Датчики являють собою складні пристрої, які часто використовуються для виявлення та реагування на електричні або оптичні сигнали. Пристрій перетворює фізичний параметр (температура, кров’яний тиск, вологість, швидкість) в сигнал, який може бути виміряний приладом.

Класифікація датчиків при цьому може бути різною. Є кілька основних параметрів розподілу вимірювальних пристроїв, про яких мова піде далі. В основному такий поділ пов’язано з дією різних сил.

Це просто пояснити на прикладі вимірювання температури. Ртуть у скляному термометрі розширюється і стискає рідину, щоб перетворити вимірювану температуру, яка може бути зчитана спостерігачем з каліброваної скляної трубки.

Критерії вибору

Існують певні особливості, які необхідно враховувати при класифікації датчика. Вони зазначені нижче:

  • Точність.
  • Умови навколишнього середовища — зазвичай датчики мають обмеження по температурі, вологості.
  • Діапазон — межа вимірювання датчика.
  • Калібрування — необхідна для більшості вимірювальних приладів, так як показання змінюються з часом.
  • Вартість.
  • Повторюваність — змінні показання багаторазово вимірюються в одній і тій же середовищі.
  • Розподіл за категоріями

    Класифікації датчиків поділяються на наступні категорії:

  • Первинне вхідна кількість параметрів.
  • Принципи трансдукції (використання фізичних і хімічних ефектів).
  • Матеріал і технологія.
  • Призначення.
  • Принцип трансдукції є фундаментальним критерієм, якому слідують для ефективного збору інформації. Зазвичай матеріально-технічні критерії вибираються групою розробки.

    Класифікація датчиків на основі властивостей розподіляється наступним чином:

  • Температура: термістори, термопари, термометри опору, мікросхеми.
  • Тиск: оптоволоконні, вакуумні, еластичні манометри на рідкій основі, LVDT, електронні.
  • Потік: електромагнітні, перепад тиску, позиційне зсув, теплова маса.
  • Датчики рівня: перепад тиску, ультразвукова радіочастота, радар, теплове зміщення.
  • Близькість і зміщення: LVDT, фотоелектричний, ємнісний, магнітний, ультразвуковий.
  • Біосенсори: резонансне дзеркало, електрохімічний, поверхневий плазмонний резонанс, светоадресуемый потенціометричний.
  • Зображення: пристрої із зарядовим зв’язком, CMOS.
  • Газ і хімія: напівпровідник, інфрачервоний, провідність, електрохімічний.
  • Прискорення: гіроскопи, акселерометри.
  • Інші: датчик вологості, датчик швидкості, маса, датчик нахилу, сила, в’язкість.
  • Це велика група, що складається з підрозділів. Примітно, що з відкриттям нових технологій розділи постійно поповнюються.

    Призначення класифікації датчиків, засноване на напрямку використання:

  • Контроль, вимір і автоматизація виробничого процесу.
  • Непромислове використання: авіація, медичні вироби, автомобілі, побутова електроніка.
  • Датчики можуть бути класифіковані в залежності від вимог до харчування:

  • Активний датчик — прилади, які потребують живлення. Наприклад, LiDAR (виявлення світла і далекомір), фотопроводящая осередок.
  • Пасивний датчик — датчики, які не потребують живлення. Наприклад, радіометри, плівкова фотографія.
  • У ці два розділи входять всі відомі науці прилади.

    У поточних застосуваннях призначення класифікації датчиків можна розподілити за групами наступним чином:

  • Акселерометри — засновані на технології микроэлектромеханического сенсора. Вони використовуються для моніторингу пацієнтів, які включають кардіостимулятори. і динамічних систем автомобіля.
  • Біосенсори — засновані на електрохімічної технології. Застосовуються для тестування продуктів харчування, медичних пристроїв, води і виявлення небезпечних біологічних патогенів.
  • Датчики зображення — засновані на технології CMOS. Вони використовуються в побутовій електроніці, біометрії, спостереження за дорожнім рухом і безпекою, а також на комп’ютерних зображеннях.
  • Детектори руху — засновані на інфрачервоним, ультразвуковим і мікрохвильовою/ радіолокаційної технологіях. Задіюються у відеоіграх і симуляторах, світловий активації і виявленні безпеки.
  • Типи датчиків

    Є і основна група. Вона розділена на шість основних напрямків:

  • Температура.
  • Інфрачервоне випромінювання.
  • Ультрафіолет.
  • Сенсор.
  • Наближення, рух.
  • Ультразвук.
  • В кожну групу можуть входити підрозділи, якщо технологія навіть частково використовується в складі конкретного пристрою.

