Сензорът е миниатюрно сложно устройство, което преобразува физически параметри в сигнал. Подава сигнал в удобна форма. Основната характеристика на сензора е неговата чувствителност. Сензорите за позиция комуникират между механичните и електронните части на оборудването. Те го използват за автоматизиране на процеси. Тези устройства се използват в много индустрии.

Сензорите за позиция могат да бъдат с различни форми. Правят се за специфични цели. С помощта на устройството можете да определите местоположението на обект. Освен това физическото състояние няма значение. Един обект може да бъде твърд, течен или дори свободно течащ.

С помощта на устройството можете да решите различни проблеми:

• Те измерват положението и движението (ъглово и линейно) на органите в работещите машини и механизми. Измерването може да се комбинира с предаване на данни.
• В автоматизираните системи за управление роботиката може да бъде връзка за обратна връзка.
• Контрол на степента на отваряне/затваряне на елементите.
• Регулиране на водещите ролки.
• Електрическо задвижване.
• Определяне на данни за разстояния до обекти без референция към тях.
• Проверка на функционирането на механизмите в лаборатории, т.е. провеждане на тестове.

Класификация, устройство и принцип на действие

Сензорите за положение могат да бъдат безконтактни и контактни.

• Безконтактни, тези устройства са индуктивни, магнитни, капацитивни, ултразвукови и оптични. Те образуват връзка с обект с помощта на магнитно, електромагнитно или електростатично поле.
• Контакт. Най-често срещаният от тази категория е енкодерът.

Безконтактно

Безконтактни сензори за позиция или сензорен превключвател се задействат без контакт с движещ се обект. Те са в състояние да реагират бързо и да се включват често.

Според трейлъра безконтактните действия са:

• капацитивен,
• индуктивен,
• оптичен,
• лазер,
• ултразвуков,
• микровълнова печка,
• магнитно чувствителен.

Безконтактните могат да се използват за превключване на по-ниска скорост или спиране.

Индуктивен

Индуктивен безконтактен сензор работи поради промени в електромагнитното поле.

Основните компоненти на индуктивния сензор са направени от месинг или полиамид. Възлите са свързани помежду си. Дизайнът е надежден и издържа на големи натоварвания.

• Генераторът създава електромагнитно поле.
• Тригерът на Schmidt обработва информация и я предава на други възли.
• Усилвателят е способен да предава сигнал на големи разстояния.
• Светодиодният индикатор помага за наблюдение на работата му и проследяване на промените в настройките.
• Съединение - филтър.

Работата на индуктивно устройство започва от момента, в който генераторът е включен, създава се електромагнитно поле. Полето влияе на вихрови токове, които променят амплитудата на трептенията на генератора. Но генераторът е първият, който реагира на промените. Когато движещ се метален обект навлезе в полето, се изпраща сигнал към контролния блок.

След като сигналът пристигне, той се обработва. Големината на сигнала зависи от обема на обекта и от разстоянието, разделящо обекта от устройството. След това сигналът се преобразува.

Капацитивен

Капацитивният сензор може външно да има конвенционално плоско или цилиндрично тяло, вътре в което има щифтови електроди и диелектричен дистанционер. Една от плочите стабилно проследява движението на обект в пространството, в резултат на което капацитетът се променя. Тези устройства се използват за измерване на ъглово и линейно движение на обекти и техните размери.

Капацитивните продукти са прости, имат висока чувствителност и ниска инерция. Външното влияние на електрическите полета влияе върху чувствителността на устройството.

Оптичен

• Измерете позицията и движението на обекти след крайни изключватели.
• Извършете безконтактни измервания.
• Определете позицията на обекти, движещи се с висока скорост.

Бариера

Бариерният оптичен сензор се обозначава с латинската буква “T”. Това оптично устройство е двублоково. Използва се за откриване на обекти, попадащи в зоната за наблюдение между предавателя и приемника. Обхват на покритие до 100м.

рефлекс

Буквата "R" означава рефлексен оптичен сензор. Рефлексният продукт съдържа предавател и приемник в един корпус. Рефлекторът служи за отражение на лъча. За откриване на обект с огледална повърхност в сензора е монтиран поляризационен филтър. Обхват до 8м.

дифузия

Сензорът за дифузия е обозначен с буквата "D". Корпусът на устройството е моноблок. Тези устройства не изискват прецизно фокусиране. Дизайнът е предназначен за работа с обекти, разположени на близко разстояние. Обхват 2м.

Лазер

Лазерните сензори са много точни. Те могат да определят къде се случва движение и да дадат точните размери на даден обект. Тези устройства са с малки размери. Консумацията на енергия на устройствата е минимална. Продуктът е в състояние незабавно да идентифицира непознат и веднага да включи алармата.

Основата на лазерното устройство е да измерва разстоянието до обект с помощта на триъгълник. От приемник с висок паралелизъм се излъчва лазерен лъч, който удря повърхността на обект и се отразява. Отражението става под определен ъгъл. Размерът на ъгъла зависи от разстоянието, на което се намира обектът. Отразеният лъч се връща към приемника. Интегриран микроконтролер разчита информацията - определя параметрите на обекта и неговото местоположение.

Ултразвукова

Ултразвуковите сензори са сензорни устройства, които се използват за преобразуване електрически токв ултразвукови вълни. Тяхната работа се основава на взаимодействието на ултразвукови вибрации с контролирано пространство.

Устройствата работят на принципа на радара - засичат обект по отразен сигнал. Скоростта на звука е постоянна стойност. Устройството може да изчислява разстоянието до обекта според времевия диапазон, когато сигналът е излязъл и се е върнал.

