تصنيف أجهزة الاستشعار والغرض منها. مستشعرات عدم الاتصال: نظرة عامة ، مبدأ التشغيل ، الغرض. مفتاح اللمس ما هما مبدآن تشغيل جميع أجهزة الاستشعار

تصنيف أجهزة الاستشعار ، المتطلبات الأساسية لها

تتطلب أتمتة العمليات التكنولوجية المختلفة ، والتحكم الفعال في الوحدات والآلات والآليات المختلفة قياسات عديدة مختلفة كميات فيزيائية.

مجسات(في الأدبيات غالبًا ما تسمى أيضًا قياس محولات الطاقة) ، أو بعبارة أخرى ، مجساتهي عناصر في العديد من أنظمة التشغيل الآلي - بمساعدتهم يتلقون معلومات حول معلمات النظام أو الجهاز الذي يتم التحكم فيه.

المستشعر - هذا عنصر في جهاز قياس أو إرسال إشارات أو تنظيم أو تحكم يحول القيمة الخاضعة للتحكم (درجة الحرارة والضغط والتردد وشدة الإضاءة والجهد الكهربائي والتيار وما إلى ذلك) إلى إشارة ملائمة للقياس والنقل والتخزين والمعالجة ، والتسجيل ، وأحيانًا للتأثير عليهم في العمليات الخاضعة للرقابة. أو أسهل المستشعرهو جهاز يحول إجراء الإدخال لأي كمية مادية إلى إشارة ملائمة للاستخدام مرة أخرى.

أجهزة الاستشعار المستخدمة متنوعة للغاية ويمكن أن تكون كذلك مصنفة حسب معايير مختلفة:

اعتمادًا على نوع كمية المدخلات (المقاسة) يميز بين: مستشعرات الإزاحة الميكانيكية (الخطية والزاوية) ، الهوائية ، الكهربائية ، عدادات التدفق ، مستشعرات السرعة ، التسارع ، القوة ، درجة الحرارة ، الضغط ، إلخ.

يوجد حاليًا التوزيع التالي تقريبًا لنسبة قياسات الكميات الفيزيائية المختلفة في الصناعة: درجة الحرارة - 50٪ ، التدفق (الكتلة والحجم) - 15٪ ، الضغط - 10٪ ، المستوى - 5٪ ، الكمية (الكتلة ، الحجم ) - 5٪ ، الوقت - 4٪ ، الكميات الكهربائية والمغناطيسية - أقل من 4٪.

حسب نوع قيمة الإخراج التي يتم تحويل قيمة الإدخال إليها ، يميز غير كهربائيو الكهرباء: مستشعرات التيار المستمر (EMF أو الجهد) ، مستشعرات سعة التيار المتردد (EMF أو الجهد) ، مستشعرات تردد التيار المتردد (EMF أو الجهد) ، مستشعرات المقاومة (نشطة ، حثي أو سعوي) ، إلخ.

معظم المستشعرات كهربائية. هذا يرجع إلى المزايا التالية للقياسات الكهربائية:

من الملائم نقل الكميات الكهربائية عبر مسافة ، ويتم النقل بسرعة عالية ؛

تعتبر الكميات الكهربائية عالمية بمعنى أنه يمكن تحويل أي كميات أخرى إلى كميات كهربائية والعكس صحيح ؛

يتم تحويلها بدقة إلى رمز رقمي وتجعل من الممكن تحقيق دقة وحساسية وسرعة عالية في أدوات القياس.

على أساس مبدأ العمل يمكن تقسيم المستشعرات إلى فئتين: توليدو حدودي(أجهزة الاستشعار - المعدلات). تقوم مستشعرات المولدات بإجراء تحويل مباشر لقيمة الإدخال إلى إشارة كهربائية.

تقوم المستشعرات البارامترية بتحويل قيمة الإدخال إلى تغيير في بعض المعلمات الكهربائية ( R أو L أو C) للمستشعر.

على أساس مبدأ العمل يمكن أيضًا تقسيم المستشعرات إلى أومية ، مقاومة متغيرة ، كهروضوئية (ضوئية إلكترونية) ، حثي ، سعوي ، إلخ.

هناك ثلاث فئات من أجهزة الاستشعار:

أجهزة الاستشعار التناظرية ، أي أجهزة الاستشعار التي تنتج إشارة تناظرية بما يتناسب مع التغير في قيمة الإدخال ؛

أجهزة استشعار رقمية تولد قطار نبضي أو كلمة ثنائية ؛

أجهزة الاستشعار الثنائية (الثنائية) التي تولد إشارة من مستويين فقط: "تشغيل / إيقاف" (بمعنى آخر ، 0 أو 1) ؛ تستخدم على نطاق واسع بسبب بساطتها.

متطلبات أجهزة الاستشعار :

اعتماد لا لبس فيه لقيمة المخرجات على المدخلات ؛

استقرار الخصائص بمرور الوقت ؛

حساسية عالية

صغر الحجم والوزن

عدم وجود تعليقات على العملية الخاضعة للرقابة والمعايير الخاضعة للرقابة ؛

العمل في ظل ظروف تشغيل مختلفة ؛

- خيارات مختلفةتثبيت.

