Klasyfikacja czujników i ich przeznaczenie. Czujniki bezdotykowe: przegląd, zasada działania, przeznaczenie. Przełącznik dotykowy Jakie są dwie zasady działania wszystkich czujników

Klasyfikacja czujników, podstawowe wymagania dla nich

Automatyzacja różnych procesów technologicznych, efektywne sterowanie różnymi zespołami, maszynami, mechanizmami wymaga licznych pomiarów różnorodnych wielkości fizyczne.

Czujniki(w literaturze często nazywane także przetwornikami pomiarowymi), czyli innymi słowy, czujniki są elementami wielu systemów automatyki – za ich pomocą otrzymują informację o parametrach sterowanego układu lub urządzenia.

Czujnik - jest to element urządzenia pomiarowego, sygnalizacyjnego, regulującego lub sterującego, przetwarzający wielkość kontrolowaną (temperatura, ciśnienie, częstotliwość, światłość, napięcie elektryczne, prąd itp.) na sygnał dogodny do pomiaru, transmisji, przechowywania, przetwarzania , rejestrację, a czasem także wpływ na kontrolowane procesy. Albo łatwiej czujnik to urządzenie, które przekształca działanie wejściowe dowolnej wielkości fizycznej na sygnał wygodny do dalszego wykorzystania.

Zastosowane czujniki są bardzo różnorodne i mogą być sklasyfikowane według różnych kryteriów:

W zależności od rodzaju wprowadzonej (mierzonej) ilości rozróżniamy: czujniki przemieszczeń mechanicznych (liniowych i kątowych), pneumatyczne, elektryczne, przepływomierze, czujniki prędkości, przyspieszenia, siły, temperatury, ciśnienia itp.

Obecnie w przemyśle występuje w przybliżeniu następujący rozkład proporcji pomiarów różnych wielkości fizycznych: temperatura - 50%, przepływ (masa i objętość) - 15%, ciśnienie - 10%, poziom - 5%, ilość (masa, objętość) ) - 5%, czas - 4%, wielkości elektryczne i magnetyczne - niecałe 4%.

Według rodzaju wartości wyjściowej, na którą konwertowana jest wartość wejściowa , wyróżnić nieelektryczne I elektryczny: czujniki prądu stałego (EMF lub napięcie), czujniki amplitudy AC (EMF lub napięcie), czujniki częstotliwości AC (EMF lub napięcie), czujniki rezystancji (aktywne, indukcyjne lub pojemnościowe) itp.

Większość czujników jest elektryczna. Wynika to z następujących zalet pomiarów elektrycznych:

Wygodne jest przesyłanie wielkości elektrycznych na odległość, a transmisja odbywa się z dużą prędkością;

Wielkości elektryczne są uniwersalne w tym sensie, że dowolne inne wielkości można przekształcić w wielkości elektryczne i odwrotnie;

Są one dokładnie przetwarzane na kod cyfrowy i umożliwiają osiągnięcie dużej dokładności, czułości i szybkości przyrządów pomiarowych.

Zgodnie z zasadą działania Czujniki można podzielić na dwie klasy: generowanie I parametryczny(czujniki-modulatory). Czujniki generatora dokonują bezpośredniej konwersji wartości wejściowej na sygnał elektryczny.

Czujniki parametryczne przekształcają wartość wejściową na zmianę jakiegoś parametru elektrycznego ( R, L lub C) czujnika.

Zgodnie z zasadą działania Czujniki można również podzielić na omowe, reostatyczne, fotoelektryczne (optoelektroniczne), indukcyjne, pojemnościowe itp.

Istnieją trzy klasy czujników:

Czujniki analogowe, czyli czujniki wytwarzające sygnał analogowy proporcjonalnie do zmiany wartości wejściowej;

Czujniki cyfrowe generujące ciąg impulsów lub słowo binarne;

Czujniki binarne (binarne), które generują sygnał tylko o dwóch poziomach: „włączony / wyłączony” (innymi słowy 0 lub 1); są powszechnie stosowane ze względu na swoją prostotę.

Wymagania dotyczące czujników :

Jednoznaczna zależność wartości wyjściowej od wartości wejściowej;

Stabilność cech w czasie;

Wysoka czułość;

Mały rozmiar i waga;

Brak informacji zwrotnej na temat kontrolowanego procesu i kontrolowanego parametru;

Praca w różnych warunkach eksploatacyjnych;

- różne opcje instalacja.