Микровълнова печка

Микровълновите сензори за движение излъчват високочестотни електромагнитни вълни. Продуктът е чувствителен към промени в отразените вълни, които се създават от обекти в контролираната зона. Обектът може да бъде топлокръвен, жив или просто обект. Важно е обектът да отразява радиовълните.

Използваният радарен принцип ви позволява да откриете обект и да изчислите скоростта на неговото движение. При движение устройството се активира. Това е ефектът на Доплер.

Магниточувствителен

Този тип устройство се произвежда в два вида:

• на базата на механични контакти;
• въз основа на ефекта на Хол.

Първият може да работи при променлива и DCдо 300V или при напрежение близко до 0.

Продукт, базиран на ефекта на Хол, използва чувствителен елемент за наблюдение на промените в характеристиките под въздействието на външно магнитно поле.

Контакт

Контактните сензори са продукти от параметричен тип. Ако се наблюдават трансформации на механична величина, тяхното електрическо съпротивление се променя. Дизайнът на продукта съдържа два електрода, които осигуряват контакт на входа на приемника със земята. Капацитивният преобразувател се състои от две метални пластини, те се държат от два оператора, инсталирани на разстояние един от друг. Една плоча може да бъде тялото на приемника.

Сензорът за контактен ъгъл се нарича енкодер и се използва за определяне на ъгъла на въртене на въртящ се обект. Неутралното е отговорно за режима на работа на двигателя.

живак

Сензорите за положение на живак имат стъклено тяло и са подобни на размерите на неонова лампа. Във вакуумно затворена стъклена колба има два контактни щифта с капка живачна топка.

Използва се от шофьорите за контролиране на ъгъла на окачване, отваряне на капака и багажника. Използват го и радиолюбителите.

Области на приложение

Областите на използване на миниатюрни устройства са обширни:

• Използва се в машиностроенето за сглобяване, тестване, опаковане, заваряване, нитове.
• В лабораториите се използват за контрол и измерване.
• Автомобилна техника, транспортна индустрия, мобилна техника. Най-популярен е сензорът за неутрална предавка за ръчни трансмисии. Много системи за управление на превозни средства съдържат сензори. Те се намират в кормилния механизъм, клапаните, педалите, в системите на двигателното отделение, в системите за управление на огледала, седалки и сгъваеми покриви.
• Те се използват в дизайна на роботи, в научната област и в образованието.
• Медицинска технология.
• Селскостопанска и специална техника.
• Дървообработваща индустрия.
• Металообработваща зона, в металорежещи машини.
• Производство на тел.
• Конструкции на валцови мелници, в машини с програмно управление.
• Системи за проследяване.
• IN системи за сигурност.
• Хидравлични и пневматични системи.

- Това са сензори, които работят без физически и механичен контакт. Те работят чрез електрически и магнитни полета, а оптичните сензори също са широко използвани. В тази статия ще анализираме и трите вида сензори: оптични, капацитивни и индуктивни, а накрая ще направим експеримент с индуктивен сензор. Между другото, хората също наричат ​​безконтактни сензори безконтактни превключватели, така че не се плашете, ако видите такова име ;-).

Оптичен сензор

И така, няколко думи за оптичните сензори... Принципът на работа на оптичните сензори е показан на фигурата по-долу

Бариера

Помните ли онези сцени от филми, в които главните герои трябваше да преминат през оптични лъчи, без да удрят нито един от тях? Ако лъчът докосне някоя част от тялото, се задейства аларма.

Лъчът се излъчва от някакъв източник. Има и „приемник на лъча“, тоест малкото нещо, което приема лъча. Щом лъчът не е на приемника на лъча, веднага се включва или изключва контакт в него, който директно ще управлява алармата или каквото и да е друго по ваша преценка. По принцип източникът на лъча и приемникът на лъча, правилно наречен „фотодетектор“ приемник на лъч, идват по двойки.

Оптичните сензори за преместване от SKB IS са много популярни в Русия.

Тези видове сензори имат както източник на светлина, така и фотодетектор. Те се намират директно в корпуса на тези сензори. Всеки тип сензор е цялостен дизайн и се използва в редица машини, където се изисква повишена точност на обработка, до 1 микрометър. Това са предимно машини със система зи словесно Ппрограмен Uдъска ( ЦПУ), които работят по програма и изискват минимална човешка намеса. Тези безконтактни сензори са изградени на този принцип

Тези видове сензори се обозначават с буквата “Т” и се наричат ​​бариера. Веднага щом оптичният лъч беше прекъснат, сензорът се активира.

Професионалисти:

• обхватът може да достигне до 150 метра
• висока надеждност и устойчивост на шум

минуси:

• при големи разстояния на засичане е необходима прецизна настройка на фотодетектора спрямо оптичния лъч.

рефлекс

Рефлексният тип сензори се обозначава с буквата R. При тези видове сензори излъчвателят и приемникът са разположени в един корпус.

Принципът на работа може да се види на фигурата по-долу

Светлината от излъчвателя се отразява от някакъв светлоотражател (рефлектор) и влиза в приемника. Веднага щом лъчът бъде прекъснат от някакъв обект, сензорът се задейства. Този сензор е много удобен на конвейерни линии при броене на продукти.

дифузия

И последният тип оптични сензори е дифузия - обозначена с буквата D. Те могат да изглеждат различно:

Принципът на действие е същият като на рефлектора, но тук светлината вече се отразява от предметите. Такива сензори са проектирани за кратко разстояние на реакция и са непретенциозни в работата си.

