены для преобра­зования неэлектрического контролируемого или регули­руемого параметра в ЭДС. Эти датчики не требуют по­стороннего источника энергии, так как сами являются источниками ЭДС.

Генераторные датчики бывают: 

• термоэлектрическими;
• пьезоэлектрическими;
• гальваническими;
• тахометрическими.

• Параметрические датчики преобразуют входную величину в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика.
• Эти датчики получают электрическую энергию от вспомогательного источника энергии.
• Пара­метрические датчики делятся на датчики:
• —       активного сопротивления (контактные, реостатные, потенциометрические, тензодатчики, терморезисторы) и
• —       реактивные сопротивления (индуктивные, емкостные).
•  Датчики активного сопротивления(Омические, резистивные)  – принцип действия основан на изменении их активного сопротивления при изменении длины l, площади сечения S или удельного сопротивления p:
• R= pl/S
• Кроме того, используется зависимость величины активного сопротивления от контактного давления, температуры и освещённости фотоэлементов.
• В соответствии с этим омические датчики делят на: 

• контактные,
• потенциометрические (реостатные),
• тензорезисторные,
• терморезисторные,
• фоторезисторные.

Контактные датчики — это простейший вид резисторных датчиков, которые преобразуют перемещение первичного элемента в скачкообразное изменение сопротивления электрической цепи.

Контактным датчиком называется датчик, в котором линейное или угловое перемещение  преобразуется в замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих одной или несколькими электрическими цепями.

Контактные датчики делят на датчики :

• с механическим управлением
• с магнитным управлением(герконы).

Геркон (от «герметизированный контакт») — электромеханическое коммутационное устройство, изменяющее состояние подключённой электрической цепи при воздействии магнитного поля от постоянного магнита или внешнего электромагнита, например, соленоида.

Конструкция герконов

Существующие виды герконов имеют схожую конструкцию, отличающуюся лишь незначительными деталями. Все они представляют собой герметичную стеклянную колбу, внутри которой находится пара контактов из пермаллоя.

Для повышения надежности срабатывания они покрываются тонким слоем благородных металлов. Их внешние части или выводы используются для подключения прибора в рабочую цепь. Внутреннее пространство колбы заполнено инертным газом, либо из него выкачан воздух.

Это позволяет продлить срок службы коммутирующего изделия и повысить коррозийную стойкость металлов.

Принцип действия

Для срабатывания геркона на замыкание потребуется создать вокруг него магнитное поле нужной напряженности. Совершенно не важно, что является источником полевой структуры: электромагнит или его постоянный аналог. Под действием этого магнитного поля контакты намагничиваются и притягиваются один к другому, преодолевая собственную упругость.

С помощью контактных датчиков измеряют и контролируют усилия, перемещения, температуру, размеры объектов, контро­лируют их форму и т. д.

Контактные датчики могут работать как на постоянном, так и на переменном токе.

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

1. На современном автомобиле контактные датчики нашли широкое применение.
2. Рассмотрим некоторые из них.
3. Датчики аварийных режимов
4. Датчики перегрева охлаждающей жидкости

Принцип действия. В датчиках перегрева охлаждающей жидкости используют­ся свойства термобиметаллической пластины изгибаться при нагреве (такая пла­стина состоит из двух слоев металла, имеющих различные значения температур­ного коэффициента линейного расширения).

В корпусе датчика термобиметаллическая пластина может быть неподвижно закреплена либо одним концом (рис.а), либо двумя (рис.б).

