طبقه بندی سنسورها و هدف آنها سنسورهای غیر تماسی: نمای کلی، اصل عملکرد، هدف. سوئیچ لمسی دو اصل عملکرد همه سنسورها چیست

طبقه بندی سنسورها، الزامات اساسی برای آنها

اتوماسیون فرآیندهای مختلف تکنولوژیکی، کنترل موثر واحدها، ماشین‌ها، مکانیزم‌های مختلف نیاز به اندازه‌گیری‌های متعددی دارد. مقادیر فیزیکی.

حسگرها(در ادبیات اغلب مبدل های اندازه گیری نیز نامیده می شود)، یا به عبارت دیگر، حسگرهاعناصر بسیاری از سیستم های اتوماسیون هستند - با کمک آنها اطلاعاتی در مورد پارامترهای سیستم یا دستگاه کنترل شده دریافت می کنند.

سنسور - این عنصری از یک دستگاه اندازه گیری، سیگنال دهی، تنظیم یا کنترل است که یک مقدار کنترل شده (دما، فشار، فرکانس، شدت نور، ولتاژ الکتریکی، جریان و غیره) را به سیگنال مناسب برای اندازه گیری، انتقال، ذخیره سازی، پردازش تبدیل می کند. ، ثبت نام و گاهاً تحت تأثیر قرار دادن آنها بر فرآیندهای کنترل شده. یا راحت تر سنسوردستگاهی است که عملکرد ورودی هر کمیت فیزیکی را به سیگنالی تبدیل می کند که برای استفاده بیشتر مناسب است.

سنسورهای استفاده شده بسیار متنوع هستند و می توانند باشند طبقه بندی بر اساس معیارهای مختلف:

بسته به نوع مقدار ورودی (اندازه گیری شده). تشخیص بین: سنسورهای جابجایی مکانیکی (خطی و زاویه ای)، پنوماتیک، الکتریکی، دبی سنج، سنسورهای سرعت، شتاب، نیرو، دما، فشار و غیره.

در حال حاضر، تقریباً توزیع زیر از نسبت اندازه گیری کمیت های فیزیکی مختلف در صنعت وجود دارد: دما - 50٪، جریان (جرم و حجم) - 15٪، فشار - 10٪، سطح - 5٪، کمیت (جرم، حجم). ) - 5٪، زمان - 4٪، مقادیر الکتریکی و مغناطیسی - کمتر از 4٪.

با توجه به نوع مقدار خروجی که مقدار ورودی به آن تبدیل می شود ، تمیز دادن غیر برقیو برقی: سنسورهای جریان DC (EMF یا ولتاژ)، سنسورهای دامنه AC (EMF یا ولتاژ)، سنسورهای فرکانس AC (EMF یا ولتاژ)، سنسورهای مقاومت (اکتیو، القایی یا خازنی) و غیره.

اکثر سنسورها الکتریکی هستند. این به دلیل مزایای زیر اندازه گیری الکتریکی است:

انتقال مقادیر الکتریکی از راه دور راحت است و انتقال با سرعت بالا انجام می شود.

کمیت های الکتریکی از این نظر جهانی هستند که هر کمیت دیگر را می توان به کمیت های الکتریکی تبدیل کرد و بالعکس.

آنها با دقت به کد دیجیتال تبدیل می شوند و دستیابی به دقت، حساسیت و سرعت بالای ابزار اندازه گیری را ممکن می سازند.

طبق اصل عمل سنسورها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: تولید می کندو پارامتریک(حسگرها - تعدیل کننده ها). سنسورهای ژنراتور تبدیل مستقیم مقدار ورودی به سیگنال الکتریکی را انجام می دهند.

سنسورهای پارامتریک مقدار ورودی را به تغییر در برخی پارامترهای الکتریکی تبدیل می کنند ( R، L یا C) سنسور.

طبق اصل عمل سنسورها را می توان به اهمی، رئوستاتیک، فوتوالکتریک (اپتو الکترونیک)، القایی، خازنی و غیره تقسیم کرد.

سه دسته سنسور وجود دارد:

حسگرهای آنالوگ، یعنی حسگرهایی که سیگنال آنالوگ را متناسب با تغییر مقدار ورودی تولید می کنند.

حسگرهای دیجیتالی که یک قطار پالس یا یک کلمه باینری تولید می کنند.

سنسورهای باینری (دودویی) که سیگنالی را تنها در دو سطح تولید می کنند: "روشن / خاموش" (به عبارت دیگر 0 یا 1). به دلیل سادگی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.

الزامات سنسورها :

وابستگی بدون ابهام مقدار خروجی به ورودی؛

ثبات ویژگی ها در طول زمان؛

حساسیت بالا؛

اندازه و وزن کوچک؛

عدم وجود بازخورد در مورد فرآیند کنترل شده و پارامتر کنترل شده؛

کار در شرایط مختلف عملیاتی؛

- گزینه های مختلفنصب و راه اندازی.

