Датчики положения виды датчиков и их устройство – виды, устройство, принцип работы, применение

виды, устройство, принцип работы, применение

Датчик — это миниатюрное, сложное устройство, которое преобразует физические параметры в сигнал. Подает он сигнал в удобной форме. Основной характеристикой датчика является его чувствительность. Датчики положения осуществляют связь между механической и электронной частью оборудования. Пользуются им для автоматизации процессов. Используются эти устройства во многих отраслях производства.

Описание и назначение

Датчики положения могут быть разными по форме. Изготавливают их для определенных целей. С помощью прибора можно определить месторасположение объекта. Причем физическое состояние не имеет значение. Объект может иметь твердое тело, быть в жидком состоянии, либо даже сыпучим.

При помощи прибора можно решить разные задачи:

• Измеряют положение и перемещение (угловое и линейное) органов в рабочих машинах, механизмах. Измерение может совмещаться с передачей данных.
• В АСУ, робототехнике может быть звеном обратной связи.
• Контроль степени открытия/закрытия элементов.
• Регулировка направляющих шкивов.
• Электропривод.
• Определение данных расстояния до предметов без привязки к ним.
• Проверку функций механизмов в лабораториях, то есть провести испытания.

Классификация, устройство и принцип действия

Датчики положения бывают бесконтактные и контактные.

• Бесконтактные, это приборы являются индуктивными, магнитными, емкостными, ультразвуковыми и оптическими. Они при помощи магнитного, электромагнитного или электростатического поля образуют связь с объектом.
• Контактные. Самым распространенным из этой категории, является энкодер.

Бесконтактный

Бесконтактные датчики положения или сенсорный выключатель, срабатывают без контакта с подвижным объектом. Они способны быстро реагировать и часто включаться.

По прицепу действия бесконтактные бывают:

• емкостными,
• индуктивными,
• оптическими,
• лазерные,
• ультразвуковые,
• микроволновые,
• магниточувствительные.

Бесконтактные могут применяться для перехода на частоту вращения ниже, или остановки.

Индуктивные

Индуктивный датчик бесконтактный работает за счет изменений в электромагнитном поле.

Основные узлы индуктивного датчика изготовлены из латуни либо полиамида. Узлы связанны между собой. Конструкция надежна, способна выдерживать большие нагрузки.

• Генератор создает электромагнитное поле.
• Триггер Шмидта перерабатывает информацию, и передает другим узлам.
• Усилитель способен передавать сигнал на большие расстояния.
• Светодиодный индикатор помогает контролировать его работу и отслеживать изменение настроек.
• Компаунд — фильтр.

Работа индуктивного прибора начинается с момента включения генератора, создается электромагнитное поле. Поле влияет на вихревые токи, которые меняют амплитуду колебаний генератора. Но генератор первый реагирует на изменения. Когда в поле попадает двигающийся металлический предмет, сигнал подается на блок управления.

После поступления сигнала, происходит его обработка. Величина сигнала зависит от объема предмета, и от расстояния, разделяющего предмет и прибор. Затем происходит преобразование сигнала.

Емкостные

Емкостной датчик внешне может иметь обычный плоский или цилиндрический корпус, внутри которого штыревые электроды, и диэлектрическая прокладка. Одна из пластин стабильно отслеживает перемещение предмета в пространстве, в результате изменяется емкость. С помощью этих приборов измеряют угловое и линейное перемещение предметов, их размеры.

Емкостные изделия простоты, обладают высокой чувствительностью и малой инерционностью. Внешнее влияние электрических полей влияет на чувствительность прибора.

Оптические

Оптические датчики называют глазами авторизованного производства. В основном это фотодатчики, работающие в инфракрасной области. Они способны:

• Измерять положение, перемещение предметов, после концевых выключателей.
• Выполнять бесконтактное измерение.
• Выявить положение предметов двигающихся на большой скорости.

Барьерный

Барьерный оптический датчик обозначают латинской буквой «Т». Этот оптический прибор двухблочный. Используется для обнаружения предметов попавших в зону обзора между передатчиком и приемником. Зона действия до 100м.

Рефлекторный

Буквой «R» обозначается рефлекторный оптический датчик. Изделие рефлекторное вмещает в одном корпусе передатчик и приемник. Рефлектор служит отражением луча. Чтобы обнаружить предмет с зеркальной поверхностью в датчике устанавливают поляризационный фильтр. Дальность действия до 8м.

Диффузионный

Датчик диффузионный обозначается буквой «D». Корпус прибора моноблочный. Этим приборам не требуется точная фокусировка. Конструкция рассчитана на работу с предметами, находящиеся на близком расстоянии. Дальность действия 2 м.

Лазерные

Лазерные датчики обладают высокой точностью. Они могут определить место, где происходит движение и дать точные размеры объекта. Приборы эти небольших габаритов. Потреблении энергии приборами минимальное. Изделие моментально способно выявить чужого и сразу включить сигнализацию.

Основа работы лазерного прибора — измерить расстояние до предмета с помощью треугольника. Излучается лазерный луч из приемника с высокой параллельностью, попадая на поверхность предмета, отражается. Отражение происходит под определенным углом. Величина угла зависит от расстояния, на котором находится предмет. Отраженный луч возвращается в приемник. Считывает информацию интегрированный микроконтроллер – он определяет параметры объекта и его расположение.

Ультразвуковые

Ультразвуковые датчики – это сенсорные приборы, которые используются для преобразования электрического тока в волны ультразвука. Их работа основана на взаимодействии колебаний ультразвука с контролируемым пространством.

Работают приборы по принципу радара — улавливают объект по отраженному сигналу. Звуковая скорость постоянная величина. Прибор способен вычислить расстояние до объекта в соответствии с диапазоном времени, когда вышел сигнал и вернулся.

Микроволновые

Микроволновые датчики движения излучают высокочастотные электромагнитные волны. Изделие чувствительно к изменению отражаемых волн, которые создаются объектами в контролируемой зоне. Объект же может быть теплокровным, живым, или просто предметом. Важно чтобы объект отражал радиоволны.

Используемый принцип радиолокации, позволяет обнаружить объект и вычислить скорость его перемещения. При движении срабатывает прибор. Это эффект Допплера.

Магниточувствительные

Этот вид приборов изготавливают двух видов:

• на основе механических контактов;
• на основе эффекта Холла.

Первый может работать при переменном и постоянном токе до 300V или при напряжении близком к 0.

Изделие на основе эффекта Холла чувствительным элементом отслеживает изменение характеристик при действии внешнего магнитного поля.

Контактный

Контактные датчики — это изделия параметрического типа. Если наблюдаются трансформации механической величины, у них изменяется электрическое сопротивление. В конструкции изделия два электрода, которые обеспечивают контакт входа приемника с грунтом. Емкостной преобразователь состоит из двух металлических пластин, держат они два оператора, установленных на удалении друг от друга. Одной пластиной может быть корпус приемника.

Контактный угловой датчик называют энкодер, используется для определения угла поворота вращающегося предмета. Нейтральный отвечает за режимом работы двигателя.

Ртутный

Ртутные датчики положения имеют стеклянный корпус и по размерам схожи с неоновой лампой. Имеется два вывода-контакта с капелькой ртутного шарика внутри стеклянной вакуумной, запаянной колбы.

Используется автомобилистами для контроля угла наклона подвески, открытия капота, багажника. Используют его и радиолюбители.

Сферы применения

Области использования миниатюрных устройств обширны:

• Используют в машиностроении для сборки, тестирования, упаковки, сварки, заклепки.
• В лабораториях применяют для контроля, измерения.
• Автомобильной технике, в транспортной промышленности, подвижной технике. Наиболее популярен датчик нейтральной передачи для МКПП. Во многих системах управления автомобилей присутствуют датчики. Они есть в механизме рулевого управления, клапана, педали, в подкапотных системах, в системах управления зеркалами, креслами, откидными крышами.
• Применяют их в конструкциях роботов, в научной сфере и сфере образования.
• Медицинской технике.
• Сельском хозяйстве и спецтехнике.
• Деревообрабатывающей промышленности.
• Металлообрабатывающей области, в станках металлорежущих.
• Проволочном производстве.
• Конструкциях прокатных станов, в станках с программным управлением.
• Системы слежения.
• В охранных системах.
• Гидравлических и пневматических системах.

prodatchik.ru

Датчики. Какие бывают датчики, их принцип работы и подключение

Для контроля режима работы нагревательного оборудования чаще всего используются термопары. Прочитав данную статью, вы получите общее представление об этих измерительных элементах, узнаете их принцип действия и особенности конструкции различных видов. В завершении приводится инструкция, следуя которой можно произвести самостоятельную замену термопары.

Учитывая рост популярности газового оборудования для автомобилей, имеет смысл поделиться информацией о датчиках уровня газа, установленных в системах ГБО. Автолюбителям будет полезно узнать принцип устройства этих сенсоров, а также ознакомиться с подробным описанием процесса подключения датчика уровня газа к системе ГБО.

