Датчик это определение?

1 ответ 1

Сенсор и датчик — в большинстве случаев одно и то же. Ранее в значении считывания физических величин и напр. определения состояния использовался преимущественно (если не исключительно) русский термин. Термин «сенсор» поначалу употреблялся только по отношению к устройствам, реагирующим на прикосновение человека («сенсорные устройства»: кнопки и клавиатура — touch pad и пр.) — в таком смысле и сейчас верен именно этот вариант. Однако сейчас термин «сенсор» расширенно стал применяться и в значении «датчик» (видимо, связано с переводами).

Подбор датчиков, какие параметры учитывают

Сенсор, например, на замену сломанного, подбирают под параметры:

• на которые рассчитано обслуживаемое оборудование;
• характеристики могут быть иными:
  • в рамках рекомендаций производителя;
  • если прибор рассчитан на таковые (могут расширять его возможности, опции).

• диапазон характеристик обслуживаемой среды (например, температура, давление). Если, например, датчик NTC или термопара рассчитана на работу в t° до +600, то, конечно же, они не будут эффективными, если рабочими температурами приложения являются значения около +900° C. Если сенсор работает с запитыванием (обычно слаботочным), то чрезмерно высокое значение попросту выведет его из строя, это же касается, если он предназначен для фиксирования электропараметров только определенного диапазона, а также такая некорректная по отношению к нему среда просто не будет правильно отслеживаться;
• инерционность. Это время срабатывания. Важно выдерживать допустимые нормы для конкретного оборудования. Например, если сенсор слишком медленный, то противопожарная система будет срабатывать с опозданием, что может привести к трагическим последствиям, принятые ею меры могут из-за опоздания стать неэффективными.

Остальные важные параметры:

• точность и погрешность;
• разрешение;
• мощность, в том числе сигнала на выходе;
• нужный момент, усилие от входного сигнала;
• выходное сопротивление;
• дифференциальность (способность различать).

При подборе надо проверять допуски — совокупность характеристик, допустимых для конкретного оборудования. Например, диапазон погрешностей, отклонений (±).

Статические качества. Выражают, насколько корректен выход датчика, насколько правильно отражает замеряемые величины спустя определенное время после их изменения, когда вых. импульс установился с новым значением. К таковым относятся:

Динамические характеристики. Редко приводятся в техописаниях. Для бытовых приборов, обычных целей их можно не учитывать.

Их берут во внимание, если требуется детектор для особо чувствительного оборудования (лабораторного, научного, для экспериментов), для предельно возможной точности, исключающей любые сбои, погрешности (сфера энергетики, космическая отрасль). К таковым относятся:

Требования для датчиков

Можно подобрать сенсор с большой погрешностью, если это допускается производителем, затребовано именно под особенности приложения или особо не влияет на качество работы.

Но в общем лучшими изделиями будут таковые со следующими качествами:

• однозначность зависимости вых. величины от входной;
• стабильность качеств во времени;
• чем выше чувствительность, тем лучше;
• малые размеры, вес;
• отсутствие обратного влияния на подконтрольный процесс, параметр;
• чем шире диапазон рабочих параметров, тем лучше, если это не ухудшает иные характеристики;
• расширенные способы монтажа.

Разновидности датчиков

Классификация сенсоров чрезвычайно обширная. Опишем наиболее характерные виды применяемых повсеместно датчиков.

В своей основе почти все детекторы базируются на чувствительной части, реагирующей на определенные параметры обслуживаемой среды, а также на сопровождающие ее процессы.

Например, сенситивным элементом может быть следующее:

• оптический луч, лазеры (датчики скорости вращения);
• резистор из специального сплава, который при определенных температурах меняет сове сопротивление. При этом на него приемник подает небольшой ток, таким образом отслеживает изменения (NTC PTC детекторы);
• спайка из разных сплавов (термопары) реагирующих созданием силы ЭДС и малого тока при конкретных температурах, именно изменения этих явлений регистрирует приемник;
• биметаллические пластины, изгибающиеся при нагреве смыкая/размыкая контакты;
• тензометрические элементы, отслеживающие давление, которые при определенном усилии, прикладываемом к ним, меняют свои электрохарактеристики;
• магниты;
• поплавки;
• с химреактивами.

В зависимости от исследуемой величины, от характера входных значений датчик бывает:

• для механических (линейных, угловых) перемещений;
• пневмо;
• расходомерный;
• отслеживающий скорость, ускорение;
• давления, усилия;
• температурный;
• газовый, загрязненности среды (воды, воздуха);
• химических сред.