سنسورهای پارامتریک (مدولاتورهای حسگر) مقدار ورودیایکس به تغییر در برخی پارامترهای الکتریکی تبدیل می شود ( R، L یا C ) سنسور. انتقال تغییر در پارامترهای سنسور ذکر شده بدون سیگنال حامل انرژی (ولتاژ یا جریان) در یک فاصله غیرممکن است. تشخیص تغییر در پارامتر مربوطه سنسور تنها با واکنش سنسور به جریان یا ولتاژ امکان پذیر است، زیرا پارامترهای ذکر شده این واکنش را مشخص می کنند. بنابراین، سنسورهای پارامتریک نیاز به استفاده از مدارهای اندازه گیری ویژه ای دارند که با جریان مستقیم یا متناوب تغذیه می شوند.

سنسورهای اهمی (مقاومتی). - اصل عملکرد مبتنی بر تغییر در مقاومت فعال آنها با تغییر طول است ل، سطح مقطع اسیا مقاومت پ:

آر= pl /اس

علاوه بر این، از وابستگی مقدار مقاومت فعال به فشار تماس و روشنایی فتوسل ها استفاده می شود. مطابق با این، سنسورهای اهمی به دو دسته تقسیم می شوند: تماسی، پتانسیومتری (رئواستاتیک)، مقاومت در برابر کرنش، ترمیستور، مقاومت نوری.

سنسورهای تماسی - این ساده ترین شکلحسگرهای مقاومتی که حرکت عنصر اولیه را به جهش مقاومت تبدیل می کنند مدار الکتریکی. با کمک سنسورهای تماسی نیروها، جابجایی ها، دما، اندازه اجسام، کنترل شکل آنها و غیره را اندازه گیری و کنترل می کنند. مسافرت رفتنو سوئیچ های محدود, دماسنج های تماسیو به اصطلاح سنسورهای الکترود، عمدتاً برای اندازه گیری سطوح حدی مایعات رسانای الکتریکی استفاده می شود.

سنسورهای تماسی می توانند هم بر روی جریان مستقیم و هم با جریان متناوب کار کنند. بسته به محدودیت های اندازه گیری، سنسورهای تماسی می توانند تک حدی و چند حدی باشند. دومی برای اندازه گیری مقادیری که به طور قابل توجهی متفاوت هستند استفاده می شود، در حالی که بخش هایی از مقاومت آر، موجود در مدار الکتریکی، به صورت سری کوتاه می شوند.

نقطه ضعف سنسورهای تماسی دشواری نظارت مداوم و عمر محدود سیستم تماس است. اما به دلیل سادگی بسیار زیاد این سنسورها در سیستم های اتوماسیون کاربرد زیادی دارند.

سنسورهای رئوستاتیک یک مقاومت با مقاومت متغیر هستند. مقدار ورودی سنسور حرکت کنتاکت و مقدار خروجی تغییر مقاومت آن است. کنتاکت متحرک به طور مکانیکی به جسمی که جابجایی آن (زاویه ای یا خطی) قرار است تبدیل شود متصل می شود.

گسترده ترین مدار پتانسیومتری برای روشن کردن سنسور رئوستات است که در آن رئوستات بر اساس مدار تقسیم کننده ولتاژ روشن می شود. به یاد بیاورید که تقسیم کننده ولتاژ یک وسیله الکتریکی برای تقسیم ولتاژ مستقیم یا متناوب به قطعات است. یک تقسیم کننده ولتاژ به شما امکان می دهد تنها بخشی از ولتاژ موجود را از طریق عناصر یک مدار الکتریکی متشکل از مقاومت ها، خازن ها یا سلف ها حذف کنید (استفاده کنید). مقاومت متغیری که بر اساس مدار تقسیم کننده ولتاژ متصل می شود، پتانسیومتر نامیده می شود.

به طور معمول، سنسورهای رئوستات در مکانیک استفاده می شود ابزار اندازه گیریبرای تبدیل قرائت آنها به مقادیر الکتریکی (جریان یا ولتاژ)، به عنوان مثال، در متر شناور برای مایعات، فشار سنج های مختلف و غیره.

سنسور به شکل یک رئوستات ساده به دلیل غیر خطی بودن مشخصه استاتیک آن تقریباً هرگز استفاده نمی شود. من n \u003d f (x)، جایی که من n- جریان بار

مقدار خروجی چنین سنسوری افت ولتاژ است تو بیرون بین کنتاکت متحرک و یکی از کنتاکت های ثابت. وابستگی ولتاژ خروجی به جابجایی x کنتاکت U out \u003d f(x) مطابق با قانون تغییر مقاومت در امتداد پتانسیومتر است. قانون توزیع مقاومت در طول پتانسیومتر، که با طراحی آن تعیین می شود، می تواند خطی یا غیر خطی باشد.

