Dom > Kupaonica

Klasifikacija senzora, osnovni zahtjevi za njih. Senzori u našim motorima s unutarnjim izgaranjem: svrha i princip rada Na temelju principa rada senzori se dijele

Do 70. godine prošlog stoljeća svaki je automobil bio opremljen s najviše tri senzora: razine goriva, temperature rashladne tekućine i tlaka ulja. Bili su spojeni na magnetoelektrične i svjetlosne uređaje za prikaz na ploči s instrumentima. Njihova je svrha bila samo informirati vozača o parametrima rada motora i količini goriva. Tada je dizajn automobilskih senzora bio vrlo jednostavan.

No vrijeme je prolazilo, a 70-ih godina istog stoljeća proizvođači automobila počeli su smanjivati ​​sadržaj štetne tvari u ispušnim plinovima koji izlaze s pokretnih traka njihovih automobila. Za to potrebni automobilski senzori više nisu ništa komunicirali s vozačem, nego su vozaču samo prenosili informacije o radu motora. Ukupan broj njih u svakom automobilu značajno se povećao. Sljedeće desetljeće obilježila je borba za sigurnost pri korištenju strojeva, za što su dizajnirani novi senzori. Osmišljeni su za rad protiv blokiranja kočnica i aktiviranje zračnih jastuka tijekom prometnih nesreća.

ABS

Ovaj sustav je dizajniran da spriječi potpuno blokiranje kotača prilikom kočenja. Stoga uređaj nužno sadrži senzore brzine kotača. Njihov dizajn je različit. Mogu biti pasivni ili aktivni.

    • Pasivni senzori su uglavnom induktivni senzori. Sam senzor sastoji se od čelične jezgre i zavojnice s velikim brojem zavoja tanke emajlirane bakrene žice. Kako bi mogao obavljati svoje funkcije, na pogon kotača ili glavčinu utiskuje se čelični nazubljeni prsten. I senzor je fiksiran tako da kada se kotač okreće, zupci prolaze blizu jezgre i induciraju električne impulse u zavojnici. Njihova frekvencija ponavljanja bit će proporcionalan izraz brzine rotacije kotača. Prednosti uređaja ove vrste: jednostavnost, nedostatak snage i niska cijena. Mana im je premala amplituda pulsa pri brzinama do 7 km/h.

  • Aktivni, koji dolaze u dvije vrste. Jedan temeljen na svemu poznati učinak Zdravo. Drugi su magnetorezistivni na temelju istoimenog fenomena. Magnetootporni učinak sastoji se od mijenjanja električni otpor poluvodič kada se stavi u magnetsko polje. Obje vrste aktivnih senzora odlikuju se dovoljnom amplitudom impulsa pri bilo kojoj brzini. Ali njihov dizajn je složeniji i trošak je veći od pasivnih. A činjenica da im je potrebna hrana ne može se nazvati prednošću.

Sustav podmazivanja

Automobilski senzori koji prate radne parametre ovog sustava su tri vrste:


Hlađenje motora

Automobil s karburatorskim motorom bio je opremljen s dva temperaturna senzora. Jedan od njih uključivao je električni ventilator radijatora za održavanje radne temperature. Uređaj za prikaz je uzeo očitanja od drugog. Rashladni sustav modernog automobila opremljenog elektroničkom upravljačkom jedinicom motora (ECU) također ima dva temperaturna senzora. Jedan od njih koristi uređaj za prikaz temperature rashladne tekućine u sklopu instrumenata. Za rad ECU-a potreban je još jedan senzor temperature. Njihova struktura se bitno ne razlikuje. Oba su termistori s minusom temperaturni koeficijent. To jest, njihov otpor opada kako se temperatura smanjuje.

Ulazni trakt

  • Senzor masenog protoka zraka (MAF). Dizajniran za određivanje volumena zraka koji ulazi u cilindre. Ovo je neophodno za izračun količine goriva za stvaranje uravnotežene mješavine zraka i goriva. Čvor se sastoji od platinastih niti kroz koje prolazi električna struja. Jedan od njih nalazi se u protoku zraka koji ulazi u motor. Drugi, referentni, udaljen je od njega. Struje koje prolaze kroz njih uspoređuju se u ECU. Razlika između njih određuje volumen zraka koji ulazi u motor. Ponekad se radi veće točnosti uzima u obzir temperatura zraka.

  • Senzor apsolutnog tlaka zraka u usisnom razvodniku, koji se naziva i MAP senzor. Koristi se za određivanje volumena zraka koji ulazi u cilindre. Može biti alternativa senzoru protoka zraka za turbo motore. Uređaj se sastoji od tijela i keramičke dijafragme presvučene filmom otpornim na deformacije. Volumen tijela dijafragmom je podijeljen na 2 dijela. Jedan od njih je zapečaćen i iz njega je ispumpan zrak. Drugi je cijevicom povezan s usisnom granom, pa je tlak u njemu jednak tlaku zraka upumpanog u motor. Pod utjecajem tog pritiska dijafragma se deformira, što mijenja otpor filma na njemu. Ovaj otpor karakterizira apsolutni tlak zraka u razvodniku.
  • Senzor položaja leptira za gas (TPS). Proizvodi signal proporcionalan kutu otvaranja zračne zaklopke. To je, u biti, promjenjivi otpornik. Njegovi fiksni kontakti spojeni su na masu i na referentni napon. A izlazni napon se uklanja iz pomičnog, mehanički povezanog s osi ventila za gas.

Ispušni sustav

Senzor kisika. Ovaj uređaj igra ulogu Povratne informacije za održavanje potrebnog omjera zraka i goriva u komorama za izgaranje. Njegov rad temelji se na principu rada galvanskog članka s krutim elektrolitom. Potonji je keramika na bazi cirkonijevog dioksida. Elektrode dizajna su raspršene platinom s obje strane keramike. Uređaj počinje raditi nakon zagrijavanja na temperaturu od 300 do 400 ◦ C.

Zagrijavanje na tako visoku temperaturu obično se događa vrućim ispušnim plinovima ili grijaćim elementom. Takav temperaturni režim nužna za pojavu vodljivosti keramičkog elektrolita. Prisutnost neizgorjelog goriva u ispušnim plinovima motora uzrokuje pojavu senzora potencijalne razlike na elektrodama. Unatoč činjenici da su svi navikli ovaj uređaj nazivati ​​senzorom za kisik, to je više senzor neizgorenog goriva. Budući da se izlazni signal pojavljuje kada njegova površina ne dođe u dodir s kisikom, već s parama goriva.

Ostali senzori


    Moderni automobili opremljeni su velikim brojem senzora, čija svrha i princip rada nisu jasni svakom ljubitelju automobila. Pokušajmo razumjeti ovo pitanje.

    Senzor masenog protoka zraka

    Svrha senzora masenog protoka zraka (MAF) je praćenje rada agregata dok sustav stvara električni napon kroz zrak koji ulazi u motor.

    Na temelju podataka prikupljenih senzorom, izgrađen je najproduktivniji rad motora, tijekom kojeg protok zraka u cilindre omogućuje nesmetano pretvaranje u električnu struju.

    Radni dio senzora - platinasta nit - osjetljiv je anemometar. Zagrijava se na konstantnu temperaturu, koja se održava pomoću toplinskog releja i elektroničke upravljačke jedinice.

    Protok zraka koji prolazi kroz senzor hladi žarnu nit, a zatim upravljački modul sustava povećava dovod struje, zbog čega se temperatura zagrijavanja žarne niti nastavlja povećavati dok ne dosegne svoju konstantnu vrijednost. Iz ovoga slijedi da jakost struje potrebna za zagrijavanje žarne niti ovisi isključivo o brzini protoka zraka kroz senzor. A kroz sekundarni pretvarač u senzorskom sustavu stvara se električni napon.

    Tijekom rada na navoju senzora nakupljaju se razne naslage koje ga onečišćuju i pogoršavaju rad cijelog uređaja.

    Učinkovito čišćenje niti moguće je samo spaljivanjem pulsirajućom strujom na temperaturi od oko 1 tisuću stupnjeva.

    Međutim, ispiranje prljave platinske niti senzora otopinama koje sadrže spojeve etera ili ketona strogo je zabranjeno jer oni:

    Imati štetan učinak na spoj;

    Imaju sposobnost hlađenja kristala, zbog čega dolazi do oštećenja njegove strukture;

    S površine kristala isperite tzv. masku (zaštitnu polimerni sloj u njegovom središtu).

    Navoj senzora ne smijete ni pokušavati oprati raznim otapalima i aerosolima koji sadrže aceton i etil, a također ne smijete čistiti navoj anemometra vatom namočenom u benzin, namotanom na šibicu ili drvenim štapićem. Takve manipulacije neće donijeti nikakav učinak, već će samo pogoršati rad senzora protoka zraka.

    Možete koristiti VD-40 kao ispiranje, ali vrijedi uzeti u obzir da sadrži dizelsko gorivo i kisele spojeve. Vedashka se dobro pere, ali ostavlja za sobom specifičan film na površini, koji je normalna operacija senzor mora biti uklonjen. Bolje ga je isprati alkoholnim spojevima (destilirana voda i bilo koji alkohol). Kao što je praksa pokazala, izopropilni alkohol je najprikladniji za ovu svrhu. Najučinkovitiji način je pranje kristala običnom medicinskom štrcaljkom s iglom malog promjera. Prije pranja, senzor i tekućina za ispiranje moraju se zagrijati, na primjer, pomoću sušila za kosu.