В основу принципа действия многих систем управления заложено измерение температуры рабочей среды или окружающего воздуха. Для решения этой задачи широко применяются специальные датчики, получившие название «термометры сопротивления». Сейчас мы рассмотрим наиболее распространенные виды термодатчиков, их типовые конструкции и схемы включения. Также будет предоставлена информация по классам точности измерительных устройств и обслуживанию в процессе эксплуатации.

Для управления работой двигателя внутреннего сгорания инжекторного типа необходимо измерять объем воздушной смеси, поступающей в цилиндры. Для таких измерений в систему подачи воздуха устанавливаются специальные датчики-воздухомеры. В данной статье мы расскажем, принципе работы этих устройств, их видах и взаимозаменяемости. Также рассмотрены вопросы, связанные с проверкой работоспособности волюметров.

Несмотря на то, что механические контакторы постепенно вытесняются полупроводниковыми ключами, герконы все еще остаются востребованными. Узнав все особенности этих коммутационных устройств, будет несложно понять, в чем заключается их «незаменимость».

Учитывая, что датчиками Холла обрадовано большинство изделий советского, а впоследствии и российского автопрома, владельцам автотранспорта будет полезно узнать о конструкции и принципе действия этого устройства. Данная информация позволит получить представление о работе системы зажигания и даст возможность выявить причину неисправности ДХ.

О распространенности датчиков уровня можно и не упоминать, поскольку с этими устройствами мы постоянно сталкиваемся на протяжении всей жизни. Чтобы не показаться голословным, приведем в качестве примера механический датчик уровня воды в сливном бачке. Что касается электрооборудования, предназначенного для измерения уровня жидкостей в резервуарах, вся информация по этим устройствам приведена в статье.

Практически все современные климат системы имеют возможность регулировать влажность воздуха в помещении. Соответственно, для нормального функционирования этих систем необходимы специальные приборы – датчики влажности. В статье мы расскажем о типовых конструкциях этих устройств, кратко опишем принцип работы и расскажем он некоторых особенностях применения.

Если вовремя обнаружить протечку в ванной комнате или на кухне, то можно существенно минимизировать ущерб. Реализовать такую систему сигнализации можно использую соответствующий датчик. Прочитав статью, вы узнаете, как функционирует такое устройство, и ознакомитесь с примерами реализации сигнализации утечки воды. Приведенные принципиальные схемы могут быть легко собраны домашним мастером.

Принцип работы автоматических систем водоснабжения заключается в своевременном управлении насосным оборудованием. Определить необходимость запуска или отключения насоса можно при помощи датчика давления. Ознакомившись с нашей статьей можно получить представление о принципе работы такого устройства, а также узнать, как осуществляется настройка датчика давления.

Можно существенно сэкономить на электричестве оборудовав помещение датчиком присутствия, который будит отключать питание от источников света, если никого нет в комнате определенное время. Мы расскажем, какие типы датчиков можно использовать для этой цели и приведем несколько принципиальных схем с их использованием.

В системах безопасности и цепях управления освещением используются специальные датчики движения. Информация, собранная в статье поможет найти ответы на многие вопросы, связанные с этими сенсорами. В частности узнать, какие бывают виды датчиков, ознакомиться с принципом их работы и зоной действия, а также получить представление о способах настройки и подключении.

В некоторых технологических процессах важно определить степень деформации, сделать это можно при помощи тензодатчика. Несмотря на то, что такое устройство в быту практически не используется (за исключением электронных весов), информация о нем может быть полезна для общего развития. Прочитав статью, вы узнаете, как функционирует датчик, и получите представление о принципе определения степени деформации.

Материал данной статьи полностью посвящен индуктивным датчикам. Кратко описывается их принцип работы, варианты исполнения, а также сфера применения. Отдельно затрагивается тема касательно выбора устройства в зависимости от поставленной задачи.

В некоторых случаях установка проводных датчиков движения не представляется возможным. На это может быть множество причин, но основная из них — сложности с проведением сигнальной линии. Решить проблему можно используя беспроводные устройства. В статье мы рассмотрим, как реализован интерфейс передачи сигнала в таких устройствах, их конструктивные особенности и варианты подключения.

Тем, у кого имеется дача или частный дом со скважиной забора воды, мы рекомендуем ознакомиться с материалом данной статьи, посвященной поплавковым и герконовым датчикам уровня. С их помощью можно собрать простую схему управления глубинным насосом, отключающую или запускающую двигатель в зависимости от степени наполнения водой накопительной емкости.

Для управления освещением придомовой территории удобно использовать беспроводные датчики движения. О том, как работают такие устройства, вариантах исполнения и способах подключения, можно узнать, прочитав нашу статью. В завершении приводится инструкция по организации освещения при помощи беспроводных датчиков движения.

Практически во всех современных моделях авто зарубежного и отечественного автопрома устанавливаются датчики, контролирующие температуру в системе подачи воздуха к двигателю. Для автолюбителей мы специально подготовил материал, в котором описывается принцип работы и устройство таких датчиков. Отдельно рассказано, как произвести диагностику датчика температуры воздуха и, при необходимости, замену этого устройства.

Срабатывание датчика давления масла довольно неприятный момент, с которым сталкивались многие автолюбители. Что делать в этом случае, можно узнать из нашей статьи. Мы рассмотрим не только диагностику и ремонт, а и кратко опишем принцип действия датчика и его устройство.

Для управления системами отопления и климат контроля используются специальные устройства – терморегуляторы. Тем, кому интересно узнать о принципе действия этих приборов, рекомендуем прочитать нашу статью. Из нее вы узнаете, какие виды терморегуляторов получили наибольшее распространение и как осуществляется их подключение и настройка.

Можно без преувеличения сказать, что тепловые и дымовые датчики являются важными элементами систем пожарной сигнализации. Детально о различных видах пожарных сенсоров, вариантах их подключения и принципе работы, мы расскажем в данной публикации. В завершении статьи приводятся советы специалистов по установке извещателей.

Современные системы управления двигателем внутреннего сгорания контролируют множество показателей, в частности температуру охлаждающей жидкости. Для этой цели используется специальный датчик, установленный в системе охлаждения. О принципе работы этого сигнализатора, его обслуживании и замене, вы узнаете, прочитав нашу статью.

www.asutpp.ru

Устройство датчиков автомобиля, виды датчиков

До 70-го года прошлого века любой автомобиль был оборудован максимум тремя датчиками: уровня топлива, температуры охлаждающей жидкости и давления масла. Они подключались к магнитоэлектрическим и световым устройствам индикации на панели приборов. Их назначением являлось только информирование водителя о параметрах работы двигателя и количестве горючего. Тогда устройство датчиков автомобиля было очень простым.

Но время шло, и в 70-е годы того же столетия производители автомобилей стали уменьшать содержание вредных веществ в выхлопных газах, сходящих с их конвейеров авто. Необходимые для этого автомобильные датчики уже ничего не сообщали водителю, а только передавали информацию о работе двигателя в ЭБУ. Общее их количество в каждой машине значительно увеличилось. Следующее десятилетие ознаменовалось борьбой за безопасность при использовании машин, для этого были сконструированы новые датчики. Они предназначались для работы антиблокировочной системы тормозов и срабатывания пневматических подушек безопасности во время дорожно-транспортных происшествий.

АБС

Эта система предназначена для того чтобы не допускать полного блокирования колес при торможении. Поэтому устройство обязательно содержит датчики скорости вращения колес. Их конструкции различны. Они бывают пассивные или активные.

• Пассивные — это в большей мере индуктивные датчики. Собственно датчик состоит из стального сердечника и катушки с большим числом витков тонкого эмалированного медного провода. Для того чтобы он мог выполнять свои функции, на привод колеса или на ступицу напрессовывают стальное зубчатое кольцо. А датчик закрепляют так, чтобы при вращении колеса зубцы проходили вблизи сердечника и индуцировали в катушке электрические импульсы. Их частота следования и будет пропорциональным выражением скорости вращения колеса. Преимущества устройство такого типа: простота, отсутствие питания и низкая стоимость. Их недостатком является слишком маленькая амплитуда импульсов на скоростях до 7 км/час.

• Активные, которые бывают двух видов. Одни на основе всем известного эффекте Холла. Другие – магниторезистивные на основе одноименного явления. Магниторезистивный эффект состоит в изменении электрического сопротивления полупроводника при попадании в магнитное поле. Оба вида активных датчиков отличаются достаточной амплитудой импульсов при любых скоростях. Но их устройство сложнее, а стоимость выше пассивных. Да и то, что им необходимо питание, не назовешь преимуществом.

Система смазки

Автомобильные датчики, контролирующие параметры работы этой системы, бывают трех видов:

Датчик уровня масла. Имеет, пожалуй, самое простое устройство. Это поплавок, вертикально движущийся в поддоне картера по направляющей и замыкающий контакты при достижении поверхностью масла минимально допустимого уровня. Добавление масла приводит к подъему уровня и размыканию контактов.