حسگرهای پتانسیومتری که از نظر ساختاری مقاومت های متغیری هستند، از مواد مختلفی ساخته شده اند - سیم سیم پیچ، فیلم های فلزی، نیمه هادی ها و غیره.

فشار سنج (فشار سنج) برای اندازه گیری تنش های مکانیکی، تغییر شکل های کوچک، ارتعاش استفاده می شود. عملکرد کرنش سنج ها بر اساس اثر تانسوری است که شامل تغییر مقاومت فعال مواد رسانا و نیمه هادی تحت تأثیر نیروهای اعمال شده به آنها است.

سنسورهای دماسنجی (ترمیستورها) - مقاومت بستگی به دما دارد. ترمیستورها به عنوان حسگر به دو صورت استفاده می شوند:

1) دمای ترمیستور توسط محیط تعیین می شود. جریان عبوری از ترمیستور آنقدر کم است که ترمیستور را گرم نمی کند. در این شرایط، ترمیستور به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می گیرد و اغلب از آن به عنوان "دماسنج مقاومتی" یاد می شود.

2) دمای ترمیستور با درجه گرمایش با جریان ثابت و شرایط خنک کننده تعیین می شود. در این حالت، دمای تعیین شده توسط شرایط انتقال حرارت سطح ترمیستور (سرعت محیط - گاز یا مایع - نسبت به ترمیستور، چگالی، ویسکوزیته و دما) تعیین می شود، بنابراین ترمیستور را می توان به عنوان یک ترمیستور استفاده کرد. سنسور برای سرعت جریان، هدایت حرارتی محیط، چگالی گاز و غیره. در سنسورهایی از این دست، یک تبدیل دو مرحله‌ای رخ می‌دهد، به عنوان مثال: مقدار اندازه‌گیری شده ابتدا به تغییر دمای ترمیستور تبدیل می‌شود، که سپس تغییر می‌کند. به تغییر مقاومت تبدیل می شود.

ترمیستورها هم از فلزات خالص و هم از نیمه هادی ها ساخته می شوند.ماده ای که چنین حسگرهایی از آن ساخته شده اند باید دارای ضریب مقاومت دمایی بالایی باشد، در صورت امکان وابستگی خطی مقاومت به دما، تکرارپذیری خوب خواص و بی اثر بودن در برابر تأثیرات محیطی. پلاتین تا حد زیادی تمام این خواص را برآورده می کند. در یک کمی کوچکتر - مس و نیکل.

در مقایسه با ترمیستورهای فلزی، ترمیستورهای نیمه هادی (ترمیستور) حساسیت بالاتری دارند.

سنسورهای القایی برای به دست آوردن اطلاعات بدون تماس در مورد حرکات بدنه ماشین ها، مکانیسم ها، ربات ها و غیره استفاده می شود. و این اطلاعات را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

اصل عملکرد یک سنسور القایی بر اساس تغییر در اندوکتانس سیم پیچ در مدار مغناطیسی بسته به موقعیت عناصر جداگانه مدار مغناطیسی (آرمیچر، هسته و غیره) است. در چنین حسگرهایی، حرکت خطی یا زاویه ای ایکس(کمیت ورودی) به تغییر در اندوکتانس تبدیل می شود ( L) سنسور. آنها برای اندازه گیری جابجایی های زاویه ای و خطی، تغییر شکل ها، کنترل ابعاد و غیره استفاده می شوند.

در ساده ترین حالت، یک سنسور القایی یک سلف با یک مدار مغناطیسی است که عنصر متحرک آن (آرمیچر) تحت عمل مقدار اندازه گیری شده حرکت می کند.

سنسور القایی تمام اجسام رسانا را تشخیص می دهد و به آن پاسخ می دهد. سنسور القایی غیر تماسی است، نیازی به عمل مکانیکی ندارد، با تغییر میدان الکترومغناطیسی بدون تماس کار می کند.

مزایای

- بدون سایش مکانیکی، بدون شکست تماس

- بدون پرش تماس و مثبت کاذب

- فرکانس سوئیچینگ بالا تا 3000 هرتز

- مقاوم در برابر استرس مکانیکی

ایرادات - حساسیت نسبتا کم، وابستگی مقاومت القایی به فرکانس ولتاژ تغذیه، بازخورد قابل توجه سنسور در مقدار اندازه گیری شده (به دلیل جذب آرمیچر به هسته).

سنسورهای خازنی - اصل کار بر اساس وابستگی ظرفیت الکتریکی خازن به ابعاد، موقعیت نسبی صفحات آن و ثابت دی الکتریک محیط بین آنها است.

برای یک خازن تخت دو صفحه ای، ظرفیت الکتریکی با عبارت زیر تعیین می شود:

C \u003d e 0 e S /ساعت

جایی که e 0- ثابت دی الکتریک؛ ه- گذردهی نسبی محیط بین صفحات. اس- منطقه فعال صفحات؛ ساعتفاصله بین صفحات خازن است.