Классификация по выходной величине, то есть по созданию удобного для восприятия сигнала, в который преобразуется входной импульс исследуемой среды:

• постоянного/переменного тока, его частоты (ЭДС или напряжения);
• сопротивления (активного, индуктивного, емкостного и других);
• могут быть любые другие формы передачи информации (свет, радиосигнал, звук).

Подавляющее большинство сенсоров электрические, поскольку именно при этом наблюдается наибольшая совокупность достоинств:

• электросигнал удобный для передачи на расстояния, при этом скорость почти моментальная;
• универсальность — любые иные величины можно трансформировать в электричество, отобразить им и наоборот;
• чрезвычайная точность;
• возможность преобразования данных в цифровые коды, что обуславливает лучшую чувствительность, быстродействие

Классы

Датчики имеют виды, которые группируют по трем классам:

• аналоговые — создающие аналоговый сигнал, пропорционально входному потоку данных;
• цифровые (электронные) — генерируют последовательности сигналов;
• бинарные, основанные на двоичных кодах, словах выдачи информации. Создают двухуровневый сигнал «вкл./выкл», 0 или 1, да/нет, можно/запрещено. Широко распространенные из-за простоты, могут быть двух описанных выше типов.

По принципу действия

• генераторные. Преобразовывают неэлектрический контролируемый или регулируемый сигнал в ЭДС. Нет потребности в постороннем источнике энергии, поскольку сами они источники ЭДС (пример — термопара). Подвиды:
  • с термоэлектрическим принципом (электропараметры меняются в зависимости от изменения температуры), что и регистрирует приемник;
  • пьезо;
  • гальванические;
  • тахометрические (разные скорости вращения исследуемого объекта провоцируют изменения в электропараметрах датчика);
• параметрические. Трансформируют вх. величину в изменение электрохарактеристик сенсора. Но есть особенность — такой детектор получает электроэнергию от, как правило, маломощного источника энергии. Разновидности:
  • активного сопротивления: контактного, реостатного, потенциометрического принципа. А также тензодатчики, термо и фото резисторы;
  • реактивного сопротивления. Индуктивные, емкостные.

У активных детекторов используется зависимость значения активного сопротивления от давления с контактным характером, от температуры, освещенности фотоэлементов.

Контактные

На контактных детекторах остановимся подробнее, так как они ярко отображают принцип работы. Это одни из самых простых разновидностей, элементарные по своей конструкции и методу. Преобразовывают движение первичного элемента в изменение сопротивления электроцепи скачкообразного характера. Это сенсор, где линейное или угловое перемещение трансформируется в замкнутое/разомкнутое состояние контактов, производящих управление электроцепями.

Подвиды: с механическим (ручным) и магнитным управлением. Например, герконы, у которых контакты намагничиваются и смыкаются, если в их колбе создается определенное магнитное поле исследуемым фактором, обычно, связанным с электрическими явлениями.

Контактными детекторами делают замеры и контроль усилий, перемещений, температур, размеров, форм. Такие устройства работают на постоянном и переменном токе. Подвиды: одно- и многопредельные. Последние применяются для величин, изменяющихся в широких рамках, при этом части резистора цепи закорачиваются.

Контактные детекторы широко применяются в автомобилях. Опишем некоторые.

Датчики аварийных состояний. Пример: сенсоры перегрева охлаждающего вещества, включения вентилятора. Используется способность биметаллической пластины изгибаться при воздействии на нее тепла, тем самым замыкаются/размыкаются контакты, подается питание на крыльчатку и пр. элементы системы.

Детектор аварийного давления масла. Используется свойство упругих частей деформироваться под давлением среды.

Датчик уровня жидкости, основывающийся на контакте воды, емкости и исполнительных элементов (указатели, смыкатели и прочее) с поплавком.

Схема действия геркона для контроля исправности лампочек в автомобиле.

Контроль износа тормозных колодок:

Расширенная классификация датчиков

Мы рассмотрели самые популярные варианты сенсоров. Есть также не особо распространенные детекторы. Типы датчиков достаточно полно отображены во многих источниках. Для целостности картины приведем список с уже описанными нами типами:

Наиболее многочисленные разновидности по виду измеряемого параметра:

Классификация датчиков

На рынке можно найти много видов сенсоров. Практически все они базируются на воспринимающих элементах, улавливающих определенные параметры объекта. Например, чувствительной частью выступает:

• лазер либо оптический луч, установленный в детекторах скорости вращения;
• резистор, изготовленный из специального сплава, меняющий сопротивление под воздействием смены температур: ставится в терморезистивные датчики;
• спайка из различных сплавов, при некоторых температурах, реагирующая образованием электродвижущей силы;
• биметаллические пластины, управляющие электрическими контактами;
• тензометрические элементы, преобразующие величину деформации и меняющие характеристики.