مجسات حدودية (مُعدِّلات أجهزة الاستشعار) قيمة الإدخال X يتم تحويله إلى تغيير في بعض المعلمات الكهربائية ( R أو L أو C. ) المستشعر. من المستحيل نقل تغيير في معلمات المستشعر المدرجة بدون إشارة تحمل الطاقة (الجهد أو التيار) إلى مسافة. من الممكن فقط اكتشاف تغيير في المعلمة المقابلة للمستشعر من خلال تفاعل المستشعر مع التيار أو الجهد ، لأن المعلمات المدرجة تميز هذا التفاعل. لذلك ، تتطلب المستشعرات البارامترية استخدام دوائر قياس خاصة تعمل بالتيار المباشر أو المتردد.

مجسات أومية (مقاومة) - يعتمد مبدأ العملية على تغيير في مقاومتها النشطة مع تغيير في الطول ل، مساحة المقطع العرضي سأو المقاومة ص:

ص= رر /س

بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام اعتماد قيمة المقاومة النشطة على ضغط التلامس وإضاءة الخلايا الكهروضوئية. وفقًا لهذا ، تنقسم المستشعرات الأومية إلى: التلامس ، الجهد (الريوستاتيك) ، مقاومة الإجهاد ، الثرمستور ، المقاوم الضوئي.

مجسات الاتصال - هذا ابسط شكلمستشعرات المقاومة التي تحول حركة العنصر الأساسي إلى قفزة في المقاومة دائرة كهربائية. بمساعدة مستشعرات التلامس ، يقومون بقياس القوى والتحكم فيها ، وحالات الإزاحة ، ودرجة الحرارة ، وأحجام الأشياء ، والتحكم في شكلها ، وما إلى ذلك. يسافرو مفاتيح الحد, موازين الحرارة الاتصالوما يسمى ب مجسات القطب، تستخدم في المقام الأول لقياس المستويات الحدية للسوائل الموصلة للكهرباء.

يمكن أن تعمل مستشعرات التلامس على كل من التيار المباشر والمتناوب. اعتمادًا على حدود القياس ، يمكن أن تكون مستشعرات الاتصال ذات حد واحد ومتعدد الحدود. هذا الأخير يستخدم لقياس الكميات التي تختلف بشكل كبير ، بينما أجزاء من المقاوم ص، المدرجة في الدائرة الكهربائية ، يتم تقصيرها في السلسلة.

عيب أجهزة استشعار التلامس هو صعوبة المراقبة المستمرة وعمر الخدمة المحدود لنظام الاتصال. ولكن نظرًا للبساطة الشديدة لهذه المستشعرات ، فإنها تُستخدم على نطاق واسع في أنظمة التشغيل الآلي.

مجسات ريوستاتيكية هي مقاومة متغيرة المقاومة. قيمة إدخال المستشعر هي حركة جهة الاتصال ، وقيمة الإخراج هي التغيير في مقاومته. الاتصال المتحرك متصل ميكانيكيا بالكائن الذي سيتم تحويل إزاحته (الزاوي أو الخطي).

الأكثر انتشارًا هي دائرة قياس الجهد لتشغيل مستشعر مقاومة متغيرة ، حيث يتم تشغيل المتغير وفقًا لدائرة مقسم الجهد. تذكر أن مقسم الجهد هو جهاز كهربائي لتقسيم الجهد المباشر أو المتناوب إلى أجزاء ؛ يسمح لك مقسم الجهد بإزالة (استخدام) جزء فقط من الجهد المتاح من خلال عناصر دائرة كهربائية تتكون من مقاومات أو مكثفات أو محاثات. يسمى المقاوم المتغير المتصل وفقًا لدائرة مقسم الجهد بمقياس الجهد.

عادة ، يتم استخدام أجهزة الاستشعار المتغيرة في الميكانيكية أدوات القياسلتحويل قراءاتهم إلى كميات كهربائية (تيار أو جهد) ، على سبيل المثال ، في عدادات مستوى الطفو للسوائل ، ومقاييس الضغط المختلفة ، إلخ.

لا يتم استخدام المستشعر على شكل ريوستات بسيط تقريبًا بسبب عدم خطية خصائصه الثابتة. أنا n \ u003d f (x) ، حيث أنا n- الحمل الحالي.

قيمة خرج هذا المستشعر هي انخفاض الجهد يو خارج بين المتحرك وأحد جهات الاتصال الثابتة. اعتماد جهد الخرج على الإزاحة س لجهة الاتصالخارج \ u003d و(خ) يتوافق مع قانون التغيير في المقاومة على طول مقياس الجهد. يمكن أن يكون قانون توزيع المقاومة على طول مقياس الجهد ، الذي يحدده تصميمه ، خطيًا أو غير خطي.