Датчик давления масла (ДД). Чаще всего он бывает электромеханический. Его устройство упругой диафрагмой делится на две части. Которая под действием давления масла деформируется и перемещает движок потенциометра. В результате чего изменяется сопротивление между клеммой выхода и массой. При падении давления масла диафрагма возвращается под действием пружины.

Датчик недостаточного (аварийного) давления. Состоит из такой же, как у ДД диафрагмы с пружиной, и контакта, нормально замкнутого на массу. К его клемме подключается один из контактов контрольной лампочки аварийного давления масла в комбинации приборов. На другой контакт этой лампочки при включении зажигания подается питание, поэтому она начинает светиться. После пуска двигателя диафрагма под действием давления масла размыкает контакт клеммы датчика с массой. При этом контрольная лампа гаснет. Снижение давления масла менее допустимого приводит к тому, что под действием пружины клемма замыкается на массу и лампа вновь загорается, сигнализируя о недостатке давления в системе.

Охлаждение двигателя

Автомобиль с карбюраторным двигателем оснащался двумя датчиками температуры. Один из них включал электрический вентилятор радиатора для поддержания рабочей температуры. С другого снимало показания устройство индикации. Система охлаждения современного автомобиля, оснащенного электронным блоком управления двигателем (ЭБУ), также имеет два датчика температуры. Один из них использует устройство индикации температуры охлаждающей жидкости в комбинации приборов. Другой термодатчик необходим для работы ЭБУ. Их устройство принципиально не различается. Оба они являются термисторами, имеющими отрицательный температурный коэффициент. То есть их сопротивление при уменьшении температуры понижается.

Впускной тракт

• Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ). Предназначен для определения объема воздуха, поступающего в цилиндры. Это необходимо, чтобы рассчитать количества топлива для образования сбалансированной топливовоздушной смеси. В состав узла входят деве нити из платины, через которые пропускают электрический ток. Одна из них находится в потоке воздуха, поступающего в мотор. Другая, эталонная – в стороне от него. Токи, проходящие через них, сравниваются в ЭБУ. По разнице между ними определяют объем, поступающего в мотор воздуха. Иногда для большей точности учитывают температуру воздуха.

• Датчик абсолютного давления воздуха во впускном коллекторе, называемый еще MAP-сенсором. Используется для определения объема воздуха, поступающего в цилиндры. Он может быть альтернативой ДМРВ для турбированных моторов. Устройство состоит из корпуса и керамической диафрагмы с напылением тензорезистивной пленки. Объем корпуса делится диафрагмой на 2 части. Одна из них герметична, а воздух из нее откачен. Другая соединяется трубкой с впускным коллектором, поэтому давление в ней равно давлению нагнетаемого в мотор воздуха. Под действием этого давления диафрагма деформируется, от этого меняется сопротивление пленки на ней. Это сопротивление и характеризует абсолютное давление воздуха в коллекторе.
• Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ). Выдает сигнал, пропорциональный углу открывания воздушной заслонки. Является, в сущности, переменным резистором. Его неподвижные контакты соединяются с массой и с опорным напряжением. А с подвижного, механически связанного с осью дроссельной заслонки, снимается выходное напряжение.

Выхлопная система

Кислородный датчик. Это устройство играет роль обратной связи для поддержания нужного соотношения воздуха и топлива в камерах сгорания. Его работа базируется на принципе действия гальванического элемента с твердым электролитом. В качестве последнего выступает керамика на основе диоксида циркония. Электродами конструкции служит напыление платины с обеих сторон керамики. Устройство начинает работать после разогрева до температуры от 300 до 400 ◦C.

Разогрев до такой высокой температуры происходит обычно горячими выхлопными газами либо нагревательным элементом. Такой температурный режим необходим для возникновения проводимости керамического электролита. Присутствие в выхлопе двигателя не сгоревшего топлива является причиной появления на электродах датчика разности потенциалов. Несмотря на то, что все привыкли называть этот прибор датчиком кислорода, он является скорее датчиком не сгоревшего топлива. Так как появление выходного сигнала происходит при контакте его поверхности не с кислородом, а с парами топлива.

Прочие датчики

• Датчик детонации. Предназначен, как можно догадаться, для обнаружения в двигателе процесса детонации. Для его работы используются пьезоэлектрические свойства кварца. Деформация пластины из этого материала вызывает возникновение на ее торцах разности потенциалов. ЭБУ в ответ на появление импульсов детонации уменьшает угол опережения зажигания.
• Датчик положения коленвала (ДПКВ). Формирует импульс, соответствующий ВМТ поршней I и IV цилиндров. Без сигнала этого датчика невозможно точно определить моменты впрыска топлива и искрообразования. Время их появления измеряется величиной задержки относительно импульса этого датчика. Скорость вращения коленвала оценивается по частоте следования этих импульсов. Устройство чаще всего бывает магниторезистивным или датчиком Холла.
• Датчик положения распредвала (ДПРВ). Служит для формирования импульсного сигнала такта сжатия в I цилиндре. Для уверенной работы при невысокой частоте вращения распредвала это устройство делают только на основе эффекта Холла. Остальные фазы газораспределения определяют с учетом этого импульса при помощи сигнала ДПКВ.

Поделиться «Устройство датчиков автомобиля, виды датчиков»

mttunost.ru

виды, принцип работы, схема подключения, как проверить

Работа на промышленных предприятиях требует внедрения автоматической системы управления. С этой целью применяется разное оборудование, способное обеспечить бесперебойное функционирование производственных машин. Для контроля металлических объектов не редко используют бесконтактные индуктивные датчики, обладающие как положительными, так и отрицательными качествами. Но главное, что они отличаются небольшими размерами и прекрасно выполняют возложенные функции, поэтому пользуются популярностью и у производителей бытовой и даже медицинской техники.

Общее описание и назначение

Индуктивным датчиком принято называть устройство, способное преобразовывать механические перемещений контролируемых объектов в электрический сигнал. Представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, объединенных с магнитопроводом и подвижным якорем, который регистрирует измерения линейного или углового размера и, перемещаясь, влияет на показатель индуктивности, изменяя ее в одну или другую сторону. Благодаря такой особенности, бесконтактные датчики активно используются в качестве элементов контроля положения металлических объектов.

Виды

По схеме построения индукционные датчики принято разделять только на 2 отдельных вида: одинарные и дифференцированные.

Одинарные

Устройства только с одним магнитопроводом. Такая схема обычно применяется при разработке бесконтактных выключателей.

Дифференциальные

Отличаются наличием сразу 2-ух магнитопроводов, каждый из которых специально сделанных в виде «ш». Это позволяет взаимокомпенсировать воздействие, оказываемое на сердечник, повышая таким образом точность производимых измерений. По сути, схема представляет из себя систему из 2-ух датчиков, соединенных общим якорем.

Устройство и схема

Индукционный датчик, как и любое электронное устройство, состоит из связанных друг с другом узлов, обеспечивающих бесперебойность его работы. В качестве основных элементов аппарата можно выделить следующее.

Генератор

Ключевой задачей генератора является создание магнитного поля, на основе которого, в частности, строится принцип действия индукционного датчика, а также образуются зоны активности с объектом.

Триггер Шмидта

Триггер Шмидта представляет собой отдельный элемент, основным назначением которого считается обеспечение гистерезиса в процессе переключения устройства.

Усилитель

Усилительное устройство используется в качестве элемента, способного повышать значение амплитуды импульса, что позволяет сигналу быстрее достигать необходимого параметра.

Специальный индикатор

Диодный индикатор, свидетельствующий о фактическом состоянии контроллера. Кроме того, светодиод используется для обеспечения достаточного контроля функционирования индукционного датчика, а также, чтобы обеспечить достаточную оперативность в процессе настройки.

Компаунд

Компаунд предназначается для защиты устройства, поскольку может предотвратить попадание жидкости, в частности воды, внутрь корпуса индукционного датчика, а также снижает риск загрязнения оборудования, так как пыль может спровоцировать его поломку.

Принцип работы

Принцип действия основывается на изменениях амплитудного значения колебаний генераторного узла при попадании в активную зону устройства объекта определенных размеров. В процессе подачи электропитания на концевик оборудования в районе его чувствительной части формируется изменяющееся магнитное поле. Оно наводит в находящемся в рабочей зоне датчика материале вихревые токи, ведущие к изменению амплитуды электромагнитных колебаний.

В результате начнет вырабатываться выходной сигнал, который в процессе может изменяться в зависимости от фактического расстояния между устройством и объектом контроля.

Параметры

Чтобы контролировать функциональность индукционного датчика, а также определять уровень его сигналов, надо разбираться в параметрах устройства.

Напряжение питания

Представляет собой диапазон допустимого напряжения, в рамках которого устройство работает корректно.

Минимальный ток переключения

Это минимально возможное значение электрического тока, которое обязательно должно поступать к датчику для обеспечения его работы.

