Датчиктердің классификациясы және олардың тағайындалуы. Байланыссыз сенсорлар: шолу, жұмыс принципі, тағайындалуы. Сенсорлық қосқыш Барлық сенсорлардың жұмыс істеуінің екі принципі қандай

Датчиктердің классификациясы, оларға қойылатын негізгі талаптар

Әртүрлі технологиялық процестерді автоматтандыру, әртүрлі агрегаттарды, машиналарды, механизмдерді тиімді басқару әртүрлі өлшемдердің көптеген өлшемдерін талап етеді. физикалық шамалар.

Сенсорлар(әдебиетте өлшеу түрлендіргіштері деп те аталады) немесе басқаша айтқанда, сенсорларкөптеген автоматтандыру жүйелерінің элементтері болып табылады - олардың көмегімен олар басқарылатын жүйенің немесе құрылғының параметрлері туралы ақпаратты алады.

Датчик - бұл реттелетін шаманы (температура, қысым, жиілік, жарық күші, электр кернеуі, ток және т.б.) өлшеуге, беруге, сақтауға, өңдеуге ыңғайлы сигналға түрлендіретін өлшеу, сигнал беру, реттеу немесе басқару құрылғысының элементі. , тіркеу, кейде оларға басқарылатын процестерге әсер ету. Немесе оңайырақ сенсоркез келген физикалық шаманың кіріс әрекетін одан әрі пайдалану үшін ыңғайлы сигналға түрлендіретін құрылғы болып табылады.

Қолданылатын сенсорлар өте әртүрлі және болуы мүмкін әртүрлі критерийлер бойынша жіктеледі:

Кіріс (өлшенетін) шама түріне байланысты ажыратады: механикалық орын ауыстыру датчиктері (сызықтық және бұрыштық), пневматикалық, электрлік, шығын өлшегіштер, жылдамдық, үдеу, күш, температура, қысым және т.б.

Қазіргі уақытта өнеркәсіпте әртүрлі физикалық шамалардың өлшемдерінің үлес салмағының шамамен келесідей таралуы бар: температура – ​​50%, шығын (масса және көлем) – 15%, қысым – 10%, деңгей – 5%, мөлшер (масса, көлем) ) - 5%, уақыт - 4%, электрлік және магниттік шамалар - 4% -дан аз.

Кіріс мәні түрлендірілетін шығыс мәнінің түрі бойынша , ажырату электрлік емесЖәне электрлік: тұрақты ток датчиктері (ЭМӨ немесе кернеу), айнымалы ток амплитудасының сенсорлары (ЭМӨ немесе кернеу), айнымалы ток жиілік сенсорлары (ЭМӨ немесе кернеу), қарсылық сенсорлары (активті, индуктивті немесе сыйымдылық) т.б.

Сенсорлардың көпшілігі электрлік болып табылады. Бұл электрлік өлшемдердің келесі артықшылықтарына байланысты:

Электр шамаларын қашықтыққа беру ыңғайлы, ал беріліс жоғары жылдамдықта жүзеге асырылады;

Кез келген басқа шамаларды электр шамасына және керісінше түрлендіруге болатыны үшін электрлік шамалар әмбебап болып табылады;

Олар цифрлық кодқа дәл түрлендіріліп, өлшеу құралдарының жоғары дәлдігіне, сезімталдығына және жылдамдығына қол жеткізуге мүмкіндік береді.

Іс-әрекет принципі бойынша Датчиктерді екі топқа бөлуге болады: жасауЖәне параметрлік(датчиктер-модуляторлар). Генератор сенсорлары кіріс мәнін электрлік сигналға тікелей түрлендіруді жүзеге асырады.

Параметрлік сенсорлар кіріс мәнін кейбір электрлік параметрдің өзгеруіне түрлендіреді (сенсордың R , L немесе C ).

Іс-әрекет принципі бойынша датчиктер де омдық, реостатикалық, фотоэлектрлік (оптоэлектрондық), индуктивті, сыйымдылық және т.б.

Сенсорлардың үш класы бар:

Аналогтық датчиктер, яғни кіріс мәнінің өзгеруіне пропорционалды аналогтық сигнал шығаратын сенсорлар;

Импульстік пойызды немесе екілік сөзді генерациялайтын сандық сенсорлар;

Тек екі деңгейдегі сигналды тудыратын екілік (екілік) сенсорлар: «қосу / өшіру» (басқаша айтқанда, 0 немесе 1); қарапайымдылығына байланысты кеңінен қолданылады.

Датчиктерге қойылатын талаптар :

Шығу шамасының кіріске бір мәнді тәуелділігі;

Сипаттамалардың уақыт бойынша тұрақтылығы;

Жоғары сезімталдық;

Шағын өлшем және салмақ;

Басқарылатын процесс және басқарылатын параметр бойынша кері байланыстың болмауы;

Әртүрлі жұмыс жағдайларында жұмыс істеу;

- әртүрлі опциялармонтаждау.