Капацитивни и индуктивни сензори

Оптиката е оптика, но индуктивните и капацитивните сензори се считат за най-непретенциозни в работата си и много надеждни. Ето така изглеждат приблизително

Много си приличат. Принципът на тяхното действие е свързан с промени в магнитните и електрическите полета. Индуктивните сензори се задействат, когато метал се доближи до тях. Не хапят други материали. Капацитивните реагират на почти всяко вещество.

Как работи индуктивният сензор?

Както се казва, по-добре е да видите веднъж, отколкото да чуете сто пъти, така че нека направим малък експеримент индуктивенсензор.

И така, нашият гост е индуктивен сензор, произведен в Русия

Четем какво пише на него

Марка VBI сензор бла бла бла бла, S – разстояние на усещане, тук е 2 мм, U1 – версия за умерен климат, IP – 67 – степен на защита(накратко, нивото на защита тук е много стръмно), U b – напрежение, при което работи датчика, тук напрежението може да бъде в диапазона от 10 до 30 волта, I load – товарен ток, този сензор може да достави ток до 200 милиампера към товара, мисля, че това е прилично.

На обратната страна на етикета има схема на свързване на този сензор.

Е, нека да проверим работата на сензора? За да направите това, прикачваме товара. Нашият товар ще бъде светодиод, свързан последователно с резистор с номинална стойност 1 kOhm. Защо се нуждаем от резистор? В момента, в който светодиодът се включи, той започва неистово да консумира ток и изгаря. За да се предотврати това, резистор е поставен последователно със светодиода.

Захранваме кафявия проводник на датчика с плюс от захранването, а синия проводник с минус. Взех напрежението на 15 волта.

Идва моментът на истината... Ние го довеждаме работна средасензорът е метален предмет и нашият сензор незабавно се задейства, както се вижда от светодиода, вграден в сензора, както и от нашия експериментален светодиод.

Сензорът не реагира на материали, различни от метали. Едно бурканче колофон му не значи нищо :-).

Вместо светодиод може да се използва вход за логическа схема, т.е. когато сензорът се задейства, той издава сигнал с логическа единица, който може да се използва в цифрови устройства.

Заключение

В света на електрониката тези три вида сензори се използват все по-често. Всяка година производството на тези сензори расте и расте. Те се използват в напълно различни области на индустрията. Автоматизацията и роботизацията не биха били възможни без тези сензори. В тази статия анализирах само най-простите сензори, които ни дават само сигнал „включено-изключено“, или, казано на професионален език, една част от информацията. По-сложните типове сензори могат да предоставят различни параметри и дори могат да се свързват директно с компютри и други устройства.

Купете си индуктивен датчик

В нашия радио магазин индуктивните сензори струват 5 пъти повече, отколкото ако са поръчани от Китай от Aliexpress.

Тук Можете да разгледате разнообразието от индуктивни сензори.

* Тази работа не е научна работа, не е дипломна работа и е резултат от обработка, структуриране и форматиране на събраната информация, предназначена за използване като източник на материал за самостоятелна подготовка на учебни работи.

1. Понятие за сензор

Човек възприема формата, размера и цвета на околните предмети с очите си, чува звуци с ушите си и мирише с носа си. Обикновено има пет вида усещания, свързани със зрението, слуха, обонянието, вкуса и докосването. За да формира усещания, човек се нуждае от външна стимулация на определени органи - „сетивни сензори“. За различни видовеусещания, ролята на сензори се играе от определени сетивни органи:

Очно зрение

Слух Уши

Вкусете език

Миризма на носа

Докоснете кожата

Но за да се получи усещане, не са достатъчни само сетивата. Например, при зрителното усещане това изобщо не означава, че човек вижда само благодарение на очите си. Добре известно е, че чрез очите дразненията от външната среда под формата на сигнали се предават по нервните влакна към мозъка и вече в него се формира усещането за голямо и малко, черно и бяло и т.н. Тази обща схема за възникване на усещането важи и за слуха, обонянието и други видове усещане, т.е. всъщност външните стимули като нещо сладко или горчиво, тихо или силно се оценяват от мозъка, който се нуждае от сензори, които реагират на тези стимули.

Подобна система се формира и в автоматизацията. Процесът на управление се състои в получаване на информация за състоянието на обекта на управление, нейното управление и обработка от централното устройство и подаване на управляващи сигнали към него. изпълнителни механизми. За получаване на информация се използват сензори за неелектрически величини. По този начин се контролират температурата, механичните движения, наличието или отсъствието на обекти, налягането, дебитите на течности и газове, скоростта на въртене и др.

2. Принцип на действие и класификация

Сензорите предоставят информация за състоянието на външната среда, като взаимодействат с нея и преобразуват отговора на това взаимодействие в електрически сигнали. Има много явления и ефекти, видове свойства и енергийни трансформации, които могат да се използват за създаване на сензори. Когато се класифицират сензорите, принципът на тяхното действие често се използва като основа, който от своя страна може да се основава на физични или химични явления и свойства.

3. Основни видове:

3.1. Температурни сензори

Всеки ден се сблъскваме с температурата и тя е най-познатата физическа величина за нас. Сред другите сензори температурните сензори имат особено голямо разнообразие от видове и са едни от най-често срещаните.

Стъкленият термометър с живачен стълб е познат от древни времена и се използва широко днес. Термисторите на съпротивлението, които се променят под въздействието на температурата, се използват доста често в различни устройства поради относително ниската цена на сензорите от този тип. Има три вида термистори: с отрицателна характеристика (съпротивлението им намалява с повишаване на температурата), с положителна характеристика (с повишаване на температурата съпротивлението нараства) и с критична характеристика (съпротивлението им нараства при прагова температура). Обикновено съпротивлението се променя доста рязко под въздействието на температурата. За да се разшири линейната част на тази промяна, резисторите се свързват паралелно и последователно с термистора.