Рабочие расстояния

Это максимально допустимое расстояние от устройства до железного квадрата миллиметровой толщины. При этом данное значение уменьшается, если используется другой материал.

Частота переключения

Это максимально возможное количество переключений, которые можно сделать в течение одной секунды.

Способ подключения

Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения.

Трехпроводные

Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока.

Четырехпроводные

Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку.

Двухпроводные

Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать.

Внимание! При подключении устройства к источнику постоянного тока следует помнить о полярности выводов.

Пятипроводные

Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства.

Цветовая маркировка

Все электротехническое оборудование, в том числе проводники, обязательно имеет цветовую маркировку. Ее принято наносить для удобства последующих монтажных работ и дальнейшего обслуживания. Это правило должно соблюдаться и в случае с индукционными датчиками. Их выходные проводники маркируются следующими цветами:

• минус обычно указывается синим;
• плюс — красным;
• выход — черным;
• белый — дополнительный выход или же вход управления, что определяется типом используемого датчика.

Погрешности

Погрешности в процессе преобразования диагностических значений оказывают влияние на способности индукционных датчиков выдавать достоверную информацию. К основным из них можно отнести следующие.

Электромагнитная

Данную погрешность принято учитывать только в качестве случайной величины. Как правило, она возникает в ходе индуцирования ЭДС в индукционной катушке в результате внешнего воздействия сторонними магнитными полями. Это происходит в процессе производства из-за силовых электроустройств. Они образуют магнитные поля, что впоследствии и формирует электромагнитную погрешность.

От температуры

Эта погрешность тоже выступает в качестве случайного значения, поскольку работа большого числа элементов индукционного датчика напрямую зависит от температурных показателей, поэтому это ключевая величина, которая даже учитывается в процессе проектировки подобного оборудования.

Магнитной упругости

Обычно такая погрешность может проявляться как следствие нестабильности деформации магнитопровода устройства в процессе сборки самого датчика, а также при деформационных изменениях во время работы. Кроме того, оказываемое нестабильным электронапряжением воздействие на магнитопровод оборудования вызывает снижение качества передаваемого сигнала на выходе.

Деформация элементов

Данная погрешность, как правило, проявляется в результате воздействия измеряющей силы на значение деформации частей индукционного датчика, а также под влиянием усилий, оказываемых на нестабильные деформирующие процессы. Кроме того, не меньшее влияние на нее могут оказывать люфты и зазоры, образовавшиеся в подвижных элементах конструкции устройства.

Кабеля

Такая погрешность обычно проявляется от непостоянного значения сопротивления, в случае деформации самого провода и под влиянием температуры. Также подобным образом может сказаться наводка внешними полями ЭДС в кабеле.

Старение

Данная погрешность может проявляться при износе движущихся элементов самого устройства, а также в случае постоянно изменяющихся магнитных свойств используемого магнитопровода. Ее принято считать, строго говоря, случайным значением. В процессе определения данной погрешности учитывают кинематику конструкции индукционного датчика, а во время проектирования подобного оборудования максимальный эксплуатационный срок рекомендуется определять только при работе в обычном режиме, чтобы при этом износ не успел превысить установленного значения.

Технологии

Погрешности технологии проявляются в случае отклонений от технического процесса производства, при явном разбросе технических параметров катушек и остальных элементов во время сборки, влиянии допущенных зазоров при соединении устройства. Для ее измерения принято использовать механическое измерительное оборудование.

Сферы использования

Возможная область применения индукционных датчиков настолько велика, что позволяет использовать их не только в быту и автомобилестроении, но и в промышленности с робототехникой, а также медицине.

Медицинские аппараты

Индуктивные датчики широко используются при производстве медицинского оборудования, поскольку магнитные свойства устройства позволяют регистрировать легочную вентиляцию, параметры вибрации, а также снимать баллистокардиограммы.

Бытовая техника

В бытовом плане датчики могут выступать в качестве приспособления контроля водоснабжения, уровня освещения и положения двери (закрыта или открыта), поэтому используются при производстве, к примеру, стиральных машин и другой бытовой техники. Кроме того, устройства применяются в процессе создания элементов «умного дома».

Автомобильная промышленность

Используется индукционный датчик и в автостроении, выступая в роли контроллера, определяющего положение коленчатого вала. При приближении металлического объекта, в данном случае, зуба шестерни, к устройству, генерируемое встроенным постоянным магнитом магнитное поле увеличивается, что приводит к наведению в катушке переменного напряжения.

Внимание! Некоторые производители для повышения эффективности стараются изменить конструкцию индукционного датчика, к примеру, используя внешние магниты для его активации.

Робототехническое оборудование

В случае с робототехникой, индуктивным датчикам нашли применение в производстве беспилотных аппаратов и промышленных роботов для повышения их чувствительности к препятствиям и способности распознавать объекты, а также устройствах, для которых важна самобалансировка.

Промышленная техника регулирования и измерения

Широко используются в работе систем транспортеров, упаковочных аппаратов и сборочных линий, а еще в составе всех видов станкового оборудования и запорной арматуры. Также индуктивные датчики помогают контролировать мелкие и крупные элементы промышленной техники (зубцы шестеренок, стальные флажки, штампы), объекты производства (металлические изделия, листы металла, крышки) и т.п. Кроме того, при их подключении к импульсным счетчикам можно в результате получить элементарное, но крайне эффективное считывающее устройство.

Индукционные датчики следующего поколения

Благодаря новым разработкам в этой области, были созданы усовершенствованные модели индукционных датчиков следующего поколения. Принцип работы остался прежним, однако подверглась тщательной переработке конструкция устройства. В результате датчики теперь оснащаются тонкими платами, распечатанными на 3D-принтерах, и современной цифровой электроникой. Кроме того, их производят на гибких подложках, что избавляет от необходимости использования традиционных кабелей и разъемов. Так что пользоваться устройствами можно даже в тяжелых погодных условиях.

К преимуществам новых разработок можно отнести следующее:

• снижение стоимости и веса, более компактные размеры;
• возможность выбора практически любых форм-факторов;
• повышение точности реагирования на металлические объекты;
• возможность проведения замеров, связанных со сложной геометрией, в двух или трех измерениях;
• упрощение конструкции;
• возможность устанавливать несколько индукционных датчиков близко друг к другу из-за высокой электромагнитной совместимости.

Все это позволило увеличить эффективность и доступность устройства, а также расширить сферу его применения.

prodatchik.ru

Датчик положения (датчик позиции) что такое?

Исходя из характеристики прибора, упоминается датчик, которым обнаруживается положение чего-либо. Этот тип датчиков обеспечивает «позиционную» обратную связь. Одним из способов определения положения является использование «расстояния», которое измеряется между двумя точками. Например, пройденное расстояние или перемещение от некоторой неподвижной точки, а также «вращение» (угловое движение). В любом случае, датчик положения определяет движение объекта по прямой линии с использованием линейных сенсоров или путём углового перемещения с помощью вращающихся сенсоров.

СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :

Потенциометр – популярный компонент датчика

Наиболее часто используемым компонентом для всех «датчиков положения», как правило, является потенциометр. Приоритет использования потенциометра очевиден, так как конструкция является недорогим и удобным для применения в датчиках положения.

Потенциометр имеет скользящий контакт, связанный механически с валом. Конструкция контактного движения допустима как угловая (вращательная), так и линейная (ползунковая).

Главное требование — вызвать изменение значения сопротивления между контактами ползуна и двумя концевыми соединениями.

Таким способом формируется электрический сигнал, имеющий пропорциональное соотношение между фактическим состоянием ползуна резистивной дорожки потенциометра и значением сопротивления потенциометра. Другими словами – значение сопротивления пропорционально положению.

TPS IVOK

Структурная схема прибора по принципу потенциометра: 1 – ползунок потенциометра; 2 – кондуктивный или резистивный трек; 3, 7 – питание «плюс»; 4 – выходной сигнал; 5 – угловое перемещение вала; 6, 8 – питание «минус»; 9 – линейный выход

Потенциометры поставляются в широком диапазоне конструкций и размеров. Широко распространены круглые и длинные, плоские линейные потенциометры.

При использовании в качестве датчика положения, подвижный объект подключается непосредственно к вращающемуся валу или ползунку потенциометра.

Опорное напряжение постоянного тока подается через два внешних неподвижных соединения, образующих резистивный элемент. Сигнал выходного напряжения берётся от клеммы скользящего контакта, как показано ниже.

Такая конфигурация создаёт выходное напряжение (делитель напряжения), пропорциональное положению вала. Например, на резистивный элемент потенциометра подаётся напряжение 10 вольт.

Тогда на скользящем контакте максимальное выходное напряжение будет равно напряжению питания 10 вольт, а минимальное выходное напряжение, соответственно, 0 вольт.

Если ползунок потенциометра установить в центральной точке полного пути прохождения, на выходе, соответственно, получится половина питающего напряжения, то есть — 5 вольт.