Также это могут быть магниты, поплавки, химические реактивы.

Классификация датчиков по выходным параметрам (образованию наиболее удобного для восприятия импульса, в который преобразуется входной сигнал исследуемой среды), следующая:

• электродвижущей силы и напряжения;
• сопротивления;
• света, радиосигнала, звука.

Большинство датчиков являются электрическими приборами, так как именно они имеют множество преимуществ:

• электрический сигнал удобен для передачи на разные расстояния без задержки скорости;
• любые параметры легко преобразуются в электричество.
• электросенсоры очень точные, чувствительные, быстродействующие.

Детекторы разделяют на три класса:

1. Аналоговые, образующие аналоговый сигнал потоку входных данных.
2. Цифровые или электронные, генерирующие последовательности импульсов.
3. Бинарные, создающие двухуровневый сигнал.

По принципу действия сенсоры бывают генераторными, гальваническими, тахометрическими, параметрическими, индуктивными, емкостными. Также существуют не особенно распространенные виды классификаций сенсоров:

• дискретные и непрерывные – по динамическому характеру трансформации;
• аналоговые и цифровые – по виду измерительных импульсов;
• проводные и беспроводные – по среде подачи импульсов;
• одномерные и многомерные – по количеству входящих параметров.

По виду измеряемых величин наиболее популярны следующие разновидности детекторов:

• давления: абсолютного, избыточного, разрежения, разности давления, давления-разрежения;
• расхода: механические, ультразвуковые, вихревые, электромагнитные, кориолисовые;
• уровня: радарные, емкостные, поплавковые, кондуктометрические;
• температуры: термопара, сопротивления, пирометры, теплового потока;
• перемещения: абсолютные, относительные;
• радиоактивности: ионизационные, прямого заряда;
• фотодатчики: фотодиоидные, фотосопротивления, фотоматричные.

Также бывают датчики влажности, положения, вибрации, механических величин, дуговой защиты.

Определения понятия датчик

Широко встречаются следующие определения:

• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
• датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
• датчик – конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В третьем и четвертом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Видео по теме

Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

ТИПЫ И ПАРАМЕТРЫ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ

Поскольку назначением любого преобразователя является не только обнаружение воздействия, но также его преобразование, то классификация датчиков по способу формирования выходного сигнала не менее важна, чем по обнаруживаемому параметру.

Различают следующие типы выходов:

• пороговый;
• аналоговый;
• цифровой.

Первый самый простой и характеризуется двумя состояниями «0», «1» – выключено, включено. В качестве элементов, формирующих такой сигнал выступают «сухие контакты» (реле) или электронные ключи (транзисторные, тиристорные, симисторные и пр.).

Основным параметром такого выхода является коммутируемые ток и напряжение.

Причем, обратите внимание, могут быть указаны максимальные и (или) номинальные значения. В первом случае имеется в ввиду непродолжительное время работы в указанном режиме, во втором – неограниченно.

Достоинством таких устройств является универсальность – возможность работы практически во всех системах контроля и управления. Исключение могут составлять специализированные системы, «заточенные» под решение специфичных задач и использующие собственную линейку оборудования.

Аналоговый датчик имеет на выходе сигнал, электрические характеристики которого (чаще напряжение) пропорционально зависят от контролируемого воздействия.

В качестве примера можно привести некоторые виды термодатчиков. Для анализа и обработки такого сигнала требуются специальные схемотехнические решения. Плюсом такого исполнения является высокая информативность.

Наверное многие знают что существует двоичный код, то есть последовательность логических уровней («0» – низкий, «1» – высокий). Таким способом можно передавать информацию о состоянии устройства (значение измеряемого параметра), а также его уникальный адрес.

Датчики, использующие такую технологию называются цифровыми. Подобный сигнал также требует дополнительной обработки, следовательно оборудование, работающее по такому принципу должно быть совместимо. Но в простых системах контроля и управления чаще используется первый способ.

В завершение нужно заметить, что датчики, работающие в системах автоматики и управления могут иметь различную степень пыле-влаго защиты и рабочие температурные диапазоны.

Конкретный тип и конструктивное исполнение устройства определяется в зависимости от решаемых задач и условий эксплуатации.