Параметрлік сенсорлар (датчик модуляторлары) кіріс мәні X кейбір электрлік параметрдің өзгеруіне айналады ( R, L немесе C ) сенсор. Сенсордың аталған параметрлерінің өзгеруін энергия тасымалдаушы сигналсыз (кернеу немесе ток) қашықтыққа беру мүмкін емес. Сенсордың сәйкес параметрінің өзгеруін сенсордың токқа немесе кернеуге реакциясы арқылы ғана анықтауға болады, өйткені аталған параметрлер бұл реакцияны сипаттайды. Сондықтан параметрлік сенсорлар тұрақты немесе айнымалы токпен қоректенетін арнайы өлшеу тізбектерін пайдалануды талап етеді.

Омдық (резистивті) сенсорлар - жұмыс принципі ұзындығының өзгеруімен олардың белсенді кедергісінің өзгеруіне негізделген л, көлденең қимасының ауданы Снемесе кедергі б:

Р= п /С

Сонымен қатар, фотоэлементтердің жанасу қысымы мен жарықтандырылуына белсенді қарсылық мәнінің тәуелділігі қолданылады. Осыған сәйкес омикалық сенсорлар бөлінеді: контакт, потенциометриялық (реостатикалық), деформацияға төзімді, термистор, фоторезистор.

Байланыс сенсорлары - Бұл ең қарапайым нысанынегізгі элементтің қозғалысын кедергінің секірісіне түрлендіретін резисторлық сенсорлар электр тізбегі. Контактілі датчиктердің көмегімен олар күштерді, орын ауыстыруды, температураны, заттардың өлшемдерін өлшейді және басқарады, олардың пішінін басқарады және т.б. Контактілі датчиктерге жатады. саяхатЖәне Шектеу қосқыштары, контактілі термометрлержәне деп аталатындар электродтық сенсорлар, негізінен электр өткізгіш сұйықтықтардың шекті деңгейлерін өлшеу үшін қолданылады.

Байланыс сенсорлары тұрақты токпен де, айнымалы токпен де жұмыс істей алады. Өлшеу шектеріне байланысты контактілі сенсорлар бір шекті және көп шекті болуы мүмкін. Соңғысы резистордың бөліктерінде айтарлықтай өзгеретін шамаларды өлшеу үшін қолданылады Р, электр тізбегіне енгізілген, тізбектей тұйықталған.

Контактілі датчиктердің кемшілігі үздіксіз бақылаудың қиындығы және байланыс жүйесінің шектеулі қызмет ету мерзімі болып табылады. Бірақ бұл сенсорлардың өте қарапайымдылығына байланысты олар автоматтандыру жүйелерінде кеңінен қолданылады.

Реостатикалық сенсорлар айнымалы кедергі резисторы болып табылады. Датчиктің кіріс мәні контактінің қозғалысы, ал шығыс мәні оның кедергісінің өзгеруі болып табылады. Қозғалмалы контакт орын ауыстыруы (бұрыштық немесе сызықтық) түрлендіруге жататын объектімен механикалық байланысқан.

Ең кең таралғаны реостат сенсорын қосуға арналған потенциометриялық схема болып табылады, онда реостат кернеу бөлгіш схема бойынша қосылады. Еске салайық, кернеу бөлгіш - бұл тікелей немесе айнымалы кернеуді бөліктерге бөлуге арналған электр құрылғысы; кернеу бөлгіш резисторлардан, конденсаторлардан немесе индукторлардан тұратын электр тізбегінің элементтері арқылы қол жетімді кернеудің бір бөлігін ғана алып тастауға (пайдалануға) мүмкіндік береді. Кернеу бөлгіш тізбегіне сәйкес қосылған айнымалы резистор потенциометр деп аталады.

Әдетте, реостат сенсорлары механикалық түрде қолданылады өлшеу құралдарыолардың көрсеткіштерін электр шамасына (ток немесе кернеу) түрлендіру үшін, мысалы, сұйықтықтарға арналған флоат деңгейін өлшегіштерде, әртүрлі манометрлерде және т.б.

Қарапайым реостат түріндегі сенсор оның статикалық сипаттамасының айтарлықтай сызықты еместігіне байланысты дерлік пайдаланылмайды. I n \u003d f (x), мұнда I n- жүктеме тогы.

Мұндай сенсордың шығыс мәні кернеудің төмендеуі болып табылады U шықты қозғалатын және бекітілген контактілердің бірі арасында. Шығу кернеуінің контактінің х орын ауыстыруына тәуелділігі U out \u003d f(х) потенциометр бойындағы кедергінің өзгеру заңына сәйкес. Потенциометрдің конструкциясы бойынша анықталатын кедергінің ұзындығы бойынша таралу заңы сызықты немесе сызықты емес болуы мүмкін.