 В первом случае подвижный контакт размещается на свободном конце пластины, во втором — при прогибе пластины перемещается толкатель     

• Рис. Принцип действия датчика перегрева охлаждающей жидкости:
• а — с консольным креплением термобиметаллической пластины; б — с жестким креплением обоих кон­цов термобиметаллической пластины;
• 1 — термобиметаллическая пластина; 2 — подвижный контакт; 3 — неподвижный контакт; 4 — толкатель; X — величина изгиба пластины при перегреве охлаждающей жидкости; α1, α2 — линейные коэффициенты температурного расширения пассивного (инвар) и актив­ного (сталь) слоев термобиметаллической пластины; h1 и h2 — толщины активного и пассивного слоев термобиметаллической пластины; l — длина нагреваемого участка термобиметаллической пластины; lпop — пороговое (максимально допустимое) значение температуры охлаждающей жидкости

Датчик включения электровентилятора системы охлаждения двигателя ТМ108  состоит из биметаллической пластины 2 в латунном корпусе 1, которая при превышении температуры охлаждающей жидкости предельно допустимого для данного автомобиля значения прогибается и перемещает толкатель 3 и подвижный контакт 5. Контакт 5 соединяется с неподвижным контактом 6, что обес­печивает включение электровентилятора.

При снижении температуры охлаждающей жидкости биметаллическая пла­стина остывает, ее прогиб уменьшается, и толкатель с подвижным контактом пе­ремещается в исходное положение, размыкая цепь питания электровентилятора охлаждения.

Датчики аварийного давления масла

Принцип действия. В основе работы датчиков аварийного давления масла лежит свойство упругих элементов деформироваться под действием давле­ния окружающей среды. В качестве упругого элемента в датчиках используют­ся мембраны, но в отличие от датчиков манометров они не гофриро­ванные, а плоские. Плоская мембрана менее чувствительна, чем гофрированная, но проще в изготовлении. 

При работе двигателя под действи­ем давления масла мембрана 3 прогибается и с помощью толкателя 2 удержи­вает контакты 1 и 5 в разомкнутом состоянии.

При снижении давления прогиб мембраны 1 уменьшается, толкатель 2 перемещается вниз, и при снижении давления масла до величины, меньшей минимально допустимого значения, контакты датчика замыкаются, сигнализатор аварийного давления масла за­горается.

Датчики уровня жидкостей

Принцип действия.В отечественных легковых автомобилях применяются два типа датчиков уровня жидкостей: с обычными контактами (датчик уровня тормозной жидкости) и с магнитоуправляемыми (геркон) контактами (датчики уровня масла, охлаждающей и омывающей жидкостей). Чувствительным элементом в датчиках обоих типов служит поплавок.

В контактном датчике поплавок 3 через толкатель 2 удерживает контакты 1 и 4 датчика в разомкнутом состоянии, пока уровень жидкости находится в пределах нормы. При снижении уровня до минимально допустимой величины поплавок опускается и контакты датчика замыкаются, включая соответствующий сигнализатор.

В герконовых датчиках на внутреннем диаметре поплавка размещен небольшой магнит 6. Пока поплавок 3 находится в верхнем положении (уровень жидкости в пределах нормы), контакты 7 геркона разомкнуты. Как только уровень жидкости станет меньше нормы, поплавок опустится и контакты геркона под действием постоянного магнита поплавка замкнутся. При этом загорится соответствующая сигнальная лампа.

 

Вместо сигнала “включено-выключено” в микропроцессорной системе управления автомобиля предпочтительнее использовать сигнал “малое сопротивление – большое сопротивление”.

Это исключает неправиль­ную трактовку выключенного состояния как обрыв цепи. Эта идея неоднократно встречается в конструкциях различных датчиков.

Разомкнутым контактам соответствует большое сопротивление Rs+ R. Замкнутым контактам соответствует малое сопротивление R.

В этом случае схема контактного датчика будет иметь вид

Датчик контактного типа 

Датчик уровня жидкости – поплавковый выключатель

На Рисунке ниже показана конструкция датчика с поплавком, к рычагу которого прикреплен небольшой магнит. В верхней части бака укреплен геркон.

Когда бак полон и поплавок находится вверху, магнит оказывается вблизи геркона и своим магнитным полем замыкает контакты.

По мере опускания поплавка магнитное поле в области геркона ослабевает и наступает такой момент, когда магнит не в состоянии будет удержать контакты в замкнутом состоянии.

При размыкании контактов сопротивление датчика скачком возрастает с 180 до 1380 Ом. Для блока управления это является сигналом к включению лампочки на панели приборов.