Пример простой позиционной измерительной цепи:

HONTECH

1 – сенсор; 2 – питание «плюс»; 3, 4 – выходной усиленный сигнал; R1, R2, R3, R4 – электронные компоненты схемы усилителя; ОУ – операционный усилитель

Преимущества и недостатки датчиков-потенциометров

Резистивные датчики положения по типу потенциометра имеют массу преимуществ:

• низкая цена,
• экономичная технология,
• простота использования и т. д.,

Однако датчикам положения присущи также много недостатков:

• износ движущихся частей,
• невысокая степень точности,
• слабая повторяемость,
• ограниченная частотная характеристика.

Главным недостатком считается использование потенциометра в качестве позиционного датчика.

Диапазон перемещения ползунка в этом случае (следовательно, получение выходного сигнала) ограничивается физическим размером используемого потенциометра.

Например, однооборотный поворотный потенциометр обычно имеет фиксированное механическое вращение в диапазоне 0º — 240º, максимум — 330º.

Тем не менее, доступны к применению многооборотные потенциометры с диапазоном вплоть до 3600º (10×360º) механического вращения.

Большинство типов потенциометров используют углеродную пленку под формирование резистивной дорожки. Но такой тип часто проявляет дефект электрических шумов (к примеру, регулятор громкости радиосигнала). Механический ресурс таких резисторов ограничен.

Сенсоры на основе проволочных реостатов

Другой тип — проволочные реостаты, изготовленные по форме проводника с прямой проволокой, либо в образе катушки, намотанной спиралью. Однако проволочные реостаты обладают проблемой, связанной с переходом по сегментам проволоки.

Это сопровождается логарифмическим результатом по выходу, что приводит к искажению выходного сигнала. Также проволочные реостаты дают электрические помехи.

Для высокоточных малошумных применений в настоящее время доступны потенциометры на основе полимерного сопротивления.

Такие конструкции имеют гладкую электрическую линейную резиновую дорожку с низким коэффициентом трения.

Конструкция дорожки обеспечивает:

• низкий уровень шума,
• длительный срок службы,
• хорошее свойство дискретности.

Подобная технология доступна как для многооборотных, так и для однооборотных устройств. Типичное применение этого типа высокоточного датчика положения:

• джойстик компьютерных игр,
• рулевые колёса,
• промышленные и роботизированные разработки.

Индуктивные датчики положения

Типичным позиционным датчиком, которому не страшен механический износ, является «линейный переменный дифференциальный трансформатор».

Это индуктивный датчик положения, который используется для измерения движения и работает по тому же принципу, что трансформатор переменного тока.

Точное устройство измерения линейного перемещения, выход которого пропорционален положению подвижного сердечника.

Линейный дифференциальный трансформатор (ЛДТ)

Конструкция ЛДТ содержит три катушки, намотанные на полом трубчатом наконечнике. Одна катушка образует первичную обмотку, две другие образуют идентичные вторичные обмотки, соединенные электрически последовательно, но смещённые на 180º по фазе относительно обеих сторон первичной обмотки.

Подвижный мягкий железный ферромагнитный сердечник (именуемый также «арматурой»), соединённый с измеряемым объектом, скользит или перемещается вверх и вниз внутри трубчатого тела ЛДТ.

Небольшой потенциал переменного напряжения «сигнал возбуждения» (2 – 20 вольт среднеквадратичное значение, 2 — 20 кГц) прикладывается к первичной обмотке. В результате наводится сигнал ЭДС в двух соседних вторичных обмотках трансформатора.

Арматура магнитного сердечника на основе мягкого железа изначально находится точно в центре трубки — в «нулевом положении» относительно обмоток.

Индуцированные ЭДС двух вторичных обмоток, в данном случае, обнуляют выход друг друга, так как не совпадают по фазе. Соответственно, выходное напряжение равно нулю.

По мере смещения сердечника в одну или другую сторону от нулевой позиции, индуцированное напряжение внутри одной из вторичных катушек будет увеличиваться по сравнению с другой катушкой. На выходе появится напряжение.

Зависимость полярности выходного сигнала

Полярность выходного сигнала зависит от направления и смещения движущегося сердечника. Чем больше движение сердечника в сторону от центрального нулевого положения, тем больше будет результирующий выходной сигнал.

В результате получается дифференциальный выход напряжения, линейно изменяющийся с положением сердечника.

Следовательно, выходной сигнал этого типа датчика положения обладает амплитудой, которая является линейной функцией смещения сердечника, и полярностью, которая указывает направление движения.

Фазу выходного сигнала можно сравнить с фазой возбуждения первичной обмотки с помощью подходящих электронных схем, таких как усилитель сигнала датчика — AD592.

PC144

Структурная схема линейного дифференциального трансформатора: 1, 3 – вторичные обмотки; 2 – первичная обмотка; 4 – детектируемое линейное движение; 5 – сердечник на основе никель-железа; 6 – выходной сигнал; 7 – сигнал возбуждения

Когда арматура перемещается от одного конца к другому через центральное положение, выходные напряжения изменяются от максимума до нуля и снова возвращаются к максимуму, но в процессе изменения фазового угла на 180 градусов.

Этот фактор позволяет генерировать выходной сигнал переменного тока, величина которого представляет собой величину движения от центрального положения, а фазовым углом определяется направление движения сердечника.

Типичное применение датчика линейного переменного дифференциального трансформатора — преобразователь величины давления, если бы измеряемое давление воздействовало на диафрагму для создания силы. Затем сила преобразуется в считываемый сигнал напряжения с помощью датчика положения.

Преимущества линейного переменного дифференциального трансформатора (ЛПДТ) по сравнению с резистивным потенциометром выражаются:

• очень высокой точностью,
• хорошими свойствами дискретности,
• высокой чувствительностью,
• отсутствием эффекта трения,
• высоким уровнем герметичности сборки.

Индуктивные датчики приближения

Ещё одним типичным исполнением индуктивного датчика положения является индуктивный датчик приближения (вихретоковый датчик). Этот тип приборов фактически не измеряет смещение или угловое вращение.

 

Индуктивный датчик приближения в основном используется для обнаружения присутствия объекта перед ним или в непосредственной близости. Отсюда и название «датчик приближения».

Датчики приближения — это бесконтактные датчики положения, использующие магнитное поле для обнаружения в паре с простейшим магнитным датчиком — герконом.

В индуктивном датчике катушка намотана вокруг железного сердечника внутри электромагнитного поля с образованием индуктивной петли.

Когда ферромагнитный материал помещается внутрь поля вихревого тока, создаваемого вокруг индуктивного датчика, подобного ферромагнитной металлической пластине или металлическому винту, индуктивность катушки значительно изменяется.

Схема обнаружения бесконтактных датчиков обнаруживает это изменение, создавая выходное напряжение. Поэтому индуктивные датчики приближения работают по электрическому принципу закона индуктивности Фарадея.

Составные компоненты датчика приближения 

Индуктивный датчик приближения имеет четыре основных компонента:

1. Генератор, создающий электромагнитное поле.
2. Катушку, генерирующую магнитное поле.
3. Схему обнаружения изменений поля.
4. Выходной контур.

Индуктивные датчики приближения позволяют обнаруживать металлические предметы перед головкой датчика без какого-либо физического контакта с самим объектом.

Это делает приборы идеальными для использования в сильно загрязнённых или влажных средах. Чувствительный диапазон датчиков приближения очень мал, обычно от 0,1 до 12 мм.

КОЛЕНВАЛ

Индуктивный датчик приближения: 1 – цель; 2 – поверхность восприятия; 3 – генератор; 4 – триггерный уровень; 5 – преобразователь сигнала; 6 – усилитель выходного сигнала

Помимо промышленных применений, индуктивные датчики приближения также обычно используются для управления потоком трафика путём смены светофоров на стыках и перекрестках путей. Прямоугольные индуктивные петли провода внедряются под асфальтированную дорожную поверхность.

Когда автомобиль или другое дорожное транспортное средство проходит над индуктивной петлёй, металлический корпус транспортного средства изменяет индуктивность шлейфов и активирует датчик. Тем самым выдаётся предупреждение контроллеру светофора о наличии транспортного средства.

Одним из основных недостатков таких датчиков положения является эффект «всенаправленности». То есть металлический предмет воспринимается либо сверху, либо ниже, либо сбоку.

Кроме того, не способны обнаруживать неметаллические объекты. Правда, доступны ёмкостные и ультразвуковые датчики приближения. Другие общедоступные магнитные позиционные датчики включают в себя:

• герконовые реле,
• датчики эффекта Холла,
• датчики переменного сопротивления.

Вращающиеся измерительные датчики (оптические кодеры)

Очередной тип датчиков положения, которые напоминают потенциометры, упомянутые ранее, но являются бесконтактными оптическими устройствами.

Такие датчики положения используются для преобразования углового положения вращающегося вала в аналоговый или цифровой код данных.