Құрылымдық айнымалы резисторлар болып табылатын потенциометриялық датчиктер әртүрлі материалдардан - орама сымнан, металл пленкалардан, жартылай өткізгіштерден және т.б.

Тез өлшеуіштер (тензометрлер) механикалық кернеулерді, шағын деформацияларды, дірілді өлшеу үшін қолданылады. Тензометрлердің әрекеті тензорэффектке негізделген, ол өткізгіш және жартылай өткізгіш материалдарға түсетін күштердің әсерінен олардың активті кедергісін өзгертуден тұрады.

Термометриялық сенсорлар (термисторлар) - кедергі температураға байланысты. Термисторлар сенсор ретінде екі жолмен қолданылады:

1) Термистордың температурасы қоршаған ортамен анықталады; термистор арқылы өтетін ток соншалықты аз, ол термисторды қыздырмайды. Бұл жағдайда термистор температура сенсоры ретінде пайдаланылады және жиі «қарсылық термометрі» деп аталады.

2) Термистордың температурасы тұрақты ток және салқындату шарттары бойынша қыздыру дәрежесімен анықталады. Бұл жағдайда белгіленген температура термистор бетінің жылу беру жағдайларымен анықталады (қоршаған ортаның жылдамдығы - газ немесе сұйықтық - термисторға қатысты, оның тығыздығы, тұтқырлығы және температурасы), сондықтан термисторды термистор ретінде пайдалануға болады. ағынның жылдамдығын, қоршаған ортаның жылу өткізгіштігін, газ тығыздығын және т.б. үшін сенсор. Мұндай датчиктерде екі сатылы түрлендіру орын алады, мысалы: өлшенген мән алдымен термистор температурасының өзгеруіне түрленеді, содан кейін ол қарсылықтың өзгеруіне айналады.

Термисторлар таза металдардан да, жартылай өткізгіштерден де жасалады.Мұндай датчиктер жасалған материалда төзімділіктің жоғары температуралық коэффициенті, мүмкіндігінше кедергінің температураға сызықтық тәуелділігі, қасиеттердің жақсы қайталануы және қоршаған орта әсерлеріне инерттілігі болуы керек. Платина осы қасиеттердің барлығын барынша қанағаттандырады; сәл кішірек - мыс және никель.

Металл термисторлармен салыстырғанда жартылай өткізгіш термисторлар (термисторлар) жоғары сезімталдыққа ие.

Индуктивті сенсорлар машиналар, механизмдер, роботтар және т.б. жұмыс органдарының қозғалысы туралы ақпаратты контактісіз алуға қызмет етеді. және бұл ақпаратты электрлік сигналға түрлендіру.

Индуктивті датчиктің жұмыс істеу принципі магнит тізбегіндегі орамның индуктивтілігінің магниттік контурдың жеке элементтерінің (зәкір, ядро ​​және т.б.) орналасуына байланысты өзгеруіне негізделген. Мұндай сенсорларда сызықтық немесе бұрыштық қозғалыс X(кіріс шама) индуктивтіліктің өзгеруіне түрленеді ( Л) сенсор. Олар бұрыштық және сызықтық орын ауыстыруларды, деформацияларды өлшеу, өлшемді бақылау және т.б.

Қарапайым жағдайда индуктивті сенсор магниттік тізбегі бар индуктор болып табылады, оның қозғалатын элементі (зәкір) өлшенетін шаманың әсерінен қозғалады.

Индуктивті сенсор барлық өткізгіш объектілерді таниды және сәйкесінше жауап береді. Индуктивті сенсор байланыссыз, механикалық әрекетті қажет етпейді, электромагниттік өрісті өзгерту арқылы байланыссыз жұмыс істейді.

Артықшылықтары

- механикалық тозу, контактілердің ақаулары жоқ

- байланыс серпілісі және жалған позитивтер жоқ

- жоғары коммутация жиілігі 3000 дейін Hz

- механикалық кернеуге төзімді

Кемшіліктер - салыстырмалы түрде төмен сезімталдық, индуктивті кедергінің қоректену кернеуінің жиілігіне тәуелділігі, өлшенетін шамаға сенсордың елеулі кері байланысы (ядроның өзекке тартылуына байланысты).

Сыйымдылық сенсорлары - жұмыс істеу принципі конденсатордың электр сыйымдылығының өлшемдерге, оның пластиналарының салыстырмалы орналасуына және олардың арасындағы ортаның диэлектрлік өтімділігіне тәуелділігіне негізделген.

Екі пластиналы жалпақ конденсатор үшін электр сыйымдылығы мына өрнекпен анықталады:

C \u003d e 0 e S /h

Қайда e 0- диэлектрлік тұрақты; e- пластиналар арасындағы ортаның салыстырмалы өткізгіштігі; С- пластиналардың белсенді аймағы; h- конденсатор пластиналарының арасындағы қашықтық.