Czujniki parametryczne (modulatory czujników) wartość wejściowa X przekształca się w zmianę jakiegoś parametru elektrycznego ( R, L lub C ) czujnik. Niemożliwe jest przesłanie zmiany wymienionych parametrów czujnika bez sygnału przenoszącego energię (napięcie lub prąd) na odległość. Zmianę odpowiedniego parametru czujnika można wykryć jedynie poprzez reakcję czujnika na prąd lub napięcie, ponieważ wymienione parametry charakteryzują tę reakcję. Dlatego czujniki parametryczne wymagają stosowania specjalnych obwodów pomiarowych zasilanych prądem stałym lub przemiennym.

Czujniki omowe (rezystancyjne). - zasada działania polega na zmianie ich rezystancji czynnej wraz ze zmianą długości l, powierzchnia przekroju Slub oporność P:

R= pl /S

Dodatkowo wykorzystuje się zależność wartości rezystancji czynnej od docisku i oświetlenia fotokomórek. Zgodnie z tym czujniki omowe dzielą się na: stykowy, potencjometryczny (reostatyczny), odporny na odkształcenia, termistor, fotorezystor.

Czujniki kontaktowe - Ten najprostsza forma czujniki rezystorowe, które przekształcają ruch elementu pierwotnego w skok oporu obwód elektryczny. Za pomocą czujników kontaktowych mierzą i kontrolują siły, przemieszczenia, temperaturę, rozmiary obiektów, kontrolują ich kształt itp. Do czujników kontaktowych zalicza się podróż I Wyłączniki krańcowe, termometry kontaktowe i tzw czujniki elektrodowe, używany głównie do pomiaru granicznych poziomów cieczy przewodzących prąd elektryczny.

Czujniki kontaktowe mogą pracować zarówno na prądzie stałym, jak i przemiennym. W zależności od granic pomiarowych czujniki kontaktowe mogą być jedno- i wielograniczne. Te ostatnie służą do pomiaru wielkości, które znacznie różnią się od części rezystora R, zawarte w obwodzie elektrycznym, są zwarte szeregowo.

Wadą czujników stykowych jest trudność w ciągłym monitorowaniu i ograniczona żywotność układu stykowego. Jednak ze względu na wyjątkową prostotę tych czujników są one szeroko stosowane w systemach automatyki.

Czujniki reostatyczne są rezystorem o zmiennej rezystancji. Wartością wejściową czujnika jest ruch styku, a wartością wyjściową zmiana jego rezystancji. Ruchomy styk połączony jest mechanicznie z obiektem, którego przemieszczenie (kątowe lub liniowe) ma zostać przekształcone.

Najbardziej rozpowszechniony jest obwód potencjometryczny do włączania czujnika reostatu, w którym reostat jest włączany zgodnie z obwodem dzielnika napięcia. Przypomnijmy, że dzielnik napięcia to urządzenie elektryczne służące do dzielenia napięcia stałego lub przemiennego na części; dzielnik napięcia pozwala na usunięcie (wykorzystanie) tylko części dostępnego napięcia poprzez elementy obwodu elektrycznego składającego się z rezystorów, kondensatorów lub cewek. Rezystor zmienny podłączony zgodnie z obwodem dzielnika napięcia nazywany jest potencjometrem.

Zazwyczaj czujniki reostatu są stosowane w układach mechanicznych urządzenia pomiarowe do przeliczania ich odczytów na wielkości elektryczne (prąd lub napięcie), na przykład w pływakowych miernikach poziomu cieczy, różnych manometrach itp.

Czujnik w postaci prostego reostatu prawie nigdy nie jest stosowany ze względu na znaczną nieliniowość jego charakterystyki statycznej. I n \u003d f (x), gdzie I n- Wczytaj obecną.

Wartością wyjściową takiego czujnika jest spadek napięcia Wychodzisz pomiędzy stykami ruchomymi a jednym ze styków stałych. Zależność napięcia wyjściowego od przemieszczenia x styku Wychodzisz \u003d f(x) odpowiada prawu zmiany rezystancji wzdłuż potencjometru. Prawo rozkładu rezystancji na długości potencjometru, określone przez jego konstrukcję, może być liniowe lub nieliniowe.