1. Как видно из формулы, сила тока при меньшем сопротивлении почти в восемь раз больше, чем при большем.

контроль за неисправностью световых приборов

Для контроля за исправностью лампочек осветительных приборов используются герконы. 

На Рисунках изображена схема с герконом, управляемым внешней катушкой. Если контролируемая лампа горит, проходящий через нее ток возбуждает катушку геркона, контакты замыкаются и сигнальная лампочка тоже зажигается

контроль за износом тормозных колодок

Схема имеет несколько вариантов, один из которых показан на Рисунке. 

На глубине, соответствующей предельной толщине накладки 2 мм, заделана проволочная петля. Когда износ достигает этой глубины, конец петли стирается и цепь прерывается.

В этот момент к сопротивлению контрольной цепи 180 Ом последовательно добавляется сопротивление 1200 Ом.

 Увеличение сопротивления с 180 до 1380 Ом воспринимается блоком управления как сигнал к включению лампочки не приборной панели.

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

Что такое датчик, какие функции выполняет и где используется

При изучении робототехники возникает вопрос – что такое датчики? Датчики еще часто называю сенсорами.

Датчики — это детекторы, которые имеют возможность измерять некоторые физические качества, такие как давление или свет.

Датчик после этого будет преобразовывать измерение в сигнал, который может быть передан для анализа. Большинство датчиков, используемых сегодня существует для того, чтобы иметь возможность общаться с электронным устройством, которое будет делать измерения и записи.

датчик что это

Наличие датчиков обязательно для всех систем автоматизации. Именно датчики позволяют создать робота, который может реагировать на изменение различных параметров окружающей среды. Получая информацию от датчиков, робот выполняет различные действия согласно заложенной в него программе.

Можно сказать, что наличие датчиков и обратной связи с ними, отличает робота от автоматизированного устройства. Изучая робототехнику можно быстро узнать, что такое датчик и как использовать различные типы датчиков.

Сегодня вы сможете найти датчики в широком диапазоне различных устройств, которые вы используете регулярно. Сенсорный экран, который у вас есть на телефоне.

экран смартфона

Ультразвуковые датчики для открытия дверей в торговых центрах, герконовые датчики для систем сигнализации и множество других. Датчики являются очень распространенной частью повседневной жизни.

Введение в датчики

Мир полон сенсоров. В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с автоматизацией во всех видах деятельности. Автоматизация включает включение света и вентилятора, с использованием мобильных телефонов. Управление телевизором с помощью мобильных приложений.

управление и мониторинг

Регулировки температуры в помещении. Обеспечение пожарной безопасности при помощи детекторов дыма и т.д. Все это делается с помощью датчиков. В наши дни любой встроенный системный продукт имеет встроенные датчики. Есть множество приложений, таких как мобильные управляемые камеры видеонаблюдения.

Приложения мониторинга и прогнозирования погоды и т. д. Датчики играют очень важную роль в профилактике и обнаружении заболеваний в здравоохранении. Поэтому, прежде чем проектировать датчик, использующий приложение, мы должны понять, что такое датчик, что именно делает датчик и сколько типов датчиков доступны.

Что такое датчик?

Датчик определяется как устройство или модуль, который помогает обнаружить любые изменения в физической величине такой как давление, сила или электрическая величина, как ток или любой другой вид энергии. После наблюдать изменениями, датчик посылает обнаруженный входной сигнал к микроконтроллеру или микропроцессору.

микроконтроллер

Наконец, датчик выдает считываемый выходной сигнал, который может быть либо оптическим, либо электрическим, либо любой формой сигнала, соответствующей изменению входного сигнала. В любой измерительной системе большую роль играют датчики.

Фактически, датчики являются первым элементом в структурной схеме измерительной системы, который вступает в непосредственный контакт с переменными для получения действительного выхода. Теперь вы знаете, что такое датчик и что на самом деле означает датчик.

Классификация датчиков

Активный датчик

Что такое активные датчик – это тип датчиков, который производит выходной сигнал с помощью внешнего источника возбуждения.

Собственные физические свойства датчика изменяются в зависимости от применяемого внешнего воздействия. Например, тензометрический датчик.

