Датчики

Датчики и их применение

В состав практически каждой современной измерительной, автоматизированной системы входит маленький, неприметный элемент – датчик.

Его основное назначение – сбор информации и его последующая передача на управляющее, регулирующее устройство.

Он может представлять собой обособленный узел или встраиваться в конструкцию.

Основные области применения

Понятие датчика максимально близко по своему смыслу к категории измерительных инструментов. Отличие, пожалуй, лишь в том, что показания приборов пользователь считывает непосредственно с блока, предназначенного для вывода информации: экрана дисплея, циферблата, табло. Информация же полученная датчиком (их еще называют сенсорами) не предназначена для непосредственного восприятия человеком. Она преобразуется в аналоговый, цифровой, бинарный, электрический, пневматический сигнал, пригодный для дальнейшего технического использования.

Области, в которых возможно использование сенсоров чрезвычайно разнообразны:

• промышленное производство, добыча и переработка полезных ископаемых;
• научные исследования, проведение испытаний, контроль качества;
• измерительная техника;
• системы автоматизации, регулирования и управления;
• робототехника;
• медицинская и бытовая техника;
• автомобилестроение и так далее.

Развитие новых технологий, удешевление электронных систем приводят к разработке все новых типов, моделей датчиков имеющих возможность настройки, регулирования их параметров, сложной обработки вырабатываемых сигналов, с удобным управлением.

Способы классификации

Все многообразие датчиков можно разделить на виды, категории, классы в зависимости от присущих им свойств, характеристик.

По типу измеряемой величины их подразделяют на следующие виды сенсоров:

• движения, положения, перемещения;
• пневматические;
• оптические и волоконно-оптические;
• распознавания и обработки изображений;
• биодатчики;
• многокоординатные детекторы, распознающие образу, звуки и так далее.

В зависимости от вида проводимых измерений выделяют датчики:

• скорости;
• температуры;
• давления;
• изменения уровня;
• концентрации;
• вибрации;
• углового положения;
• расходомеры и другие.

Опираясь на особенности технологии изготовления, датчики подразделяют на две категории: элементные и интегральные. По типу выходной величины: неэлектрические и электрические. При этом электродетекторы пользуются большим спросом, благодаря наличию у них ряда преимуществ:

• универсальность, поскольку практически любые величины достаточно легко можно преобразовать в электрический сигнал и обратно;
• возможности передавать импульс на большие расстояния с высокой скоростью;
• высокой точности преобразования;
• чувствительности элемента к малейшим изменениям величины;
• быстродействию.

Классификация по принципу действия:

Еще один признак, по которому подразделяют датчики – принцип действия, положенный в основу функционирования устройства. В этом случае выделяют следующие категории детекторов:

• оптические, их действие основано на электромагнитном излучении, это бесконтактные датчики, реагирующие на дым, пар, туман, аэрозоль;
• индуктивные, главным элементом конструкции является создающий электромагнитное поле генератор, датчик улавливает волновые колебания, возникающие в результате воздействия поля на металлические объекты, такие модели широко используются в металлоискателях, электронных замках;
• емкостные, применяются преимущественно в качестве датчиков дождя, определителей уровня жидкости, устанавливаются на автомобилях, бытовой технике;
• тензодатчики, используют в своей работе силу упругости, преобразуя деформацию в электрический импульс, находят использование в конструкциях весов, при определении ускорения, крутящего момента, давления, перемещения;
• пьезоэлектрические, используют свойство поляризации диэлектрика при возникновении механического напряжения, устанавливаются в сонарах, микрофонах;
• магнитоэлектрические, использующие так называемый эффект Холла, их область применения распространяется на измерители силы электрического тока, электродвигатели, электронные компасы, смартфоны;
• нано-датчики, эта область пока еще не до конца исследована, и устройства данного типа пока еще находятся на стадии разработки, основное их отличие от моделей других видов – очень маленькие размеры, что должно определить очень широкий спектр их использования в медицине, робототехнике и так далее.

Опираясь на физическую структуру генерируемого устройством импульса, выделяют датчики:

• аналоговые;
• цифровые;
• бинарные.

Благодаря своей простоте наиболее распространенными являются бинарные модели, вырабатывающие сигналы двух видов: 0 (выключено) и 1 (включено).

Требования к датчикам

Основным показателем, определяющим распространенность датчика, его применяемость в различных сферах деятельности является соотношение между ценой и эффективностью использования. В свою очередь эффективность использования устройства зависит от таких его характеристик, как:

• однозначность зависимости между входной и выходной величинами;
• стабильность и повторяемость показаний;
• чувствительность;
• компактность;
• надежность использования;
• возможность эксплуатации независимо от условий окружающей среды;
• отсутствие влияния на протекающий технологический процесс;
• разнообразие способов монтажа;
• удобство обслуживания.

Но все же самое главное, быстрота реакции и точность отображения контролируемого параметра. Идеальное устройство должно мгновенно реагировать, оценивать изменения, происходящие в технологическом процессе. Однако такая «молниеносная» реакция практически недостижима. В реальности обработка сигнала требует некоторого, может быть и очень короткого, промежутка времени. Разумеется чем он короче, тем лучше. Это требование относится не только к датчику, но и ко всей автоматизированной системе управления, контроля. В реальности пользователю приходится находить среднее соотношение между скоростью срабатывания системы и ее чувствительностью к посторонним шумам.

Точность измерений зависит не только от самого датчика, но и от остальных элементов, составных частей системы. Величина погрешности устройства определяется на основании выполнения эталонных измерений, проведения углубленных исследований. Применение датчика в регулирующих комплексах требует, чтобы его погрешность не превышала 1-2%, а в системах контроля, не более 2-3%.

Еще одна значимая характеристика устройства – разрешение: минимально возможное изменение контролируемого параметра, улавливаемое датчиком. Чаще всего производители указывают именно величину разрешения модели.

Снизить стоимость сенсоров позволяет использование в процессе их изготовления новых материалов, технологий, инновационных разработок, таких как вакуумное напыление, фотолитография, химическое осаждение и так далее.

Выбрать наиболее оптимальный вариант из ассортимента интернет-магазина Центра электроники Entrance вам помогут наши специалисты. Они хорошо имеют глубокие знания всех тонкостей использования различных типов датчиков. Обратиться с вопросами вы можете по телефону, через электронную почту, посетив наш офис в Москве.