Czujniki potencjometryczne, które są rezystorami zmiennymi strukturalnie, wykonane są z różnych materiałów - drutu uzwojenia, folii metalowych, półprzewodników itp.

Tensometry (tensometry) służą do pomiaru naprężeń mechanicznych, małych odkształceń, wibracji. Działanie tensometrów opiera się na efekcie tensorowym, który polega na zmianie rezystancji czynnej materiałów przewodzących i półprzewodnikowych pod wpływem przyłożonych do nich sił.

Czujniki termometryczne (termistory) - rezystancja zależna od temperatury. Termistory jako czujniki wykorzystuje się na dwa sposoby:

1) Temperatura termistora zależy od środowiska; prąd przepływający przez termistor jest tak mały, że nie nagrzewa termistora. W tych warunkach termistor służy jako czujnik temperatury i często nazywany jest „termometrem oporowym”.

2) Temperatura termistora zależy od stopnia nagrzania przez stały prąd i warunki chłodzenia. W tym przypadku ustalona temperatura jest określana na podstawie warunków wymiany ciepła przez powierzchnię termistora (prędkość otoczenia - gazu lub cieczy - względem termistora, jego gęstość, lepkość i temperatura), dzięki czemu termistor może być stosowany jako czujnik prędkości przepływu, przewodności cieplnej otoczenia, gęstości gazu itp. W czujnikach tego typu następuje niejako dwustopniowa transformacja: zmierzona wartość jest najpierw przekształcana na zmianę temperatury termistora, która następnie przekształca się w zmianę oporu.

Termistory wykonane są zarówno z czystych metali, jak i półprzewodników.Materiał, z którego wykonane są takie czujniki, musi charakteryzować się wysokim temperaturowym współczynnikiem rezystancji, w miarę możliwości liniową zależnością rezystancji od temperatury, dobrą powtarzalnością właściwości oraz obojętnością na wpływy środowiska. W największym stopniu platyna spełnia wszystkie te właściwości; w nieco mniejszym - miedź i nikiel.

W porównaniu do termistorów metalowych, termistory półprzewodnikowe (termistory) mają wyższą czułość.

Czujniki indukcyjne służą do bezdotykowego uzyskiwania informacji o ruchach korpusów roboczych maszyn, mechanizmów, robotów itp. i przekształcanie tej informacji na sygnał elektryczny.

Zasada działania czujnika indukcyjnego opiera się na zmianie indukcyjności uzwojenia w obwodzie magnetycznym w zależności od położenia poszczególnych elementów obwodu magnetycznego (zworka, rdzeń itp.). W takich czujnikach ruch liniowy lub kątowy X(wielkość wejściowa) jest przekształcana na zmianę indukcyjności ( L) czujnik. Służą do pomiaru przemieszczeń kątowych i liniowych, odkształceń, kontroli wymiarów itp.

W najprostszym przypadku czujnik indukcyjny to cewka indukcyjna z obwodem magnetycznym, którego ruchomy element (twornik) porusza się pod wpływem mierzonej wartości.

Czujnik indukcyjny rozpoznaje i odpowiednio reaguje na wszystkie obiekty przewodzące. Czujnik indukcyjny jest bezkontaktowy, nie wymaga działania mechanicznego, działa bezdotykowo poprzez zmianę pola elektromagnetycznego.

Zalety

- brak zużycia mechanicznego, brak uszkodzeń styków

- brak odbić kontaktu i fałszywych alarmów

- wysoka częstotliwość przełączania do 3000 Hz

- odporny na naprężenia mechaniczne

Wady - stosunkowo mała czułość, zależność rezystancji indukcyjnej od częstotliwości napięcia zasilającego, znaczne sprzężenie zwrotne czujnika od wartości mierzonej (ze względu na przyciąganie twornika do rdzenia).

Czujniki pojemnościowe - zasada działania opiera się na zależności pojemności elektrycznej kondensatora od wymiarów, względnego położenia jego płytek i stałej dielektrycznej ośrodka między nimi.

W przypadku kondensatora płaskiego z dwiema płytkami pojemność elektryczną określa się za pomocą wyrażenia:

C \u003d e 0 e S /H

Gdzie mi 0- stała dielektryczna; mi- przenikalność względna ośrodka pomiędzy płytami; S- obszar aktywny płytek; Hjest odległością pomiędzy płytkami kondensatora.