مستشعرات الجهد ، وهي مقاومات متغيرة هيكليًا ، مصنوعة من مواد مختلفة - لف الأسلاك والأغشية المعدنية وأشباه الموصلات ، إلخ.

مقاييس الإجهاد (مقاييس الضغط) لقياس الضغوط الميكانيكية والتشوهات الصغيرة والاهتزاز. يعتمد عمل مقاييس الإجهاد على تأثير التوتر ، والذي يتكون من تغيير المقاومة النشطة للمواد الموصلة وأشباه الموصلات تحت تأثير القوى المطبقة عليها.

مجسات قياس الحرارة (الثرمستورات) - المقاومة تعتمد على درجة الحرارة. تستخدم الثرمستورات كمستشعرات بطريقتين:

1) درجة حرارة الثرمستور تحددها البيئة ؛ التيار الذي يمر عبر الثرمستور صغير جدًا بحيث لا يسخن الثرمستور. في ظل هذه الحالة ، يتم استخدام الثرمستور كمستشعر درجة الحرارة وغالبًا ما يشار إليه باسم "مقياس حرارة المقاومة".

2) يتم تحديد درجة حرارة الثرمستور بدرجة التسخين بالتيار الثابت وظروف التبريد. في هذه الحالة ، يتم تحديد درجة الحرارة المحددة من خلال ظروف نقل الحرارة لسطح الثرمستور (سرعة البيئة - الغاز أو السائل - نسبة إلى الثرمستور وكثافته ولزوجته ودرجة حرارته) ، لذلك يمكن استخدام الثرمستور ك جهاز استشعار لسرعة التدفق ، والتوصيل الحراري البيئي ، وكثافة الغاز ، وما إلى ذلك. في المستشعرات من هذا النوع ، يحدث تحول على مرحلتين ، كما كان: يتم تحويل القيمة المقاسة أولاً إلى تغيير في درجة حرارة الثرمستور ، والذي يتم بعد ذلك تحولت إلى تغيير في المقاومة.

تصنع الثرمستورات من معادن نقية وأشباه موصلات.يجب أن تحتوي المادة التي تصنع منها هذه المستشعرات على معامل مقاومة بدرجة حرارة عالية ، وإذا أمكن اعتماد خطي للمقاومة على درجة الحرارة ، وقابلية استنساخ جيدة للخصائص والخمول للتأثيرات البيئية. إلى أقصى حد ، يلبي البلاتين كل هذه الخصائص ؛ في أصغر قليلاً - النحاس والنيكل.

بالمقارنة مع الثرمستورات المعدنية ، فإن الثرمستورات شبه الموصلة (الثرمستورات) لديها حساسية أعلى.

مجسات حثي تعمل على الحصول على معلومات بدون تلامس حول تحركات الهيئات العاملة للآلات والآليات والروبوتات ، إلخ. وتحويل هذه المعلومات إلى إشارة كهربائية.

يعتمد مبدأ تشغيل المستشعر الاستقرائي على تغيير في محاثة اللف على الدائرة المغناطيسية ، اعتمادًا على موضع العناصر الفردية للدائرة المغناطيسية (المحرك ، النواة ، إلخ). في مثل هذه المستشعرات ، حركة خطية أو زاوية X(كمية الإدخال) يتم تحويلها إلى تغيير في المحاثة ( إل) المستشعر. يتم استخدامها لقياس النزوح الزاوي والخطي والتشوهات والتحكم في الأبعاد وما إلى ذلك.

في أبسط الحالات ، يكون المستشعر الاستقرائي عبارة عن مغو بدائرة مغناطيسية ، يتحرك عنصره المتحرك (المحرك) تحت تأثير القيمة المقاسة.

يتعرف المستشعر الحثي على جميع الكائنات الموصلة ويستجيب لها وفقًا لذلك. المستشعر الاستقرائي غير ملامس ، لا يتطلب إجراء ميكانيكي ، يعمل بدون اتصال عن طريق تغيير المجال الكهرومغناطيسي.

مزايا

- لا تآكل ميكانيكي ، لا أعطال الاتصال

- لا ترتد الاتصال وإيجابيات كاذبة

- تردد تحويل عالي يصل إلى 3000 هرتز

- مقاومة الإجهاد الميكانيكي

عيوب - حساسية منخفضة نسبيًا ، اعتماد المقاومة الاستقرائية على تردد جهد الإمداد ، ردود فعل كبيرة من المستشعر على القيمة المقاسة (بسبب جذب المحرك إلى القلب).

مجسات سعوية - يعتمد مبدأ التشغيل على اعتماد السعة الكهربائية للمكثف على الأبعاد والموضع النسبي لألواحه وعلى ثابت العزل للوسيط بينهما.

بالنسبة للمكثف المسطح ذي اللوحين ، يتم تحديد السعة الكهربائية بالتعبير:

C \ u003d e 0 e S /ح

أين ه 0- ثابت العزل الكهربائي؛ ه- السماحية النسبية للوسط بين الألواح ؛ س- منطقة نشطة من اللوحات ؛ حهي المسافة بين ألواح المكثف.

