Antureiden luokittelu ja niiden tarkoitus. Kosketuksettomat anturit: yleiskuvaus, toimintaperiaate, tarkoitus. Kosketuskytkin Mitkä ovat kaikkien antureiden kaksi toimintaperiaatetta

Antureiden luokittelu, niiden perusvaatimukset

Erilaisten teknisten prosessien automatisointi, erilaisten yksiköiden, koneiden, mekanismien tehokas ohjaus vaatii lukuisia eri mittauksia. fyysisiä määriä.

Anturit(kirjallisuudessa kutsutaan usein myös mittausantureiksi) tai toisin sanoen anturit ovat monien automaatiojärjestelmien elementtejä - niiden avulla he saavat tietoa ohjatun järjestelmän tai laitteen parametreista.

Sensori - tämä on mittaus-, merkinanto-, säätö- tai ohjauslaitteen elementti, joka muuntaa säädetyn arvon (lämpötila, paine, taajuus, valovoima, sähköjännite, virta jne.) signaaliksi, joka on kätevä mittausta, siirtoa, tallennusta, käsittelyä varten. , rekisteröintiä ja joskus vaikuttaa niihin valvottuihin prosesseihin. Tai helpompaa sensori on laite, joka muuntaa minkä tahansa fyysisen suuren syöttötoiminnon signaaliksi, joka on kätevä myöhempää käyttöä varten.

Käytetyt anturit ovat hyvin erilaisia ​​ja voivat olla luokitellaan eri kriteerien mukaan:

Riippuen syötetyn (mitatun) määrän tyypistä erottaa: mekaaniset siirtymät (lineaariset ja kulma-anturit), pneumaattiset, sähköiset, virtausmittarit, nopeus-, kiihtyvyys-, voima-, lämpötila-, paineanturit jne.

Tällä hetkellä eri fyysisten suureiden mittausten osuuden jakautuminen teollisuudessa on suunnilleen seuraava: lämpötila - 50%, virtaus (massa ja tilavuus) - 15%, paine - 10%, taso - 5%, määrä (massa, tilavuus) ) - 5%, aika - 4%, sähköiset ja magneettiset suuret - alle 4%.

Lähtöarvon tyypin mukaan, johon tuloarvo muunnetaan , erottaa ei-sähköinen Ja sähkö: Tasavirta-anturit (EMF tai jännite), AC-amplitudianturit (EMF tai jännite), AC-taajuusanturit (EMF tai jännite), vastusanturit (aktiivinen, induktiivinen tai kapasitiivinen) jne.

Suurin osa antureista on sähköisiä. Tämä johtuu seuraavista sähkömittausten eduista:

On kätevää siirtää sähköisiä määriä etäisyyden päähän, ja siirto tapahtuu suurella nopeudella;

Sähkösuureet ovat universaaleja siinä mielessä, että mitkä tahansa muut suureet voidaan muuntaa sähkösuureiksi ja päinvastoin;

Ne muunnetaan tarkasti digitaaliseksi koodiksi ja mahdollistavat mittauslaitteiden suuren tarkkuuden, herkkyyden ja nopeuden.

Toimintaperiaatteen mukaan Anturit voidaan jakaa kahteen luokkaan: tuottaa Ja parametrinen(anturit-modulaattorit). Generaattorianturit muuntavat tuloarvon suoraan sähkösignaaliksi.

Parametriset anturit muuttavat tuloarvon muutokseksi jossain sähköisessä parametrissa ( R , L tai C ) anturin.

Toimintaperiaatteen mukaan anturit voidaan jakaa myös ohmiseen, reostaattiseen, valosähköiseen (optoelektroniseen), induktiiviseen, kapasitiiviseen jne.

Antureita on kolme luokkaa:

Analogiset anturit, eli anturit, jotka tuottavat analogisen signaalin suhteessa tuloarvon muutokseen;

Digitaaliset anturit, jotka tuottavat pulssijonon tai binäärisanan;

Binaariset (binaariset) anturit, jotka tuottavat vain kaksitasoista signaalia: "päällä / pois" (toisin sanoen 0 tai 1); niitä käytetään laajalti yksinkertaisuuden vuoksi.

Vaatimukset antureille :

Lähtöarvon yksiselitteinen riippuvuus tulosta;

Ominaisuuksien vakaus ajan kuluessa;

Yliherkkyys;

Pieni koko ja paino;

Palautteen puute ohjatusta prosessista ja ohjatusta parametrista;

Työskentele erilaisissa käyttöolosuhteissa;

- erilaisia ​​vaihtoehtoja asennus.