Термодвойките са особено широко използвани в областта на измерванията. Те използват ефекта на Seebeck: в кръстовище, направено от различни метали, възниква ЕДС, което е приблизително пропорционално на температурната разлика между самия кръстовище и неговите изводи. Диапазонът на температурите, измерени от термодвойка, зависи от използваните метали. Термично чувствителните ферити и кондензатори използват ефекта на температурата върху магнитната и диелектричната константа съответно, започвайки от определена стойност, наречена температура на Кюри, и за конкретен сензор зависи от използваните в него материали. Чувствителните към температура диоди и тиристори са полупроводникови сензори, които използват температурната зависимост на проводимостта на p-n преход (обикновено върху силициев кристал). Напоследък практическо приложение намериха така наречените интегрирани температурни сензори, които представляват чувствителен на температура диод на същия чип с периферни вериги, като усилвател и др.

3.2. Оптични сензори.

Подобно на температурните оптични сензори, те се отличават с голямото си разнообразие и широко приложение.Въз основа на принципа на оптико-електрическото преобразуване, тези сензори могат да бъдат разделени на четири типа: въз основа на ефектите на фотоелектронната емисия, фотопроводимост, фотоволтаични и пироелектрически. Фотоволтаично излъчване или външен фотоелектричен ефект е излъчването на електрони, когато светлината пада върху физическо тяло. За да избягат електроните от физическо тяло, те трябва да преодолеят енергийна бариера. Тъй като енергията на фотоелектроните е пропорционална на 1hc/l0 (където 1h0 е константата на Планк, 1c0 е скоростта на светлината, 1l0 е дължината на вълната на светлината), колкото по-къса е дължината на вълната на излъчващата светлина, толкова по-голяма е енергията на електроните и толкова по-лесно преодоляват определената бариера.

Ефектът на фотопроводимостта или вътрешният фотоелектричен ефект0 е промяна в електрическото съпротивление на физическо тяло, когато то е облъчено със светлина. Сред материалите, които имат ефект на фотопроводимост, са ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS и др. Максималната спектрална чувствителност на CdS се проявява приблизително при светлина с дължина на вълната 500-550 nm, което съответства приблизително на средата на чувствителността зона на човешкото зрение. Оптичните сензори, работещи с ефекта на фотопроводимостта, се препоръчват за използване в експонометри на фото и филмови камери, в верижни прекъсвачии светлинни контролери, детектори за пламък и др. Недостатъкът на тези сензори е тяхната бавна реакция (50 ms или повече).

Фотоволтаичният ефект 0 се състои в възникването на ЕДС в изводите на pn преход в полупроводник, облъчен със светлина. Под въздействието на светлината вътре в p-n прехода се появяват свободни електрони и дупки и се генерира ЕДС. Типични сензори, работещи на този принцип са фотодиоди и фототранзистори. Същият принцип на работа има оптико-електрическата част на двумерни сензори за изображения в твърдо състояние, например сензори за устройства със зарядна връзка (CCD сензори). Най-често използваният субстратен материал за фотоволтаични сензори е силиций. Относително високата скорост на реакция и високата чувствителност в диапазона от близката инфрачервена (IR) до видимата светлина осигуряват на тези сензори широк спектър от приложения. Пироелектричните ефекти 0 са явления, при които електрическите заряди, съответстващи на тези промени, се появяват на повърхността на физическо тяло поради промени в температурния „релеф“ на повърхността. Сред материалите с подобни свойства са много други така наречени пироелектрически материали. В тялото на сензора е вграден полеви транзистор, който позволява високият импеданс на пиротехническия елемент с неговите оптимални електрически заряди да се преобразува в по-ниско и оптимално изходно съпротивление на сензора. От този тип сензори най-често се използват инфрачервени сензори. Малко са оптичните сензори, които имат достатъчна чувствителност в целия светлинен диапазон.

Повечето сензори имат оптимална чувствителност в доста тясна зона на ултравиолетовата, видимата или инфрачервената част на спектъра. Основни предимства пред други видове сензори:

1. Възможност за безконтактно откриване.

2. Възможност (с подходяща оптика) за измерване на обекти както с изключително големи, така и с необичайно малки размери.

3. Висока скорост на реакция.

4. Удобство при използване на интегрирана технология (оптични сензори, обикновено твърдотелни и полупроводникови), осигуряващи малки размери и дълъг експлоатационен живот.

5. Широк обхват на използване: измерване на различни физически величини, определяне на формата, разпознаване на обекти и др. Наред с предимствата, оптичните сензори имат и някои недостатъци, а именно, че са чувствителни към замърсяване, податливи на влиянието на външна светлина, фонова светлина и температура (ако са базирани на полупроводници).

3.3. Сензори за налягане.

Винаги има голямо търсене на сензори за налягане и те намират много широк спектър от приложения.

Принципът на запис на налягане служи като основа за много други видове сензори, например сензори за маса, позиция, ниво и поток на течности и др. В по-голямата част от случаите индикацията на налягането се извършва поради деформация на еластични тела , например диафрагма, тръба на Прудон, гофрирана мембрана. Такива сензори имат достатъчна здравина и ниска цена, но затрудняват получаването на електрически сигнали. Потенциалометрични (реостатни), капацитивни, индуктивни, магнитострикционни, ултразвукови сензориустройствата под налягане имат електрически сигнал на своя изход, но са относително трудни за производство.