    Дивіться також:  Томат Імператриця: опис, характеристики, відгуки

    1. Датчики температури

    Це одна з основних груп. Класифікація датчиків температури об’єднує всі пристрої, що мають здатність проводити оцінку параметрів виходячи з нагріву або охолодження конкретного типу речовини або матеріалу.

    Це пристрій збирає інформацію про температурі від джерела і перетворює її у форму, зрозумілу для іншого обладнання або людини. Найкраща ілюстрація датчика температури — ртуть в скляному термометрі. Ртуть у склі розширюється і стискається в залежності від змін температури. Зовнішня температура є вихідним елементом для вимірювання показника. Положення ртуті спостерігає глядач, щоб виміряти параметри. Існує два основних типи датчиків температури:

  • Контактні датчики. Цей тип пристроїв вимагає прямого фізичного контакту з об’єктом або носієм. Вони контролюють температуру твердих речовин, рідин і газів в широкому діапазоні температур.
  • Безконтактні датчики. Цей тип датчиків не потребує будь-якого фізичного контакту з вимірюваним об’єктом або носієм. Вони контролюють неотражающие тверді речовини і рідини, але марні для газів з-за їх природною прозорості. Ці прилади використовують закон Планка для вимірювання температури. Цей закон стосується тепла, випромінюваного джерелом для вимірювання контрольного показника.
  • Робота з різними пристроями

    Принцип дії і класифікація датчиків температури розділяються і на використання технології в інших типах устаткування. Це можуть бути приладові панелі в автомобілі і спеціальні виробничі установки в промисловому цеху.

  • Термопара — модулі виготовлені з двох проводів (кожен — з різних однорідних сплавів або металів), які утворюють вимірювальний перехід шляхом з’єднання на одному кінці. Цей вимірювальний вузол відкритий для досліджуваних елементів. Інший кінець дроту закінчується вимірювальним пристроєм, де формується опорний перехід. Струм протікає по ланцюгу, так як температура двох сполук різна. Отримане милливольтное напруга вимірюється для визначення температури на стику.
  • Термодатчики опору (RTD) — це типи терморезисторів, які виготовляються для вимірювання електричного опору при зміні температури. Вони дорожче, ніж будь-які інші пристрої для визначення температури.
  • Термістори. Вони являють собою інший тип термічного резистора, в якому велика зміна опору пропорційно невеликій зміні температури.
  • 2. ІЧ-датчик

    Це пристрій випромінює або виявляє інфрачервоне випромінювання для визначення конкретної фази в навколишньому середовищі. Як правило, теплове випромінювання випускається всіма об’єктами в інфрачервоному спектрі. Цей датчик виявляє тип джерела, який не видно оком.

    Основна ідея полягає в тому, щоб використовувати інфрачервоні світлодіоди для передачі світлових хвиль на об’єкт. Інший ІЧ-діод того ж типу повинен використовуватися для виявлення відбитої хвилі від об’єкта.

    Принцип дії

    Класифікація датчиків в системі автоматики в цьому напрямку поширена. Це пов’язано з тим, що технологія дає можливість залучити додаткові кошти для оцінки зовнішніх параметрів. Коли інфрачервоний приймач піддається впливу інфрачервоного світла, на проводах виникає різниця напруг. Електричні властивості компонентів ІК-датчика можна використовувати для вимірювання відстані до об’єкта. Коли інфрачервоний приймач піддається дії світла, різниця потенціалів виникає через дроти.