Другими словами, имеет место преобразование механического движения в электрический сигнал (предпочтительно цифровой).

Все оптические кодеры работают по одному основному принципу. Излучение светодиодного или инфракрасного источника света пропускается через вращающийся диск с высоким разрешением, который содержит требуемые шаблоны кода:

• двоичный,
• код Грея,
• BCD.

Фотодетектор сканирует диск при вращении, электронная схема обрабатывает информацию в цифровой форме как поток двоичных выходных импульсов, подаваемых на счетчики или контроллеры, которыми определяется фактическое угловое положение вала.

Типы ротационных оптических кодеров

Существует два основных типа ротационных оптических кодеров:

1. Инкрементные энкодеры.
2. Абсолютные кодеры положения.

Инкрементные энкодеры (квадратурные кодеры или относительный поворотный датчик), являются простейшими из двух датчиков положения.

На выходе выдают серию прямоугольных импульсов, генерируемых устройством фотоэлемента в виде кодированного диска с равномерно распределенными прозрачными и темными линиями.

Эти линии называются сегментами поверхности, которые двигаются или вращаются мимо источника света. Кодер создает поток прямоугольных волновых импульсов, подсчётом которых определяется угловое положение вращающегося вала.

Инкрементные энкодеры обладают двумя отдельными выходами — «квадратурными выходами». Эти два выхода смещены на 90º по фазе относительно один другого с определением направления вращения вала по выходной последовательности.

Количеством прозрачных и темных сегментов (слотов) диска определяется дискретность устройства. Увеличением количества строк в шаблоне увеличивается дискретность на степень вращения. Типичные кодированные диски имеют дискретность до 256 импульсов или 8 бит на оборот.

Самый простой инкрементный кодер называется тахометром. Устройство тахометр имеет один выход прямоугольной формы и часто используется в однонаправленных приложениях, где требуется только базовая информация о местоположении или скорости.

Кодер «квадратурный» («синусоидальная волна») является распространенным устройством. Даёт две выходные прямоугольные волны, обычно называемые каналом «А» и каналом «В».

Это устройство использует два фотодетектора, смещенных относительно друг друга на 90°. Тем самым создаётся два отдельных синусоидальных и косинусных сигнала выхода.

РАСПРЕДВАЛ

Инкрементный кодер: 1 – кодированные светлые и тёмные сектора диска; 2 – вращение диска; 3 – фото детектор перемещаемый на 90º; 4 – канал «А»; 5 – канал «В»

Вычисление угла вращения вала

Используя математическую функцию, можно вычислить угол вала в радианах. Как правило, оптический диск, используемый во вращающихся координатах положения, является круговым. Тогда дискретность выходного сигнала будет иметь вид:

θ = 360 / n

где n — число сегментов на кодированном диске.

Например, количество сегментов, необходимых для создания инкрементного кодера, имеющего дискретность 1º.

Если 1º = 360 / n,

тогда n = 360 сегментов и т. д.

Также направление вращения определяется путём указания, какой канал производит выход первым — канал A, либо канал B, дающие два направления вращения. Канал «A» ведёт «B» или канал «B» ведёт «A».

Одним из основных недостатков инкрементных датчиков при использовании в качестве датчика положения является то, что этот вид приборов требует внешних счетчиков для определения абсолютного угла вала в пределах заданного вращения.

Если питание моментально отключено или датчик пропускает импульс по причине шума или грязного диска, тогда полученная угловая информация приведёт к ошибке. Одним из способов преодоления этого недостатка является использование кодеров абсолютного положения.

Кодеры абсолютного положения

Кодеры абсолютного положения более сложные устройства, чем квадратурные энкодеры.  Кодеры абсолютного положения обеспечивают уникальный код выхода для каждой отдельной позиции вращения, указывающей как положение, так и направление.

В этом варианте кодированный диск состоит из нескольких концентрических «дорожек» светлых и темных сегментов. Каждый трек, независим от своего собственного фотодетектора, одновременно считывает уникальное кодированное положение для каждого угла движения.

Количество дорожек на диске соответствует бинарному «бит» — дискретному положению кодировщика. Поэтому 12-битный абсолютный кодер будет иметь 12 дорожек, а одно и то же кодированное значение появляется только один раз за оборот.

SERGEY

Четырёхбитный бинарный кодированный диск: 1 – кодированные сектора диска; 2 – вращение диска; 3 – четыре фото детектора, по одному на сектор; 4 – четырёхбитный кодированный выходной сигнал

Одним из основных преимуществ абсолютного энкодера является его энергонезависимая память, которая сохраняет точное положение кодировщика без необходимости возврата в «домашнее» положение в момент сбоя питания.

Большинство поворотных кодеров определяются как «однооборотные» устройства, но также доступны абсолютные многооборотные устройства, которые получают обратную связь в течение нескольких оборотов путём добавления дополнительных кодов.

Типичное применение кодеров абсолютного положения:

• конструкции жестких дисков компьютеров,
• головки чтения записи CD / DVD-приводов,
• печатающие головки принтеров или плоттеров.

---

На основе информации: Electronics-Tutorials

zetsila.ru

обзор, принцип действия, назначение. Сенсорный выключатель :: SYL.ru

Нередко в электронике находит свое применение такой радиоэлемент, как геркон. Его особенность состоит в способности замыкания контактов при облучении магнитным полем. Что это означает? Взяв простой магнит или разместив недалеко от геркона электромагнит, можно легко производить замыкание и размыкание контактов этого радиоэлемента. По своей сути он и является своеобразным бесконтактным датчиком.

Определение понятия

Что же такое бесконтактный датчик? Под ним понимают такой электронный прибор, который регистрирует присутствие определенного объекта в зоне своего действия и срабатывает без каких-либо механических или любых других воздействий.

Бесконтактные датчики применяются в самых различных сферах. Это создание бытовых приборов и системы охраны объектов, промышленные технологии и автомобилестроение. Кстати, в народе данный элемент называют «бесконтактным выключателем».

Преимущества

Среди основных достоинств бесконтактных датчиков выделяют их:

— компактные размеры;

— высокую степень герметичности;

— долговечность и надежность;

— небольшой вес;

— разнообразие вариантов установки;

— отсутствие контакта с объектом и обратного воздействия.

Классификация

Существуют различные типы бесконтактных датчиков. Они классифицируются по принципу действия и бывают:

— емкостными;

— оптическими;

— индуктивными;

— ультразвуковыми;

— магниточувствительными;

— пирометрическими.

Рассмотрим каждый из этих видов приборов отдельно.

Емкостные датчики

В основе этих приборов находится измерение электроконденсаторов. В их диэлектрике и находится тот объект, который подлежит регистрации. Назначение бесконтактных датчиков такого типа заключается в работе со множеством приложений. Это, например, распознавание жестов. Емкостными выпускают автомобильные датчики дождя. Такие приборы дистанционно измеряют уровень жидкости в процессе обработки различных материалов и т. д.

Емкостной бесконтактный датчик представляет собой аналоговую систему, работающую на расстоянии до семидесяти сантиметров. В отличие от других типов подобных приборов, он обладает большей точностью и чувствительностью. Ведь изменение в нем емкости происходит всего лишь в несколько пикофарад.

Схема бесконтактного датчика данного типа включает в себя пластины, состоящие из проводящей печатной платы, а также зарядку. В этом случае происходит формирование конденсатора. Причем это будет происходить в любое время либо в проводящем заземленном элементе, либо в каком-то объекте, диэлектрическая проницаемость которого отлична от воздуха. Такой прибор сработает и в случае появления в зоне действия устройства человека или части его тела, которая будет аналогична потенциалу земли. По мере приближения, например, пальца, изменится емкость конденсатора. И даже учитывая то, что система является нелинейной, обнаружить возникший в просматриваемых границах посторонний объект для нее не составит никакого труда.

Схема подключения такого бесконтактного датчика может быть усложнена. В устройстве могут быть задействованы сразу несколько независимых друг от друга элементов в направлениях влево/вправо, а также вниз/вверх. Это позволит расширить возможности прибора.

Оптические датчики

Такие бесконтактные выключатели на сегодняшний день находят свое широкое применение во многих отраслях человеческой деятельности, где работает оборудование, необходимое для обнаружения объектов. При подключении бесконтактного датчика используется кодирование. Это позволяет не допустить ложного срабатывания устройства при постороннем влиянии источников света. Работают подобные датчики и при низких температурах. В этих условиях на них надевают термокожухи.

Что представляют собой оптические бесконтрольные датчики? Это электронная схема, реагирующая на изменение того светового потока, который падает на приемник. Подобный принцип действия позволяет зафиксировать наличие или же отсутствие объекта в той или иной пространственной области.

В конструкции оптических бесконтактных датчиков имеется два основных блока. Один из них – источник излучения, а второй – приемник. Они могут находиться как в одном, так и в различных корпусах.