Понастоящем тензодатчиците се използват все повече като сензори за налягане. Особено обещаващи са полупроводниковите тензодатчици от дифузионен тип. Силиконовите дифузионни тензодатчици са силно чувствителни, малки по размер и лесни за интегриране с периферни вериги. Чрез ецване с помощта на тънкослойна технология върху повърхността на силициев кристал се формира кръгла диафрагма с проводимост 1 n 0. Филмови резистори с проводимост 1p 0 се прилагат по краищата на диафрагмата, като се използва методът на дифузия. Ако се приложи натиск върху диафрагмата, съпротивлението на някои резистори се увеличава, докато други намаляват.

Изходният сигнал на сензора се генерира с помощта на мостова верига, която включва тези резистори. Полупроводниковите сензори за налягане от дифузионен тип, подобни на описаните по-горе, се използват широко в автомобилната електроника и във всички видове компресори. Основните проблеми са температурна зависимост, нестабилност към външна средаи експлоатационен живот.

3.4. Сензори за влажност и газ анализатори.

Влажността е физически параметър, с който, подобно на температурата, хората се сблъскват от древни времена; надеждни сензори обаче не са налични за дълъг период от време. Най-често за такива сензори е използван човешки или конски косъм, който се удължава или скъсява при промени във влажността. Понастоящем за определяне на влажността се използва полимерен филм, покрит с литиев хлорид, който набъбва от влага. Базираните на това сензори обаче имат хистерезис, нестабилност на характеристиките във времето и тесен диапазон на измерване. По-модерните сензори са тези, които използват керамика и твърди електролити. Те елиминират горните недостатъци. Една от областите на приложение на сензорите за влажност са различни регулатори на атмосферата. Газовите сензори се използват широко в производствените предприятия за откриване на различни видове вредни газове и в битови помещения за откриване на течове на запалими газове. В много случаи е необходимо да се открият определени видове газ и е желателно да има газови сензори, които имат газови селективни характеристики. Отговорът на други газови компоненти обаче затруднява създаването на селективни газови сензори, които са много чувствителни и надеждни. Газовите сензори могат да бъдат направени на базата на MOS транзистори, галванични клетки, твърди електролити, използвайки явленията на катализа, интерференция, абсорбция на инфрачервени лъчи и др. За откриване на изтичане на битов газ, например втечнен природен газ или запалим газ като пропан, се използват предимно полупроводникови керамични изделия или устройства, работещи на принципа на каталитично изгаряне. Когато се използват сензори за газ и влажност за записване на състоянието на различни среди, включително агресивни, често възниква проблемът с издръжливостта.

3.5. Магнитни сензори.

Основната характеристика на магнитните сензори, подобно на оптичните сензори, е тяхната скорост и способността за откриване и измерване по безконтактен начин, но за разлика от оптичните сензори, този тип сензори не са чувствителни към замърсяване. Въпреки това, поради естеството на магнитните явления, ефективната работа на тези сензори е силно зависима от разстоянието и магнитните сензори обикновено изискват достатъчна близост до приложеното магнитно поле.

Сред магнитните сензори сензорите на Хол са добре известни. Понастоящем те се използват като дискретни елементи, но използването на елементи на Хол под формата на ИС върху силициева подложка бързо се разширява. Такива интегрални схеми отговарят най-добре на изискванията на съвременните сензори. Магниторезистивните полупроводникови елементи имат дълга история на развитие. Изследванията и разработката на магниторезистивни сензори, използващи феромагнетици, отново се активизираха. Недостатъкът на тези сензори е тесният динамичен диапазон на откриваемите промени в магнитното поле. Въпреки това високата чувствителност, както и възможността за създаване на многоелементни сензори под формата на интегрални схеми чрез разпрашаване, т.е. технологичността на тяхното производство, са несъмнени предимства.

Списък на използваната литература

1. Kako N., Yamane Y. Сензори и микрокомпютри. L: Energo atom публикувано, 1986 г.

2. В. Тице, К. Шенк. Полупроводникови схеми. М: Мир, 1982

3. П. Хоровиц, У. Хил. The Art of Circuit Design vol.2, M: Mir, 1984.

4. Справочник за радиолюбител конструктор. М: Радио и комуникация, 1990.

Най-важното и най-широко използвано техническо средство за автоматизация са сензорите.

Сензорсе нарича първичен преобразувател на контролирано или регулируемо количество в изходен сигнал, удобен за дистанционно предаване и по-нататъшна употреба. Сензорът се състои от възприемащ (чувствителен) орган и един или повече междинни преобразуватели. Доста често сензорът се състои само от един сензорен орган (например: термодвойка, съпротивителен термометър и др.). Сензорът се характеризира с входни и изходни величини.

Промяна на изходната стойност в зависимост от промяната на входната стойност

Наречен чувствителност на сензора;

Промяна в изходния сигнал в резултат на промяна във вътрешния

свойства или промени на сензора външни условиянеговите творби са промени

температура на околната среда, колебания на напрежението и др. са наречени грешка на сензора;

Изоставане на промените в изходната стойност от промените във входната стойност

Наречен инерция на сензора.

Всички тези сензорни индикатори трябва да се вземат предвид при избора на сензори за автоматизиране на конкретна машина или процес.

Сензори, проектирани да измерват физически (неелектрически входни стойности на ниво на влажност, плътност, температура и т.н.), ги преобразуват в електрически изходни стойности, предавани на разстояние, за да повлияят на задвижващия механизъм.

Сензорите се делят на:

- по уговорка- измерване на движение на сили, температура, влажност, скорост

- според принципа на действие- електрически, механични, термични, оптични и

- по метод на преобразуване- неелектрическо количество в електрическо -

индуктивни, термоелектрически, фотоелектрични, радиоактивни, активни

съпротивление (потенциометрично, тензометрично и др.).

Сензорите са:

- контакт(директен контакт);

- безконтактен(не докосвайте: фотоелектрически, ултразвукови,

радиоактивни, оптични и др.).