Parametriset anturit (anturimodulaattorit) tuloarvo X muunnetaan jonkin sähköisen parametrin muutokseksi ( R, L tai C ) sensori. Anturin lueteltujen parametrien muutosta on mahdotonta siirtää etäisyydelle ilman energiaa kuljettavaa signaalia (jännite tai virta). Anturin vastaavan parametrin muutos on mahdollista havaita vain anturin reaktiolla virtaan tai jännitteeseen, koska luetellut parametrit kuvaavat tätä reaktiota. Siksi parametriset anturit vaativat erityisten tasa- tai vaihtovirralla toimivien mittauspiirien käyttöä.

Ohmiset (resistiiviset) anturit - Toimintaperiaate perustuu niiden aktiivisen vastuksen muutokseen pituuden muutoksella l, poikkileikkauksen pinta-ala Stai vastus s:

R= pl /S

Lisäksi käytetään aktiivisen vastuksen arvon riippuvuutta valokennojen kosketuspaineesta ja valaistuksesta. Tämän mukaisesti ohmiset anturit jaetaan: kosketin, potentiometrinen (reostaattinen), venymäresistiivinen, termistori, fotovastus.

Kosketusanturit - Tämä yksinkertaisin muoto vastusanturit, jotka muuttavat ensisijaisen elementin liikkeen vastuksen hyppyksi virtapiiri. Kosketusanturien avulla ne mittaavat ja ohjaavat voimia, siirtymiä, lämpötilaa, esineiden kokoa, säätelevät niiden muotoa jne. Kosketusantureita ovat mm. matkustaa Ja Rajakytkimet, kontaktilämpömittarit ja ns elektrodianturit käytetään ensisijaisesti sähköä johtavien nesteiden raja-arvojen mittaamiseen.

Kosketusanturit voivat toimia sekä tasa- että vaihtovirralla. Mittausrajoista riippuen kosketinanturit voivat olla yksirajaisia ​​ja monirajaisia. Jälkimmäisiä käytetään mittaamaan suuret, jotka vaihtelevat merkittävästi, kun taas vastuksen osia R, jotka sisältyvät sähköpiiriin, ovat oikosulussa sarjassa.

Kosketusanturien haittana on jatkuvan valvonnan vaikeus ja kosketinjärjestelmän rajallinen käyttöikä. Mutta näiden antureiden äärimmäisen yksinkertaisuuden vuoksi niitä käytetään laajalti automaatiojärjestelmissä.

Reostaattiset anturit ovat säädettävä vastus. Anturin tuloarvo on koskettimen liike ja lähtöarvo sen vastuksen muutos. Liikkuva kosketin liitetään mekaanisesti kohteeseen, jonka siirtymä (kulma- tai lineaarinen) muutetaan.

Yleisin on reostaattianturin päällekytkemiseen tarkoitettu potentiometrinen piiri, jossa reostaatti kytketään päälle jännitteenjakopiirin mukaan. Muista, että jännitteenjakaja on sähkölaite, joka jakaa tasa- tai vaihtojännitteen osiin; jännitteenjakajan avulla voit poistaa (käyttää) vain osan käytettävissä olevasta jännitteestä vastuksista, kondensaattoreista tai induktoreista koostuvan sähköpiirin elementtien kautta. Jännitteenjakopiirin mukaan kytkettyä säädettävää vastusta kutsutaan potentiometriksi.

Tyypillisesti reostaattiantureita käytetään mekaanisesti mittauslaitteet muuntaa lukemansa sähköisiksi suureiksi (virta tai jännite), esimerkiksi nesteiden kelluvuusmittareissa, erilaisissa painemittareissa jne.

Yksinkertaisen reostaatin muodossa olevaa anturia ei käytetä melkein koskaan sen staattisen ominaisuuden merkittävän epälineaarisuuden vuoksi. I n \u003d f (x), missä I n- kuormitusvirta.

Tällaisen anturin lähtöarvo on jännitehäviö U ulos liikkuvan ja yhden kiinteän koskettimen välillä. Lähtöjännitteen riippuvuus koskettimen siirtymästä x U ulos \u003d f(x) vastaa resistanssin muutoksen lakia pitkin potentiometriä. Resistanssin jakautumislaki potentiometrin pituudella, sen rakenteen määräämä, voi olla lineaarinen tai epälineaarinen.

Potentiometriset anturit, jotka ovat rakenteellisesti muuttuvia vastuksia, on valmistettu erilaisista materiaaleista - käämilangasta, metallikalvoista, puolijohteista jne.