Zależności C(S) I C(H) służy do przekształcania ruchów mechanicznych na zmianę pojemności.

Czujniki pojemnościowe, a także indukcyjne zasilane są napięciem przemiennym (zwykle o podwyższonej częstotliwości - do kilkudziesięciu megaherców). Jako obwody pomiarowe stosuje się zwykle obwody mostkowe i obwody wykorzystujące obwody rezonansowe. W tym drugim przypadku z reguły wykorzystuje się zależność częstotliwości oscylacji generatora od pojemności obwodu rezonansowego, tj. czujnik ma wyjście częstotliwościowe.

Zaletami czujników pojemnościowych są prostota, wysoka czułość i mała bezwładność. Wady - wpływ zewnętrznych pól elektrycznych, względna złożoność urządzeń pomiarowych.

Czujniki pojemnościowe służą do pomiaru przemieszczeń kątowych, bardzo małych przemieszczeń liniowych, drgań, prędkości ruchu itp., a także do odtwarzania określonych funkcji (harmonicznych, piłokształtnych, prostokątnych itp.).

Przetworniki pojemnościowe, przenikalność elektrycznami które zmieniają się pod wpływem ruchu, odkształcenia lub zmiany składu dielektryka, stosowane są jako czujniki poziomu cieczy nieprzewodzących, materiałów sypkich i proszkowych, grubości warstwy materiałów nieprzewodzących (mierniki grubości), a także monitorowanie wilgotności i składu substancji.

Czujniki - Generatory

Czujniki generatora przeprowadzić bezpośrednią konwersję wartości wejściowej X na sygnał elektryczny. Czujniki takie natychmiast przetwarzają energię źródła wielkości wejściowej (mierzonej) na sygnał elektryczny, tj. są one niejako generatorami prądu elektrycznego (stąd nazwa takich czujników – generują one sygnał elektryczny).

Dodatkowe źródła zasilania do działania takich czujników w zasadzie nie są wymagane (niemniej jednak może być wymagana dodatkowa moc w celu wzmocnienia sygnału wyjściowego czujnika, przekształcenia go na inne typy sygnałów i do innych celów). Generatory to czujniki termoelektryczne, piezoelektryczne, indukcyjne, fotoelektryczne i wiele innych typów.

Czujniki indukcyjne zmierzona wielkość nieelektryczna jest przeliczana na pole elektromagnetyczne indukcji. Zasada działania czujników opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej. Do czujników tych zaliczają się tachogeneratory prądu stałego i przemiennego, będące małymi generatorami maszyn elektrycznych, w których napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do prędkości kątowej obrotu wału generatora. Jako czujniki stosowane są tachogeneratory prędkość kątowa.

Tachogenerator to maszyna elektryczna pracująca w trybie generatora. W tym przypadku wygenerowane pole elektromagnetyczne jest proporcjonalne do prędkości obrotowej i wielkości strumienia magnetycznego. Ponadto wraz ze zmianą prędkości obrotowej zmienia się również częstotliwość pola elektromagnetycznego. Stosowane są jako czujniki prędkości (prędkości).

czujniki temperatury. W nowoczesnym produkcja przemysłowa najczęstsze są pomiary temperatury (przykładowo w średniej wielkości elektrowni jądrowej jest około 1500 punktów, w których dokonuje się takich pomiarów, a w dużym przedsiębiorstwie przemysłu chemicznego jest ich ponad 20 tysięcy). Szeroki zakres mierzonych temperatur, różnorodność warunków stosowania przyrządów pomiarowych oraz stawiane im wymagania determinują różnorodność stosowanych przyrządów do pomiaru temperatury.

Jeśli weźmiemy pod uwagę czujniki temperatury do zastosowań przemysłowych, możemy wyróżnić ich główne klasy: krzemowe czujniki temperatury, czujniki bimetaliczne, czujniki cieczy i termometry gazowe, wskaźniki termiczne, termistory, termopary, termopary rezystancyjne, czujniki podczerwieni.

Czujniki temperatury krzemowe wykorzystaj zależność rezystancji krzemu półprzewodnikowego od temperatury. Zakres mierzonych temperatur wynosi -50…+150 0 C . Stosowane są głównie do pomiaru temperatury wewnątrz urządzeń elektronicznych.