СВИТЪК

използвани в строителната индустрия за автоматизация на строителни машини и технологични процеси, технически средстваавтоматизация и автоматизирани системи за управление.

1. За контрол и информация:

1.1 качество на уплътнената почва (плътност);

1.2 изчисляване на количеството извършена работа (изминати километри, доставена вода и др.);

1.3 скорост на превозното средство;

1.4 наличието на течност в контейнера и нейното количество;

1,5 количеството насипни материали в контейнера (цимент, пясък, натрошен камък

2. За регулиране:

2.1 поддържане на зададена температура при нагряване на бетона;

2.2 термостат на охлаждащата течност на двигателя с вътрешно горене;

2.3 налягане на течността в контейнера (системата);

2.4 налягане на газове (въздух) в системата (контейнер);

2.5 товароносимост на подемни и други машини;

2.6 височина на повдигане на работната част на машината (стрела на крана, работна платформа,

асансьори и елеватори, товарен контейнер, кофа и др.);

2.7 височина на повдигане на повдигащата машина;

2.8 въртене на стрелата на крана;

2.9 ограничаване на движението на машината по коловози (кулокран или мостов кран, колички

2.10 ограничаване на близостта до проводници под напрежение (стрела и

кранов кабел);

2.11 поддържане на определеното ниво и наклон на дъното на ямата и изкопа по време на работа

багер;

2.12 защита от късо съединение;

2.13 защита срещу пренапрежение (под напрежение);

2.14 изключване на всички двигатели и закрепване с ръкохватки към релсите на кулокрана в зависимост от скоростта на вятъра.

3. За локална автоматизация на системата за управление:

3.1 режим на работа на двигателя в зависимост от натоварването на работната част (булдозер - задълбочаване на острието, скрепер и грейдер - задълбочаване на острието, багер - задълбочаване на кофата);

3.2 задаване на дозите на компонентите бетонна смесв съответствие с рецептата;

3.3 дозиране на съставните материали за приготвяне на бетоновата смес;

3.4 определяне на продължителността и поддържане на тази продължителност при приготвяне на бетоновата смес.

4. За автоматизиране на системата за управление:

4.1 автоматизирана системаконтролират работата на бетонова инсталация;

4.2 автоматизирана система за управление на булдозер - комплект "AKA-Dormash", "Kombiplan-10 LP", при извършване на работа на определени коти, наклон и посока;

4.3 автоматизирана система за управление на автогрейдер - "Профил-20",

“Профил-30” за пътно профилиране и устройство на територията;

4.4 автоматизирана система за управление на скрепера - "Copier-Stabiplan-10" при разработване на почвата или вертикално изравняване до дадена кота (позиция на кофата по височина, преместване на задната стена на кофата, задълбочаване (повдигане) на ножа на кофата и регулиране на двигател на трактора и неговата посока;

4.5 автоматизирана система за управление на багер с много кофи при разработване на окопи в дадена посока, дълбочина на копаене, определен наклон на дъното на изкопа и регулиране на работата на двигателя.

За визуално представяне на автоматизираната (автоматична) система се използват графични изображения:

Структурна схема, което отразява подобрената структура на системата и връзките между точките на контрол и управление на обектите;

Функционална диаграма, чертеж, на който технологичното оборудване, комуникациите, контролите и оборудването за автоматизация (инструменти, регулатори, сензори) са показани схематично със символи, показващи връзките между

технологично оборудване и елементи за автоматизация. Диаграмата показва параметрите, които подлежат на наблюдение и регулиране;

Както и схематични, инсталационни и други диаграми.

Често радио елемент като тръстиков превключвател намира своето приложение в електрониката. Неговата особеност е способността да затваря контакти при облъчване с магнитно поле. Какво означава това? Като вземете обикновен магнит или поставите електромагнит близо до рийд превключвателя, можете лесно да затворите и отворите контактите на този радио елемент. В основата си това е един вид безконтактен сензор.

Дефиниция на понятието

Какво е безконтактен сензор? Под него се разбира електронно устройство, което регистрира наличието на определен обект в своята зона на покритие и работи без никакви механични или други въздействия.

Безконтактните сензори се използват в голямо разнообразие от области. Това включва създаването на домакински уреди и системи за сигурност на съоръженията, индустриални технологии и автомобилната индустрия. Между другото, този елемент е популярно наричан „безконтактен превключвател“.

Предимства

Сред основните предимства на безконтактните сензори са:

Компактни размери;

Висока степен на плътност;

Издръжливост и надеждност;

Леко тегло;

Разнообразие от възможности за монтаж;

Без контакт с обекта и обратна връзка.

Класификация

Съществуват Различни видовебезконтактни сензори. Те се класифицират според принципа на действие и са:

Капацитивен;

оптичен;

индуктивен;

Ултразвуков;

Магниточувствителен;

Пирометричен.

Нека разгледаме всеки от тези видове устройства поотделно.

Капацитивни сензори

Тези устройства се основават на измерване на електрически кондензатори. Техният диелектрик съдържа обекта, който подлежи на регистрация. Целта на този тип безконтактни сензори е да работят с различни приложения. Това е например разпознаване на жестове. Автомобилните сензори за дъжд се произвеждат като капацитивни. Такива устройства измерват дистанционно нивото на течността по време на обработка различни материалии т.н.

Капацитивният сензор за близост е аналогова система, която работи на разстояние до седемдесет сантиметра. За разлика от други видове подобни устройства, той има по-голяма точност и чувствителност. В крайна сметка промяната в капацитета в него се случва само за няколко пикофарада.