Venymämittarit (venymämittarit) käytetään mittaamaan mekaanisia jännityksiä, pieniä muodonmuutoksia ja tärinää. Venymäanturien toiminta perustuu tensorefektiin, joka koostuu johdin- ja puolijohdemateriaalien aktiivisen vastuksen muuttamisesta niihin kohdistuvien voimien vaikutuksesta.

Termometriset anturit (termistorit) - vastus riippuu lämpötilasta. Termistoreita antureina käytetään kahdella tavalla:

1) Termistorin lämpötila määräytyy ympäristön mukaan; termistorin läpi kulkeva virta on niin pieni, että se ei lämmitä termistoria. Tässä tilanteessa termistoria käytetään lämpötila-anturina ja sitä kutsutaan usein "vastuslämpömittariksi".

2) Termistorin lämpötila määräytyy vakiovirran ja jäähdytysolosuhteiden kuumenemisasteella. Tässä tapauksessa määritellyn lämpötilan määrää termistorin pinnan lämmönsiirtoolosuhteet (ympäristön - kaasun tai nesteen - nopeus termistoriin nähden, sen tiheys, viskositeetti ja lämpötila), joten termistoria voidaan käyttää virtausnopeuden, ympäristön lämmönjohtavuuden, kaasun tiheyden jne. anturi. Tällaisissa antureissa tapahtuu ikään kuin kaksivaiheinen muunnos: mitattu arvo muunnetaan ensin termistorin lämpötilan muutokseksi, joka sitten muunnetaan vastuksen muutokseksi.

Termistorit valmistetaan sekä puhtaista metalleista että puolijohteista.Materiaalilla, josta tällaiset anturit valmistetaan, tulee olla korkea lämpötilavastuskerroin, mikäli mahdollista resistanssin lineaarinen riippuvuus lämpötilasta, ominaisuuksien hyvä toistettavuus ja inertti ympäristön vaikutuksille. Suurimmassa määrin platina täyttää kaikki nämä ominaisuudet; hieman pienemmässä - kuparia ja nikkeliä.

Metallitermistoreihin verrattuna puolijohdetermistoreilla (termistoreilla) on suurempi herkkyys.

Induktiiviset anturit palvelevat kontaktittoman tiedon saamista koneiden, mekanismien, robottien jne. työkappaleiden liikkeistä. ja muuntaa tämä informaatio sähköiseksi signaaliksi.

Induktiivisen anturin toimintaperiaate perustuu magneettipiirin käämin induktanssin muutokseen riippuen magneettipiirin yksittäisten elementtien (ankkuri, sydän jne.) sijainnista. Tällaisissa antureissa lineaarinen tai kulmaliike X(syöttömäärä) muunnetaan induktanssin muutokseksi ( L) sensori. Niitä käytetään mittaamaan kulma- ja lineaarisia siirtymiä, muodonmuutoksia, mittasäätöä jne.

Yksinkertaisimmassa tapauksessa induktiivinen anturi on magneettipiirillä varustettu kela, jonka liikkuva elementti (ankkuri) liikkuu mitatun arvon vaikutuksesta.

Induktiivinen anturi tunnistaa kaikki johtavat kohteet ja reagoi niihin vastaavasti. Induktiivinen anturi on kosketukseton, ei vaadi mekaanista toimintaa, se toimii kosketuksetta muuttamalla sähkömagneettista kenttää.

Edut

- ei mekaanista kulumista, ei kosketusvikoja

- ei kosketuksen pomppimista ja vääriä positiivisia

- korkea kytkentätaajuus jopa 3000 Hz

- kestää mekaanista rasitusta

Vikoja - suhteellisen alhainen herkkyys, induktiivisen vastuksen riippuvuus syöttöjännitteen taajuudesta, anturin merkittävä palaute mitattuun arvoon (johtuen ankkurin vetovoimasta sydämeen).

Kapasitiiviset anturit - Toimintaperiaate perustuu kondensaattorin sähköisen kapasitanssin riippuvuuteen sen levyjen mitoista, suhteellisesta sijainnista ja niiden välisen väliaineen dielektrisyysvakiosta.

Kaksilevyisen litteän kondensaattorin sähköinen kapasitanssi määritetään lausekkeella:

C \u003d e 0 e S /h

Missä e 0- dielektrisyysvakio; e- väliaineen suhteellinen permittiivisyys levyjen välillä; S- levyjen aktiivinen alue; hon kondensaattorilevyjen välinen etäisyys.