    Senzor položaja leptira za gas

    Ovaj element je instaliran na bloku gasa pored pogona, a namijenjen je za kontrolu položaja papučice gasa. Važno je napomenuti da prilikom pranja jedinice za napajanje trebate biti izuzetno oprezni kako ne biste oštetili ovaj senzor.

    Unatoč činjenici da je senzor leptira za gas dizajniran za dugotrajnu upotrebu, još uvijek ponekad ne uspije i ne uspije. Na njegov kvar ukazuje povećana brzina praznog hoda, trzanje i nestabilan rad motora tijekom vožnje.

    Senzor kucanja

    Nalazi se na glavi motora između cilindara (II i III). Ovisno o značajkama dizajna, razlikuju se sljedeće vrste ovih elemenata:

    Širokopojasni (predstavljen u obliku tableta);

    Rezonantno (izgleda kao bačva).

    Ovi senzori nisu međusobno zamjenjivi, odnosno ako neki otkaže, ne može se zamijeniti drugim tipom.

    Radni resurs elementa je ogroman. Jedino što je potrebno je redovito čistiti kontakte konektora od oksidacije. Ovaj senzor radi na principu piezo upaljača. To jest, kako se razina detonacije povećava, električni napon počinje rasti.

    Senzor mjeri razinu detonacije u agregatu i, ovisno o tome, kontrolira vrijeme paljenja. U slučaju pojačane detonacije, paljenje će biti odgođeno. Ako senzor prestane raditi, motor će početi neispravno raditi i potrošnja goriva će se povećati.

    Ima šesterokutni dizajn unutar kojeg se nalazi poseban piezoelektrični element koji generira elektromotornu silu uslijed djelovanja zvučnih vibracija na njegovo tijelo. Ispostavilo se da je senzor detonacije svojevrsni prijenosnik zvučnih vibracija, zahvaljujući kojem jedinica EFI ima pristup procesima koji se odvijaju unutar motora.

    Praznine između tijela i piezoelektričnog elementa senzora ispunjene su spojem posebnog sastava. Osim svoje zaštitne svrhe, spoj ima još jednu svrhu: njegova prisutnost omogućuje razvoj amplitudno-frekvencijske karakteristike koja je što bliža frekvenciji detonacijskih procesa unutar pogonske jedinice.

    Kada dođe do detonacije u unutarnjem prostoru motora, senzor mjeri njenu razinu i šalje signal EFI jedinici, koja automatski način rada podešava vrijeme paljenja dok se razina detonacije ne smanji ili potpuno nestane.

    Kao rezultat toga, zahvaljujući prisutnosti senzora detonacije u sustavu agregata, formira se najpovoljniji sastav mješavine goriva. Ovaj koncept, u ​​automobilskom žargonu karakteriziran frazom "kucanje prstiju", karakterizira kvar senzora za detonaciju. Istodobno se performanse motora naglo smanjuju i potrošnja goriva se povećava.

    Senzor pritiska ulja

    Ovaj upravljački element nalazi se u glavnoj mreži naftovoda. Senzor se napaja iz električne mreže vozila i ima indikator na kontrolnoj ploči. Osim indikatora, ploča s instrumentima može imati regulator tlaka ulja koji pokazuje njegovu vrijednost.

    Često je ovaj senzor nadzorni dio sustava upravljanja motorom, koji, kada se postigne kritična razina tlaka ulja, isključuje agregat.

    Uz senzor tlaka ulja može se ugraditi i senzor koji prati temperaturu motornog ulja u sustavu.

    Senzor temperature antifriza

    U dizajnu agregata, ovaj senzor zauzima svoje mjesto između termostata i glave cilindra. Ima dva kontakta, a rad uređaja temelji se na sljedećem principu: što je niža temperatura motora, to se može dobiti obogaćena radna smjesa.

    U sustavu hlađenja, senzor je predstavljen posebno dizajniranim otpornikom (termistorom), koji mijenja svoj otpor kako se mijenja temperatura rashladnog sredstva. Što je temperatura viša, otpor je manji, i obrnuto - što je temperatura niža, otpor termistora je veći. Poznato je da promjene temperature rashladne tekućine imaju različite učinke na rad motora.

    Njegov dizajn je prilično pouzdan. Može pokvariti samo zbog nedostatka kontakta na njegovim terminalima ili unutar uređaja.

    O njegovoj neispravnosti može se suditi po početku rada ventilatora dok je motor još hladan, nemogućnosti ili problemima s pokretanjem zagrijanog agregata i povećanju potrošnje goriva.

    Lambda sonda

    Ili, jednostavnim rječnikom rečeno, senzor za kisik. Njegova je svrha odrediti količinu kisika u ispušnim plinovima automobila. Ovaj elektrokemijski element nalazi se u dizajnu prigušivača.

    Odsutnost kisika u smjesi goriva ukazuje na njegovo obogaćivanje, a, obrnuto, njegov povećani sadržaj smanjuje obogaćivanje. Stoga je lambda sonda dizajnirana za formiranje pravilnog sastava radne smjese. Više detalja o lambdi ovdje.

    Olovni benzin štetno će djelovati na rad lambda sonde, a u slučaju kvara zagarantirana je povećana potrošnja goriva i višak štetnih spojeva u ispušnim plinovima vozila.

    PCV (položaj radilice) senzor

    Prilično jak i pouzdan element, čiji dizajn je zavojnica žice s magnetskom jezgrom iznutra. Nalazi se u prostoru remenice, a prema oznakama označenim na remenici očitava položaj koljenastog vratila. Element generira signal čim se promijeni položaj nazubljenog diska koji se nalazi na radilici. Na temelju ovog signala, upravljačka jedinica prati radne procese koji se odvijaju unutar cilindra i kontrolira opskrbu mješavinom goriva i iskrom.

    Ako se pokvari, radna brzina motora će naglo pasti, au najgorem slučaju pogonski agregat će se potpuno zaustaviti.

    Senzor faze ili senzor položaja bregastog vratila (CPR)

    Uključen je u konstrukciju, u pravilu, motora s osam i šesnaest ventila, na kojima se nalazi odmah iza remenice bregastog vratila usisnog sustava na vrhu glave cilindra, a namijenjen je formiranju ubrizgavanja goriva u odvojeni cilindar. Njegov kvar remeti dovod gorive smjese, što uzrokuje njeno naglo obogaćivanje, što rezultira povećanom potrošnjom.

    Regulator broja okretaja u praznom hodu

    Neizostavan element u dizajnu motora koji regulira brzinu motora u praznom hodu, osiguravajući njegov stabilan i najproduktivniji rad. Dizajn uređaja sastoji se od koračnog motora s iglom konusnog tipa s oprugom.

    Kada agregat radi u praznom hodu, zrak cirkulira pored zatvorenog ventila za gas. To je moguće zahvaljujući konusnoj igli senzora, koja regulira promjer poprečnog presjeka dodatnog dovodnog voda zraka. Dakle, senzor određuje optimalnu količinu kisika potrebnu za nesmetano i produktivan rad jedinica.

    Mjesto regulatora je tijelo leptira za gas. Ovdje treba obratiti pozornost na to da je pričvršćen s dva vijka, čije su glave kod većine automobila prekrivene slojem laka ili su jednostavno izbušene, što predstavlja smetnju prilikom skidanja kontrole praznog hoda. Stoga je često potrebno pribjeći uklanjanju tijela zaklopke kako bi se zamijenio regulator ili očistio kontaminirani zračni vod.

    Budući da je regulator uređaj aktuatorskog tipa, nije predviđena njegova dijagnostika sustava. Stoga, ako se pokvari, pogreška "Check Engine" na ploči s instrumentima možda neće svijetliti.

    Sljedeći čimbenici ukazuju na njegovu neispravnost:

    - "plutajući" broj okretaja motora u praznom hodu;

    Često se pogonska jedinica zaustavlja nakon isključivanja zupčanika;

    Hladno pokretanje motora nije popraćeno povećanjem brzine u praznom hodu, kao što bi trebalo biti;

    Nestabilnost brzine u praznom hodu pri uključivanju opterećenja.

    Potrebno je ukloniti kontrolu brzine u praznom hodu samo kada je akumulator odspojen. Da biste to učinili, uklonite konektor iz njega i odvrnite vijke koji pričvršćuju senzor. Regulator se postavlja obrnutim redoslijedom. Jedina stvar koju je potrebno učiniti u trenutku ugradnje je podmazivanje brtve na prirubnici. Motorno ulje je idealno za to.

    Odnos različiti tipovi senzori u sustavu kontrole broja okretaja motora u praznom hodu

    Količinom zraka u motoru upravlja gore opisani senzor masenog protoka zraka, a ovisno o njegovom volumenu ECU izračunava dovod obogaćene radne smjese u motor.

    Koristeći senzor položaja radilice, upravljačka jedinica određuje brzinu jedinice motora, a na temelju toga sustav za kontrolu brzine u praznom hodu kontrolira dovod zraka, zaobilazeći zatvoreni ventil za gas.