وابستگی ها سی(اس) و سی(ساعت) برای تبدیل حرکات مکانیکی به تغییر در ظرفیت استفاده می شود.

حسگرهای خازنی و همچنین حسگرهای القایی با ولتاژ متناوب (معمولاً فرکانس افزایش یافته - تا ده ها مگاهرتز) تغذیه می شوند. به عنوان مدارهای اندازه گیری معمولاً از مدارهای پل و مدارهایی با استفاده از مدارهای تشدید استفاده می شود. در مورد دوم، به عنوان یک قاعده، از وابستگی فرکانس نوسان ژنراتور به ظرفیت مدار رزونانس استفاده می شود، یعنی. سنسور خروجی فرکانس دارد.

از مزایای سنسورهای خازنی می توان به سادگی، حساسیت بالا و اینرسی کم اشاره کرد. معایب - تأثیر میدان های الکتریکی خارجی، پیچیدگی نسبی دستگاه های اندازه گیری.

سنسورهای خازنی برای اندازه گیری جابجایی های زاویه ای، جابجایی های خطی بسیار کوچک، ارتعاشات، سرعت حرکت و غیره و همچنین برای بازتولید عملکردهای مشخص (هارمونیک، دندانه اره ای، مستطیلی و غیره) استفاده می شوند.

مبدل های خازنی، گذردهیه که در اثر حرکت، تغییر شکل یا تغییر در ترکیب دی الکتریک تغییر می کند، به عنوان سنسور سطح مایعات نارسانا، مواد حجیم و پودری، ضخامت لایه مواد نارسانا (ضخامت سنج) و همچنین استفاده می شود. نظارت بر رطوبت و ترکیب مواد.

سنسورها - ژنراتورها

سنسورهای ژنراتور تبدیل مستقیم مقدار ورودی را انجام دهیدایکس به یک سیگنال الکتریکی چنین حسگرهایی انرژی منبع مقدار ورودی (اندازه گیری شده) را بلافاصله به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند، به عنوان مثال. آنها، همانطور که بود، مولدهای الکتریسیته هستند (از این رو نام چنین سنسورهایی - آنها یک سیگنال الکتریکی تولید می کنند).

منابع انرژی اضافی برای عملکرد چنین حسگرهایی اساساً مورد نیاز نیستند (با این وجود، ممکن است برای تقویت سیگنال خروجی سنسور، تبدیل آن به انواع دیگر سیگنال‌ها و برای اهداف دیگر، توان اضافی مورد نیاز باشد). ژنراتورها حسگرهای ترموالکتریک، پیزوالکتریک، القایی، فوتوالکتریک و بسیاری از انواع دیگر هستند.

سنسورهای القایی مقدار غیر الکتریکی اندازه گیری شده به EMF القایی تبدیل می شود. اصل عملکرد سنسورها بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی است. این سنسورها شامل تاکوژنراتورهای جریان مستقیم و متناوب هستند که ژنراتورهای ماشین الکتریکی کوچکی هستند که در آنها ولتاژ خروجی متناسب با سرعت زاویه ای چرخش محور ژنراتور است. تاکوژنراتورها به عنوان حسگر استفاده می شوند سرعت زاویهای.

تاکوژنراتور یک ماشین الکتریکی است که در حالت ژنراتور کار می کند. در این حالت، EMF تولید شده متناسب با سرعت چرخش و بزرگی شار مغناطیسی است. علاوه بر این، با تغییر در سرعت چرخش، فرکانس EMF نیز تغییر می کند. آنها به عنوان سنسورهای سرعت (سرعت) استفاده می شوند.

سنسورهای دما در مدرن تولید صنعتیرایج ترین آنها اندازه گیری دما است (به عنوان مثال، در یک نیروگاه هسته ای با اندازه متوسط ​​حدود 1500 نقطه وجود دارد که چنین اندازه گیری هایی انجام می شود، و در یک شرکت بزرگ صنایع شیمیایی بیش از 20 هزار نقطه از این قبیل وجود دارد). طیف گسترده ای از دماهای اندازه گیری شده، شرایط مختلف برای استفاده از ابزار اندازه گیری و الزامات مربوط به آنها، تنوع ابزار اندازه گیری دما را تعیین می کند.

اگر سنسورهای دما را برای کاربردهای صنعتی در نظر بگیریم، می‌توان کلاس‌های اصلی آنها را تشخیص داد: سنسورهای دمای سیلیکونی، سنسورهای دو فلزی، مایع و دماسنج های گازی، نشانگرهای حرارتی، ترمیستورها، ترموکوپل ها، ترموکوپل های مقاومتی، سنسورهای مادون قرمز.