Riippuvuudet C(S) Ja C(h) käytetään muuttamaan mekaaniset liikkeet kapasitanssin muutokseksi.

Kapasitiiviset ja induktiiviset anturit saavat virtansa vaihtojännitteellä (yleensä korotettu taajuus - jopa kymmeniä megahertsejä). Mittauspiireinä käytetään yleensä siltapiirejä ja resonanssipiirejä käyttäviä piirejä. Jälkimmäisessä tapauksessa käytetään pääsääntöisesti generaattorin värähtelytaajuuden riippuvuutta resonanssipiirin kapasitanssista, ts. anturissa on taajuuslähtö.

Kapasitiivisten antureiden etuja ovat yksinkertaisuus, korkea herkkyys ja pieni inertia. Haitat - ulkoisten sähkökenttien vaikutus, mittauslaitteiden suhteellinen monimutkaisuus.

Kapasitiivisia antureita käytetään mittaamaan kulmasiirtymiä, hyvin pieniä lineaarisia siirtymiä, värähtelyjä, liikenopeuksia jne. sekä toistamaan tiettyjä toimintoja (harmoninen, sahahammas, suorakulmainen jne.).

Kapasitiiviset muuntimet, permittiivisyyse jotka muuttuvat liikkeen, muodonmuutoksen tai eristeen koostumuksen muutoksen vuoksi, käytetään tasoantureina johtamattomille nesteille, bulkki- ja jauhemateriaaleille, johtamattomien materiaalien kerroksen paksuudelle (paksuusmittarit) sekä aineen kosteuden ja koostumuksen seuranta.

Anturit - Generaattorit

Generaattorin anturit suorita syötearvon suora muunnos X sähköiseen signaaliin. Tällaiset anturit muuttavat syötetyn (mitattavan) määrän lähteen energian välittömästi sähköiseksi signaaliksi, ts. ne ovat ikään kuin sähkön generaattoreita (tästä tällaisten antureiden nimi - ne tuottavat sähköisen signaalin).

Lisävirtalähteitä tällaisten antureiden toimintaan ei periaatteessa tarvita (lisätehoa saatetaan kuitenkin tarvita anturin lähtösignaalin vahvistamiseen, muuntamiseen muun tyyppisiksi signaaleiksi ja muihin tarkoituksiin). Generaattorit ovat lämpösähköisiä, pietsosähköisiä, induktio-, valosähköisiä ja monia muita antureita.

Induktiiviset anturit mitattu ei-sähköinen suure muunnetaan induktion EMF:ksi. Antureiden toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion lakiin. Nämä anturit sisältävät tasa- ja vaihtovirtatakogeneraattoreita, jotka ovat pieniä sähkökonegeneraattoreita, joissa lähtöjännite on verrannollinen generaattorin akselin pyörimiskulmanopeuteen. Takogeneraattoreita käytetään antureina kulmanopeus.

Takogeneraattori on sähkökone, joka toimii generaattoritilassa. Tässä tapauksessa syntyvä EMF on verrannollinen pyörimisnopeuteen ja magneettivuon suuruuteen. Lisäksi pyörimisnopeuden muuttuessa myös EMF:n taajuus muuttuu. Niitä käytetään nopeusantureina (nopeus).

lämpötila-anturit. Modernissa teollisuustuotanto yleisimpiä ovat lämpötilamittaukset (esimerkiksi keskikokoisessa ydinvoimalaitoksessa on noin 1500 pistettä, joissa tällaisia ​​mittauksia tehdään, ja suuressa kemianteollisuuden yrityksessä on yli 20 tuhatta pistettä). Laaja mittauslämpötila-alue, erilaiset mittauslaitteiden käyttöolosuhteet ja niitä koskevat vaatimukset määräävät käytettävien lämpötilanmittauslaitteiden valikoiman.

Jos tarkastelemme lämpötila-antureita teollisiin sovelluksiin, voimme erottaa niiden pääluokat: piilämpötila-anturit, bimetallianturit, neste- ja kaasulämpömittarit, lämpöindikaattorit, termistorit, termoparit, vastustermoparit, infrapuna-anturit.

Piin lämpötila-anturit käyttää puolijohteen piin resistanssin riippuvuutta lämpötilasta. Mittauslämpötila-alue on -50…+150 0 C . Niitä käytetään pääasiassa lämpötilan mittaamiseen elektronisten laitteiden sisällä.