    Де застосовується:

  • Термографія: згідно із законом про випромінюванні об’єктів, можна спостерігати за навколишнім середовищем з видимим освітленням або без нього, використовуючи цю технологію.
  • Нагрівання: інфрачервоне випромінювання можна використовувати для приготування і розігрівання харчових продуктів. Вони можуть прибрати лід з крил літака. Перетворювачі популярні в промисловій області, таких як друк, формування зварювання пластмас і полімерів.
  • Спектроскопія: цей метод використовується для ідентифікації молекул шляхом аналізу складових зв’язків. Технологія використовує світлове випромінювання для вивчення органічних сполук.
  • Метеорологія: виміряти висоту хмар, розрахувати температуру поверхні землі і можливо, якщо метеорологічні супутники оснащені скануючи радіометрами.
  • Фотобиомодуляция: використовується для хіміотерапії у онкологічних хворих. Додатково технологія використовується для лікування вірусу герпесу.
  • Кліматологія: моніторинг обміну енергією між атмосферою і землею.
  • Зв’язок: інфрачервоний лазер забезпечує світло для зв’язку по оптоволокну. Ці випромінювання також використовуються для зв’язку на короткі відстані між мобільними та комп’ютерними периферійними пристроями.
  • Дивіться також:  Як розставити меблі на кухні: варіанти і корисні поради. Кухонний гарнітур

    3. УФ-датчик

    Ці датчики вимірюють інтенсивність або потужність падаючого ультрафіолетового випромінювання. Форма електромагнітного випромінювання має більшу довжину хвилі, ніж рентгенівське випромінювання, але все ж коротше, ніж видиме випромінювання.

    Активний матеріал, відомий як полікристалічний алмаз, використовується для надійного вимірювання ультрафіолету. Прилади можуть виявляти різний вплив на навколишнє середовище.

    Критерії вибору пристрою:

  • Діапазони довжин хвиль в нанометрах (нм), які можуть бути виявлені ультрафіолетовими датчиками.
  • Робоча температура.
  • Точність.
  • Вага.
  • Діапазон потужності.
  • Принцип дії

    Ультрафіолетовий датчик приймає один тип енергетичного сигналу і передає інший тип сигналів. Для спостереження і запису цих вихідних потоків вони направляються на електричний лічильник. Для створення графіків і звітів показники передаються на аналого-цифровий перетворювач (АЦП), а потім на комп’ютер з програмним забезпеченням.

    Використовується в таких приладах:

  • Ультрафіолетові фототрубки — це чутливі до випромінювання датчики, контролюючі обробку повітря в ультрафіолеті, обробку води в ультрафіолеті і опромінення сонцем.
  • Датчики світла — вимірюють інтенсивність падаючого променя.
  • Датчики ультрафіолетового спектра — являють собою пристрої із зарядовим зв’язком (ПЗЗ), які використовуються в лабораторних знімках.
  • Детектори ультрафіолетового світла.
  • Бактерицидні УЛЬТРАФІОЛЕТОВІ детектори.
  • Датчики фотостабільності.
  • 4. Сенсорний датчик

    Це ще одна велика група пристроїв. Класифікація датчиків тиску застосовується для проведення оцінки зовнішніх параметрів, що відповідають за появу додаткових характеристик при дії певного об’єкта або речовини.

    Датчик дотику діє як змінний резистор у відповідності з місцем, де він підключається.

    Сенсорний датчик складається з:

  • Повністю проводить речовина, таке як мідь.
  • Ізольований проміжний матеріал, такий як піна або пластик.
  • Частково провідний матеріал.
  • При цьому суворого поділу немає. Класифікація датчиків тиску встановлюється за допомогою вибору конкретного сенсора, який і оцінює з’являється напруга всередині або зовні досліджуваного об’єкта.

    Принцип дії

    Частково провідний матеріал протидіє руху струму. Принципом лінійного датчика положення є те, що потік струму вважається більш протилежним, коли довжина матеріалу, по якому повинна пройти струм, більше. В результаті опір матеріалу змінюється шляхом зміни положення, в якому він вступає в контакт з повністю провідним об’єктом.

    Класифікація датчиків автоматики будується повністю на описаному принципі. Тут же задіють додаткові ресурси у вигляді спеціально розробленого ПЗ. Як правило, програмне забезпечення пов’язане з сенсорними датчиками. Пристрої можуть запам’ятати «останнє дотик», коли датчик відключений. Вони можуть зареєструвати «перший дотик», як тільки датчик активується, і зрозуміти все значення, пов’язані з ним. Це дія аналогічно переміщенню комп’ютерної миші на інший кінець килимка, щоб перемістити курсор в дальню сторону екрану.