سنسورهای دمای سیلیکون از وابستگی مقاومت سیلیکون نیمه هادی به دما استفاده کنید. محدوده دماهای اندازه گیری شده -50…+150 0 C است. آنها عمدتا برای اندازه گیری دمای داخل دستگاه های الکترونیکی استفاده می شوند.

سنسور دو فلزی ساخته شده از دو صفحه فلزی غیر مشابه که به هم چسبیده اند. فلزات مختلف دارای ضرایب انبساط حرارتی متفاوتی هستند. اگر فلزات متصل به صفحه گرم یا سرد شوند، در حین بسته شدن (باز کردن) کنتاکت های الکتریکی یا حرکت دادن فلش نشانگر، خم می شود. محدوده عملکرد سنسورهای دو فلزی -40…+550 0 C. برای اندازه گیری سطح استفاده می شود مواد جامدو دمای مایع زمینه های اصلی کاربرد صنعت خودرو، سیستم های گرمایشی و آب گرمایشی است.

شاخص های حرارتی - اینها مواد خاصی هستند که تحت تأثیر دما رنگ خود را تغییر می دهند. تغییر رنگ ممکن است برگشت پذیر یا غیر قابل برگشت باشد. آنها در قالب فیلم تولید می شوند.

مبدل های حرارتی مقاومتی

اصل عملکرد ترموکوپل های مقاومتی (ترمیستورها) بر اساس تغییر در مقاومت الکتریکی هادی ها و نیمه هادی ها بسته به دما است (که قبلاً بحث شد).

ترمیستورهای پلاتینیوم برای اندازه گیری دما در محدوده 260- تا 1100 درجه سانتیگراد طراحی شده اند. ترمیستورهای مسی ارزانتر که وابستگی خطی مقاومت به دما دارند، به طور گسترده در عمل مورد استفاده قرار می گیرند.

عیب مس مقاومت کم و اکسیداسیون آسان آن در دماهای بالا است که در نتیجه حد نهایی استفاده از دماسنج های مقاومت مسی به دمای 180 درجه سانتیگراد محدود می شود. از نظر پایداری و تکرارپذیری ویژگی ها، ترمیستورهای مسی نسبت به پلاتین پایین تر هستند. نیکل در سنسورهای ارزان قیمت برای اندازه گیری در محدوده دمای اتاق استفاده می شود.

ترمیستورهای نیمه هادی (ترمیستورها) دارای ضریب مقاومت دمایی منفی یا مثبت هستند که مقدار آن در 20 0 درجه سانتیگراد (2 ... 8) * 10 -2 (0 C) -1 است، یعنی. مرتبه ای بزرگتر از مس و پلاتین. ترمیستورهای نیمه هادی با اندازه های بسیار کوچک دارای مقادیر مقاومت بالایی هستند (تا 1 MΩ). به عنوان نیمه هادی ماده مورد استفاده اکسیدهای فلزی است: ترمیستورهای نیمه هادی از انواع KMT - مخلوطی از اکسیدهای کبالت و منگنز و MMT - مس و منگنز.

سنسورهای دمای نیمه هادی دارای ثبات بالایی از ویژگی ها در طول زمان هستند و برای تغییر دما در محدوده -100 تا 200 0 C استفاده می شوند.

مبدل های ترموالکتریک (ترموکوپل) - ص اصل عملکرد ترموکوپل ها بر اساس اثر ترموالکتریک است. که شامل این واقعیت است که در حضور اختلاف دما بین اتصالات (اتصالات) دو فلز یا نیمه هادی غیرمشابه، یک نیروی الکتروموتور در مدار ایجاد می شود که به آن نیروی ترموالکتروموتور (به اختصار thermo-EMF) می گویند. در یک محدوده دمایی خاص، می توانیم فرض کنیم که EMF حرارتی با اختلاف دما نسبت مستقیم دارد∆T\u003d T 1 - T 0 بین محل اتصال و انتهای ترموکوپل.

انتهای به هم پیوسته ترموکوپل، غوطه ور در محیطی که دمای آن اندازه گیری می شود، انتهای کار ترموکوپل نامیده می شود. پایان هایی که در هستند محیط، و معمولاً توسط سیم به مدار اندازه گیری متصل می شوند، انتهای آزاد نامیده می شوند. دمای این انتها باید ثابت نگه داشته شود. تحت این شرایط، ترمو-EMF Et تنها به دما بستگی دارد T1پایان کار

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

که در آن C ضریب بسته به ماده هادی ترموکوپل است.

EMF ایجاد شده توسط ترموکوپل ها نسبتاً کوچک است: از 8 میلی ولت برای هر 100 0 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند و معمولاً در مقدار مطلق از 70 میلی ولت تجاوز نمی کند. ترموکوپل ها به شما امکان اندازه گیری دما را در محدوده 200- تا 2200 0 C می دهند.

پلاتین، پلاتین-رودیوم، کرومل و آلومل بیشترین کاربرد را برای ساخت مبدل های ترموالکتریک دارند.