Bimetallisensori valmistettu kahdesta erilaisesta metallilevystä, jotka on kiinnitetty yhteen. Eri metalleilla on erilaiset lämpölaajenemiskertoimet. Jos levyyn liitetyt metallit kuumennetaan tai jäähdytetään, se taipuu samalla kun se sulkee (avaa) sähkökoskettimet tai liikuttaa ilmaisinnuolta. Bimetallisensorien toiminta-alue -40…+550 0 C. Käytetään pinnan mittaamiseen kiinteät aineet ja nesteiden lämpötilat. Pääasialliset käyttöalueet ovat autoteollisuus, lämmitys- ja vedenlämmitysjärjestelmät.

Lämpöilmaisimet - Nämä ovat erityisiä aineita, jotka muuttavat väriään lämpötilan vaikutuksesta. Värinmuutos voi olla palautuva tai peruuttamaton. Ne tuotetaan elokuvien muodossa.

Resistanssilämpömuuntimet

Resistanssitermoparien (termistorien) toimintaperiaate perustuu johtimien ja puolijohteiden sähkövastuksen muutokseen lämpötilasta riippuen (käsitelty aiemmin).

Platinatermistorit on suunniteltu mittaamaan lämpötiloja alueella -260 - 1100 0 C. Käytännössä käytetään laajasti halvempia kuparitermistoreita, joiden resistanssi on lineaarinen riippuvainen lämpötilasta.

Kuparin haittana on sen alhainen ominaisvastus ja helppo hapettuvuus korkeissa lämpötiloissa, minkä seurauksena kuparin vastuslämpömittarien käytön lopullinen raja on rajoitettu 180 0 C:n lämpötilaan. Ominaisuuksien stabiilisuuden ja toistettavuuden suhteen kuparitermistorit ovat huonompia kuin platinatermistorit. Nikkeliä käytetään edullisissa antureissa huonelämpötila-alueen mittauksiin.

Puolijohdetermistoreilla (termistoreilla) on negatiivinen tai positiivinen lämpötilavastuskerroin, jonka arvo lämpötilassa 20 0 C on (2 ... 8) * 10 -2 (0 C) -1, ts. suuruusluokkaa suurempi kuin kupari ja platina. Erittäin pienikokoisilla puolijohdetermistoreilla on korkeat vastusarvot (jopa 1 MΩ). puolijohteena. Materiaalina käytetään metallioksideja: KMT-tyyppisiä puolijohdetermistoreita - koboltin ja mangaanin oksidien seos ja MMT - kuparia ja mangaania.

Puolijohdelämpötila-antureilla on korkea ominaisuuksien vakaus ajan myötä, ja niitä käytetään muuttamaan lämpötiloja alueella -100 - 200 0 С.

Lämpösähköiset muuntimet (lämpöparit) - s Termoparien toimintaperiaate perustuu lämpösähköiseen vaikutukseen, joka koostuu siitä, että kahden erilaisen metallin tai puolijohteen liitoskohtien (liitoskohtien) lämpötilaeron läsnä ollessa piirissä syntyy sähkömotorinen voima, jota kutsutaan termoelektromotoriseksi voimaksi (lyhennettynä termo-EMF). Tietyllä lämpötila-alueella voimme olettaa, että termo-EMF on suoraan verrannollinen lämpötilaeroon∆T\u003d T 1 - T 0 liitoksen ja termoparin päiden välillä.

Termoparin toisiinsa kytkettyjä päitä, jotka on upotettu väliaineeseen, jonka lämpötilaa mitataan, kutsutaan termoparin työpääksi. Sisällä olevat päät ympäristöön, ja jotka on yleensä kytketty johtoilla mittauspiiriin, kutsutaan vapaiksi päiksi. Näiden päiden lämpötila on pidettävä vakiona. Tässä tilanteessa lämpö-EMF E t riippuu vain lämpötilasta T1työpää.

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

jossa C on lämpöparijohtimien materiaalista riippuva kerroin.

Termoparien synnyttämä EMF on suhteellisen pieni: se ei ylitä 8 mV jokaista 100 0 C kohden eikä yleensä ylitä 70 mV absoluuttisena arvona. Termoparien avulla voit mitata lämpötilaa -200 - 2200 0 С.

Platinaa, platina-rodiumia, kromelia ja alumelia käytetään laajimmin lämpösähköisten muuntimien valmistuksessa.

Termopareissa on seuraavat ominaisuudet etuja: valmistuksen helppous ja toimintavarmuus, alhaiset kustannukset, puutevirtalähteet ja kyky mitata laajalla lämpötila-alueella.