Тәуелділіктер C(С) Және C(h) механикалық қозғалыстарды сыйымдылықтың өзгеруіне түрлендіру үшін қолданылады.

Сыйымдылық датчиктер, сондай-ақ индуктивті, айнымалы кернеумен қоректенеді (әдетте жиілікті арттыру - ондаған мегагерцке дейін). Өлшеу тізбегі ретінде әдетте резонанстық тізбектерді пайдаланатын көпірлік тізбектер және тізбектер қолданылады. Соңғы жағдайда, әдетте, генератордың тербеліс жиілігінің резонанстық контурдың сыйымдылығына тәуелділігі пайдаланылады, яғни. сенсордың жиілік шығысы бар.

Сыйымдылық сенсорларының артықшылықтары қарапайымдылық, жоғары сезімталдық және төмен инерция. Кемшіліктері – сыртқы электр өрістерінің әсері, өлшеу құралдарының салыстырмалы күрделілігі.

Сыйымдылықты датчиктер бұрыштық орын ауыстыруларды, өте аз сызықтық орын ауыстыруларды, тербелістерді, қозғалыс жылдамдығын және т.б. өлшеу үшін, сондай-ақ көрсетілген функцияларды (гармоникалық, ара тіс, тікбұрышты және т.б.) жаңғырту үшін қолданылады.

Сыйымдылық түрлендіргіштер, өткізгіштікe диэлектриктің қозғалысына, деформациясына немесе құрамының өзгеруіне байланысты өзгеретін, өткізбейтін сұйықтар, сусымалы және ұнтақ материалдар, өткізбейтін материалдар қабатының қалыңдығы (қалыңдығы) үшін деңгей датчигі ретінде пайдаланылады, сондай-ақ заттың ылғалдылығы мен құрамын бақылау.

Датчиктер - генераторлар

Генератор сенсорлары кіріс мәнін тікелей түрлендіруді жүзеге асыру X электрлік сигналға айналады. Мұндай сенсорлар кіріс (өлшенген) шама көзінің энергиясын бірден электрлік сигналға түрлендіреді, яғни. олар электр энергиясының генераторлары (осылайша мұндай сенсорлардың атауы - олар электр сигналын тудырады).

Мұндай сенсорлардың жұмысы үшін қосымша қуат көздері негізінен талап етілмейді (бірақ сенсордың шығыс сигналын күшейту, оны сигналдардың басқа түрлеріне түрлендіру және басқа мақсаттар үшін қосымша қуат қажет болуы мүмкін). Генераторлар термоэлектрлік, пьезоэлектрлік, индукциялық, фотоэлектрлік және басқа да көптеген типті датчиктер.

Индуктивті сенсорлар өлшенген электрлік емес шама индукцияның ЭҚК-іне айналады. Датчиктердің жұмыс істеу принципі электромагниттік индукция заңына негізделген. Бұл датчиктерге шағын электр машина генераторлары болып табылатын тұрақты және айнымалы токтың тахогенераторлары жатады, оларда шығыс кернеуі генератор білігінің айналу бұрыштық жылдамдығына пропорционал. Датчик ретінде тахогенераторлар қолданылады бұрыштық жылдамдық.

Тахогенератор – генераторлық режимде жұмыс істейтін электр машинасы. Бұл жағдайда құрылған ЭҚК айналу жылдамдығына және магнит ағынының шамасына пропорционал болады. Сонымен қатар, айналу жылдамдығының өзгеруімен ЭҚК жиілігі де өзгереді. Олар жылдамдық сенсорлары (жылдамдық) ретінде пайдаланылады.

температура сенсорлары. Қазіргі уақытта өнеркәсіптік өндірісең көп тарағандары температураны өлшеу (мысалы, орташа атом электр станциясында мұндай өлшеулер жүргізілетін шамамен 1500 нүкте, ал ірі химия өнеркәсібінің кәсіпорнында 20 мыңнан астам осындай нүктелер бар). Өлшенетін температуралардың кең диапазоны, өлшеу құралдарын пайдаланудың әртүрлі шарттары және оларға қойылатын талаптар қолданылатын температураны өлшейтін құралдардың әртүрлілігін анықтайды.

Өнеркәсіптік қолданбаларға арналған температура датчиктерін қарастыратын болсақ, онда олардың негізгі кластарын ажыратуға болады: кремний температура сенсорлары, биметалдық сенсорлар, сұйықтық және газ термометрлері, термиялық индикаторлар, термисторлар, термопарлар, қарсылық термопары, инфрақызыл датчиктер.

Кремний температура сенсорлары жартылай өткізгіш кремний кедергісінің температураға тәуелділігін пайдаланыңыз. Өлшенетін температура диапазоны -50…+150 0 С. Олар негізінен электронды құрылғылардың ішіндегі температураны өлшеу үшін қолданылады.