ترموکوپل ها دارای موارد زیر هستند مزایای: سهولت ساخت و قابلیت اطمینان در عملیات، هزینه کم، عدم وجودمنابع تغذیه و توانایی اندازه گیری در محدوده وسیع دما.

در کنار این، ترموکوپل ها نیز توسط برخی مشخص می شوند ایرادات- دقت اندازه گیری کمتر نسبت به ترمیستورها، وجود اینرسی حرارتی قابل توجه، نیاز به اعمال اصلاحی برای دمای انتهای آزاد و نیاز به استفاده از سیم های اتصال ویژه.

سنسورهای مادون قرمز (پرومتر) - از انرژی تابش اجسام گرم استفاده کنید، که به شما امکان می دهد دمای سطح را در فاصله اندازه گیری کنید. پیرومترها به تابش، روشنایی و رنگ تقسیم می شوند.

پیرومترهای تشعشعی برای اندازه گیری دما از 20 تا 2500 درجه سانتیگراد استفاده می شود و دستگاه شدت تابش یکپارچه یک جسم واقعی را اندازه گیری می کند.

پیرومترهای روشنایی (اپتیکال) برای اندازه گیری دما از 500 تا 4000 0 C استفاده می شود. آنها بر اساس مقایسه در قسمت باریکی از طیف روشنایی جسم مورد مطالعه با روشنایی یک تابشگر نمونه (لامپ فتومتریک) هستند.

پیرومترهای رنگی بر اساس اندازه گیری نسبت شدت تابش در دو طول موج هستند که معمولاً در قسمت قرمز یا آبی طیف انتخاب می شوند. آنها برای اندازه گیری دما در محدوده 800 0 C استفاده می شوند.

پیرومترها دما را در واحد اندازه گیری می کنند مکان های صعب العبورو دمای اجسام متحرک، دمای بالاجایی که دیگر سنسورها کار نمی کنند.

برای اندازه گیری دما از -80 تا 250 0 C، اغلب از مبدل های حرارتی کوارتز استفاده می شود که از وابستگی فرکانس طبیعی یک عنصر کوارتز به دما استفاده می شود. عملکرد این سنسورها بر اساس این واقعیت است که وابستگی فرکانس مبدل به دما و خطی بودن تابع تبدیل بسته به جهت برش نسبت به محورهای کریستال کوارتز تغییر می کند. این سنسورها به طور گسترده در دماسنج های دیجیتال استفاده می شوند.

سنسورهای پیزوالکتریک

عمل سنسورهای پیزوالکتریک مبتنی بر استفاده از اثر پیزوالکتریک (اثر پیزوالکتریک) است که شامل این واقعیت است که هنگامی که برخی از کریستال ها فشرده یا کشیده می شوند، بار الکتریکی بر روی صورت آنها ظاهر می شود که بزرگی آن متناسب با عمل است. زور.

اثر پیزوالکتریک برگشت پذیر است، به عنوان مثال، ولتاژ اعمال شده باعث تغییر شکل نمونه پیزوالکتریک - فشرده سازی یا کشش آن، با توجه به علامت ولتاژ اعمال شده می شود. این پدیده که اثر پیزوالکتریک معکوس نامیده می شود، برای برانگیختن و دریافت ارتعاشات صوتی فرکانس های صوتی و اولتراسونیک استفاده می شود.

برای اندازه گیری نیرو، فشار، ارتعاش و غیره استفاده می شود.

سنسورهای نوری (فتو الکتریک).

تمیز دادن آنالوگو گسستهسنسورهای نوری برای سنسورهای آنالوگ، سیگنال خروجی متناسب با نور محیط تغییر می کند. حوزه اصلی کاربرد سیستم های کنترل روشنایی خودکار است.

سنسورهای نوع گسسته با رسیدن به مقدار تنظیم شده روشنایی، حالت خروجی را به عکس تغییر می دهند.

سنسورهای فوتوالکتریک تقریباً در تمام صنایع قابل استفاده هستند. سنسورهای عمل گسسته به عنوان نوعی سوئیچ مجاورت برای شمارش، تشخیص، موقعیت یابی و سایر وظایف در هر خط تکنولوژیکی استفاده می شود.

, تغییر در شار نوری در ناحیه کنترل شده را ثبت می کند , همراه با تغییر موقعیت در فضا هر قسمت متحرک مکانیزم ها و ماشین ها، عدم وجود یا وجود اشیا. به لطف فواصل حسگر زیاد سنسورهای مجاورت نوری کاربرد گسترده ای در صنعت و نه تنها پیدا کرد.

سنسور مجاورت نوری از دو واحد عملکردی گیرنده و امیتر تشکیل شده است. این گره ها را می توان هم در یک محفظه و هم در هوزینگ های مختلف ساخت.