Применение датчиков в промышленном оборудовании

В промышленной электронике индуктивные, оптические и другие датчики применяются очень широко. Долго и постоянно имею с ними дело, так как работаю инженером-электронщиком на крупном предприятии. Статья будет обзорной, но есть и реальные примеры.

Тактильный сенсор

Датчик прикосновения реализует одно из самых востребованных чувств примитивных BEAM роботов и прочих ползающих электронных существ. Самый простой вариант такого сенсора представляет собой небольшой отрезок стальной проволоки с пружиной на конце. Этот ус припаивается к плате со стороны пружины, так чтобы он мог свободно двигаться в нужные стороны. По центру пружины, в плату впаивается короткий стержень из прочной негибкой проволоки. Прикасаясь такими усами к препятствию, происходит замыкание между пружиной и центральным стержнем, что интерпретируется как столкновение.

Существуют и другие типы тактильных датчиков. Так, датчик силы преобразует прикладываемую к сенсору физическую силу в аналоговый электрический сигнал. В основе таких устройств, как правило, лежит пьезоэлектрический эффект. Суть этого эффекта состоит в возникновении разности потенциалов на противоположных поверхностях пьезоэлектрического материала при воздействии на него силы. Подобное явление можно наблюдать и в обычной «пьезо» зажигалке. При ударе своеобразного молоточка по кристаллу, между электродами возникает настолько сильное напряжение, что появляется электрическая дуга.

Также с помощью датчика можно измерять степень изгиба пьезоэлектрической пластины, а также величину её вибрации, что используется для детектирования звука. К достоинством данного типа сенсоров можно отнести отсутствие энергопотребления. Недостатком же является хрупкость материала датчика.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Для начала давайте рассмотрим типы устройств с точки зрения характера регистрируемых ими воздействий. Здесь можно выделить две группы:

• контактные;
• бесконтактные.

Первые подразумевают механическое воздействие. Характерным представителем такой группы являются конечные выключатели, приборы регистрирующие и измеряющие давление, скорость потока жидкостей и газов.

Бесконтактные типы используют несколько принципов обнаружения события: магнитный, оптический, микроволновый, емкостной, индукционный, ультразвуковой.

Каждый из них имеет особенности, определяющие область применения. Например, индукционные датчики не реагирует на предметы из немагнитных материалов. Кроме того, тип устройства определяет дальность действия (обнаружения).

Оптические (оптико электронные), микроволновые, ультразвуковые способны работать на значительном удалении от объекта контроля. Остальные предназначены для использования на небольших расстояниях.

Область применения различных видов датчиков.

В зависимости от назначения, датчики позволяют обнаруживать наличие предмета в зоне своего действия, определять его положение, скорость и направление перемещения, геометрические размеры.

Кстати, техническими характеристиками определяется минимальный размер контролируемого объекта, который может составлять от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.

Кроме того датчики используются для контроля температуры, состава, свойств и состояния окружающей среды.

К примеру, датчики дыма в системах пожарной сигнализации позволяют обнаруживать пожар на начальных стадиях. Широко используются датчики уровня, причем как жидкостей, так и сыпучих материалов.

Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

Типы датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик — это устройство, которое выдает определенный сигнал при наступлении какого-либо определенного события. Иначе говоря, датчик при определенном условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал. Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами.

Оптический датчик отслеживает перемещение
деталей по конвейеру

Датчиков великое множество. Перечислю лишь те разновидности, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия — датчик приближения, датчик положения, индукционный, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут «proximity sensor». Фактически это — датчик металла.

Оптические. Другие названия — фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются «датчик освещенности». Разновидность оптических датчиков — инфракрасные датчики движения, которые срабатывают на изменение температуры в зоне действия.

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления. Если этот датчик дискретный, то принцип работы очень прост. Давления воздуха или масла нет — датчик выдает сигнал на контроллер или рвет аварийную цепь. Может быть датчик для измерения давления с токовым выходом, ток которого пропорционален абсолютному давлению либо дифференциальному.

Гироскоп

Классический механический гироскоп представляет собой устройство, состоящее из массивного тела (ротора), вращающегося с большой скоростью вокруг своей оси симметрии. Гироскоп обладает двумя замечательными свойствами, в основе которых лежит закон сохранения вращательного момента. Эти свойства делают гироскоп незаменимым инструментом для целей навигации.