Tämän lisäksi termopareille on ominaista myös joitain puutteita- alempi mittaustarkkuus kuin termistoreilla, merkittävä lämpöinertia, tarve korjata vapaiden päiden lämpötila ja tarve käyttää erityisiä liitäntäjohtoja.

Infrapuna-anturit (pyrometrit) - käyttää kuumennettujen kappaleiden säteilyenergiaa, jonka avulla voit mitata pinnan lämpötilaa etäältä. Pyrometrit jaetaan säteilyyn, kirkkauteen ja väriin.

Säteilypyrometreillä mitataan lämpötiloja 20 - 2500 0 C ja laite mittaa todellisen kohteen kokonaissäteilyn intensiteettiä.

Kirkkauspyrometreillä (optisilla) mitataan lämpötiloja 500 - 4000 0 C. Ne perustuvat tarkasteltavan kohteen kirkkauden spektrin kapean osan vertailuun esimerkillisen emitterin (fotometrisen lampun) kirkkauden kanssa.

Väripyrometrit perustuvat säteilyn intensiteettien suhteen mittaamiseen kahdella aallonpituudella, jotka yleensä valitaan spektrin punaisesta tai sinisestä osasta; Niitä käytetään lämpötilojen mittaamiseen alueella 800 0 C.

Pyrometrit mittaavat lämpötilaa vaikeapääsyisiin paikkoihin ja liikkuvien esineiden lämpötila, korkeita lämpötiloja jossa muut anturit eivät enää toimi.

Lämpötilojen mittaamiseen -80 - 250 0 С käytetään usein niin kutsuttuja kvartsilämpömuuntimia, joissa käytetään kvartsielementin luonnollisen taajuuden riippuvuutta lämpötilasta. Näiden antureiden toiminta perustuu siihen, että anturin taajuuden riippuvuus lämpötilasta ja muunnosfunktion lineaarisuus muuttuvat riippuen leikkauksen suunnasta suhteessa kvartsikiteen akseleihin. Näitä antureita käytetään laajalti digitaalisissa lämpömittareissa.

Pietsosähköiset anturit

Pietsosähköisten antureiden toiminta perustuu pietsosähköisen vaikutuksen (pietsosähköisen efektin) käyttöön, joka koostuu siitä, että kun joitain kiteitä puristetaan tai venytetään, niiden pinnoille ilmestyy sähkövaraus, jonka suuruus on verrannollinen toimintaan. pakottaa.

Pietsosähköinen vaikutus on reversiibeli, eli kohdistettu jännite aiheuttaa pietsosähköisen näytteen muodonmuutosta - sen puristamisen tai venymisen kohdistetun jännitteen merkin mukaan. Tätä ilmiötä, jota kutsutaan käänteiseksi pietsosähköiseksi efektiksi, käytetään herättämään ja vastaanottamaan ääni- ja ultraäänitaajuuksien akustisia värähtelyjä.

Käytetään voimien, paineen, tärinän jne. mittaamiseen.

Optiset (valosähköiset) anturit

Erottaa analoginen Ja diskreetti optiset anturit. Analogisten antureiden lähtösignaali muuttuu suhteessa ympäristön valoon. Pääsovellusalue on automatisoidut valaistuksen ohjausjärjestelmät.

Diskreettityyppiset anturit muuttavat lähtötilan päinvastaiseksi, kun valaistuksen asetettu arvo saavutetaan.

Valosähköisiä antureita voidaan soveltaa lähes kaikilla teollisuudenaloilla. Diskreettejä toimintaantureita käytetään eräänlaisina lähestymiskytkiminä laskentaan, havaitsemiseen, paikannukseen ja muihin tehtäviin millä tahansa teknologisella linjalla.

, rekisteröi valovirran muutoksen ohjatulla alueella , liittyy mekanismien ja koneiden liikkuvien osien tilan muutokseen, esineiden puuttumiseen tai läsnäoloon. Suurten tunnistusetäisyyksien ansiosta optiset läheisyysanturit löysi laajan sovelluksen teollisuudessa eikä vain.

Optinen läheisyysanturi koostuu kahdesta toiminnallisesta yksiköstä, vastaanottimesta ja lähettimestä. Nämä solmut voidaan valmistaa sekä samaan koteloon että eri koteloihin.

Kohteentunnistusmenetelmän mukaan valosähköiset anturit jaetaan 4 ryhmään:

1) säteen ylitys- Tässä menetelmässä lähetin ja vastaanotin on erotettu eri koteloihin, jolloin ne voidaan asentaa vastakkain työetäisyyden päähän. Toimintaperiaate perustuu siihen, että lähetin lähettää jatkuvasti valonsäteen, jonka vastaanotin vastaanottaa. Jos anturin valosignaali pysähtyy kolmannen osapuolen esineen päällekkäisyyden seurauksena, vastaanotin reagoi välittömästi muuttamalla lähdön tilaa.