حسگرهای فوتوالکتریک با توجه به روش تشخیص اشیا به 4 گروه تقسیم می شوند:

1) عبور تیر- در این روش فرستنده و گیرنده در محفظه های مختلفی از هم جدا می شوند که به آنها اجازه می دهد در فاصله کاری مقابل یکدیگر نصب شوند. اصل کار بر این واقعیت استوار است که فرستنده به طور مداوم یک پرتو نور را ارسال می کند که توسط گیرنده دریافت می شود. اگر سیگنال نور سنسور در نتیجه همپوشانی توسط یک شی شخص ثالث متوقف شود، گیرنده بلافاصله با تغییر وضعیت خروجی واکنش نشان می دهد.

2) بازتاب از بازتابنده- در این روش گیرنده و فرستنده سنسور در یک محفظه قرار دارند. یک بازتابنده (بازتابنده) در مقابل سنسور نصب شده است. سنسورهای بازتابنده به گونه ای طراحی شده اند که به لطف فیلتر پلاریزه کننده، بازتاب را فقط از بازتابنده درک می کنند. اینها بازتابنده هایی هستند که بر اساس اصل بازتاب دوگانه کار می کنند. انتخاب یک بازتابنده مناسب با فاصله مورد نیاز و امکانات نصب تعیین می شود.

سیگنال نور ارسال شده توسط فرستنده از بازتابنده منعکس شده و وارد گیرنده سنسور می شود. اگر سیگنال نور متوقف شود، گیرنده بلافاصله با تغییر وضعیت خروجی پاسخ می دهد.

3) بازتاب از جسم- در این روش گیرنده و فرستنده سنسور در یک محفظه قرار دارند. در طول حالت کار سنسور، تمام اجسامی که در ناحیه کاری آن قرار می گیرند، به نوعی بازتابنده می شوند. به محض اینکه پرتو نور منعکس شده از جسم به گیرنده سنسور برخورد می کند، بلافاصله با تغییر حالت خروجی واکنش نشان می دهد.

4) بازتاب جسم ثابت - اصل عملکرد سنسور مانند "بازتاب از جسم" است اما به انحرافات از تنظیم به جسم حساس تر است. به عنوان مثال، می توان یک چوب پنبه متورم را روی بطری کفیر، پر شدن ناقص بسته خلاء با محصولات و غیره تشخیص داد.

حسگرهای عکس با توجه به هدفشان به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: سنسورهای استفاده عمومی و سنسورهای خاص. حسگرهای ویژه شامل انواع حسگرهایی هستند که برای حل طیف محدودتری از وظایف طراحی شده اند. به عنوان مثال، تشخیص علامت رنگ روی یک شی، تشخیص حاشیه متضاد، وجود برچسب روی بسته شفاف و غیره.

وظیفه سنسور تشخیص یک جسم در فاصله است. این فاصله بسته به نوع سنسور انتخابی و روش تشخیص، بین 0.3 میلی متر تا 50 متر متغیر است.

سنسورهای مایکروویو

کنسول های رله دکمه ای با سیستم های کنترل خودکار مبتنی بر ریزپردازنده جایگزین می شوند فرآیند تکنولوژیکی(APCS) با بالاترین عملکرد و قابلیت اطمینان، سنسورها به رابط های ارتباطی دیجیتال مجهز هستند، اما این همیشه منجر به افزایش قابلیت اطمینان کلی سیستم و قابلیت اطمینان عملکرد آن نمی شود. دلیل این است که اصول عمل اکثریت انواع شناخته شدهسنسورها محدودیت های شدیدی را در شرایطی که می توان از آنها استفاده کرد اعمال می کنند.

به عنوان مثال، دستگاه های غیر تماسی (خازنی و القایی)، و همچنین دستگاه های کنترل سرعت تاکوژنراتور (UKS) به طور گسترده ای برای نظارت بر سرعت مکانیزم های صنعتی استفاده می شوند. Tachogenerator UKS یک اتصال مکانیکی با یک جسم متحرک دارد و ناحیه حساسیت دستگاه های غیر تماسی از چند سانتی متر تجاوز نمی کند.

همه اینها نه تنها باعث ایجاد ناراحتی در هنگام نصب سنسورها می شود، بلکه استفاده از این دستگاه ها را در شرایط گرد و غباری که به سطوح کار می چسبد و باعث ایجاد آلارم کاذب می شود، به طور قابل توجهی پیچیده می کند. انواع سنسورهای ذکر شده قادر به کنترل مستقیم یک شی (مثلاً تسمه نقاله) نیستند - آنها برای حرکت غلتک ها، پروانه ها، درام های کششی و غیره تنظیم می شوند. سیگنال های خروجی برخی دستگاه ها به قدری ضعیف هستند که زیر سطح تداخل صنعتی ناشی از عملکرد ماشین های الکتریکی قدرتمند.