    5. Датчик наближення

    Все частіше в сучасних транспортних засобах використовують цю технологію. Класифікація електричних датчиків з використанням світлових та сенсорних модулів набирає популярність у автомобільних виробників.

    Дивіться також:  Як прибрати пластилін з шпалер: оптимальні варіанти

    Датчик наближення виявляє наявність об’єктів, які знаходяться майже без будь-яких точок дотику. Оскільки немає контакту між модулями і сприйманим об’єктом і відсутні механічні деталі, ці пристрої мають тривалий термін служби і високу надійність.

    Різні типи датчиків наближення:

  • Індуктивні датчики наближення.
  • Ємнісні датчики наближення.
  • Ультразвукові датчики наближення.
  • Фотоелектричні датчики.
  • Датчики Холу.
  • Принцип дії

    Датчик наближення випромінює електромагнітне або електростатичне поле або пучок електромагнітного випромінювання (наприклад, інфрачервоного) і чекає відповідного сигналу або змін у поле. Виявляється об’єкт відомий як мета реєструючого модуля.

    Класифікація датчиків за принципом дії та призначенням буде наступною:

  • Індуктивні пристрої: на вході є генератор, який змінює опір втрат на близькість електропровідного середовища. Ці пристрої переважні для металевих об’єктів.
  • Ємнісні датчики наближення: вони перетворюють зміну електростатичної ємкості між електродами виявлення і заземленням. Це відбувається при наближенні до ближнього об’єкту зі зміною частоти коливань. Для виявлення довколишнього об’єкта частота коливань перетворюється в напругу постійного струму, яке порівнюється із заданим граничним значенням. Ці прилади переважні для пластикових об’єктів.
  • Класифікація вимірювальної апаратури і датчиків при цьому не обмежується тільки представленими вище описом і параметрами. З появою нових зразків вимірювальних приладів загальна група збільшується. Різні визначення затверджені для розрізнення датчиків і перетворювачів. Датчики можуть бути визначені як елемент, що сприймає енергію, щоб зробити ваш варіант в тій же чи іншій формі енергії. Датчик перетворює вимірювану величину в бажаний вихідний сигнал, використовуючи принцип перетворення.

    На підставі отриманих та створених сигналів принцип можна розділити на наступні групи: електричні, механічні, термічні, хімічні, випромінюють і магнітні.

    6. Ультразвукові датчики

    Ультразвуковий датчик використовується для виявлення присутності об’єкта. Це досягається за рахунок випромінювання ультразвукових хвиль від головки пристрою і подальшого прийому відбитого ультразвукового сигналу від відповідного об’єкта. Це допомагає у виявленні положення, присутності та руху об’єктів.

    Оскільки ультразвукові датчики покладаються на звук, а не на світло при виявленні, вони широко використовуються для вимірювання рівня води, медичних процедур сканування і в автомобільній промисловості. Ультразвукові хвилі можуть виявити невидимі об’єкти, такі як прозорі плівки, скляні пляшки, пластикові пляшки і листове скло, з допомогою своїх відображають датчиків.

    Принцип дії

    Класифікація індуктивних датчиків будується на сфери їх використання. Тут важливо враховувати фізичні і хімічні властивості об’єктів. Рух ультразвукових хвиль розрізняється в залежності від форми і типу середовища. Наприклад, ультразвукові хвилі рухаються прямо в однорідному середовищі та відображаються і передаються назад на кордон між різними середовищами. Людське тіло в повітрі викликає значне відображення і може бути легко виявлено.

    У технології використовуються наступні принципи:

  • Мультиотражение. Багаторазове відображення має місце, коли хвилі відбиваються більше одного разу між датчиком і об’єктом виявлення.
  • Гранична зона. Мінімальна відстань спрацьовування і максимальна відстань спрацьовування можна регулювати. Це називається лімітної зоною.
  • Зона виявлення. Це інтервал між поверхнею головки датчика і мінімальною відстанню виявлення, отриманими в результаті регулювання відстані сканування.
  • Пристрої, обладнані цією технологією, дозволяють проводити сканування різних типів об’єктів. Ультразвукові джерела активно застосовуються при створенні транспортних засобів.