Веригата на безконтактен сензор от този тип включва плочи, състоящи се от проводник печатна електронна платка, както и зареждане. В този случай се образува кондензатор. Освен това, това ще се случи по всяко време или в проводящ заземен елемент, или в някакъв обект, чиято диелектрична константа е различна от въздуха. Такова устройство ще работи и ако човек или част от тялото му се появи в зоната на покритие на устройството, което ще бъде подобно на потенциала на земята. Когато пръстът се приближи, например, капацитетът на кондензатора ще се промени. И дори като се вземе предвид факта, че системата е нелинейна, няма да е трудно за нея да открие чужд обект, който е възникнал в рамките на разглежданите граници.

Схемата за свързване на такъв безконтактен сензор може да бъде сложна. Устройството може да използва няколко независими един от друг елемента в посоки наляво/надясно, както и надолу/нагоре. Това ще разшири възможностите на устройството.

Оптични сензори

Такива безконтактни превключватели днес намират широко приложение в много отрасли на човешката дейност, където работи оборудването, необходимо за откриване на обекти. При свързване на безконтактен сензор се използва кодиране. Това ви позволява да предотвратите фалшива работа на устройството поради външно влияние на източници на светлина. Подобни сензори работят и когато ниски температури. При тези условия върху тях се поставят термокожухи.

Какво представляват оптичните неконтролируеми сензори? Това електронна схема, отговаряйки на промените в светлинния поток, който пада върху приемника. Този принцип на действие позволява да се регистрира присъствието или отсъствието на обект в определена пространствена област.

Дизайнът на оптичните безконтактни сензори има два основни блока. Единият от тях е източникът на радиация, а вторият е приемникът. Те могат да бъдат разположени в една и съща или в различни сгради.

При разглеждане на принципа на работа на безконтактен сензор могат да се разграничат три типа: оптични устройства:

1. Бариера. Работата на оптични ключове от този тип (T) се извършва на директен лъч. В този случай устройствата се състоят от две отделни части - предавател и приемник, разположени коаксиално една спрямо друга. Радиационният поток, излъчван от излъчвателя, трябва да бъде насочен точно към приемника. Когато лъчът бъде прекъснат от предмет, превключвателят се активира. Такива сензори имат добра устойчивост на шум. Освен това те не се страхуват от дъждовни капки, прах и т.н.
2. дифузно. Работата на оптични ключове тип D се основава на използването на лъч, отразен от обект. Приемникът и предавателят на такова устройство са разположени в един корпус. Емитерът насочва потока към обекта. Лъчът, отразен от повърхността му, се разпределя в различни посоки. В този случай част от потока се връща обратно, където се улавя от приемника. В резултат на това прекъсвачът се изключва.
3. Рефлекс. Такива оптични сензори за близост са тип R. Те използват лъч, отразен от рефлектор. Приемникът и излъчвателят на такова устройство също са разположени в един корпус. Когато лъчът попадне върху рефлектора, той се отразява и попада в зоната на приемника, в резултат на което устройството се задейства. Такива устройства работят на разстояние до обекта не повече от 10 метра. Може би те могат да се използват за фиксиране на полупрозрачни предмети.

Индуктивни сензори

Работата на това устройство се основава на принципа на отчитане на промените в индуктивността на основните му компоненти - бобината и сърцевината. От тук идва и името на такъв сензор.

Промените в индукцията показват, че в магнитното поле на намотката се е появил метален обект, който го е променил и съответно цялата верига на свързване, чиято основна функция е възложена на компаратора. В този случай се изпраща сигнал към релето и електрическият ток се изключва.

Въз основа на това можем да говорим за основната цел на такова устройство. Използва се за измерване на движението на част от оборудването, което трябва да бъде изключено, ако ограниченията на движение са превишени. Самите сензори имат граници на движение, вариращи от един микрон до двадесет милиметра. В тази връзка такова устройство се нарича още индуктивен превключвател за положение.

Преглед на безконтактни сензори от този тип ни позволява да различим няколко разновидности. Тази класификация се основава на различния брой свързващи проводници:

1. Двужилен. Такива индуктивни сензори са свързани директно към веригата. Това е най-простият, но в същото време доста капризен вариант. Изисква номинална устойчивост на натоварване. Ако този индикатор намалее или се увеличи, работата на устройството става неправилна.
2. Трижилен. Този тип индукционен сензор е най-често срещаният. В такива вериги два проводника трябва да бъдат свързани към напрежението и един проводник трябва да бъде свързан директно към товара.
3. Четири- и петпроводни. В тези сензори два проводника са свързани към товара, а петият се използва за избор на необходимия режим на работа.

Ултразвукови сензори

Тези устройства се използват широко в голямо разнообразие от производствени области, решавайки много проблеми при автоматизирането на технологичните цикли. Ултразвуковите сензори за близост се използват за определяне на местоположението и разстоянието на различни обекти.

Например, те се използват за откриване на етикети, дори прозрачни, за измерване на разстояния и контрол на движението на обект. Те се използват за определяне на нивото на течността. Необходимостта от това възниква например, за да се вземе предвид разходът на гориво при извършване на транспортна работа. И това са само няколко от многото приложения за ултразвукови превключватели.

Такива сензори са доста компактни. Те се отличават с висококачествена конструкция и липса на различни движещи се части. Това оборудване не се страхува от замърсяване, което е много важно в промишлени условия, а също така не изисква почти никаква поддръжка.

Ултразвуковият сензор съдържа пиезоелектричен нагревател, който е едновременно излъчвател и приемник. Тази структурна част възпроизвежда поток от звукови импулси, като го приема и преобразува получения сигнал в напрежение. След това се подава към контролера, който обработва данните и изчислява разстоянието, на което се намира обектът. Тази технология се нарича ехолокация.