Czujnik bimetaliczny wykonany z dwóch różnych, metalowych płytek połączonych ze sobą. Różne metale mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. Jeśli metale połączone z płytką zostaną podgrzane lub ochłodzone, wówczas ugnie się ona podczas zamykania (otwierania) styków elektrycznych lub przesuwania strzałki wskaźnika. Zakres pracy czujników bimetalicznych -40…+550 0 C. Służy do pomiaru powierzchni ciała stałe i temperatury cieczy. Główne obszary zastosowań to przemysł motoryzacyjny, systemy grzewcze i podgrzewania wody.

Wskaźniki termiczne - Są to specjalne substancje, które zmieniają kolor pod wpływem temperatury. Zmiana koloru może być odwracalna lub nieodwracalna. Produkowane są w formie filmów.

Rezystancyjne przetworniki termiczne

Zasada działania termopar rezystancyjnych (termistorów) opiera się na zmianie rezystancji elektrycznej przewodników i półprzewodników w zależności od temperatury (omówione wcześniej).

Termistory platynowe przeznaczone są do pomiaru temperatur w zakresie od -260 do 1100 0 C. W praktyce szeroko stosowane są tańsze termistory miedziane, które charakteryzują się liniową zależnością rezystancji od temperatury.

Wadą miedzi jest jej niska rezystywność i łatwe utlenianie w wysokich temperaturach, w wyniku czego ostateczna granica stosowania miedzianych termometrów oporowych ogranicza się do temperatury 180 0 C. Pod względem stabilności i powtarzalności charakterystyk termistory miedziane są gorsze od termistorów platynowych. Nikiel stosowany jest w niedrogich czujnikach do pomiarów w zakresie temperatur pokojowych.

Termistory półprzewodnikowe (termistory) mają ujemny lub dodatni współczynnik temperaturowy rezystancji, którego wartość przy 20 0 C wynosi (2 ... 8) * 10 -2 (0 C) -1, tj. o rząd wielkości większy niż w przypadku miedzi i platyny. Termistory półprzewodnikowe o bardzo małych rozmiarach mają wysokie wartości rezystancji (do 1 MΩ). jako półprzewodnik. Zastosowanym materiałem są tlenki metali: termistory półprzewodnikowe typu KMT – mieszanina tlenków kobaltu i manganu oraz MMT – miedzi i manganu.

Półprzewodnikowe czujniki temperatury mają wysoką stabilność charakterystyki w czasie i służą do zmiany temperatur w zakresie od -100 do 200 0 С.

Przetworniki termoelektryczne (termopary) – s. 23 Zasada działania termopar opiera się na efekcie termoelektrycznym, polega to na tym, że w obecności różnicy temperatur pomiędzy złączami (połączeniami) dwóch różnych metali lub półprzewodników w obwodzie powstaje siła elektromotoryczna, zwana siłą termoelektromotoryczną (w skrócie termo-EMF). W pewnym zakresie temperatur możemy założyć, że termo-EMF jest wprost proporcjonalne do różnicy temperatur∆T\u003d T 1 - T 0 między złączem a końcami termopary.

Połączone ze sobą końce termopary zanurzone w ośrodku, którego temperatura jest mierzona, nazywane są końcem roboczym termopary. Końce, które są środowisko i które są zwykle połączone przewodami z obwodem pomiarowym, nazywane są wolnymi końcami. Temperatura tych końcówek musi być utrzymywana na stałym poziomie. W tych warunkach termo-EMF E t będzie zależeć tylko od temperatury T1koniec roboczy.

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

gdzie C jest współczynnikiem zależnym od materiału przewodów termopary.

Pole elektromagnetyczne wytwarzane przez termopary jest stosunkowo małe: nie przekracza 8 mV na każde 100 0 C i zwykle nie przekracza 70 mV w wartości bezwzględnej. Termopary umożliwiają pomiar temperatury w zakresie od -200 do 2200 0 С.

Platyna, platyna-rod, chromel i alumel są najczęściej stosowane do produkcji przetworników termoelektrycznych.

Termopary mają następujące cechy zalety: łatwość produkcji i niezawodność działania, niski koszt, brakzasilaczy i możliwość pomiaru w szerokim zakresie temperatur.

Oprócz tego termopary charakteryzują się również niektórymi wady- mniejsza dokładność pomiaru niż w przypadku termistorów, obecność znacznej bezwładności cieplnej, konieczność wprowadzenia poprawki na temperaturę wolnych końcówek oraz konieczność stosowania specjalnych przewodów połączeniowych.