тензометрический датчик

При нажатии на такой датчик воздействие преобразуется в электрический сигнал и сигнал передается в считывающее устройство.

Пассивный датчик

Пассивные датчики тип датчиков, который производит выходной сигнал без помощи внешнего источника возбуждения.

Им не нужны никакие дополнительные токи или напряжения. Например, термопара, которая генерирует значение напряжения, соответствующее приложенному теплу.

датчик температуры

Она не требует никакого внешнего электропитания.

Также датчики подразделяются на

Аналоговые

Что такое аналоговый датчик – это сенсор, который производит непрерывный сигнал относительно времени с аналоговым выходом.

Сформированный аналоговый выходной сигнал пропорционален измеряемому им входному сигналу. Как правило, аналоговое напряжение лежит в диапазоне от 0 до 10 В или в качестве выходного сигнала используется ток.

аналоговый датчик Arduino

Примерами физических параметров для непрерывных сигналов могут служить температура, усилие, давление, смещение и др. Например, аналоговый датчик линии Arduino.

Цифровые

Цифровые датчики-это те, которые производят дискретные выходные сигналы.

Дискретные сигналы будут не непрерывными 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 быть в форме логики 1 или логики 0 (включено-выключено).

Цифровой датчик состоит из датчика, кабеля и передатчика. Измеренный сигнал преобразован в цифровой сигнал внутри датчика самого без любого внешнего компонента. Кабель используется для передачи на большие расстояния. Примером цифрового датчика может служить энкодер.

энкодеры

Он включает в себя цифровой светодиод и фотодиод, используемый для получения цифрового сигнала для измерения скорости вращающегося вала. Диск прикреплен к вращающемуся валу. Вращающийся вал имеет по окружности прозрачные пазы. Когда вал вращается со скоростью, диск также вращается вместе с ним.

принцип работы энкодера

Сигнал от светодиода проходит через паз и фиксируется фотодиодом. Выходным сигналом будет логическая 1 или логический 0. Выходные данные отображаются на ЖК-дисплее после прохождения через счетчик.

В настоящее время есть огромное количество датчиков для различных целей и каждый год датчики становятся все совершеннее. Сейчас все больше становится программируемых датчиков, которые можно калибровать и программировать на различные виды измерений.

Обычно в комплекте с этими датчиками идет достаточно подробная инструкция со схемами подключения, способами настройки и программирования датчиков.

Обзор полезного набора датчиков для Arduino

Датчик положения: 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.

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.

Что такое датчик

УСТРОЙСТВО ВИДЫ И ТИПЫ

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:

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.

1. Область применения различных видов датчиков.
2. В зависимости от назначения, датчики позволяют обнаруживать наличие предмета в зоне своего действия, определять его положение, скорость и направление перемещения, геометрические размеры.
3. Кстати, техническими характеристиками определяется минимальный размер контролируемого объекта, который может составлять от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.
4. 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.
•   *  *  *

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Датчик — это… Что такое Датчик?

Датчик, сенсор (от англ. sensor) — понятие систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. [1]

• В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Общие сведения

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами.

Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.

) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д.

Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления.

В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.

Определения понятия датчик

Широко встречаются следующие определения:

• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
• датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
• датчик – конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов.

Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др.

В третьем и четвертом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления.

Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

Классификация датчиков

Классификация по виду выходных величин

• Активные (генераторные)
• Пассивные (параметрические)

Классификация по измеряемому параметру

Классификация по принципу действия

Классификация по характеру выходного сигнала

• Дискретные
• Аналоговые
• Цифровые
• Импульсные

Классификация по среде передачи сигналов

Классификация по количеству входных величин

Классификация по технологии изготовления

См. также

Примечания

• Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
• Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
• Capacitive Position/Displacement Overview
• M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
• C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
• Sensors — Open access journal of MDPI
• M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
• SensEdu; how sensors work
• Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
• Wireless hydrogen sensor
• Sensor circuits
• Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
• Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
• Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
• ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения . раздел 3 «Термины и определения».