Биметалдық сенсор бір-біріне бекітілген екі түрлі металл пластинадан жасалған. Әртүрлі металдардың термиялық кеңею коэффициенттері әртүрлі. Пластинаға қосылған металдар қыздырылған немесе салқындатылған болса, онда ол электр контактілерін жабу (ашу) немесе индикатор көрсеткісін жылжыту кезінде майысады. Биметалдық сенсорлардың жұмыс диапазоны -40…+550 0 С. Бетті өлшеу үшін қолданылады қатты заттаржәне сұйықтық температурасы. Негізгі қолдану саласы автомобиль өнеркәсібі, жылу және су жылыту жүйелері болып табылады.

Жылу көрсеткіштері - Бұл температура әсерінен түсін өзгертетін ерекше заттар. Түстің өзгеруі қайтымды немесе қайтымсыз болуы мүмкін. Олар фильмдер түрінде шығарылады.

Кедергі термиялық түрлендіргіштер

Кедергі терможұптарының (термисторлардың) жұмыс істеу принципі температураға байланысты өткізгіштер мен жартылай өткізгіштердің электр кедергілерінің өзгеруіне негізделген (бұрын талқыланған).

Платиналық термисторлар -260-тан 1100 0 С-қа дейінгі диапазондағы температураны өлшеуге арналған. Температураға кедергінің сызықтық тәуелділігі бар арзанырақ мыс термисторлары тәжірибеде кеңінен қолданылады.

Мыстың кемшілігі оның төмен меншікті кедергісі және жоғары температурада оңай тотығуы, нәтижесінде мыс кедергісі термометрлерін қолданудың соңғы шегі 180 0 С температурамен шектеледі. Тұрақтылық пен сипаттамалардың қайталану мүмкіндігі бойынша мыс термисторлары платинадан төмен. Никель бөлме температурасының диапазонында өлшеу үшін қымбат емес сенсорларда қолданылады.

Жартылай өткізгіш термисторлар (термисторлар) қарсылықтың теріс немесе оң температуралық коэффициентіне ие, оның мәні 20 0 С кезінде (2 ... 8) * 10 -2 (0 С) -1, яғни. мыс пен платинадан үлкенірек шама тәртібі. Өте кішкентай өлшемдері бар жартылай өткізгіш термисторлар жоғары қарсылық мәндеріне ие (1 МΩ дейін). жартылай өткізгіш ретінде. Қолданылатын материал: металл оксидтері: КМТ типті жартылай өткізгіш термисторлар – кобальт пен марганец оксидтерінің қоспасы және ММТ – мыс пен марганец.

Жартылай өткізгішті температуралық датчиктер уақыт бойынша сипаттамалардың жоғары тұрақтылығына ие және температураны -100-ден 200 0 С-ге дейін өзгерту үшін қолданылады.

Термоэлектрлік түрлендіргіштер (термопарлар) - б Терможұптардың жұмыс істеу принципі термоэлектрлік әсерге негізделген, ол екі ұқсамайтын металдардың немесе жартылай өткізгіштердің түйісулері (түйісулері) арасындағы температура айырмашылығы болған жағдайда контурда термоэлектровоздық күш (қысқартылған термо-ЭҚК) деп аталатын электр қозғаушы күштің пайда болуы фактісінен тұрады. Белгілі бір температура диапазонында термо-ЭҚК температура айырмашылығына тура пропорционал деп болжауға болады∆Т\u003d T 1 - T 0 терможұптың түйісуі мен ұштары арасында.

Температурасы өлшенетін ортаға батырылған терможұптың өзара байланысқан ұштары термопардың жұмысшы ұшы деп аталады. Ішінде болатын аяқталады қоршаған орта, және әдетте өлшеу тізбегіне сымдар арқылы жалғанатындар бос ұштар деп аталады. Бұл ұштардың температурасы тұрақты болуы керек. Бұл жағдайда термо-ЭҚК E t тек температураға байланысты болады T1жұмыс соңы.

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

мұндағы С – термопар өткізгіштердің материалына байланысты коэффициент.

Терможұптармен жасалған ЭҚК салыстырмалы түрде аз: ол әрбір 100 0 С үшін 8 мВ-тан аспайды және әдетте абсолютті мәнде 70 мВ-тан аспайды. Термопарлар -200-ден 2200 0 С-қа дейінгі диапазондағы температураны өлшеуге мүмкіндік береді.

Термоэлектрлік түрлендіргіштерді жасау үшін платина, платина-родий, хромель және алюмель кеңінен қолданылады.

Терможұптарда келесілер бар артықшылықтар: өндірістің қарапайымдылығы және пайдаланудағы сенімділігі, төмен құны, болмауықуат көздері және кең температура диапазонында өлшеу мүмкіндігі.