مشکلات مشابهی هنگام استفاده از آشکارسازهای سطح سنتی - حسگرها برای حضور یک محصول فله ایجاد می شود. چنین دستگاه هایی برای قطع به موقع تامین مواد اولیه به مخازن تولید ضروری هستند. هشدارهای کاذب نه تنها در اثر چسبیدن و گرد و غبار، بلکه با لمس جریان محصول در هنگام ورود به قیف ایجاد می شود. در اتاق های گرم نشده، عملکرد سنسورها تحت تأثیر دمای محیط قرار می گیرد. آلارم های کاذب باعث توقف و شروع مکرر بارگیری می شود تجهیزات تکنولوژیکی- علت اصلی حوادث آن، منجر به گرفتگی، شکستگی نوار نقاله ها، وقوع آتش سوزی و خطرات انفجار می شود.

این مشکلات چندین سال پیش منجر به توسعه انواع جدیدی از دستگاه ها شد - سنسورهای رادار برای کنترل سرعت، سنسورهای حرکت و آب پشت سر، که عملکرد آنها بر اساس تعامل یک شی کنترل شده با یک سیگنال رادیویی با فرکانس حدود 10 است. 10 هرتز

استفاده از روش های مایکروویو برای نظارت بر وضعیت تجهیزات فن آوری باعث می شود تا به طور کامل از کاستی های سنسورهای سنتی خلاص شوید.

ویژگی های متمایز کنندهاین دستگاه ها عبارتند از:

عدم تماس مکانیکی و الکتریکی با جسم (محیط)، فاصله سنسور تا جسم می تواند چندین متر باشد.

کنترل مستقیم جسم (تسمه نقاله، زنجیر) و نه درایوهای آنها، درام های کششی و غیره.

مصرف برق کم؛

عدم حساسیت به چسبندگی محصول به دلیل فواصل کاری طولانی؛

ایمنی بالای سر و صدا و جهت دهی عمل؛

تنظیم یک بار برای کل عمر خدمات؛

قابلیت اطمینان بالا، ایمنی، عدم وجود اشعه یونیزان.

اصل عملکرد سنسور بر اساس تغییر فرکانس سیگنال رادیویی منعکس شده از یک جسم متحرک است. این پدیده ( "اثر داپلر") به طور گسترده در سیستم های راداری برای اندازه گیری سرعت از راه دور استفاده می شود. یک جسم متحرک باعث می شود یک سیگنال الکتریکی در خروجی ماژول فرستنده گیرنده مایکروویو ظاهر شود.

از آنجایی که سطح سیگنال به خواص جسم بازتابی بستگی دارد، از سنسورهای حرکتی می توان برای سیگنال دادن به مدار باز (تسمه)، وجود هر گونه اجسام یا مواد روی تسمه نقاله استفاده کرد. نوار دارای سطح صاف و بازتاب کم است. هنگامی که محصول شروع به حرکت از کنار سنسور نصب شده در بالای شاخه کاری نوار نقاله می کند و ضریب بازتاب را افزایش می دهد، دستگاه در مورد حرکت سیگنال می دهد، یعنی در واقع تسمه خالی نیست. با طول مدت پالس خروجی، می توان اندازه اشیاء در حال جابجایی را در فاصله قابل توجهی قضاوت کرد، انتخاب کرد و غیره.

اگر لازم است هر ظرفی را پر کنید (از پناهگاه تا شفت)، می توانید لحظه تکمیل پر شدن را با دقت تعیین کنید - سنسوری که تا عمق مشخصی پایین آمده است حرکت پرکننده را تا زمانی که پر شود نشان می دهد.

نمونه های خاصاستفاده از سنسورهای حرکت مایکروویو در صنایع مختلف با توجه به ویژگی های آن تعیین می شود، اما به طور کلی آنها قادر به حل طیف گسترده ای از مشکلات عملکرد بدون مشکل تجهیزات و افزایش محتوای اطلاعاتی سیستم های کنترل خودکار هستند.

فهرست منابع استفاده شده

1) E.M. گوردین، یو.ش. میتنیک، V.A. تارلین

مبانی اتوماسیون و فناوری کامپیوتر

مسکو "مهندسی"، 1978

2) گوستاو اولسون، جیانگویدو پیانی

اتوماسیون و سیستم های کنترل دیجیتال

سن پترزبورگ: گویش نوسکی، 2001

3) دستورالعمل V.V. Sazonov برای اجرا کار آزمایشگاهی

"تحقیق سنسور جابجایی خطی رئوستاتیک"

4) چوگینوف N.G. چکیده "سنسور دما"، کراسنویارسک 2003

5) Fedosov A. V. چکیده "حسگرهای سرعت" - مسکو 2003

6) D. N. Shestakov، مدیر کل PromRadar LLC

سنسورهای مایکروویو برای کاربردهای صنعتی

7) مجله «الکترونیک مدرن» 6، 1385

8) کاتالوگ شرکت "سنسور"

9) قطعات OMRON / حسگرهای فوتوالکتریک