Czujniki podczerwieni (pirometry) - wykorzystują energię promieniowania nagrzanych ciał, co pozwala na pomiar temperatury powierzchni na odległość. Pirometry dzielą się na promieniowanie, jasność i kolor.

Pirometry radiacyjne służą do pomiaru temperatur w zakresie od 20 do 2500 0 C, a urządzenie mierzy całkowe natężenie promieniowania obiektu rzeczywistego.

Pirometry jasnościowe (optyczne) służą do pomiaru temperatur od 500 do 4000 0 C. Polegają na porównaniu w wąskiej części widma jasności badanego obiektu z jasnością przykładowego emitera (lampy fotometrycznej).

Pirometry kolorowe polegają na pomiarze stosunku natężeń promieniowania przy dwóch długościach fal, zwykle wybranych w czerwonej lub niebieskiej części widma; służą do pomiaru temperatur w zakresie 800 0 C.

Pirometry mierzą temperaturę w trudno dostępnych miejsc i temperatura poruszających się obiektów, wysokie temperatury gdzie inne czujniki już nie działają.

Do pomiaru temperatur od -80 do 250 0 С często stosuje się tak zwane kwarcowe przetworniki termiczne, wykorzystujące zależność częstotliwości własnej elementu kwarcowego od temperatury. Działanie tych czujników opiera się na fakcie, że zależność częstotliwości przetwornika od temperatury oraz liniowość funkcji konwersji zmieniają się w zależności od orientacji cięcia względem osi kryształu kwarcu. Czujniki te są szeroko stosowane w termometrach cyfrowych.

Czujniki piezoelektryczne

Działanie czujników piezoelektrycznych opiera się na wykorzystaniu efektu piezoelektrycznego (efektu piezoelektrycznego), który polega na tym, że podczas ściskania lub rozciągania niektórych kryształów na ich powierzchniach pojawia się ładunek elektryczny, którego wielkość jest proporcjonalna do działającego siła.

Efekt piezoelektryczny jest odwracalny, tzn. przyłożone napięcie powoduje odkształcenie próbki piezoelektrycznej – jej ściskanie lub rozciąganie, zgodnie ze znakiem przyłożonego napięcia. Zjawisko to, zwane odwrotnym efektem piezoelektrycznym, służy do wzbudzania i odbierania drgań akustycznych o częstotliwościach dźwiękowych i ultradźwiękowych.

Służy do pomiaru sił, ciśnienia, wibracji itp.

Czujniki optyczne (fotoelektryczne).

Wyróżnić analog I oddzielny czujniki optyczne. W przypadku czujników analogowych sygnał wyjściowy zmienia się proporcjonalnie do oświetlenia otoczenia. Głównym obszarem zastosowania są zautomatyzowane systemy sterowania oświetleniem.

Czujniki typu dyskretnego zmieniają stan wyjścia na przeciwny po osiągnięciu zadanej wartości oświetlenia.

Czujniki fotoelektryczne znajdują zastosowanie niemal w każdej gałęzi przemysłu. Czujniki o działaniu dyskretnym stosowane są jako swego rodzaju wyłączniki zbliżeniowe do zliczania, detekcji, pozycjonowania i innych zadań na dowolnej linii technologicznej.

, rejestruje zmianę strumienia świetlnego w kontrolowanym obszarze , związane ze zmianą położenia w przestrzeni wszelkich ruchomych części mechanizmów i maszyn, brakiem lub obecnością obiektów. Dzięki dużym odległościom wykrywania optyczne czujniki zbliżeniowe znalazła szerokie zastosowanie w przemyśle i nie tylko.

Optyczny czujnik zbliżeniowy składa się z dwóch jednostek funkcjonalnych, odbiornika i emitera. Węzły te mogą być wykonane zarówno w tej samej obudowie, jak i w różnych obudowach.

Zgodnie z metodą wykrywania obiektów czujniki fotoelektryczne dzielą się na 4 grupy:

1) przejście belki- w tej metodzie nadajnik i odbiornik rozdzielone są w różne obudowy, co pozwala na ich montaż naprzeciw siebie w odległości roboczej. Zasada działania opiera się na tym, że nadajnik w sposób ciągły wysyła wiązkę światła, która jest odbierana przez odbiornik. Jeżeli sygnał świetlny czujnika ustanie w wyniku nałożenia na niego obiektu obcego, odbiornik natychmiast reaguje zmianą stanu wyjścia.