التبعيات ج(س) و ج(ح) لتحويل الحركات الميكانيكية إلى تغيير في السعة.

يتم تشغيل المستشعرات السعوية ، وكذلك المستشعرات الحثية ، بجهد متناوب (عادة ما يكون ترددًا متزايدًا - يصل إلى عشرات الميجاهرتز). تستخدم دوائر الجسر والدوائر التي تستخدم دوائر الطنين عادة كدوائر قياس. في الحالة الأخيرة ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام اعتماد تردد تذبذب المولد على سعة دائرة الرنين ، أي جهاز الاستشعار لديه خرج تردد.

مزايا المستشعرات السعوية هي البساطة والحساسية العالية والقصور الذاتي المنخفض. العيوب - تأثير المجالات الكهربائية الخارجية ، التعقيد النسبي لأجهزة القياس.

تُستخدم المستشعرات السعوية لقياس النزوح الزاوي ، وحالات الإزاحة الخطية الصغيرة جدًا ، والاهتزازات ، وسرعات الحركة ، وما إلى ذلك ، وكذلك لإعادة إنتاج وظائف محددة (متناسق ، وسن المنشار ، ومستطيل ، وما إلى ذلك).

محولات طاقة سعوية ، سماحيةه التي تتغير بسبب الحركة أو التشوه أو التغيير في تكوين العازل الكهربائي ، يتم استخدامها كمستشعرات مستوى للسوائل غير الموصلة ، والمواد السائبة والمسحوق ، وسمك طبقة المواد غير الموصلة (مقاييس السماكة) ، وكذلك مراقبة رطوبة وتكوين المادة.

مجسات - مولدات

مجسات المولدات إجراء التحويل المباشر لقيمة الإدخال X في إشارة كهربائية. تقوم هذه المستشعرات بتحويل طاقة مصدر كمية المدخلات (المقاسة) على الفور إلى إشارة كهربائية ، أي هم ، كما كان ، مولدات للكهرباء (ومن هنا جاءت تسمية هذه المستشعرات - تولد إشارة كهربائية).

مصادر الطاقة الإضافية لتشغيل هذه المستشعرات غير مطلوبة بشكل أساسي (ومع ذلك ، قد تكون هناك حاجة إلى طاقة إضافية لتضخيم إشارة خرج المستشعر ، وتحويلها إلى أنواع أخرى من الإشارات ، ولأغراض أخرى). المولدات كهربائية حرارية ، كهرضغطية ، تحريض ، كهروضوئية وأنواع أخرى كثيرة من أجهزة الاستشعار.

مجسات حثي يتم تحويل الكمية غير الكهربائية المقاسة إلى EMF للحث. يعتمد مبدأ تشغيل المستشعرات على قانون الحث الكهرومغناطيسي. تشتمل هذه المستشعرات على مولدات تاكوجينات للتيار المباشر والمتناوب ، وهي مولدات كهربائية صغيرة للآلة ، حيث يتناسب جهد الخرج مع السرعة الزاوية لدوران عمود المولد. تُستخدم المولدات الكهربائية كمستشعرات السرعة الزاوية.

مولد التاكوجينور عبارة عن آلة كهربائية تعمل في وضع المولد. في هذه الحالة ، يتناسب EMF المتولد مع سرعة الدوران وحجم التدفق المغناطيسي. بالإضافة إلى ذلك ، مع تغيير سرعة الدوران ، يتغير أيضًا تردد EMF. يتم استخدامها كمستشعرات السرعة (السرعة).

مجسات درجة الحرارة. في الحديث الإنتاج الصناعيالأكثر شيوعًا هي قياسات درجة الحرارة (على سبيل المثال ، في محطة طاقة نووية متوسطة الحجم ، هناك حوالي 1500 نقطة يتم فيها إجراء مثل هذه القياسات ، وفي مؤسسة صناعة كيميائية كبيرة يوجد أكثر من 20 ألف نقطة من هذا القبيل). تحدد مجموعة واسعة من درجات الحرارة المقاسة ومجموعة متنوعة من الشروط لاستخدام أدوات القياس والمتطلبات الخاصة بها مجموعة متنوعة من أدوات قياس درجة الحرارة المستخدمة.

إذا أخذنا في الاعتبار مستشعرات درجة الحرارة للتطبيقات الصناعية ، فيمكننا التمييز بين فئاتها الرئيسية: مستشعرات درجة حرارة السيليكون ، وأجهزة الاستشعار ثنائية المعدن ، والسائل و موازين الغاز، المؤشرات الحرارية ، الثرمستورات ، المزدوجات الحرارية ، المزدوجات الحرارية المقاومة ، مجسات الأشعة تحت الحمراء.

مجسات درجة حرارة السيليكون استخدام اعتماد مقاومة السيليكون أشباه الموصلات على درجة الحرارة. نطاق درجات الحرارة المقاسة هو -50 ... + 150 درجة مئوية. تستخدم بشكل أساسي لقياس درجة الحرارة داخل الأجهزة الإلكترونية.