При рассмотрении принципа действия бесконтактного датчика можно выделить три типа оптических устройств:

1. Барьерный. Работа оптических выключателей такого типа (Т) осуществляется на прямом луче. При этом приборы состоят из двух отдельных частей – передатчика и приемника, располагающихся соосно друг относительно друга. Тот поток излучения, который испускается излучателем, должен быть направлен точно в приемник. При прерывании луча объектом выключатель срабатывает. Такие датчики имеют хорошую помехозащищенность. Кроме этого, им не страшны ни капли дождя, ни пыль и т. д.
2. Диффузный. Работа оптических выключателей типа D основана на использовании отраженного от объекта луча. Приемник и передатчик такого устройства располагают в одном корпусе. Излучателем направляется поток на объект. Луч, отражаясь от его поверхности, распределяется в различных направлениях. При этом часть потока возвращается назад, где и улавливается приемником. В результате выключатель срабатывает.
3. Рефлекторный. Такие оптические бесконтактные датчики относятся к типу R. В них используется луч, отраженный от рефлектора. Приемник и излучатель такого устройства также располагаются в одном корпусе. При попадании на рефлектор луч отражается, оказывается в зоне приемника, в результате чего и происходит срабатывание устройства. Такие приборы действуют при расстоянии до объекта не более 10 метров. Возможно, их применение для фиксации полупрозрачных предметов.

Индуктивные датчики

В основе работы данного прибора лежит принцип учета изменений индуктивности основных его составляющих – катушки и сердечника. Отсюда пошло и само название такого датчика.

Изменения индукции свидетельствуют о том, что в магнитном поле катушки появился металлический предмет, который изменил его и, соответственно, всю схему подключения, основная функция в которой возложена на компаратор. При этом происходит подача сигнала на реле и отключение электрического тока.

Исходя из этого можно говорить об основном предназначении такого прибора. Его используют для измерения перемещений части оборудования, которое должно быть отключено, если превышены пределы проходимости. Сами датчики имеют границы движения, варьируемые в пределах от одного микрона до двадцати миллиметров. В связи с этим такой прибор называют еще и индуктивным выключателем положения.

Обзор бесконтактных датчиков подобного типа позволяет выделить из них несколько разновидностей. Подобная классификация основана на различном количестве проводов подключения:

1. Двухпроводные. Такие индуктивные датчики подключают непосредственно в цепь. Это наиболее простой, но при этом достаточно капризный вариант. Он требует номинального сопротивления нагрузке. При снижении или увеличении данного показателя работа прибора становится некорректной.
2. Трехпроводные. Подобный вид индукционного датчика является самым распространенным. В таких схемах два провода следует подключить к напряжению, а один – непосредственно к нагрузке.
3. Четырех- и пятипроводные. В этих датчиках два провода подключают к нагрузке, а пятый используют для возможности выбора необходимого режима работы.

Ультразвуковые датчики

Эти устройства находят свое широкое применение в самых различных сферах производства, решая множество задач по автоматизации технологических циклов. Ультразвуковые бесконтактные датчики используются для определения местонахождения и удаленности различных объектов.

Например, они служат для обнаружения этикеток, причем даже и прозрачных, для измерения расстояния и осуществления контроля над передвижением объекта. С их помощью определяют уровень жидкости. Необходимость в этом возникает, например, для учета расхода топлива при выполнении транспортных работ. И это только некоторые из большого количества применений выключателей ультразвукового типа.

Такие датчики довольно компактны. Их отличает качественная конструкция и отсутствие различных подвижных деталей. Это оборудование не боится загрязнений, что достаточно актуально в условиях производств, а также почти не требует обслуживания.

В составе ультразвукового датчика находится пьезоэлектрический обогреватель, являющийся одновременно и излучателем, и приемником. Данная конструктивная деталь воспроизводит поток звуковых импульсов, принимая его и преобразуя полученный сигнал в напряжение. Далее оно подается на контроллер, который производит обработку данных и вычисляет то расстояние, на котором находится объект. Подобная технология называется эхолокационной.

Активный диапазон ультразвукового датчика является рабочим диапазоном обнаружения. Это то расстояние, в пределах которого ультразвуковой прибор может «увидеть» объект, и неважно, приближается ли тот к чувствительному элементу в осевом направлении или движется поперек звукового конуса.

В зависимости от принципа работы выделяют ультразвуковые датчики:

1. Положения. Такие устройства используют для исчисления временного промежутка, необходимого для прохождения звука от прибора к тому или иному объекту и назад. Бесконтактные ультразвуковые датчики положения применяют для контроля местоположения и наличия разнообразных механизмов, а также для их подсчета. Используются такие приборы и в качестве сигнализатора уровня различных жидкостей или сыпучих материалов.
2. Расстояния и перемещения. Принцип работы подобных приборов аналогичен тому, который используется в описанном выше устройстве. Разница имеется только в типе того сигнала, который присутствует на выходе. Он аналоговый, а не дискретный. Датчики подобного типа применяются для преобразования имеющихся показателей расстояния до объекта в определенные электрические сигналы.

Магниточувствительные датчики

Эти выключатели применяются для осуществления контроля положения. Датчики срабатывают при приближении магнита, который расположен на движущейся части механизма. Такие устройства обладают расширенным температурным диапазоном (от -60 до +125 градусов по Цельсию). Подобная функциональность позволяет автоматизировать большое количество сложных производственных процессов.

Бесконтактный датчик температуры магниточувствительного типа применяют:

— на химических и металлургических производствах;

— в районах Крайнего Севера;

— на подвижном составе;

— в холодильных установках;

— на автокранах;

— в бульдозерах;

— в снегоуборочных машинах и т. д.

Свое применение они находят в охранных системах зданий, а также для автоматического открывания окон и входных дверей.

Самыми современными и быстродействующими являются магниточувствительные датчики, работающие на эффекте Холла. Они не подвержены механическому износу, так как обладают электронным выходным ключом. Ресурс таких датчиков практически неограничен. В связи с этим их применение является выгодным и практичным решением задач по измерению числа оборотов вала, фиксации расположения быстро движущихся объектов и т. д.

При измерении уровня жидкостей широко применяют поплавковые магниточувствительные датчики. Они являются оптимальным вариантом для определения необходимых показателей из-за недорогой цены и простоты конструкции.

Микроволновые датчики

Подобная разновидность бесконтактных выключателей является наиболее универсальным вариантом конструкции, чего позволяет добиться непрерывное сканирование обслуживаемой зоны. При этом стоит иметь в виду, что они находятся в более высокой ценовой категории, чем, например, ультразвуковые аналоги.

Функционирование подобного прибора происходит благодаря излучению электромагнитных волн, имеющих высокую частоту, значение которой несколько отличается в устройствах различных производителей. Микроволновые датчики настроены на сканирование и приемку отраженных волн. Это позволяет аппарату фиксировать даже самые малейшие изменения электромагнитного фона. Если это происходит, то сразу же срабатывает система оповещения, подключенная к датчику, в виде сигнализации, освещения и т. д.

Микроволновые приборы обладают повышенной точностью срабатывания и чувствительностью. Для них не являются преградами кирпичные стены, двери и предметы мебели. Данный факт следует учесть при установке системы. Уровень чувствительности прибора может быть изменен с помощью настройки датчика движения.

Применяют микроволновые выключатели для управления внутренним и наружным освещением, устройствами сигнализации, электроприборами и т. д.

Пирометрические датчики

Для организма любого живого существа характерно наличие теплового излучения, которое является пучком электромагнитных волн разной длины. При повышении температуры тела увеличивается и объем излучаемой им энергии.

На основе фиксации теплового излучения работают датчики, которые называются пирометрическими сенсорами. Они бывают:

— суммарного излучения, измеряющими полную тепловую энергию тела;

— частичного излучения, измеряющие энергию ограниченного приемником участка;

— спектрального отношения, выдающие показатель отношения энергии определенных участков спектра.

Бесконтактные датчики-сенсоры чаще всего применяются в приборах, фиксирующих движение объектов.

Сенсорные выключатели

Развивающиеся технологии затронули практически все сферы жизнедеятельности человека. Не обошли они стороной и вопросы обустройства дома. Одним из ярких примеров тому является сенсорный выключатель. Это устройство позволяет управлять освещением помещения с помощью легкого прикосновения.

Сенсорный выключатель сразу же срабатывает даже при самом слабом прикосновении к кнопке. В его конструкцию входит три основных элемента. Среди них:

1. Блок управления, обрабатывающий поступивший сигнал и передающий его нужным элементам.
2. Устройство коммутации. Эта деталь смыкает и размыкает цепь, а также изменяет силу тока, потребляемую светильником.
3. Управляющая (сенсорная) панель. С помощью этой детали выключатель воспринимает сигналы с пульта ДУ или от касания. Самые современные устройства срабатывают при проведении рядом с ними рукой.

Стандартные модели могут:

— включать и выключать свет;

— регулировать яркость;

— контролировать работу отопительных приборов, сообщая об изменениях температуры;

— открывать и закрывать жалюзи;

— включать и выключать бытовые устройства.