2) odbicie od reflektora- w tej metodzie odbiornik i nadajnik czujnika znajdują się w tej samej obudowie. Odbłyśnik (odbłyśnik) jest zainstalowany naprzeciwko czujnika. Czujniki reflektorowe są zaprojektowane w taki sposób, że dzięki filtrowi polaryzacyjnemu odbierają odbicie tylko od reflektora. Są to reflektory działające na zasadzie podwójnego odbicia. Wybór odpowiedniego odbłyśnika zależy od wymaganej odległości i możliwości montażu.

Sygnał świetlny wysyłany przez nadajnik odbija się od reflektora i trafia do czujnika-odbiornika. Jeżeli sygnał świetlny ustanie, odbiornik natychmiast reaguje zmianą stanu wyjścia.

3) odbicie od obiektu- w tej metodzie odbiornik i nadajnik czujnika znajdują się w tej samej obudowie. W czasie pracy czujnika wszystkie przedmioty wpadające w jego obszar roboczy stają się swego rodzaju reflektorami. Gdy tylko wiązka światła odbita od obiektu trafi do odbiornika czujnika, natychmiast reaguje on zmianą stanu wyjścia.

4) stałe odbicie obiektu - zasada działania czujnika jest taka sama jak w przypadku „odbicia od obiektu” lecz jest bardziej czuła na odchylenia od dopasowania do obiektu. Na przykład można wykryć spęczniały korek na butelce kefiru, niepełne napełnienie opakowania próżniowego produktami itp.

Ze względu na przeznaczenie fotokomórki dzielą się na dwie główne grupy: czujniki ogólnego zastosowania i czujniki specjalne. Czujniki specjalne obejmują typy czujników zaprojektowanych do rozwiązywania węższego zakresu zadań. Na przykład wykrycie kolorowego znaku na przedmiocie, wykrycie kontrastującej krawędzi, obecność etykiety na przezroczystym opakowaniu itp.

Zadaniem czujnika jest wykrycie obiektu z dużej odległości. Odległość ta waha się od 0,3 mm do 50 m, w zależności od wybranego typu czujnika i metody wykrywania.

Czujniki mikrofalowe

Konsole z przekaźnikami przyciskowymi są zastępowane przez mikroprocesorowe systemy automatycznego sterowania proces technologiczny(APS) o najwyższych parametrach i niezawodności, czujniki wyposażane są w cyfrowe interfejsy komunikacyjne, jednak nie zawsze prowadzi to do wzrostu ogólnej niezawodności systemu i niezawodności jego działania. Powodem są same zasady działania większości znane typy czujniki nakładają surowe ograniczenia na warunki, w jakich można je stosować.

Na przykład bezdotykowe (pojemnościowe i indukcyjne), a także urządzenia do kontroli prędkości tachogeneratora (UKS) są szeroko stosowane do monitorowania prędkości mechanizmów przemysłowych. Tachogenerator UKS posiada mechaniczne połączenie z poruszającym się obiektem, a strefa czułości urządzeń bezdotykowych nie przekracza kilku centymetrów.

Wszystko to nie tylko stwarza niedogodności podczas instalacji czujników, ale także znacznie komplikuje użytkowanie tych urządzeń w warunkach pyłu przyklejającego się do powierzchni roboczych, powodując fałszywe alarmy. Wymienione typy czujników nie mają możliwości bezpośredniego sterowania obiektem (np. przenośnikiem taśmowym) - są dostrojone do ruchu rolek, wirników, bębnów napinających itp. Sygnały wyjściowe niektórych urządzeń są na tyle słabe, że nie działają poniżej poziomu zakłóceń przemysłowych powodowanych pracą maszyn elektrycznych o dużej mocy.

Podobne trudności pojawiają się przy zastosowaniu tradycyjnych detektorów poziomu – czujników obecności produktu sypkiego. Urządzenia takie są niezbędne do terminowego wstrzymania dostaw surowców do zbiorników produkcyjnych. Fałszywe alarmy są powodowane nie tylko przez przyklejanie się i kurz, ale także przez kontakt ze strumieniem produktu wpływającego do leja zasypowego. W nieogrzewanych pomieszczeniach na działanie czujników ma wpływ temperatura otoczenia. Fałszywe alarmy powodują częste zatrzymania i starty obciążonego ładunku wyposażenie technologiczne- główną przyczyną jego wypadków jest zator, uszkodzenie przenośników, wystąpienie zagrożenia pożarowego i wybuchowego.