Сонымен қатар, терможұптар да кейбір сипатталады кемшіліктер- термисторларға қарағанда өлшеу дәлдігінің төмендігі, айтарлықтай термиялық инерцияның болуы, бос ұштардың температурасына түзету енгізу қажеттілігі және арнайы қосу сымдарын пайдалану қажеттілігі.

Инфрақызыл сенсорлар (пирометрлер) - бетінің температурасын қашықтықта өлшеуге мүмкіндік беретін қыздырылған денелердің сәулелену энергиясын пайдалану. Пирометрлер радиация, жарықтық және түсті болып бөлінеді.

Радиациялық пирометрлер 20-дан 2500 0 С-қа дейінгі температураны өлшеу үшін қолданылады, ал құрылғы нақты объектінің интегралды сәулелену қарқындылығын өлшейді.

Жарықтық (оптикалық) пирометрлер 500-ден 4000 0 С-қа дейінгі температураны өлшеу үшін қолданылады.Олар зерттелетін объектінің жарықтылық спектрінің тар бөлігінде үлгілі эмитенттің (фотометриялық лампа) жарықтығымен салыстыруға негізделген.

Түс пирометрлері әдетте спектрдің қызыл немесе көк бөлігінде таңдалатын екі толқын ұзындығында сәулелену қарқындылығының қатынасын өлшеуге негізделген; олар 800 0 С аралығындағы температураны өлшеу үшін қолданылады.

Пирометрлер температураны өлшейді жету қиын жерлержәне қозғалатын заттардың температурасы, жоғары температураларбасқа сенсорлар енді жұмыс істемейтін жерде.

Температураны -80-ден 250 0 С-қа дейін өлшеу үшін кварц элементінің табиғи жиілігінің температураға тәуелділігін қолдана отырып, кварцтық термиялық түрлендіргіштер жиі қолданылады. Бұл сенсорлардың жұмысы түрлендіргіш жиілігінің температураға тәуелділігі мен түрлендіру функциясының сызықтылығы кварц кристалының осьтеріне қатысты кесіндінің бағытына байланысты өзгеретініне негізделген. Бұл сенсорлар сандық термометрлерде кеңінен қолданылады.

Пьезоэлектрлік сенсорлар

Пьезоэлектрлік датчиктердің әрекеті пьезоэлектрлік әсерді (пьезоэлектрлік эффект) қолдануға негізделген, ол кейбір кристалдар сығылған немесе созылған кезде олардың беттерінде электр зарядының пайда болуынан тұрады, оның шамасы әрекет ететін күшке пропорционал. күш.

Пьезоэлектрлік эффект қайтымды, яғни қолданылатын кернеу пьезоэлектрлік үлгінің деформациясын тудырады - оның қысылуы немесе кернеуінің белгісіне сәйкес созылуы. Кері пьезоэлектрлік эффект деп аталатын бұл құбылыс дыбыстық және ультрадыбыстық жиіліктердің акустикалық тербелістерін қоздыру және қабылдау үшін қолданылады.

Күштерді, қысымды, дірілді және т.б. өлшеу үшін қолданылады.

Оптикалық (фотоэлектрлік) сенсорлар

Айыру аналогтықЖәне дискреттіоптикалық сенсорлар. Аналогтық сенсорлар үшін шығыс сигналы қоршаған жарыққа пропорционалды түрде өзгереді. Қолданудың негізгі саласы - жарықтандыруды басқарудың автоматтандырылған жүйелері.

Дискретті типті сенсорлар жарықтандырудың белгіленген мәніне жеткенде шығыс күйін керісінше өзгертеді.

Фотоэлектрлік сенсорларды барлық дерлік салаларда қолдануға болады. Дискретті әрекет сенсорлары кез келген технологиялық желіде санау, анықтау, позициялау және басқа тапсырмалар үшін жақындық қосқыштарының бір түрі ретінде пайдаланылады.

, басқарылатын аймақтағы жарық ағынының өзгеруін тіркейді , механизмдер мен машиналардың кез келген қозғалатын бөліктерінің кеңістіктегі жағдайының өзгеруімен, заттардың болмауымен немесе болуымен байланысты. Үлкен сезгіш қашықтықтардың арқасында оптикалық жақындық сенсорлары өнеркәсіпте ғана емес, кең қолданыс тапты.

Оптикалық жақындық сенсоры екі функционалды блоктан тұрады, қабылдағыш және эмитент. Бұл түйіндерді бір корпуста да, әртүрлі корпуста да жасауға болады.