Активният обхват на ултразвуков сензор е работният обхват на откриване. Това е разстоянието, в рамките на което ултразвуковото устройство може да "види" обект, независимо дали се приближава към чувствителния елемент в аксиална посока или се движи през звуковия конус.

В зависимост от принципа на работа се разграничават ултразвукови сензори:

1. Провизии. Такива устройства се използват за изчисляване на интервала от време, необходим за преминаване на звука от устройство до конкретен обект и обратно. Безконтактните ултразвукови сензори за положение се използват за следене на местоположението и наличието на различни механизми, както и за тяхното броене. Такива устройства се използват и като индикатори за ниво на различни течности или насипни материали.
2. Разстояния и движения. Принципът на работа на такива устройства е подобен на този, използван в описаното по-горе устройство. Единствената разлика е типът сигнал, който присъства на изхода. То е аналогово, а не дискретно. Сензори от този тип се използват за преобразуване на съществуващи индикатори за разстоянието до даден обект в определени електрически сигнали.

Магнитни сензори

Тези превключватели се използват за управление на позицията. Сензорите се задействат при приближаване на магнит, който се намира върху подвижната част на механизма. Такива устройства имат разширен температурен диапазон (от -60 до +125 градуса по Целзий). Тази функционалност ви позволява да автоматизирате голям брой сложни производствени процеси.

Използва се безконтактен температурен датчик от магнитно чувствителен тип:

В химическата и металургичната промишленост;

В районите на Далечния север;

На подвижния състав;

В хладилни агрегати;

На автокранове;

Използват се в системите за сигурност на сградите, както и за автоматично отваряне на прозорци и входни врати.

Най-модерните и бързодействащи са магнитно чувствителни сензори, които работят на ефекта на Хол. Не са подложени на механично износване, тъй като имат електронен превключвател на изхода. Ресурсът на такива сензори е практически неограничен. В тази връзка тяхното използване е изгодно и практично решение на проблемите с измерването на броя обороти на вала, фиксирането на местоположението на бързо движещи се обекти и др.

При измерване на нивата на течности широко се използват магнитночувствителни сензори с поплавък. Те са най-добрият вариант за определяне на необходимите показатели поради евтината им цена и простотата на дизайна.

Микровълнови сензори

Този тип безконтактни превключватели е най-универсалната конструктивна опция, която се постига чрез непрекъснато сканиране на обслужваната зона. Струва си да се има предвид, че те са в по-висока ценова категория от например ултразвуковите аналози.

Функционирането на такова устройство се дължи на излъчването на електромагнитни вълни с висока честота, чиято стойност е малко по-различна в устройства от различни производители. Микровълновите сензори са конфигурирани да сканират и приемат отразени вълни. Това позволява на устройството да записва и най-малките промени в електромагнитния фон. Ако това се случи, предупредителната система, свързана към сензора, незабавно се задейства под формата на аларма, осветление и др.

Микровълновите устройства имат повишена точност на работа и чувствителност. Те не са бариери тухлени стени, врати и мебели. Този факт трябва да се вземе предвид при инсталирането на системата. Нивото на чувствителност на устройството може да се промени чрез настройка на сензора за движение.

Микровълновите ключове се използват за управление на вътрешно и външно осветление, алармени устройства, електрически уреди и др.

Пирометрични сензори

Тялото на всяко живо същество се характеризира с наличието на топлинно излъчване, което представлява лъч от електромагнитни вълни с различна дължина. С повишаването на температурата на тялото се увеличава и количеството енергия, което то излъчва.

Сензорите, наречени пирометрични сензори, работят въз основа на откриването на топлинно излъчване. Те са:

Общо лъчение, измерващо общата топлинна енергия на тялото;

Частично излъчване, измерващо енергията на зоната, ограничена от приемника;

Спектрални съотношения, които осигуряват индикатор за енергийното съотношение на определени части от спектъра.

Безконтактните сензори се използват най-често в устройства, които записват движението на обекти.

Сензорни превключватели

Развиващите се технологии засегнаха почти всички сфери на човешката дейност. Те също така не пренебрегнаха проблемите на подобряването на дома. Един ярък пример за това е сензорният превключвател. Това устройство ви позволява да управлявате осветлението в стаята с леко докосване.

Сензорният превключвател реагира незабавно дори при най-лекото натискане на бутона. Дизайнът му включва три основни елемента. Между тях:

1. Блок за управление, който обработва получения сигнал и го предава на необходимите елементи.
2. Превключващо устройство. Тази част затваря и отваря веригата, а също така променя тока, консумиран от лампата.
3. Контролен (сензорен) панел. Използвайки тази част, превключвателят получава сигнали от дистанционното управление или от докосване. Най-модерните устройства се активират, когато държите ръката си близо до тях.

Стандартните модели могат:

Включете и изключете осветлението;

Регулирайте яркостта;

Следи работата на нагревателните уреди, отчитайки промените в температурата;

Отваряне и затваряне на щори;

Включете и изключете домакинските уреди.

Сензорните превключватели се произвеждат в различни видове. Конкретният модел се избира в зависимост от нуждите на офис или жилищна сграда. Например, желанието за закупуване и инсталиране на сензорно устройство може да възникне поради местоположението на стационарен превключвател на неудобно място с невъзможност за преместването му. Или може би в къща или апартамент живее човек, чиято мобилност е ограничена. Понякога стационарните превключватели са разположени на такава височина, че са недостъпни за деца. Решаването на проблема ще изисква избор на конкретен модел. Някои собственици предпочитат да инсталират сензорни превключватели, за да променят яркостта на светлината, без да стават от леглото и т.н.