Problemy te doprowadziły kilka lat temu do opracowania zasadniczo nowych typów urządzeń - czujników radarowych do kontroli prędkości, czujników ruchu i cofki, których działanie opiera się na interakcji kontrolowanego obiektu z sygnałem radiowym o częstotliwości około 10 10 Hz.

Zastosowanie metod mikrofalowych do monitorowania stanu urządzeń technologicznych pozwala całkowicie pozbyć się wad tradycyjnych czujników.

Cechy charakterystyczne te urządzenia to:

Brak kontaktu mechanicznego i elektrycznego z obiektem (otoczeniem), odległość czujnika od obiektu może wynosić kilka metrów;

Bezpośrednie sterowanie obiektem (przenośnik taśmowy, łańcuch), a nie jego napędami, bębnami napinającymi itp.;

Niskie zużycie energii;

Niewrażliwość na przywieranie produktu ze względu na duże odległości robocze;

Wysoka odporność na zakłócenia i kierunkowość działania;

Jednorazowa regulacja przez cały okres użytkowania;

Wysoka niezawodność, bezpieczeństwo, brak promieniowania jonizującego.

Zasada działania czujnika opiera się na zmianie częstotliwości sygnału radiowego odbitego od poruszającego się obiektu. Ten fenomen ( "Efekt Dopplera") jest szeroko stosowany w systemach radarowych do zdalnego pomiaru prędkości. Poruszający się obiekt powoduje pojawienie się sygnału elektrycznego na wyjściu modułu nadawczo-odbiorczego mikrofalowego.

Ponieważ poziom sygnału zależy od właściwości obiektu odbijającego, czujniki ruchu mogą służyć do sygnalizowania przerwy w obwodzie (taśmie), obecności jakichkolwiek przedmiotów lub materiałów na taśmie przenośnika. Taśma charakteryzuje się gładką powierzchnią i niskim współczynnikiem odbicia. Kiedy produkt zaczyna przechodzić obok czujnika zamontowanego nad odgałęzieniem roboczym przenośnika, zwiększając współczynnik odbicia, urządzenie sygnalizuje ruch, czyli tak naprawdę, że taśma nie jest pusta. Na podstawie czasu trwania impulsu wyjściowego można ocenić wielkość obiektów przemieszczanych na znaczną odległość, dokonać selekcji itp.

W przypadku konieczności napełnienia dowolnego kontenera (od bunkra do szybu) można dokładnie określić moment zakończenia napełniania - czujnik opuszczony na określoną głębokość będzie wskazywał ruch napełniacza aż do jego zapełnienia.

Konkretne przykłady Zastosowanie mikrofalowych czujników ruchu w różnych gałęziach przemysłu zależy od ich specyfiki, ale ogólnie są one w stanie rozwiązać różnorodne problemy bezproblemowej pracy sprzętu i zwiększyć zawartość informacyjną zautomatyzowanych systemów sterowania.

Lista wykorzystanych źródeł

1) E.M. Gordin, Yu.Sh. Mitnik, VA Tarlyn

Podstawy automatyki i informatyki

Moskwa „Inżynieria”, 1978

2) Gustav Olsson, Gianguido Piani

Cyfrowe systemy automatyki i sterowania

Petersburg: Dialekt Newski, 2001

3) V.V. Sazonov Wytyczne dotyczące wdrożenia Praca laboratoryjna

„Badania reostatycznego czujnika przemieszczenia liniowego”

4) Chugainov N.G. Streszczenie „Czujnik temperatury”, Krasnojarsk 2003

5) Fedosov A. V. Streszczenie „Czujniki prędkości” – Moskwa 2003

6) D. N. Szestakow, dyrektor generalny PromRadar LLC

Czujniki mikrofalowe do zastosowań przemysłowych

7) Dziennik „Nowoczesna Elektronika” 6, 2006

8) Katalog przedsiębiorstwa „Czujnik”

9) Komponenty / czujniki fotoelektryczne firmy OMRON