2) heijastus heijastimesta- Tässä menetelmässä anturin vastaanotin ja lähetin ovat samassa kotelossa. Anturia vastapäätä on asennettu heijastin (heijastin). Heijastinanturit on suunniteltu siten, että polarisoivan suodattimen ansiosta ne havaitsevat heijastuksen vain heijastimesta. Nämä ovat heijastimia, jotka toimivat kaksoisheijastuksen periaatteella. Sopivan heijastimen valinta määräytyy tarvittavan etäisyyden ja asennusmahdollisuuksien mukaan.

Lähettimen lähettämä valosignaali heijastuu heijastimesta ja menee anturin vastaanottimeen. Jos valosignaali lakkaa, vastaanotin reagoi välittömästi muuttamalla lähdön tilaa.

3) heijastus esineestä- Tässä menetelmässä anturin vastaanotin ja lähetin ovat samassa kotelossa. Anturin työtilan aikana kaikista sen työalueelle putoavista esineistä tulee eräänlaisia ​​heijastimia. Heti kun kohteesta heijastuva valonsäde osuu anturin vastaanottimeen, se reagoi välittömästi muuttamalla lähtötilaa.

4) kiinteän kohteen heijastus - anturin toimintaperiaate on sama kuin "heijastuksen kohteesta", mutta herkempi poikkeamille kohteen säädöstä. Esimerkiksi kefiiripullossa on mahdollista havaita turvonnut korkki, tyhjiöpakkauksen epätäydellinen täyttö tuotteilla jne.

Käyttötarkoituksensa mukaan valoanturit jaetaan kahteen pääryhmään: yleiskäyttöön tarkoitetut anturit ja erikoisanturit. Erikoisanturit sisältävät anturityyppejä, jotka on suunniteltu ratkaisemaan suppeampi joukko tehtäviä. Esimerkiksi värimerkin havaitseminen esineessä, kontrastireunuksen havaitseminen, tarran läsnäolo läpinäkyvässä pakkauksessa jne.

Anturin tehtävänä on havaita esine kaukaa. Tämä etäisyys vaihtelee välillä 0,3 mm - 50 m riippuen valitusta anturityypistä ja tunnistusmenetelmästä.

Mikroaaltoanturit

Painikerelekonsolit korvataan mikroprosessoripohjaisilla automaattisilla ohjausjärjestelmillä tekninen prosessi(APCS), jonka suorituskyky ja luotettavuus on korkein, anturit on varustettu digitaalisilla viestintäliitännöillä, mutta tämä ei aina johda järjestelmän yleisen luotettavuuden ja sen toiminnan luotettavuuden kasvuun. Syynä on, että enemmistön toimintaperiaatteet tunnetut tyypit anturit asettavat ankaria rajoituksia olosuhteille, joissa niitä voidaan käyttää.

Esimerkiksi kontaktittomia (kapasitiivisia ja induktiivisia) sekä takogeneraattorin nopeudensäätölaitteita (UKS) käytetään laajalti teollisuusmekanismien nopeuden valvontaan. Takogeneraattorilla UKS on mekaaninen yhteys liikkuvaan kohteeseen, ja kosketuksettomien laitteiden herkkyysalue ei ylitä muutamaa senttimetriä.

Kaikki tämä ei vain aiheuta hankaluuksia anturien asennuksen aikana, vaan myös vaikeuttaa merkittävästi näiden laitteiden käyttöä pölyn olosuhteissa, jotka tarttuvat työpintoihin aiheuttaen vääriä hälytyksiä. Listatut anturityypit eivät pysty suoraan ohjaamaan esinettä (esim. kuljetinhihnaa) - ne on viritetty telojen, juoksupyörien, jännitysrumpujen jne. liikkeisiin. Joidenkin laitteiden lähtösignaalit ovat niin heikkoja, että ne ovat voimakkaiden sähkökoneiden käytöstä aiheutuvien teollisten häiriöiden tason alapuolella.