Сенсорные выключатели производят различных видов. Конкретная модель выбирается в зависимости от потребностей офиса или жилого дома. Например, желание приобрести и установить сенсорное устройство может возникнуть из-за расположения стационарного выключателя в неудобном месте с невозможностью его переноса. А может, в доме или в квартире живет человек, подвижность которого ограничена. Порой стационарные выключатели находятся на такой высоте, что недоступны для детей. Решение проблемы потребует выбора определенной модели. Некоторые хозяева предпочитают устанавливать сенсорные выключатели для изменения яркости света не вставая с кровати и т. д.

www.syl.ru

Датчики скорости, виды датчиков и их устройство: подробно

Вращающийся тросик давно считается одним из устаревших методов измерения скорости. Сейчас отдают предпочтение другим устройствам, чья работа основана на принципе Холла. Такие приспособления упрощают эксплуатацию транспортного средства. И позволяют быстрее принимать решения по восстановлению нормальной работоспособности тех или иных узлов, которыми снабжаются датчики скорости, виды датчиков и их устройство подробно опишем далее.

Информация общего характера

От колёс в процессе вращения исходят импульсы электрической энергии – на их анализе и построена работа приборов. Суть типовых датчиков – в том, что они выглядят как элементы небольших размеров внутри привода. Они располагаются в том же месте, что и КПП.

На сегодняшний день основными видами датчиков признают следующие:

• Электронные современные модели.
• Индуктивные.
• Язычковые.

Более подробное описание

В современном автомобилестроении наибольшее распространение получили именно приборы с эффектом Холла. Этапы функционирования в этом случае имеют следующее описание:

• Датчики монтируют внутри приводов спидометра. После этого начинается отслеживания частоты вращения у одного из колёс. Формируется единая электрическая цепь.
• Изучаем определитель скорости. Специальному контроллеру передают до 6004 импульсов через каждый километр пути, пока устройство функционирует. Увеличение показателя пропорциональное. Импульсы передаются с большей частотой по мере того, как увеличивается скорость движения.

• Ранее отмеченный измеритель анализирует результаты приёма и передачи импульсов. После этого считается, с какой скоростью автомобиль точно движется в настоящее время. Полученные результаты идут на блоки, отвечающие за контроль р. Водитель через спидометр тоже получает интересующую его информацию.

Одна из особенностей датчика – практически полное отсутствие сопротивления. Итоговая скорость от конструкции не зависит.

Не составит труда разобраться с принципами работы любых современных датчиков.

Датчики скорости: на что они влияют?

Предназначение устройства заслуживает отдельного рассмотрения. Выделяют два основных:

• Сообщение водителю о том, с какой скоростью движется авто. Благодаря этому проще полностью соблюдать правила дорожного движения.

• Вторая функция – тоже передача информации, но только не водителю. Её получают другие узлы, функционирующие внутри авто. Информация представляет особую важность для редуктора ГБО, карбюратора, инжектора. У этих двигателей есть электроника, которая на основе полученных сведений регулирует работу мотора, когда он движется по инерции, либо поддерживает холостой ход.

От того, исправен ли датчик скорости, зависит двигатель, как можно увидеть из предыдущих пунктов. Например, если заметен перерасход топлива – причиной вероятнее всего служит и неисправный датчик.

Потому можно ответить и на вопрос о том, на что влияют любые виды датчиков скорости, стабильно дающие показания:

• Правильность, стабильность работы автомобиля.
• Безопасное дорожное движение.0

Неисправность прибора: по каким причинам возникает?

Обрыв электрической сети относят к проблемам, которые встречаются чаще всего у таких узлов. Если диагностика проводится самостоятельно – рекомендуется начинать с проверки электрических контактов, основной части проводов. Проверку проводят визуально, обязательно прозвание при помощи тестера.

Обломы часто наблюдают сразу после пластиковых разъёмов, в области, где расположен выпускной коллектор.

Разъединение и проверка обязательны для каждого из контактов. Быстрое окисление происходит, если на эти места воздействуют влага с солью. Из-за этого потом прерываются электрические цепи. Если обнаружилась такая проблема – надо зачистить поверхность, использовать качественную смазку.

Трос спидометра тоже предполагает дополнительную проверку. Если его длительно эксплуатируют – велика вероятность появления обрывов, мешающих нормальной работе проводов и целой системы. Тросик рекомендуется периодически смазывать маслом, чтобы проблем было меньше. Следующие признаки должны настораживать водителей:

• Двигатель резко меняет мощность.
• Расход топлива, который внезапно увеличился.
• Отсутствие стабильной работы при сохранении холостого хода.
• Проблемы с работой спидометра, отражение ложной информации.

С большой вероятностью проблемы привязаны к датчику, если при холостом ходе двигателя авто внезапно останавливается. То же самое касается ситуации при движениях накатом. Остановка может произойти, и когда нажимают педаль сцепления, переключая передачи. Когда обнаруживаются подобные проблемы, в большинстве случаев без замены прибора не обойтись. Вид устройства не играет роли.

Проведение самостоятельных тестирований

Перед проверкой счётчика водителю советуют отдельно убедиться в том, что напряжение с электричеством поступает ко всем контактам. Главное – помнить, что функционирование прибора опирается на эффект Холла. Контакт, отвечающий за передачу импульсов, проверяют только во время кручения. Если кручения нет, то и напряжение на прибор не передаётся.

0,5-10 В – норма по показателям, когда проводят проверку мультиметром. Существует три способа для самостоятельной проверки датчика.

• С предварительным демонтажем устройства.

Мультиметр используют, чтобы найти тот контакт, через который ведётся подача импульсов. Минусовой щуп замыкают на корпус авто, а плюсовой – на сам измерительный прибор. Следующий этап включает вращение самого датчика, с сохранением малой скорости. Следующий этап – появление небольшого напряжения у мультиметра. Чем выше скорость вращения прибора – тем больше напряжение, с которым работает датчик.

Датчик демонтируется, только если зажигание выключено. Иначе велика вероятность перегорания устройств в момент разъединения контактов.

• При втором способе можно не снимать приспособление.

Используем домкрат, приподнимая одно из ведущих колёс. У мультиметра щупы зажимают на контактах прибора. После этого колесо начинают вручную вращать. Тогда на контактах появится напряжение, тут же отображённое в мультиметре. Увеличение скорости приводит к большему напряжению. Если ничего не происходит – велика вероятность, что датчик придётся заменить, поскольку он неисправен.

• Ещё один вариант – когда мультиметра нет, но проверку провести необходимо.

В этом случае для использования подходит контрольная лампочка, на 12 В. Действия проводятся в таком же порядке, что и для второго метода. К устройству подсоединяют лампочки, а не контакты мультиметра. Лампочка загорится, когда колесо начнут вращать, если с прибором всё в порядке.

Когда выбирают второй и третий варианты проверки, одновременно рекомендуется изучать и привод устройства. Его легко отыскать на ощупь. Стабильность привода легко проверить, когда одно из колёс вращается.

Самостоятельная замена датчиков скорости

Перед заменой устройства выполняются все действия по диагностике, описанные выше. Только после этого целесообразной будет сама замена, если обнаружены какие-либо проблемы. При покупке нового устройства надо обратить внимание на качество. Отечественные или европейские модели станут оптимальным выбором, а вот от Китая лучше отказываться.

У отечественных изделий при помощи специального лака заливают все контакты, взаимодействующие с окружающей средой. Благодаря этому срок эксплуатации продлевается.

Хвостовик лучше брать не пластиковый, а металлический. Износ у пластиковых вариантов более быстрый. Особенно – для тех, кому нравятся высокие скорости, агрессивные стили езды. Использование подъёмников и специальных ям упрощает процесс замены. Место расположения датчиков скорости у конкретных машин описано в эксплуатационном руководстве.

Когда датчик найден – выключают зажигание, очищают прибор от всех загрязнений. Устройство надо выкрутить, отсоединив нужные клеммы. Не рекомендуется прикладывать слишком серьёзные усилия, даже когда с первого раза не получается. Лучше выбрать состав WD-40 для обработки места крепления, немного подождать.

Когда демонтаж завершён – переходят к установке нового прибора. Все разъёмы соединяются, подключают питание на АКБ.

В электронном блоке управления вручную проводят обнуление ошибки, когда монтаж нового датчика завершён. Иначе индикатор по неисправностям продолжит работать, только запутывая водителя ещё больше.

Заключение

Все современные автомобили оснащаются датчиками, измеряющими скорость. Задача этих устройств – не только в самом измерении, но и в передаче информации как самому водителю, так и другим блокам, связанным с управлением автомобилем. Обороты холостого хода легко контролировать на основе информации, полученной от устройства. То же самое касается количества подаваемого воздуха, других параметров, оказывающих прямое влияние на двигатель и его работу. Частота передаваемых сигналов увеличивается по мере увеличения скорости движения транспорта.

prodatchik.ru