    Tijekom parkiranja, upravljačka jedinica održava stalnu brzinu praznog hoda na toplom motoru. Ako je agregat hladan, sustav ga povećava podešavanjem brzine u praznom hodu, osiguravajući zagrijavanje motora pri velikim brzinama. Zahvaljujući tome, omogućeno je kretanje bez zagrijavanja agregata.

    Svi navedeni senzori nalaze se na većini modernih automobila, a sada će vam biti puno lakše kretati se dijagnostičkim rezultatima i kupiti potrebne rezervne dijelove u trgovini automobila.

Senzori su složeni uređaji koji se često koriste za otkrivanje električnih ili optičkih signala i reagiranje na njih. Uređaj pretvara fizički parametar (temperatura, krvni tlak, vlaga, brzina) u signal koji se može mjeriti uređajem.

Klasifikacija senzora može biti drugačija. Postoji nekoliko osnovnih parametara za raspodjelu mjernih uređaja, o kojima će biti više riječi. U osnovi, ovo odvajanje je posljedica djelovanja raznih sila.

To je lako objasniti na primjeru mjerenja temperature. Živa u staklenom termometru širi i skuplja tekućinu kako bi pretvorila izmjerenu temperaturu koju promatrač može očitati iz kalibrirane staklene cijevi.

Kriteriji izbora

Postoje određene značajke koje se moraju uzeti u obzir prilikom klasifikacije senzora. Oni su navedeni u nastavku:

  1. Točnost.
  2. Uvjeti okoline - obično senzori imaju ograničenja temperature i vlažnosti.
  3. Raspon - granica mjerenja senzora.
  4. Kalibracija je neophodna za većinu mjernih instrumenata jer se očitanja mijenjaju tijekom vremena.
  5. Cijena.
  6. Ponovljivost - varijabilna očitanja mjere se više puta u istom okruženju.

Distribucija po kategorijama

Klasifikacije senzora podijeljene su u sljedeće kategorije:

  1. Primarni ulazni broj parametara.
  2. Načela transdukcije (korištenje fizikalnih i kemijskih učinaka).
  3. Materijal i tehnologija.
  4. Svrha.

Načelo transdukcije temeljni je kriterij koji se slijedi za učinkovito prikupljanje informacija. Tipično, logističke kriterije odabire razvojni tim.

Klasifikacija senzora na temelju svojstava je sljedeća:

  1. Temperatura: termistori, termoparovi, otporni termometri, mikrosklopovi.
  2. Tlak: optičko vlakno, vakuum, elastični na bazi tekućine, LVDT, elektronički.
  3. Tok: elektromagnetski, pad tlaka, položajni pomak, toplinska masa.
  4. Senzori razine: diferencijalni tlak, ultrazvučna radiofrekvencija, radar, toplinski pomak.
  5. Blizina i pomak: LVDT, fotoelektrični, kapacitivni, magnetski, ultrazvučni.
  6. Biosenzori: rezonantno zrcalo, elektrokemijski, površinska plazmonska rezonancija, svjetlosno adresabilni potenciometrijski.
  7. Slika: Uređaji s spregnutim nabojem, CMOS.
  8. Plin i kemija: poluvodič, infracrveno, vodljivost, elektrokemija.
  9. Ubrzanje: žiroskopi, akcelerometri.
  10. Ostalo: senzor vlage, senzor brzine, mase, senzor nagiba, sile, viskoznosti.

Ovo je velika grupa koja se sastoji od pododjeljaka. Važno je napomenuti da se s otkrićem novih tehnologija odjeljci stalno ažuriraju.

Svrha klasifikacije senzora na temelju smjera uporabe:

  1. Kontrola, mjerenje i automatizacija proizvodnog procesa.
  2. Neindustrijska upotreba: zrakoplovstvo, medicinske proizvode, automobili, potrošačka elektronika.

Senzori se mogu klasificirati ovisno o njihovim zahtjevima za napajanje:

  1. Aktivni senzor - uređaji koji zahtijevaju napajanje. Na primjer, LiDAR (otkrivanje i domet svjetlosti), fotovodljiva ćelija.
  2. Pasivni senzor - senzori koji ne zahtijevaju napajanje. Na primjer, radiometri, filmska fotografija.

Ova dva odjeljka uključuju sve instrumente poznate znanosti.

U trenutnim primjenama, svrha klasifikacije senzora može se podijeliti u skupine kako slijedi:

  1. Akcelerometri se temelje na tehnologiji mikroelektromehaničkih senzora. Koriste se za praćenje pacijenata koji imaju uključene srčane stimulatore. i dinamički sustavi vozila.
  2. Biosenzori se temelje na elektrokemijskoj tehnologiji. Koristi se za testiranje hrane, medicinskih uređaja, vode i otkrivanje opasnih bioloških patogena.
  3. Senzori slike - temeljeni na CMOS tehnologiji. Koriste se u potrošačkoj elektronici, biometriji, prometnom i sigurnosnom nadzoru te računalnim slikama.
  4. Detektori pokreta - temeljeni na infracrvenoj, ultrazvučnoj i mikrovalnoj/radarskoj tehnologiji. Koristi se u video igrama i simulacijama, aktivacija svjetla i sigurnosna detekcija.

Tipovi senzora

Postoji i glavna grupa. Podijeljen je u šest glavnih područja:

  1. Temperatura.
  2. Infracrveno zračenje.
  3. Ultraljubičasto.
  4. Senzor.
  5. Prilaz, kretanje.
  6. Ultrazvuk.

Svaka grupa može uključivati ​​pododjeljke ako se tehnologija čak i djelomično koristi kao dio određenog uređaja.

1. Senzori temperature

Ovo je jedna od glavnih grupa. Podjela temperaturnih senzora objedinjuje sve uređaje koji imaju mogućnost procjene parametara na temelju zagrijavanja ili hlađenja određene vrste tvari ili materijala.

Ovaj uređaj prikuplja informacije o temperaturi iz izvora i pretvara ih u oblik koji druga oprema ili ljudi mogu razumjeti. Najbolja ilustracija temperaturnog senzora je živa u staklenom termometru. Živa u staklu se širi i skuplja s promjenama temperature. Vanjska temperatura je polazni element za mjerenje indikatora. Gledatelj promatra položaj žive kako bi izmjerio parametar. Postoje dvije glavne vrste temperaturnih senzora:

  1. Kontaktni senzori. Ova vrsta uređaja zahtijeva izravan fizički kontakt s predmetom ili nosačem. Oni kontroliraju temperaturu krutih tvari, tekućina i plinova u širokom temperaturnom rasponu.
  2. Beskontaktni senzori. Ova vrsta senzora ne zahtijeva nikakav fizički kontakt s mjerenim objektom ili medijem. Oni kontroliraju nereflektirajuće čvrste tvari i tekućine, ali su beskorisni za plinove zbog svoje prirodne prozirnosti. Ovi uređaji koriste Planckov zakon za mjerenje temperature. Ovaj se zakon odnosi na toplinu koju emitira izvor za mjerenje referentne vrijednosti.

Rad s raznim uređajima

Princip rada i klasifikacija temperaturnih senzora također se dijele na korištenje tehnologije u drugim vrstama opreme. To može biti nadzorne ploče u automobilu i posebnim proizvodnim pogonima u industrijskoj radionici.

  1. Moduli termoparova izrađeni su od dvije žice (svaka od različite homogene legure ili metala) koje tvore mjerni spoj spajajući se na jednom kraju. Ova mjerna jedinica je otvorena za elemente koji se proučavaju. Drugi kraj žice završava s mjernim uređajem, gdje se formira referentni spoj. Struja teče krugom jer je temperatura dva spoja različita. Rezultirajući milivoltni napon se mjeri kako bi se odredila temperatura na spoju.
  2. Otporni detektori temperature (RTD) vrste su termistora koji se proizvode za mjerenje električnog otpora pri promjenama temperature. Oni su skuplji od bilo kojeg drugog uređaja za mjerenje temperature.
  3. termistori. Oni su još jedna vrsta toplinskog otpornika u kojem je velika promjena otpora proporcionalna maloj promjeni temperature.

2. IR senzor

Ovaj uređaj emitira ili detektira infracrveno zračenje kako bi detektirao određenu fazu u okolini. Tipično, toplinsko zračenje emitiraju svi objekti u infracrvenom spektru. Ovaj senzor otkriva vrstu izvora koji nije vidljiv ljudskom oku.

Osnovna ideja je korištenje infracrvenih LED dioda za prijenos svjetlosnih valova na objekt. Druga IC dioda istog tipa mora se koristiti za detekciju reflektiranog vala od objekta.

Princip rada

Klasifikacija senzora u sustavu automatizacije u ovom smjeru je uobičajena. To je zbog činjenice da tehnologija omogućuje korištenje dodatnih sredstava za procjenu vanjskih parametara. Kada je infracrveni prijemnik izložen infracrvenom svjetlu, javlja se razlika u naponu na žicama. Električna svojstva komponenti IR senzora mogu se koristiti za mjerenje udaljenosti do objekta. Kada je infracrveni prijemnik izložen svjetlu, dolazi do potencijalne razlike na žicama.