Samanlaisia ​​vaikeuksia syntyy käytettäessä perinteisiä tasoilmaisimia - antureita bulkkituotteen läsnäololle. Tällaiset laitteet ovat välttämättömiä raaka-aineiden syöttämisen lopettamiseksi tuotantosäiliöihin ajoissa. Vääriä hälytyksiä ei aiheuta vain tarttuminen ja pöly, vaan myös tuotevirtauksen koskettaminen, kun se tulee suppiloon. Lämmittämättömissä tiloissa anturien toimintaan vaikuttaa ympäristön lämpötila. Väärät hälytykset aiheuttavat usein ladatun pysähdyksen ja käynnistymisen teknisiä laitteita- pääasiallinen syy sen onnettomuuksiin, jotka voivat johtaa tukkeutumiseen, kuljettimien rikkoutumiseen, tulipalon ja räjähdysvaaran esiintymiseen.

Nämä ongelmat useita vuosia sitten johtivat täysin uudentyyppisten laitteiden kehittämiseen - tutka-anturit nopeudensäätöön, liike- ja paluuanturit, joiden toiminta perustuu ohjatun kohteen vuorovaikutukseen radiosignaalin kanssa, jonka taajuus on noin 10 10 Hz.

Mikroaaltomenetelmien käyttö teknisten laitteiden tilan seurantaan mahdollistaa kokonaan eroon perinteisten anturityyppien puutteista.

Erottuvia piirteitä nämä laitteet ovat:

Mekaanisen ja sähköisen kosketuksen puute esineeseen (ympäristöön), etäisyys anturista esineeseen voi olla useita metrejä;

Kohteen (kuljetinhihnan, ketjun) suora ohjaus, ei niiden käyttövoimat, jännitysrummut jne.;

Alhainen virrankulutus;

Epäherkkyys tuotteen tarttumiselle pitkien työmatkojen vuoksi;

Korkea melunsieto ja toiminnan suuntaavuus;

Kertakäyttöinen säätö koko käyttöiän ajan;

Korkea luotettavuus, turvallisuus, ionisoivan säteilyn puuttuminen.

Anturin toimintaperiaate perustuu liikkuvasta kohteesta heijastuvan radiosignaalin taajuuden muutokseen. Tämä ilmiö ( "Doppler-ilmiö") käytetään laajasti tutkajärjestelmissä nopeuden etämittaukseen. Liikkuva esine saa sähköisen signaalin ilmestymään mikroaaltolähetin-vastaanotinmoduulin ulostuloon.

Koska signaalin taso riippuu heijastavan kohteen ominaisuuksista, liikeantureita voidaan käyttää ilmoittamaan avoimesta piiristä (hihnasta), mahdollisista esineistä tai materiaaleista kuljetushihnalla. Nauhassa on sileä pinta ja alhainen heijastavuus. Kun tuote alkaa liikkua kuljettimen työhaaran yläpuolelle asennetun anturin ohi, mikä lisää heijastuskerrointa, laite ilmoittaa liikkeestä eli itse asiassa, että hihna ei ole tyhjä. Lähtöpulssin keston perusteella voidaan arvioida huomattavan etäisyyden päässä siirrettävien kohteiden kokoa, tehdä valintoja jne.

Jos on tarpeen täyttää jokin säiliö (bunkkerista kuiluun), on mahdollista määrittää tarkasti täyttöhetki - tiettyyn syvyyteen laskettu anturi näyttää täyttöaineen liikkeen, kunnes se on täytetty.

Konkreettisia esimerkkejä Mikroaaltoliiketunnistimien käyttö eri toimialoilla määräytyy sen erityispiirteiden mukaan, mutta yleensä ne pystyvät ratkaisemaan monenlaisia ​​laitteiden häiriöttömän toiminnan ongelmia ja lisäämään automatisoitujen ohjausjärjestelmien tietosisältöä.

Luettelo käytetyistä lähteistä

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

Automaation ja tietotekniikan perusteet

Moskovan "Insinöörityö", 1978

2) Gustav Olsson, Gianguido Piani

Digitaaliset automaatio- ja ohjausjärjestelmät

Pietari: Nevskin murre, 2001

3) V.V. Sazonov Täytäntöönpanoohjeet laboratoriotyöt

"Reostaattisen lineaarisen siirtymäanturin tutkimus"

4) Chugainov N.G. Tiivistelmä "Lämpötila-anturi", Krasnojarsk 2003

5) Fedosov A. V. Tiivistelmä "Nopeusanturit" - Moskova 2003

6) D. N. Shestakov, PromRadar LLC:n pääjohtaja

Mikroaaltoanturit teollisiin sovelluksiin

7) Journal "Modern Electronics" 6, 2006

8) Yrityksen "Anturi" luettelo

9) OMRONin komponentit / valosähköiset anturit