Объектіні анықтау әдісіне сәйкес фотоэлектрлік сенсорлар 4 топқа бөлінеді:

1) арқалықтың қиылысуы- бұл әдісте таратқыш пен қабылдағыш әртүрлі корпустарға бөлінген, бұл оларды жұмыс қашықтығында бір-біріне қарама-қарсы орнатуға мүмкіндік береді. Жұмыс принципі таратқыштың қабылдағыш қабылдайтын жарық сәулесін үнемі жіберуіне негізделген. Егер сенсордың жарық сигналы үшінші тарап объектісімен қабаттасу нәтижесінде тоқтаса, қабылдағыш шығыс күйін өзгерту арқылы дереу әрекет етеді.

2) рефлектордан шағылу- бұл әдісте сенсордың қабылдағышы мен таратқышы бір корпуста болады. Датчикке қарама-қарсы рефлектор (рефлектор) орнатылған. Рефлекторлық сенсорлар поляризациялық сүзгінің арқасында олар шағылыстырғыштан ғана қабылдайтын етіп жасалған. Бұл қос шағылыстыру принципі бойынша жұмыс істейтін рефлекторлар. Сәйкес рефлекторды таңдау қажетті қашықтық пен орнату мүмкіндіктерімен анықталады.

Таратқыш жіберген жарық сигналы рефлектордан шағылысып, сенсор қабылдағышына түседі. Егер жарық сигналы тоқтаса, қабылдағыш шығыс күйін өзгерту арқылы дереу жауап береді.

3) заттан шағылысу- бұл әдісте сенсордың қабылдағышы мен таратқышы бір корпуста болады. Датчиктің жұмыс күйі кезінде оның жұмыс аймағына түсетін барлық заттар рефлекторлардың бір түріне айналады. Объектіден шағылысқан жарық сәулесі сенсор қабылдағышқа түскен бойда ол шығыс күйін өзгерту арқылы бірден әрекет етеді.

4) қозғалмайтын объектінің шағылысуы - сенсордың жұмыс принципі «нысаннан шағылысу» принципімен бірдей, бірақ объектіге реттеуден ауытқуларға сезімтал. Мысалы, айран бөтелкесінің ісінген тығынын, вакуумдық пакеттің өнімдермен толық толтырылмауын және т.б.

Мақсаты бойынша фото датчиктер екі негізгі топқа бөлінеді: жалпы қолдануға арналған сенсорлар және арнайы сенсорлар. Арнайы сенсорларға тапсырмалардың неғұрлым тар ауқымын шешуге арналған сенсорлардың түрлері кіреді. Мысалы, объектідегі түс белгісін анықтау, қарама-қарсы шекараны анықтау, мөлдір қаптамада белгінің болуы және т.б.

Сенсордың міндеті - қашықтықтан объектіні анықтау. Бұл қашықтық таңдалған сенсор түріне және анықтау әдісіне байланысты 0,3 мм-50 м аралығында өзгереді.

Микротолқынды пештің сенсорлары

Түймелік релелік консольдер микропроцессорлық автоматты басқару жүйелерімен ауыстырылады технологиялық процесс(APCS) ең жоғары өнімділік пен сенімділік, сенсорлар сандық байланыс интерфейстерімен жабдықталған, бірақ бұл әрқашан жүйенің жалпы сенімділігі мен оның жұмысының сенімділігінің жоғарылауына әкелмейді. Себебі, көпшіліктің жұмыс істеу принциптерінің өзі белгілі түрлерісенсорлар оларды қолдануға болатын жағдайларға қатаң шектеулер қояды.

Мысалы, өнеркәсіптік механизмдердің жылдамдығын бақылау үшін жанаспайтын (сыйымдылық және индуктивті), сондай-ақ тахогенератор жылдамдығын реттеу құрылғылары (УКС) кеңінен қолданылады. Тахогенератор УКС қозғалатын объектімен механикалық байланысы бар, ал жанаспайтын құрылғылардың сезімталдық аймағы бірнеше сантиметрден аспайды.

Мұның бәрі сенсорларды орнату кезінде қолайсыздықты тудырып қана қоймайды, сонымен қатар бұл құрылғыларды жұмыс беттеріне жабысып, жалған дабылдарды тудыратын шаң жағдайында пайдалануды айтарлықтай қиындатады. Сенсорлардың аталған түрлері объектіні тікелей басқаруға қабілетсіз (мысалы, конвейер таспасы) – олар роликтердің, дөңгелектердің, керме барабандарының және т.б. қозғалысына бапталған. Кейбір құрылғылардың шығыс сигналдары соншалықты әлсіз, олар қуатты электр машиналарының жұмысынан өндірістік кедергі деңгейінен төмен.

Дәстүрлі деңгейдегі детекторларды - көлемді өнімнің болуы үшін сенсорларды пайдалану кезінде ұқсас қиындықтар туындайды. Мұндай құрылғылар өндірістік резервуарларға шикізатты жеткізуді уақтылы тоқтату үшін қажет. Жалған дабыл тек жабысу мен шаңнан ғана емес, сонымен қатар бункерге кірген кезде өнім ағынына тиюден де туындайды. Жылытылмаған бөлмелерде сенсорлардың жұмысына қоршаған ортаның температурасы әсер етеді. Жалған дабылдар жүктің жиі тоқтап, басталуына әкеледі технологиялық жабдықтар- оның аварияларының негізгі себебі, бітелуге, конвейерлердің сынуына, өрт және жарылыс қаупінің туындауына әкеледі.