جهاز استشعار ثنائي المعدن مصنوع من لوحين معدنيين مختلفين مثبتين معًا. المعادن المختلفة لها معاملات تمدد حراري مختلفة. إذا تم تسخين أو تبريد المعادن المتصلة باللوحة ، فسوف تنحني ، أثناء إغلاق (فتح) جهات الاتصال الكهربائية أو تحريك سهم المؤشر. نطاق تشغيل أجهزة الاستشعار ثنائية المعدن -40 ... + 550 0 درجة مئوية. تستخدم لقياس السطح المواد الصلبةودرجات حرارة السائل. المجالات الرئيسية للتطبيق هي صناعة السيارات وأنظمة التدفئة وتسخين المياه.

المؤشرات الحرارية - هذه مواد خاصة تغير لونها تحت تأثير درجة الحرارة. قد يكون تغيير اللون قابلاً للعكس أو لا رجوع فيه. يتم إنتاجها في شكل أفلام.

محولات المقاومة الحرارية

يعتمد مبدأ تشغيل المزدوجات الحرارية المقاومة (الثرمستورات) على التغيير في المقاومة الكهربائية للموصلات وأشباه الموصلات اعتمادًا على درجة الحرارة (تمت مناقشته سابقًا).

تم تصميم الثرمستورات البلاتينية لقياس درجات الحرارة في النطاق من -260 إلى 1100 درجة مئوية. تستخدم الثرمستورات النحاسية الأرخص ، والتي لها اعتماد خطي على المقاومة على درجة الحرارة ، على نطاق واسع في الممارسة العملية.

عيب النحاس هو مقاومته المنخفضة وسهولة الأكسدة في درجات الحرارة العالية ، ونتيجة لذلك يقتصر الحد النهائي لاستخدام موازين الحرارة المقاومة للنحاس على درجة حرارة 180 درجة مئوية. من حيث استقرار الخصائص واستنساخها ، فإن الثرمستورات النحاسية أدنى من تلك البلاتينية. يستخدم النيكل في مجسات غير مكلفة للقياسات في نطاق درجة حرارة الغرفة.

الثرمستورات شبه الموصلة (الثرمستورات) لها معامل درجة حرارة سالب أو موجب للمقاومة ، تكون قيمتها عند 20 0 درجة مئوية (2 ... 8) * 10-2 (0 درجة مئوية) -1 ، أي ترتيب من حيث الحجم أكبر من النحاس والبلاتين. الثرمستورات شبه الموصلة ذات الأحجام الصغيرة جدًا لها قيم مقاومة عالية (تصل إلى 1 MΩ). كشبه موصل. المواد المستخدمة هي أكاسيد المعادن: ثرمستورات أشباه الموصلات من أنواع KMT - خليط من أكاسيد الكوبالت والمنغنيز و MMT - النحاس والمنغنيز.

تتمتع مستشعرات درجة حرارة أشباه الموصلات باستقرار عالٍ للخصائص بمرور الوقت وتُستخدم لتغيير درجات الحرارة في النطاق من -100 إلى 200 درجة مئوية.

المحولات الحرارية (المزدوجات الحرارية) - ص يعتمد مبدأ تشغيل المزدوجات الحرارية على التأثير الكهروحراري ، والذي يتألف من حقيقة أنه في ظل وجود اختلاف في درجة الحرارة بين التقاطعات (التقاطعات) لمعدنين مختلفين أو أشباه موصلات ، تنشأ قوة دافعة كهربائية في الدائرة ، تسمى القوة الكهروحرارية (يُشار إليها اختصارًا باسم EMF الحراري). في نطاق درجة حرارة معينة ، يمكننا أن نفترض أن EMF الحراري يتناسب طرديًا مع اختلاف درجة الحرارة∆ ت\ u003d T 1 - T 0 بين التقاطع ونهايات المزدوجة الحرارية.

تسمى النهايات المترابطة للمزدوجة الحرارية ، المغمورة في الوسط الذي يتم قياس درجة حرارته ، بنهاية العمل للمزدوج الحراري. ينتهي في بيئة، والتي عادة ما تكون متصلة بواسطة أسلاك بدائرة القياس ، تسمى نهايات حرة. يجب أن تظل درجة حرارة هذه الأطراف ثابتة. في ظل هذه الحالة ، سيعتمد thermo-EMF E t على درجة الحرارة فقط T1نهاية العمل.

U out \ u003d E t \ u003d C ( T 1 - T 0) ,

حيث C هو معامل يعتمد على مادة الموصلات الحرارية.

إن المجالات الكهرومغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة المزدوجات الحرارية صغيرة نسبيًا: لا تتجاوز 8 مللي فولت لكل 100 درجة مئوية ولا تتجاوز عادةً 70 مللي فولت في القيمة المطلقة. تسمح لك المزدوجات الحرارية بقياس درجة الحرارة في النطاق من -200 إلى 2200 درجة مئوية.

يستخدم البلاتين والبلاتين والروديوم والكروميل والألوميل على نطاق واسع لتصنيع المحولات الكهروحرارية.