Gdje se koristi:

  1. Termografija: Prema zakonu o zračenju objekata, pomoću ove tehnologije može se promatrati okoliš sa ili bez vidljivog svjetla.
  2. Grijanje: Infracrveno zračenje može se koristiti za kuhanje i zagrijavanje hrane. Oni mogu ukloniti led s krila aviona. Pretvarači su popularni u industrijskim područjima kao što su tisak, oblikovanje plastike i zavarivanje polimera.
  3. Spektroskopija: Ova se tehnika koristi za identifikaciju molekula analizom sastavnih veza. Tehnologija koristi svjetlosno zračenje za proučavanje organskih spojeva.
  4. Meteorologija: Mjerenje visine oblaka i izračunavanje temperature tla i površine moguće je ako su meteorološki sateliti opremljeni radiometrima za skeniranje.
  5. Fotobiomodulacija: koristi se za kemoterapiju kod pacijenata s rakom. Osim toga, tehnologija se koristi za liječenje virusa herpesa.
  6. Klimatologija: praćenje izmjene energije između atmosfere i Zemlje.
  7. Komunikacija: Infracrveni laser daje svjetlo za komunikaciju optičkim vlaknima. Ove se emisije također koriste za komunikaciju na kratkim udaljenostima između mobilnih i računalnih periferija.

3. UV senzor

Ovi senzori mjere intenzitet ili snagu upadnog ultraljubičastog zračenja. Oblik elektromagnetskog zračenja ima dužu valnu duljinu od X-zraka, ali je još uvijek kraća od vidljivog zračenja.

Za pouzdana ultraljubičasta mjerenja koristi se aktivni materijal poznat kao polikristalni dijamant. Instrumenti mogu otkriti različite utjecaje na okoliš.

Kriteriji odabira uređaja:

  1. Rasponi valnih duljina u nanometrima (nm) koje mogu detektirati ultraljubičasti senzori.
  2. Radna temperatura.
  3. Točnost.
  4. Raspon snage.

Princip rada

Ultraljubičasti senzor prima jednu vrstu signala energije, a odašilje drugu vrstu signala. Za praćenje i bilježenje ovih izlaznih protoka, oni se šalju na električno brojilo. Za izradu grafikona i izvješća, očitanja se prenose u analogno-digitalni pretvarač (ADC), a zatim u računalo koje pokreće softver.

Koristi se u sljedećim uređajima:

  1. Ultraljubičaste fotocijevi su senzori osjetljivi na zračenje koji prate ultraljubičastu obradu zraka, ultraljubičastu obradu vode i sunčevo zračenje.
  2. Svjetlosni senzori - mjere intenzitet upadne zrake.
  3. Ultraljubičasti senzori su uređaji s spregnutim nabojem (CCD) koji se koriste u laboratorijskom snimanju.
  4. Detektori ultraljubičastog svjetla.
  5. Germicidni UV detektori.
  6. Senzori fotostabilnosti.

4. Senzor za dodir

Ovo je još jedna velika skupina uređaja. Klasifikacija senzora tlaka koristi se za procjenu vanjskih parametara odgovornih za pojavu dodatnih karakteristika pod djelovanjem određenog predmeta ili tvari.

Senzor dodira djeluje kao promjenjivi otpornik ovisno o mjestu gdje je spojen.

Senzor dodira sastoji se od:

  1. Potpuno vodljiva tvar kao što je bakar.
  2. Izolirani međumaterijal kao što je pjena ili plastika.
  3. Djelomično vodljivi materijal.

Međutim, striktne podjele nema. Klasifikacija senzora tlaka utvrđuje se odabirom određenog senzora, koji procjenjuje napon koji se pojavljuje unutar ili izvan objekta koji se proučava.

Princip rada

Djelomično vodljivi materijal opire se protoku struje. Načelo linearnog senzora položaja je da se tok struje smatra suprotnijim kada je duljina materijala kroz koji struja mora proći veća. Kao rezultat toga, otpor materijala se mijenja promjenom položaja u kojem dolazi u kontakt s potpuno vodljivim objektom.

Klasifikacija senzora automatizacije temelji se u potpunosti na opisanom principu. Ovdje se koriste dodatni resursi u obliku posebno razvijenog softvera. Obično, softver povezan sa senzorima za dodir. Uređaji mogu zapamtiti "zadnji dodir" kada je senzor onemogućen. Oni mogu registrirati "prvi dodir" čim se senzor aktivira i razumjeti sva značenja povezana s njim. Ova je radnja slična pomicanju računalnog miša na drugi kraj podloge za miš kako biste kursor pomaknuli na drugu stranu zaslona.

5. Senzor blizine

Ova tehnologija se sve više koristi u modernim vozilima. Klasifikacija električnih senzora pomoću svjetlosnih i dodirnih modula postaje sve popularnija među proizvođačima automobila.

Senzor blizine detektira prisutnost objekata koji se nalaze gotovo bez kontaktnih točaka. Budući da nema kontakta između modula i osjetnog objekta te nema mehaničkih dijelova, ovi uređaji imaju dug vijek trajanja i visoku pouzdanost.

Različite vrste senzora blizine:

  1. Induktivni senzori blizine.
  2. Kapacitivni senzori blizine.
  3. Ultrazvučni senzori blizine.
  4. Fotoelektrični senzori.
  5. Hallovi senzori.

Princip rada

Senzor blizine emitira elektromagnetsko ili elektrostatičko polje ili snop elektromagnetskog zračenja (kao što je infracrveno) i čeka na signal odgovora ili promjene u polju. Objekt koji se otkriva poznat je kao meta modula za snimanje.

Klasifikacija senzora prema principu rada i namjeni bit će sljedeća:

  1. Induktivni uređaji: Na ulazu je generator koji mijenja otpornost gubitka ovisno o blizini elektrovodljivog medija. Ovi uređaji su poželjni za metalne predmete.
  2. Kapacitivni senzori blizine: Oni pretvaraju promjenu elektrostatskog kapaciteta između detekcijskih elektroda i uzemljenja. To se događa kada se približavate obližnjem objektu s promjenom frekvencije vibracije. Za otkrivanje obližnjeg objekta frekvencija osciliranja se pretvara u napon istosmjerna struja, koji se uspoređuje s određenom vrijednošću praga. Ovi uređaji su poželjni za plastične predmete.

Klasifikacija mjerne opreme i senzora nije ograničena na gore navedeni opis i parametre. Pojavom novih vrsta mjernih instrumenata ukupna grupa se povećava. Odobrene su različite definicije za razlikovanje senzora i pretvarača. Senzori se mogu definirati kao element koji osjeća energiju za proizvodnju varijante istog ili različitog oblika energije. Senzor pretvara izmjerenu veličinu u željeni izlazni signal na principu pretvorbe.

Na temelju primljenih i generiranih signala princip se može podijeliti u sljedeće skupine: električni, mehanički, toplinski, kemijski, radijacijski i magnetski.

6. Ultrazvučni senzori

Ultrazvučni senzor koristi se za otkrivanje prisutnosti predmeta. To se postiže emitiranjem ultrazvučnih valova iz glave uređaja i zatim primanjem reflektiranog ultrazvučnog signala od odgovarajućeg objekta. Pomaže u otkrivanju položaja, prisutnosti i kretanja objekata.

Budući da se ultrazvučni senzori za otkrivanje oslanjaju na zvuk, a ne na svjetlo, naširoko se koriste za mjerenje razine vode, postupke medicinskog skeniranja iu automobilskoj industriji. Ultrazvučni valovi mogu otkriti nevidljive objekte poput prozirnih filmova, staklene boce, plastične boce i staklo, koristeći njihove reflektirajuće senzore.

Princip rada

Klasifikacija induktivnih senzora temelji se na području njihove uporabe. Ovdje je važno uzeti u obzir fizikalna i kemijska svojstva predmeta. Kretanje ultrazvučnih valova varira ovisno o obliku i vrsti medija. Na primjer, ultrazvučni valovi putuju ravno kroz homogeni medij te se reflektiraju i prenose natrag do sučelja između različitih medija. Ljudsko tijelo u zraku uzrokuje značajnu refleksiju i može se lako otkriti.

Tehnologija koristi sljedeće principe:

  1. Multirefleksija. Višestruka refleksija se događa kada se valovi reflektiraju više puta između senzora i detektiranog objekta.
  2. Ograničena zona. Moguće je podesiti minimalnu i maksimalnu udaljenost osjeta. To se zove granična zona.
  3. Zona detekcije. Ovo je interval između površine glave senzora i minimalne udaljenosti detekcije dobivene podešavanjem udaljenosti skeniranja.

Uređaji opremljeni ovom tehnologijom omogućuju skeniranje raznih vrsta objekata. Ultrazvučni izvori aktivno se koriste u stvaranju vozila.

Enciklopedija elektrotehnike #16.

Senzori

Klasifikacija senzora, osnovni zahtjevi za njih

Automatizacija raznih tehnoloških procesa, učinkovito upravljanje razne jedinice, strojevi, mehanizmi zahtijevaju brojna mjerenja raznih fizikalnih veličina.

Senzori(u literaturi se često nazivaju i mjerni pretvarači), odnosno drugim riječima, senzori elementi su mnogih automatiziranih sustava – uz njihovu pomoć dobivaju informacije o parametrima upravljanog sustava ili uređaja.