Бұл проблемалар бірнеше жыл бұрын құрылғылардың түбегейлі жаңа түрлерін - жылдамдықты басқаруға арналған радар датчиктерін, қозғалысты және кері су датчиктерін жасауға әкелді, олардың жұмысы басқарылатын объектінің шамамен 10 жиіліктегі радиосигналмен өзара әрекеттесуіне негізделген. 10 Гц.

Технологиялық жабдықтың күйін бақылау үшін микротолқынды әдістерді қолдану дәстүрлі датчик түрлерінің кемшіліктерінен толығымен құтылуға мүмкіндік береді.

Айырықша ерекшеліктерібұл құрылғылар:

Объектімен (қоршаған ортамен) механикалық және электрлік байланыстың болмауы, сенсордан объектіге дейінгі қашықтық бірнеше метр болуы мүмкін;

Объектіні тікелей басқару (конвейер лентасы, шынжыр) және олардың жетектерін, керме барабандарын және т.б.;

Төмен қуат тұтыну;

Ұзақ жұмыс қашықтығына байланысты өнімнің жабысуына сезімталдық;

Жоғары шуға төзімділік және әрекеттің бағыты;

Бүкіл қызмет ету мерзіміне бір реттік реттеу;

Жоғары сенімділік, қауіпсіздік, иондаушы сәулеленудің болмауы.

Датчиктің жұмыс істеу принципі қозғалатын объектіден шағылысқан радиосигнал жиілігінің өзгеруіне негізделген. Бұл құбылыс ( «Доплер эффектісі») жылдамдықты қашықтықтан өлшеуге арналған радиолокациялық жүйелерде кеңінен қолданылады. Қозғалыстағы нысан микротолқынды қабылдағыш модулінің шығысында электрлік сигналдың пайда болуына әкеледі.

Сигнал деңгейі шағылыстыратын объектінің қасиеттеріне байланысты болғандықтан, қозғалыс датчиктері ашық контур (таспа), конвейер лентасында кез келген заттардың немесе материалдардың болуы туралы сигнал беру үшін пайдаланылуы мүмкін. Таспаның беті тегіс және шағылыстыру қабілеті төмен. Өнім конвейердің жұмыс тармағының үстінде орнатылған сенсордың жанынан қозғала бастағанда, шағылысу коэффициентін жоғарылатады, құрылғы қозғалыс туралы сигнал береді, яғни таспа бос емес. Шығу импульсінің ұзақтығы бойынша айтарлықтай қашықтыққа жылжытылатын объектілердің өлшемін бағалауға, таңдау жасауға және т.б.

Кез келген ыдысты (бункерден білікке дейін) толтыру қажет болса, толтырудың аяқталу сәтін дәл анықтауға болады - белгілі бір тереңдікке түсірілген сенсор толтырғыштың қозғалысын ол толтырылғанға дейін көрсетеді.

Нақты мысалдарМикротолқынды қозғалыс сенсорларын әртүрлі салаларда қолдану оның ерекшеліктерімен анықталады, бірақ тұтастай алғанда олар жабдықтың ақаусыз жұмысының кең ауқымды мәселелерін шешуге және автоматтандырылған басқару жүйелерінің ақпараттық мазмұнын арттыруға қабілетті.

Пайдаланылған көздер тізімі

1) Е.М. Гордин, Ю.Ш. Митник, В.А. Тарлин

Автоматтандыру және есептеуіш техника негіздері

Мәскеу «Инженерия», 1978 ж

2) Густав Ольсон, Джангидо Пиани

Сандық автоматтандыру және басқару жүйелері

Санкт-Петербург: Невский диалектісі, 2001 ж

3) В.В.Сазонов Орындау бойынша әдістемелік нұсқаулар зертханалық жұмыс

«Реостатикалық сызықтық орын ауыстыру сенсорын зерттеу»

4) Чугайнов Н.Г. Реферат «Температура сенсоры», Красноярск 2003 ж

5) Федосов А.В. Аннотация «Жылдамдық сенсорлары» - Мәскеу 2003 ж.

6) Д.Н.Шестаков, «ПромРадар» жауапкершілігі шектеулі серіктестігінің бас директоры

Өнеркәсіптік қолданбаларға арналған микротолқынды сенсорлар

7) «Модерн электроника» журналы 6, 2006 ж

8) «Сенсор» кәсіпорнының каталогы

9) OMRON компоненттері / Фотоэлектрлік сенсорлар