المزدوجات الحرارية لها ما يلي مزايا: سهولة التصنيع والموثوقية في التشغيل ، التكلفة المنخفضة ، نقصمزودات الطاقة والقدرة على القياس على نطاق واسع من درجات الحرارة.

إلى جانب ذلك ، تتميز المزدوجات الحرارية أيضًا بالبعض عيوب- دقة قياس أقل من الثرمستورات ، ووجود خمول حراري كبير ، والحاجة إلى إدخال تصحيح لدرجة حرارة الأطراف الحرة والحاجة إلى استخدام أسلاك توصيل خاصة.

مستشعرات الأشعة تحت الحمراء (البيرومترات) - استخدام الطاقة الإشعاعية للأجسام الساخنة ، مما يسمح لك بقياس درجة حرارة السطح عن بعد. تنقسم البيرومترات إلى إشعاع وسطوع ولون.

تُستخدم البيرومترات الإشعاعية لقياس درجات الحرارة من 20 إلى 2500 درجة مئوية ، ويقيس الجهاز كثافة الإشعاع المتكاملة لجسم حقيقي.

تُستخدم مقاييس السطوع (الضوئية) لقياس درجات الحرارة من 500 إلى 4000 درجة مئوية ، وهي تستند إلى مقارنة في جزء ضيق من طيف سطوع الكائن قيد الدراسة مع سطوع باعث نموذجي (مصباح ضوئي).

تعتمد البيرومترات اللونية على قياس نسبة شدة الإشعاع عند طولين موجيين ، وعادة ما يتم اختيارهما في الجزء الأحمر أو الأزرق من الطيف ؛ يتم استخدامها لقياس درجات الحرارة في حدود 800 درجة مئوية.

البيرومترات تقيس درجة الحرارة في الأماكن التي يصعب الوصول إليهاودرجة حرارة الأجسام المتحركة ، درجات حرارة عاليةحيث لم تعد تعمل أجهزة الاستشعار الأخرى.

لقياس درجات الحرارة من -80 إلى 250 درجة مئوية ، غالبًا ما يتم استخدام ما يسمى بالمحولات الحرارية الكوارتز ، باستخدام اعتماد التردد الطبيعي لعنصر الكوارتز على درجة الحرارة. يعتمد تشغيل هذه المستشعرات على حقيقة أن اعتماد تردد محول الطاقة على درجة الحرارة وخطية وظيفة التحويل تتغير اعتمادًا على اتجاه القطع بالنسبة إلى محاور بلورة الكوارتز. تستخدم هذه المستشعرات على نطاق واسع في موازين الحرارة الرقمية.

مجسات كهرضغطية

يعتمد عمل المستشعرات الكهرضغطية على استخدام التأثير الكهروإجهادي (التأثير الكهروإجهادي) ، والذي يتكون من حقيقة أنه عندما يتم ضغط أو شد بعض البلورات ، تظهر شحنة كهربائية على وجوههم ، يتناسب حجمها مع التمثيل. قوة.

التأثير الكهروإجهادي قابل للعكس ، أي أن الجهد المطبق يتسبب في تشوه العينة الكهرضغطية - ضغطها أو تمددها ، وفقًا لعلامة الجهد المطبق. تُستخدم هذه الظاهرة ، التي تسمى التأثير الكهروضغطي العكسي ، لإثارة وتلقي الاهتزازات الصوتية للترددات الصوتية والموجات فوق الصوتية.

تستخدم لقياس القوى والضغط والاهتزاز وما إلى ذلك.

أجهزة استشعار بصرية (كهروضوئية)

يميز التناظريةو منفصلةأجهزة استشعار بصرية. بالنسبة لأجهزة الاستشعار التناظرية ، تتغير إشارة الخرج بما يتناسب مع الإضاءة المحيطة. المجال الرئيسي للتطبيق هو أنظمة التحكم في الإضاءة الآلية.

تقوم المستشعرات من النوع المنفصل بتغيير حالة الإخراج إلى العكس عند الوصول إلى القيمة المحددة للإضاءة.

يمكن استخدام المستشعرات الكهروضوئية في جميع الصناعات تقريبًا. تُستخدم مستشعرات العمل المنفصلة كنوع من مفاتيح القرب للعد والكشف وتحديد المواقع وغيرها من المهام على أي خط تكنولوجي.

, يسجل التغيير في التدفق الضوئي في المنطقة الخاضعة للسيطرة , يرتبط بتغيير الموضع في الفضاء لأي أجزاء متحركة من الآليات والآلات ، وغياب أو وجود كائنات. بفضل مسافات الاستشعار الكبيرة مجسات القرب البصري وجدت تطبيقًا واسعًا في الصناعة وليس فقط.

مستشعر القرب البصري يتكون من وحدتين وظيفيتين ، المستقبل والباعث. يمكن صنع هذه العقد في نفس السكن وفي منازل مختلفة.