Senzor je element mjernog, signalnog, regulacijskog ili upravljačkog uređaja koji kontroliranu veličinu (temperaturu, tlak, frekvenciju, jakost svjetlosti, električni napon, struju itd.) pretvara u signal pogodan za mjerenje, prijenos, pohranu, obradu, bilježenje , a ponekad i utjecati na kontrolirane procese. Ili jednostavnije, senzor je uređaj koji pretvara ulazni učinak bilo koje fizičke veličine u signal pogodan za daljnju uporabu.

Senzori koji se koriste vrlo su raznoliki i mogu se klasificirani prema različitim kriterijima:

Ovisno o vrsti ulazne (mjerene) veličine razlikovati: mehaničke senzore pomaka (linearne i kutne), pneumatske, električne, senzore protoka, senzore brzine, ubrzanja, sile, temperature, tlaka itd.

Trenutno postoji približno sljedeća raspodjela udjela mjerenja različitih fizikalnih veličina u industriji: temperatura - 50%, protok (masa i volumen) - 15%, tlak - 10%, razina - 5%, količina (masa, volumen) ) - 5%, vrijeme – 4%, električne i magnetske veličine – manje od 4%.

Po vrsti izlazne veličine u koju se pretvara ulazna veličina , razlikovati neelektrični I električni: senzori istosmjerne struje (EMF ili napon), senzori amplitude izmjenične struje (EMF ili napon), senzori frekvencije izmjenične struje (EMF ili napon), senzori otpora (aktivni, induktivni ili kapacitivni) itd.

Većina senzora su električni. To je zbog sljedećih prednosti električnih mjerenja:

Prikladno je prenositi električne veličine na daljinu, a prijenos se provodi velikom brzinom;

Električne veličine su univerzalne u smislu da se bilo koje druge veličine mogu pretvoriti u električne veličine i obrnuto;

Precizno se pretvaraju u digitalni kod i omogućuju postizanje visoke točnosti, osjetljivosti i brzine mjernih instrumenata.

Prema principu rada Senzori se mogu podijeliti u dvije klase: generator I parametarski(senzori modulatora). Senzori generatora izravno pretvaraju ulaznu vrijednost u električni signal.

Parametarski senzori pretvaraju ulaznu vrijednost u promjenu bilo kojeg električnog parametra ( R, L ili C) senzor.

Prema principu rada senzori se također mogu podijeliti na omske, reostatske, fotoelektrične (optoelektroničke), induktivne, kapacitivne itd.

Postoje tri klase senzora:

Analogni senzori, tj. senzori koji proizvode analogni signal proporcionalan promjeni ulazne vrijednosti;

Digitalni senzori koji generiraju niz impulsa ili binarnu riječ;

Binarni (binarni) senzori koji proizvode signal samo dvije razine: "on/off" (drugim riječima, 0 ili 1); su postali rašireni zbog svoje jednostavnosti.

Zahtjevi za senzore :

Nedvosmislena ovisnost izlazne vrijednosti o ulaznoj vrijednosti;

Stabilnost karakteristika tijekom vremena;

Visoka osjetljivost;

Mala veličina i težina;

Odsutnost obrnutog utjecaja na kontrolirani proces i na kontrolirani parametar;

Raditi u različitim uvjetima operacija;

- razne opcije montaža.

Parametarski senzori (senzori modulatora) ulazna vrijednost x pretvara u promjenu bilo kojeg električnog parametra ( R, L ili C ) senzor. Promjene navedenih parametara senzora nemoguće je prenijeti na daljinu bez signala nositelja energije (napona ili struje). Promjena odgovarajućeg parametra senzora može se detektirati samo odgovorom senzora na struju ili napon, budući da navedeni parametri karakteriziraju ovu reakciju. Zbog toga parametarski senzori zahtijevaju upotrebu posebnih mjernih krugova napajanih istosmjernom ili izmjeničnom strujom.

Ohmski (otporni) senzori – princip rada temelji se na promjeni njihovog aktivnog otpora pri promjeni duljine l, poprečni presjek područja Sili otpornost str:

R= p l /S

Osim toga, koristi se ovisnost vrijednosti aktivnog otpora o kontaktnom tlaku i osvjetljenju fotoćelija. U skladu s tim, omski senzori se dijele na: kontakt, potenciometrijski (reostat), mjerač naprezanja, termistor, fotootpornik.

Kontaktni senzori - Ovo najjednostavniji oblik senzori otpornici koji pretvaraju kretanje primarnog elementa u naglu promjenu otpora električnog kruga. Kontaktni senzori se koriste za mjerenje i kontrolu sila, kretanja, temperature, veličine predmeta, kontrolu njihovog oblika itd. Kontaktni senzori uključuju putne karte I Granični prekidači, kontaktni termometri i tzv elektrodni senzori, prvenstveno se koristi za mjerenje ekstremnih razina elektro vodljivih tekućina.

Kontaktni senzori mogu raditi i na istosmjernu i na izmjeničnu struju. Ovisno o granicama mjerenja, kontaktni senzori mogu biti jednogranični i višegranični. Potonji se koriste za mjerenje veličina koje variraju unutar značajnih granica, dok su dijelovi otpornika Ruključeni u električni krug serijski su kratko spojeni.

Nedostatak kontaktnih senzora je teškoća kontinuiranog nadzora i ograničen vijek trajanja kontaktnog sustava. Ali zbog iznimne jednostavnosti ovih senzora naširoko se koriste u sustavima automatizacije.

Reostatski senzori Oni su otpornici s različitim aktivnim otporom. Ulazna vrijednost senzora je kretanje kontakta, a izlazna vrijednost je promjena njegovog otpora. Pokretni kontakt je mehanički povezan s objektom čije kretanje (kutno ili linearno) treba pretvoriti.

Najviše se koristi potenciometrijski sklop za spajanje reostatskog senzora, kod kojeg je reostat spojen prema krugu razdjelnika napona. Podsjetimo, razdjelnik napona je električni uređaj za dijeljenje istosmjernog ili izmjeničnog napona na dijelove; Razdjelnik napona omogućuje uklanjanje (iskorištenje) samo dijela dostupnog napona kroz elemente električnog kruga koji se sastoji od otpornika, kondenzatora ili induktora. Promjenjivi otpornik spojen prema krugu razdjelnika napona naziva se potenciometar.

Obično se reostatski senzori koriste u mehaničkim mjernim instrumentima za pretvaranje njihovih očitanja u električne veličine (struja ili napon), na primjer, u mjeračima razine tekućine s plovkom, raznim mjeračima tlaka itd.

Senzor u obliku jednostavnog reostata se gotovo nikada ne koristi zbog značajne nelinearnosti njegove statičke karakteristike I n = f (x), gdje je I n- struja opterećenja.

Izlazna vrijednost takvog senzora je pad napona U van između pokretnog i jednog od fiksnih kontakata. Ovisnost izlaznog napona o pomaku kontakta x Uout = f(x) odgovara zakonu promjene otpora duž potenciometra. Zakon raspodjele otpora po duljini potenciometra, određen njegovom konstrukcijom, može biti linearan i nelinearan.

Potenciometrijski senzori, koji su strukturno promjenjivi otpornici, izrađeni su od različitih materijala - žice za namatanje, metalnih filmova, poluvodiča itd.

Mjerači naprezanja (mjerači naprezanja) koriste se za mjerenje mehaničkog naprezanja, malih deformacija i vibracija. Djelovanje mjerača naprezanja temelji se na učinku naprezanja, koji se sastoji u promjeni aktivnog otpora vodiča i poluvodičkih materijala pod utjecajem sila koje na njih djeluju.

Termometrijski senzori (termistori) - otpor ovisi o temperaturi. Termistori se kao senzori koriste na dva načina:

1) Temperatura termistora određena je okolinom; Struja koja prolazi kroz termistor je tako mala da ne uzrokuje zagrijavanje termistora. Pod ovim uvjetima, termistor se koristi kao temperaturni senzor i često se naziva "otporni termometar".

2) Temperatura termistora određena je stupnjem zagrijavanja konstantnom strujom i uvjetima hlađenja. U ovom slučaju uspostavljena temperatura određena je uvjetima prijelaza topline s površine termistora (brzina gibanja okoline - plina ili tekućine - u odnosu na termistor, njezina gustoća, viskoznost i temperatura), pa termistor može se koristiti kao senzor brzine protoka, toplinske vodljivosti okoline, gustoće plinova itd. Kod senzora ove vrste dolazi do dvostupanjske pretvorbe: izmjerena vrijednost se prvo pretvara u promjenu temperature termistora, koji se zatim pretvara u promjenu otpora.

Termistori se izrađuju i od čistih metala i od poluvodiča.Materijal od kojeg su izrađeni takvi senzori mora imati visok temperaturni koeficijent otpora, linearnu ovisnost otpora o temperaturi, dobru obnovljivost svojstava i inertnost na utjecaje okoline. Platina u najvećoj mjeri zadovoljava sva ova svojstva; u nešto manje - bakra i nikla.

U usporedbi s metalnim termistorima, poluvodički termistori (termistori) imaju veću osjetljivost.

Induktivni senzori koriste se za beskontaktno dobivanje informacija o kretnjama radnih dijelova strojeva, mehanizama, robota i sl. i pretvaranje ove informacije u električni signal.

Princip rada induktivnog senzora temelji se na promjeni induktiviteta namota na magnetskom krugu ovisno o položaju pojedinačni elementi magnetski krug (armatura, jezgra itd.). U takvim senzorima, linearno ili kutno kretanje x(ulazna veličina) pretvara se u promjenu induktiviteta ( L) senzor. Koristi se za mjerenje kutnih i linearnih pomaka, deformacija, kontrolu dimenzija itd.

U najjednostavnijem slučaju, induktivni senzor je induktivni svitak s magnetskom jezgrom, čiji se pokretni element (armatura) kreće pod utjecajem mjerene veličine.

Induktivni senzor prepoznaje i u skladu s tim reagira na sve vodljive objekte. Induktivni senzor je beskontaktan, ne zahtijeva mehaničko djelovanje i radi beskontaktno zahvaljujući promjenama elektromagnetskog polja.

Prednosti

- nema mehaničkog trošenja, nema kvarova povezanih sa stanjem kontakata

- nema odbijanja kontakta ili lažnih alarma

- visoka frekvencija prebacivanja do 3000 Hz

- otporan na mehanički stres

Mane - relativno niska osjetljivost, ovisnost induktivne reaktancije o frekvenciji napona napajanja, značajan obrnuti učinak senzora na izmjerenu vrijednost (zbog privlačenja armature prema jezgri).

Kapacitivni senzori - princip rada temelji se na ovisnosti električnog kapaciteta kondenzatora o veličini, relativnom položaju njegovih ploča i o dielektričnoj konstanti medija između njih.

Za ravni kondenzator s dvije ploče, električni kapacitet je određen izrazom:

C = e 0 e S /h

Gdje e 0- dielektrična konstanta; e- relativna dielektrična konstanta medija između ploča; S- aktivno područje ploča; h- razmak između ploča kondenzatora.

Ovisnosti C(S) I C(h) koriste se za pretvaranje mehaničkih pokreta u promjene kapaciteta.

Kapacitivni senzori, kao i induktivni senzori, napajaju se izmjeničnim naponom (obično visoke frekvencije - do desetaka megaherca). Kao mjerni krugovi obično se koriste mosni krugovi i krugovi koji koriste rezonantne krugove. U potonjem slučaju, u pravilu, koriste ovisnost frekvencije osciliranja generatora o kapacitetu rezonantnog kruga, tj. senzor ima frekvencijski izlaz.

Prednosti kapacitivnih senzora su jednostavnost, visoka osjetljivost i mala inercija. Nedostaci - utjecaj vanjskih električnih polja, relativna složenost mjernih uređaja.

Kapacitivni senzori koriste se za mjerenje kutnih pomaka, vrlo malih linearnih pomaka, vibracija, brzine itd., kao i za reprodukciju određenih funkcija (harmonijske, pilaste, pravokutne itd.).

Kapacitivni pretvarači, dielektrična konstantae koji se mijenja uslijed pomicanja, deformacije ili promjene sastava dielektrika, koriste se kao senzori razine nevodljivih tekućina, rasutih i praškastih materijala, debljine sloja nevodljivih materijala (debljinomjeri), kao i praćenje vlažnosti i sastava tvari.

Senzori - generatori

Senzori generatora provesti izravnu transformaciju ulazne veličine x u električni signal. Takvi senzori pretvaraju energiju izvora ulazne (mjerene) veličine izravno u električni signal, tj. oni su poput generatora električne energije (odakle i naziv takvih senzora – stvaraju električni signal).

Dodatni izvori električne energije za rad takvih senzora u osnovi nisu potrebni (međutim, može biti potrebna dodatna električna energija za pojačavanje izlaznog signala senzora, njegovu pretvorbu u druge vrste signala i za druge svrhe). Termoelektrični, piezoelektrični, indukcijski, fotoelektrični i mnoge druge vrste senzora su generatorske vrste.

Indukcijski senzori pretvoriti izmjerenu neelektričnu veličinu u induciranu emf. Princip rada senzora temelji se na zakonu elektromagnetske indukcije. Ovi senzori uključuju tahogeneratore istosmjerne i izmjenične struje, koji su mali električni generatori strojeva čiji je izlazni napon proporcionalan kutnoj brzini vrtnje osovine generatora. Tahogeneratori se koriste kao senzori kutne brzine.

Tahogenerator je električni stroj koji radi u generatorskom načinu rada. U ovom slučaju, generirani EMF proporcionalan je brzini rotacije i veličini magnetskog toka. Osim toga, s promjenom brzine vrtnje mijenja se i frekvencija EMF-a. Koriste se kao senzori brzine (frekvencije vrtnje).

Senzori temperature. U modernom industrijska proizvodnja najčešća su mjerenja temperature (primjerice, u nuklearnoj elektrani srednje veličine postoji oko 1500 točaka na kojima se vrše takva mjerenja, au velikom poduzeću kemijske industrije više od 20 tisuća takvih točaka). Širok raspon izmjerenih temperatura, različiti uvjeti za korištenje mjernih instrumenata i zahtjevi za njih uvjetuju raznolikost korištenih mjernih instrumenata za temperaturu.

Ako uzmemo u obzir temperaturne senzore za industrijsku primjenu, možemo razlikovati njihove glavne klase: silikonski temperaturni senzori, bimetalni senzori, tekućinski i plinski termometri, temperaturni indikatori, termistori, termoparovi, otpornički termalni pretvarači, infracrveni senzori.

Silikonski senzori temperature koristiti ovisnost otpora poluvodiča silicija o temperaturi. Raspon izmjerene temperature -50…+150 0 C. Uglavnom se koriste za mjerenje temperature unutar elektroničkih uređaja.

Bimetalni senzor napravljen od dvije različite metalne ploče spojene zajedno. Različiti metali imaju različite koeficijente toplinskog širenja. Ako se metali povezani s pločom zagrijavaju ili hlade, ona će se saviti, zatvarajući (otvarajući) električne kontakte ili pomičući strelicu indikatora. Radni raspon bimetalnih senzora je -40…+550 0 C. Koristi se za mjerenje površine čvrste tvari i temperatura tekućina. Glavna područja primjene su automobilska industrija, sustavi grijanja i grijanja vode.

Toplinski indikatori - to su posebne tvari koje mijenjaju boju pod utjecajem temperature. Promjena boje može biti reverzibilna ili nepovratna. Proizvedeno u obliku filmova.

Otporni termički pretvarači

Princip rada otpornih toplinskih pretvarača (termistora) temelji se na promjeni električnog otpora vodiča i poluvodiča ovisno o temperaturi (o čemu smo ranije govorili).

Platinasti termistori dizajnirani su za mjerenje temperatura u rasponu od –260 do 1100 0 C. Jeftiniji bakreni termistori s linearna ovisnost otpornost na temperaturu.

Nedostatak bakra je njegov mali otpor i laka oksidacija na visokim temperaturama, zbog čega je krajnja granica uporabe bakrenih otpornih termometara ograničena na temperaturu od 180 0 C. U pogledu stabilnosti i ponovljivosti karakteristika, bakreni termistori su inferiorni od platinastih. Nikal se koristi u jeftinim senzorima za mjerenja u rasponu sobnih temperatura.

Poluvodički termistori (termistori) imaju negativan ili pozitivan temperaturni koeficijent otpora, čija vrijednost pri 20 0 C iznosi (2...8)*10 –2 (0 C) –1, t.j. red veličine veći od bakra i platine. Poluvodički termistori, s vrlo malim veličinama, imaju visoke vrijednosti otpora (do 1 MOhm). Kao polužica Materijal koji se koristi su metalni oksidi: poluvodički termistori tipa KMT - mješavina oksida kobalta i mangana i MMT - bakra i mangana.

Poluvodički senzori temperature imaju visoku stabilnost karakteristika tijekom vremena i koriste se za promjenu temperature u rasponu od –100 do 200 0 C.

Termoelektrični pretvarači (termoparovi) - str Princip rada termoparova temelji se na termoelektričnom učinku, koji se sastoji u činjenici da se u prisutnosti temperaturne razlike između spojeva (spojnica) dva različita metala ili poluvodiča u krugu pojavljuje elektromotorna sila koja se naziva termoelektromotorna (skraćeno termo-EMF). U određenom temperaturnom rasponu možemo pretpostaviti da je termo-emf izravno proporcionalna temperaturnoj razliciΔT= T 1 – T 0 između spoja i krajeva termoelementa.

Krajevi termoelementa koji su međusobno povezani i uronjeni u medij čija se temperatura mjeri nazivaju se radni kraj termoelementa. Krajevi koji su izloženi okolini i na koje se obično spajaju žice mjerni krug, nazivaju se slobodni krajevi. Temperatura ovih krajeva mora se održavati konstantnom. Pod ovim uvjetom, termo-EMF E t ovisit će samo o temperaturi T 1radni kraj.

U izlaz = E t = C( T 1 – T 0) ,

gdje je C koeficijent koji ovisi o materijalu vodiča termopara.

EMF koji stvaraju termoparovi je relativno mali: ne prelazi 8 mV za svakih 100 0 C i obično ne prelazi 70 mV u apsolutnoj vrijednosti. Termoparovi vam omogućuju mjerenje temperatura u rasponu od –200 do 2200 0 C.