وفقًا لطريقة اكتشاف الكائن ، تنقسم المستشعرات الكهروضوئية إلى 4 مجموعات:

1) عبور الشعاع- في هذه الطريقة ، يتم فصل جهاز الإرسال والاستقبال إلى حاويات مختلفة ، مما يسمح بتركيبهما مقابل بعضهما البعض على مسافة عمل. يعتمد مبدأ التشغيل على حقيقة أن المرسل يرسل باستمرار حزمة ضوئية يستقبلها جهاز الاستقبال. إذا توقفت الإشارة الضوئية لجهاز الاستشعار ، نتيجة التداخل مع كائن طرف ثالث ، يتفاعل جهاز الاستقبال على الفور عن طريق تغيير حالة الإخراج.

2) انعكاس من العاكس- في هذه الطريقة ، يكون مستقبل وجهاز إرسال المستشعر في نفس السكن. يتم تركيب عاكس (عاكس) مقابل المستشعر. تم تصميم مستشعرات العاكس بطريقة تجعلها ، بفضل مرشح الاستقطاب ، ترى الانعكاس من العاكس فقط. هذه عاكسات تعمل على مبدأ الانعكاس المزدوج. يتم تحديد اختيار العاكس المناسب حسب المسافة المطلوبة وإمكانيات التركيب.

تنعكس إشارة الضوء التي يرسلها المرسل من العاكس وتدخل إلى مستقبل المستشعر. إذا توقفت الإشارة الضوئية ، يستجيب جهاز الاستقبال على الفور عن طريق تغيير حالة الخرج.

3) انعكاس من الكائن- في هذه الطريقة ، يكون مستقبل وجهاز إرسال المستشعر في نفس السكن. أثناء عمل المستشعر ، تصبح جميع الأشياء التي تقع في منطقة عمله نوعًا من العاكسات. بمجرد أن يصل شعاع الضوء المنعكس من الكائن إلى مستقبل المستشعر ، فإنه يتفاعل على الفور عن طريق تغيير حالة الخرج.

4) انعكاس كائن ثابت - مبدأ تشغيل المستشعر هو نفسه مبدأ "الانعكاس من الجسم" ولكنه أكثر حساسية للانحرافات عن الضبط على الشيء. على سبيل المثال ، من الممكن اكتشاف تورم الفلين على زجاجة الكفير ، وعدم اكتمال ملء عبوة مفرغة من المنتجات ، وما إلى ذلك.

وفقًا للغرض منها ، تنقسم أجهزة استشعار الصور إلى مجموعتين رئيسيتين: أجهزة استشعار للاستخدام العام وأجهزة استشعار خاصة. تتضمن المستشعرات الخاصة أنواعًا من المستشعرات المصممة لحل نطاق أضيق من المهام. على سبيل المثال ، اكتشاف علامة لون على كائن ، واكتشاف حدود متناقضة ، ووجود ملصق على عبوة شفافة ، وما إلى ذلك.

تتمثل مهمة المستشعر في اكتشاف شيء ما على مسافة. تتراوح هذه المسافة بين 0.3 مم -50 م ، اعتمادًا على نوع المستشعر المختار وطريقة الكشف.

مجسات الميكروويف

يتم استبدال وحدات تحكم Pushbutton-relay بأنظمة تحكم أوتوماتيكية قائمة على المعالجات الدقيقة العملية التكنولوجية(APCS) من أعلى أداء وموثوقية ، وأجهزة الاستشعار مزودة بواجهات اتصال رقمية ، ولكن هذا لا يؤدي دائمًا إلى زيادة الموثوقية الكلية للنظام وموثوقية تشغيله. والسبب هو أن مبادئ تشغيل الأغلبية ذاتها الأنواع المعروفةتفرض أجهزة الاستشعار قيودًا صارمة على الظروف التي يمكن استخدامها فيها.

على سبيل المثال ، يتم استخدام عدم الاتصال (بالسعة والاستقرائي) ، وكذلك أجهزة التحكم في سرعة التاكوجينور (UKS) على نطاق واسع لمراقبة سرعة الآليات الصناعية. لدى Tachogenerator UKS اتصال ميكانيكي بجسم متحرك ، ولا تتجاوز منطقة الحساسية للأجهزة غير الملامسة بضعة سنتيمترات.

كل هذا لا يسبب فقط إزعاجًا أثناء تركيب المستشعرات ، ولكنه أيضًا يعقد بشكل كبير استخدام هذه الأجهزة في ظروف الغبار التي تلتصق بأسطح العمل ، مما يتسبب في إنذارات خاطئة. الأنواع المدرجة من المستشعرات غير قادرة على التحكم مباشرة في شيء ما (على سبيل المثال ، حزام ناقل) - يتم ضبطها على حركة البكرات ، والدفاعات ، وبراميل التوتر ، وما إلى ذلك. إشارات الإخراج لبعض الأجهزة ضعيفة جدًا لدرجة أنها دون مستوى التداخل الصناعي من تشغيل الآلات الكهربائية القوية.