Najrašireniji materijali za izradu termoelektričnih pretvarača su platina, platinarodij, kromel i alumel.

Termoparovi imaju sljedeće prednosti: jednostavnost proizvodnje i pouzdanost u radu, niska cijena, odsutnostnapajanja i mogućnost mjerenja u širokom temperaturnom rasponu.

Uz to, termoelementi također imaju neke mane- niža točnost mjerenja od termistora, prisutnost značajne toplinske inercije, potreba za uvođenjem korekcija za temperaturu slobodnih krajeva i potreba korištenja posebnih spojnih žica.

Infracrveni senzori (pirometri) - koristiti energiju zračenja zagrijanih tijela, što omogućuje mjerenje površinske temperature na daljinu. Pirometri se dijele na radijacijske, svjetline i boje.

Radijacijski pirometri služe za mjerenje temperatura od 20 do 2500 0 C, a uređaj mjeri integralni intenzitet zračenja stvarnog objekta.

Svjetlosni (optički) pirometri služe za mjerenje temperatura od 500 do 4000 0 C. Temelje se na usporedbi u uskom dijelu spektra svjetline promatranog objekta sa svjetlinom referentnog emitera (fotometrijske svjetiljke).

Kolorni pirometri temelje se na mjerenju omjera intenziteta zračenja na dvije valne duljine, obično odabrane u crvenom ili plavom dijelu spektra; koriste se za mjerenje temperatura u rasponu od 800 0 C.

Pirometri omogućuju mjerenje temperature na teško dostupnim mjestima i temperature pokretnih objekata, visoke temperature gdje drugi senzori više ne rade.

Za mjerenje temperatura od – 80 do 250 0 C često se koriste takozvani kvarcni termalni pretvarači koji koriste ovisnost vlastite frekvencije kvarcnog elementa o temperaturi. Rad ovih senzora temelji se na činjenici da ovisnost frekvencije pretvarača o temperaturi i linearnost funkcije pretvorbe variraju ovisno o orijentaciji reza u odnosu na osi kvarcnog kristala. Ovi se senzori naširoko koriste u digitalnim termometrima.

Piezoelektrični senzori

Rad piezoelektričnih senzora temelji se na korištenju piezoelektričnog učinka (piezoelektrični učinak), koji se sastoji u činjenici da kada se neki kristali komprimiraju ili istežu, na njihovim stranama pojavljuje se električni naboj, čija je veličina proporcionalna djelovanju sila.

Piezoelektrični efekt je reverzibilan, tj. primijenjeni električni napon uzrokuje deformaciju piezoelektričnog uzorka - njegovo sabijanje ili rastezanje prema predznaku primijenjenog napona. Ovaj fenomen, nazvan inverzni piezoelektrični efekt, koristi se za pobuđivanje i primanje akustičnih vibracija zvuka i ultrazvučnih frekvencija.

Koristi se za mjerenje sila, tlaka, vibracija itd.

Optički (fotoelektrični) senzori

razlikovati analog I diskretna optički senzori. Kod analognih senzora, izlazni signal varira proporcionalno ambijentalnom svjetlu. Glavno područje primjene su automatizirani sustavi upravljanja rasvjetom.

Senzori diskretnog tipa mijenjaju izlazno stanje u suprotno kada se postigne postavljena vrijednost osvjetljenja.

Fotoelektrični senzori mogu se koristiti u gotovo svim industrijama. Diskretni senzori koriste se kao svojevrsni proximity prekidači za brojanje, detekciju, pozicioniranje i druge zadatke na bilo kojoj proizvodnoj liniji.

, registrira promjene svjetlosnog toka u kontroliranom području , povezana s promjenom položaja u prostoru bilo kojih pokretnih dijelova mehanizama i strojeva, odsutnosti ili prisutnosti predmeta. Zahvaljujući velikim udaljenostima osjeta optički senzori blizine pronađeno široka primjena u industriji i šire.

Optički senzor blizine sastoji se od dvije funkcionalne cjeline, prijemnika i odašiljača. Ove jedinice mogu biti izrađene ili u jednom kućištu ili u različitim kućištima.

Prema načinu detekcije objekta fotoelektrični senzori se dijele u 4 skupine:

1) sjecište grede- u ovoj metodi, odašiljač i prijamnik su odvojeni u različitim kućištima, što im omogućuje da budu postavljeni jedan nasuprot drugog na radnoj udaljenosti. Princip rada temelji se na činjenici da odašiljač neprestano šalje svjetlosnu zraku koju prima prijemnik. Ako svjetlosni signal senzora prestane zbog ometanja od strane predmeta treće strane, prijemnik odmah reagira promjenom izlaznog stanja.

2) refleksija od reflektora- kod ove metode prijemnik i odašiljač senzora nalaze se u istom kućištu. Nasuprot senzoru postavljen je reflektor (reflektor). Senzori s reflektorom dizajnirani su na takav način da zahvaljujući polarizacijskom filtru percipiraju refleksiju samo od reflektora. Riječ je o reflektorima koji rade na principu dvostrukog odraza. Odabir prikladnog reflektora određen je potrebnom udaljenosti i mogućnostima montaže.

Svjetlosni signal koji šalje odašiljač odbija se od reflektora i ulazi u prijemnik senzora. Ako svjetlosni signal prestane, prijemnik odmah reagira promjenom izlaznog stanja.

3) refleksija od predmeta- kod ove metode prijemnik i odašiljač senzora nalaze se u istom kućištu. Tijekom radnog stanja senzora, svi objekti koji padnu u njegovo radno područje postaju svojevrsni reflektori. Čim svjetlosna zraka reflektirana od objekta pogodi prijemnik senzora, on odmah reagira promjenom izlaznog stanja.

4) fiksna refleksija od objekta - princip rada senzora je isti kao kod "refleksije od objekta", ali je osjetljiviji na odstupanja od postavke prema objektu. Na primjer, moguće je otkriti natečenu kapicu na boci kefira, nepotpuno punjenje vakumirane ambalaže proizvodima itd.

Foto senzori se prema namjeni dijele u dvije glavne skupine: senzori opće namjene i senzori posebne namjene. Posebne vrste uključuju vrste senzora namijenjene rješavanju užeg spektra problema. Na primjer, otkrivanje oznake u boji na objektu, otkrivanje kontrastne granice, prisutnost naljepnice na prozirnom pakiranju itd.

Zadatak senzora je detektirati objekt na daljinu. Ova udaljenost varira između 0,3 mm-50 m, ovisno o odabranoj vrsti senzora i metodi detekcije.

Mikrovalni senzori

Tipkala i relejne ploče zamjenjuju se mikroprocesorskim sustavima za automatsko upravljanje procesima (APCS) najviših performansi i pouzdanosti; senzori su opremljeni digitalnim komunikacijskim sučeljima, ali to ne dovodi uvijek do povećanja ukupne pouzdanosti sustava i pouzdanost njegovog rada. Razlog je taj što sami principi rada većine poznatih tipova senzora nameću stroga ograničenja na uvjete u kojima se mogu koristiti.

Na primjer, za praćenje brzine kretanja industrijskih mehanizama široko se koriste beskontaktni (kapacitivni i induktivni), kao i uređaji za kontrolu brzine tahogeneratora (USS). USS tahogeneratora imaju mehaničku vezu s pokretnim objektom, a zona osjetljivosti beskontaktnih uređaja ne prelazi nekoliko centimetara.

Sve to ne samo da stvara neugodnosti pri ugradnji senzora, već i značajno komplicira korištenje ovih uređaja u uvjetima prašine, koja se lijepi na radne površine, uzrokujući lažne alarme. Navedene vrste senzora nisu sposobne izravno nadzirati objekt (na primjer, pokretnu traku) - oni su podešeni na kretanje valjaka, impelera, zateznih bubnjeva itd. Izlazni signali nekih uređaja su toliko slabi da lažu ispod razine industrijskih smetnji od rada snažnih električnih strojeva.

Slične poteškoće nastaju pri korištenju tradicionalnih sklopki razine - senzora prisutnosti rasutog proizvoda. Takvi uređaji su potrebni za pravovremeno zaustavljanje dovoda sirovina u proizvodne spremnike. Lažne alarme uzrokuju ne samo prianjanje i prašina, već i dodirivanje protoka proizvoda dok ulazi u spremnik. U negrijanim prostorijama na rad senzora utječe temperatura okoline. Lažni alarmi uzrokuju česta zaustavljanja i pokretanja opterećene tehnološke opreme - glavni uzrok njezinih havarija, što dovodi do začepljenja, loma transportera, te pojave opasnosti od požara i eksplozije.

Prije nekoliko godina ovi su problemi doveli do razvoja potpuno novih vrsta uređaja - radarskih senzora za kontrolu brzine, senzora kretanja i tlaka, čiji se rad temelji na interakciji kontroliranog objekta s radijskim signalom s frekvencijom od oko 10 10 Hz.

Korištenje mikrovalnih metoda za praćenje stanja procesne opreme omogućuje nam da se potpuno riješimo nedostataka tradicionalnih vrsta senzora.

Karakteristike ovih uređaja su:

Nedostatak mehaničkog i električnog kontakta s objektom (okolinom), udaljenost od senzora do objekta može biti nekoliko metara;

Izravno upravljanje objektom (pokretnom trakom, lancem), a ne njihovim pogonima, zateznim bubnjevima i sl.;

Niska potrošnja energije;

Neosjetljivo na lijepljenje proizvoda zbog velikih radnih udaljenosti;

Visoka otpornost na buku i usmjerenost;

Jednokratna postavka za cijeli vijek trajanja;

Visoka pouzdanost, sigurnost, odsutnost ionizirajućeg zračenja.

Princip rada senzora temelji se na promjeni frekvencije radio signala reflektiranog od pokretnog objekta. Ovaj fenomen ( "Doplerov efekt") naširoko se koristi u radarskim sustavima za daljinsko mjerenje brzine. Objekt koji se kreće uzrokuje pojavu električnog signala na izlazu modula mikrovalnog primopredajnika.

Budući da razina signala ovisi o svojstvima reflektirajućeg objekta, senzori kretanja mogu se koristiti za signaliziranje prekida strujnog kruga (trake) ili prisutnosti bilo kakvih predmeta ili materijala na pokretnoj traci. Traka ima glatku površinu i nisku refleksiju. Kada se proizvod počne kretati pored senzora postavljenog iznad radne grane transportera, povećavajući koeficijent refleksije, uređaj signalizira kretanje, odnosno, zapravo, da traka nije prazna. Na temelju trajanja izlaznog impulsa, može se na znatnoj udaljenosti procijeniti veličina predmeta koji se pomiču, izvršiti odabir itd.

Ako je potrebno napuniti bilo koji spremnik (od bunkera do okna), možete točno odrediti trenutak završetka punjenja - senzor spušten na određenu dubinu pokazat će kretanje punila dok se ne napuni.

Konkretni primjeri uporabe mikrovalnih senzora kretanja u različitim industrijama određeni su njihovim specifičnostima, ali općenito su sposobni riješiti širok raspon problema nesmetanog rada opreme i povećanja sadržaja informacija automatizirani sustavi upravljanje.

Popis korištenih izvora

1) E.M. Gordin, Yu.Sh. Mitnik, V.A. Tarlinsky

Osnove automatike i računalne tehnologije

Moskva "Strojarstvo", 1978

2) Gustav Olsson, Gianguido Piani

Digitalni sustavi automatizacije i upravljanja

Sankt Peterburg: Nevski dijalekt, 2001

3) V.V Smjernice do provedbe laboratorijski rad

"Istraživanje reostatskog linearnog senzora pomaka"

4) Chugainov N.G. Sažetak “Temperaturni senzori”, Krasnojarsk 2003

5) Fedosov A.V. Sažetak "Senzori brzine" - Moskva 2003

6) D. N. Shestakov, generalni direktor PromRadar LLC

Mikrovalni senzori za industrijske primjene

7) Časopis “Moderna elektronika” 6, 2006

8) Katalog poduzeća "Senzor"

9) OMRON komponente / fotoelektrični senzori

 Autor članka : Sergej Nikulin, nastavnik Državnog veleučilišta Gomel koledž " .

- To su senzori koji rade bez fizičkog i mehaničkog kontakta. Djeluju putem električnih i magnetskih polja, a naširoko se koriste i optički senzori. U ovom članku analizirat ćemo sve tri vrste senzora: optički, kapacitivni i induktivni, a na kraju ćemo napraviti eksperiment s induktivnim senzorom. Usput, ljudi također nazivaju beskontaktne senzore prekidači blizine, pa nemojte se bojati ako vidite takvo ime ;-).

Optički senzor

Dakle, nekoliko riječi o optičkim senzorima... Princip rada optički senzori prikazano na slici ispod

Prepreka

Sjećate li se onih scena iz filmova u kojima su glavni likovi morali proći kroz optičke zrake a da nijednu ne udare? Ako je zraka dotakla bilo koji dio tijela, aktivirao se alarm.


Zraka se emitira kroz neki izvor. Tu je i “beam receiver”, odnosno sitnica koja prima zraku. Čim snop nije na prijemniku snopa, odmah će se uključiti ili isključiti kontakt u njemu koji će izravno upravljati alarmom ili bilo čime drugim po vašem nahođenju. U osnovi, izvor snopa i prijamnik snopa, koji se ispravno naziva "fotodetektor", dolaze u paru.

Optički senzori pomaka iz SKB IS vrlo su popularni u Rusiji.



Ove vrste senzora imaju i izvor svjetlosti i fotodetektor. Nalaze se izravno u kućištu ovih senzora. Svaka vrsta senzora je cjeloviti dizajn i koristi se u brojnim strojevima gdje je potrebna povećana točnost obrade, sve do 1 mikrometra. To su uglavnom strojevi sa sustavom H i verbalni P programatski U ploča ( CNC), koji rade po programu i zahtijevaju minimalnu ljudsku intervenciju. Ovi beskontaktni senzori izgrađeni su na ovom principu

Ove vrste senzora označavaju se slovom "T" i nazivaju se barijera. Čim je optička zraka prekinuta, senzor se aktivirao.

Prednosti:

  • domet može doseći i do 150 metara
  • visoka pouzdanost i otpornost na buku

minusi:

  • na velikim udaljenostima osjeta potrebna je precizna prilagodba fotodetektora optičkom snopu.

Refleks

Refleksni tip senzora označen je slovom R. Kod ovih vrsta senzora emiter i prijemnik nalaze se u istom kućištu.


Princip rada može se vidjeti na slici ispod

Svjetlost iz emitera se odbija od nekog reflektora svjetlosti (reflektora) i ulazi u prijemnik. Čim zraku prekine bilo koji predmet, aktivira se senzor. Ovaj senzor je vrlo prikladan na pokretnim linijama prilikom brojanja proizvoda.

Difuzija

I posljednja vrsta optičkih senzora je difuzija - označena slovom D. Mogu izgledati drugačije:



Princip rada je isti kao kod reflektora, ali ovdje se svjetlost već odbija od predmeta. Takvi senzori su dizajnirani za kratku udaljenost odziva i nepretenciozni su u radu.

Kapacitivni i induktivni senzori

Optika je optika, ali induktivni i kapacitivni senzori smatraju se najnepretencioznijima u radu i vrlo pouzdanima. Ovako otprilike izgledaju


Vrlo su slični jedni drugima. Načelo njihovog rada povezano je s promjenama magnetskog i električnog polja. Induktivni senzori se aktiviraju kada im se bilo koji metal približi. Ne grizu druge materijale. Kapacitivni reagiraju na gotovo sve tvari.

Kako radi induktivni senzor?

Kako kažu, bolje je vidjeti jednom nego čuti stotinu puta, pa napravimo mali eksperiment induktivni senzor.

Dakle, naš gost je induktivni senzor ruske proizvodnje


Čitamo što na njemu piše


Marka VBI senzora bla bla bla bla, S – udaljenost osjeta, ovdje je 2 mm, U1 – verzija za umjerenu klimu, IP – 67 – stupanj zaštite(ukratko, razina zaštite ovdje je vrlo visoka), U b – napon na kojem senzor radi, ovdje napon može biti u rasponu od 10 do 30 volti, I load – struja opterećenja, ovaj senzor može opterećenju isporučiti struju do 200 miliampera, mislim da je to pristojno.

Na poleđini oznake nalazi se dijagram povezivanja za ovaj senzor.


Pa, da provjerimo rad senzora? Da bismo to učinili, pričvrstimo teret. Naše opterećenje bit će LED serijski spojen s otpornikom nominalne vrijednosti 1 kOhm. Zašto nam je potreban otpornik? U trenutku kada se LED uključi, počinje bjesomučno trošiti struju i izgara. Kako bi se to spriječilo, otpornik se postavlja u seriju s LED-om.


Smeđu žicu senzora napajamo plusom iz napajanja, a plavu žicu minusom. Podigao sam napon na 15 volti.

Dolazi trenutak istine... Prinesemo metalni predmet radnom području senzora, i naš senzor se odmah aktivira, kao što nam kaže LED dioda ugrađena u senzor, kao i naša eksperimentalna LED.


Senzor ne reagira na materijale osim metala. Staklenka kolofonije mu ništa ne znači :-).


Umjesto LED-a može se koristiti ulaz logičkog sklopa, odnosno kada se senzor aktivira, on proizvodi signal logičke jedinice, koji se može koristiti u digitalnim uređajima.

Zaključak

U svijetu elektronike sve se više koriste ove tri vrste senzora. Svake godine proizvodnja ovih senzora raste i raste. Koriste se u potpuno različitim područjima industrije. Automatizacija i robotizacija ne bi bile moguće bez ovih senzora. U ovom članku analizirao sam samo najjednostavnije senzore koji nam daju samo signal “on-off” ili, stručnim jezikom rečeno, jednu informaciju. Sofisticiraniji tipovi senzora mogu dati različite parametre i mogu se čak izravno povezati s računalima i drugim uređajima.

Kupite induktivni senzor

U našoj radio trgovini induktivni senzori koštaju 5 puta više nego da su naručeni iz Kine s Aliexpressa.


Ovdje Možete pogledati razne induktivne senzore.



Također preporučujemo

Učitavam...Učitavam...