تنشأ صعوبات مماثلة عند استخدام أجهزة الكشف عن المستوى التقليدية - أجهزة الاستشعار لوجود منتج سائب. هذه الأجهزة ضرورية لإيقاف إمدادات المواد الخام لخزانات الإنتاج في الوقت المناسب. لا تنتج الإنذارات الكاذبة عن الالتصاق والغبار فقط ، ولكن أيضًا عن طريق لمس تدفق المنتج عندما يدخل القادوس. في الغرف غير المدفأة ، يتأثر تشغيل المستشعرات بدرجة الحرارة المحيطة. تتسبب الإنذارات الكاذبة في توقفات وبدء تشغيل متكرر للحمل المعدات التكنولوجية- السبب الرئيسي لحوادثها ، يؤدي إلى انسداد ، وانكسار الناقلات ، ووقوع مخاطر الحريق والانفجار.

أدت هذه المشكلات قبل عدة سنوات إلى تطوير أنواع جديدة من الأجهزة - أجهزة استشعار الرادار للتحكم في السرعة ، وأجهزة استشعار الحركة والماء الخلفي ، والتي يعتمد تشغيلها على تفاعل كائن متحكم فيه مع إشارة راديو بتردد حوالي 10 10 هرتز.

يتيح استخدام طرق الميكروويف لمراقبة حالة المعدات التكنولوجية التخلص تمامًا من أوجه القصور في الأنواع التقليدية من أجهزة الاستشعار.

السمات المميزةهذه الأجهزة هي:

عدم وجود اتصال ميكانيكي وكهربائي مع الكائن (البيئة) ، يمكن أن تكون المسافة من المستشعر إلى الكائن عدة أمتار ؛

التحكم المباشر في الشيء (حزام ناقل ، سلسلة) وليس محركاتها ، أو براميل التوتر ، إلخ ؛

انخفاض استهلاك الطاقة

عدم الحساسية للالتصاق بالمنتج بسبب مسافات العمل الطويلة ؛

مناعة عالية من الضوضاء واتجاهية العمل ؛

تعديل لمرة واحدة لكامل عمر الخدمة ؛

موثوقية عالية ، سلامة ، عدم وجود إشعاع مؤين.

يعتمد مبدأ تشغيل المستشعر على التغيير في تردد إشارة الراديو المنعكسة من جسم متحرك. هذه الظاهرة ( "تأثير دوبلر") على نطاق واسع في أنظمة الرادار لقياس السرعة عن بعد. يتسبب الجسم المتحرك في ظهور إشارة كهربائية عند خرج وحدة الإرسال / الاستقبال الميكروويف.

نظرًا لأن مستوى الإشارة يعتمد على خصائص الكائن العاكس ، يمكن استخدام مستشعرات الحركة للإشارة إلى دائرة مفتوحة (حزام) ، ووجود أي كائنات أو مواد على الحزام الناقل. الشريط ذو سطح أملس وانعكاسية منخفضة. عندما يبدأ المنتج في تجاوز المستشعر المثبت أعلى فرع العمل للناقل ، مما يزيد من معامل الانعكاس ، يشير الجهاز إلى الحركة ، أي أن الحزام ليس فارغًا في الواقع. من خلال مدة نبضة الخرج ، يمكن للمرء أن يحكم على حجم الأشياء التي يتم تحريكها على مسافة كبيرة ، والقيام بالاختيار ، وما إلى ذلك.

إذا كان من الضروري ملء أي حاوية (من القبو إلى العمود) ، فمن الممكن تحديد اللحظة بدقة عند اكتمال الملء - سيُظهر المستشعر الذي تم إنزاله إلى عمق معين حركة الحشو حتى يتم ملؤه.

أمثلة محددةيتم تحديد استخدام مستشعرات حركة الميكروويف في مختلف الصناعات من خلال تفاصيلها ، ولكنها بشكل عام قادرة على حل مجموعة متنوعة من مشاكل التشغيل الخالي من المتاعب للمعدات وزيادة محتوى المعلومات لأنظمة التحكم الآلي.

قائمة المصادر المستخدمة

1) إي. جوردين ، يو. ميتنيك ، ف. تارلين

أساسيات الأتمتة وتكنولوجيا الكمبيوتر

موسكو "الهندسة" ، 1978

2) جوستاف أولسون ، جيانغويدو بياني

الأتمتة الرقمية وأنظمة التحكم

سانت بطرسبرغ: لهجة نيفسكي ، 2001

3) V.V. Sazonov المبادئ التوجيهية للتنفيذ العمل المخبري

"بحث عن جهاز استشعار الإزاحة الخطية المتغيرة"

4) Chugainov N.G. الملخص "مستشعر درجة الحرارة" ، كراسنويارسك 2003

5) Fedosov A. V. Abstract "مستشعرات السرعة" - موسكو 2003

6) D. N. Shestakov ، المدير العام لشركة PromRadar LLC

مجسات الميكروويف للتطبيقات الصناعية

7) مجلة الإلكترونيات الحديثة 6، 2006

8) كتالوج مؤسسة "Sensor"

9) مكونات أومرون / مجسات كهروضوئية