Первое свойство — способность гироскопа сохранять направление главной оси относительно пространства. Другими словами, если разместить ротор гироскопа в кардановом подвесе с возможностью вращения вокруг всех трех осей, то гироскоп будет сохранять свое положение при любом движении основания подвеса. Проще всего представить себе работу гироскопа на примере полета самолета. Перед вылетом, разместим в кабине самолета гироскоп, и развернем его так, чтобы ось ротора смотрела на полярную звезду. Затем сильно раскрутим ротор, а еще лучше подключим к ротору небольшой двигатель. Самолет взлетает и начинает выполнять фигуры сложного пилотажа, включая бочку и мертвую петлю. Так вот, какие бы маневры не совершал самолет, ротор гироскопа по-прежнему будет смотреть на полярную звезду. Надо думать, что гироскопы чаще всего и применяются в самолетах для определения их положения в пространстве.

Ко второму замечательному свойству можно отнести возникновение прецессии ротора при приложении к нему внешнего вращательного момента. Суть этого явления заключается в том, что если пытаться повернуть ротор вокруг оси, перпендикулярной оси его вращения, то гироскоп будет сопротивляться этому движению но, что неожиданно, станет вращаться вокруг оси, перпендикулярной оси принудительного вращения. Это свойство используется в корабельных гирокомпасах — устройствах которые в отличие от магнитного компаса указывают на истинный полюс земли и не подвержены влиянию электромагнетизма.

Ввиду высокой сложности изготовления, цена настоящего механического гироскопа для авиации, начинается от $1500. Кроме того, размер и масса такого устройства достаточно велики чтобы использовать их в тех же авиамоделях.

МЭМС гироскопы

Появление МЭМС-технологии (микроэлектромеханические системы) позволило создать дешевый миниатюрный гироскоп, который встречается сегодня практически в каждом смартфоне. Справедливости ради, следует сказать что этот самый микро-гироскоп не то же самое что авиационный гироскоп. Это устройство правильнее называть гиротахометр, то есть измеритель скорости угла поворота. В основе МЭМС-гироскопа лежит так называемый вибрационный гироскоп, в котором роль вращающегося ротора играет своеобразный вибрирующий маятник. При повороте гироскопа, вибрирующий маятник пытается сопротивляться приложенной силе. Возникающее сопротивление маятника фиксируется различными способами и преобразуется в электрический сигнал.

МЭМС-гироскопы различаются по ряду параметров:

• диапазон измеряемой скорости поворота: 100гр/с, 400гр/с, 2000гр/с;
• оси, для которых производится измерение, любые комбинации осей X,Y и Z (Pitch, Roll, Yaw);
• наличие встроенных фильтров (обычно ФНЧ (low pass filter) и ФВЧ (high pass filter)).

Как правило, МЭМС-гироскоп имеет от одного до трех аналоговых выходов, напряжение на которых пропорционально скорости поворота корпуса устройства вдоль соответствующих осей. Также, готовые модули гироскопов могут иметь встроенный АЦП и цифровой внешний интерфейс, например I2C.

МЭМС-гироскопы используются для стабилизации полета вертолетов, квадрокоптеров и прочих авиамоделей. Как уже говорилось, во многих смартфонах имеется встроенный гироскоп (бывает и акселерометр), который используется в различных интерактивных приложениях. В таком устройстве как Сегвей (Segway) гироскопы, совместно с акселерометрами служат для обеспечения балансирования устройства на двух колесах. Стоимость МЭМС-гироскопа варьируется в районе $10-40.

Акселерометр

Акселерометр — это прибор, позволяющий измерять ускорение тела под действием внешних сил. Схематически, акселерометр можно изобразить в виде массивного тела, которое способно передвигаться вдоль некоторой оси и соединено с корпусом прибора пружинами. Если такой прибор толкнуть вправо (кадр B), то груз сместится по направляющей влево от центра оси. Определяя смещение груза относительно центральной точки и удается определить величину действующего ускорения.

Следует отметить, что на акселерометр, как и на все тела на этой планете, действует гравитационная сила. Если повернуть прибор на 90 градусов, эта сила сместит груз вниз и прибор покажет величину ускорения свободного падения.

Как правило, современные акселерометры позволяют измерять проекцию ускорения сразу на три оси трехмерного пространства. Зная эти величины, легко можно рассчитать угол наклона конкретной оси относительно поверхности земли. Однако, измерение наклона с помощью акселерометра возможно только тогда, когда последний находится в состоянии покоя. Ведь если на гироскоп во время измерения подействует любая другая сила, прибор непременно её зафиксирует и тем самым внесет ошибку в расчет углов.

Готовый модуль акселерометра может снабжаться как аналоговыми выходами — по одному на каждую ось, так и встроенным АЦП с цифровым интерфейсом I2C.

Как и в случае гироскопа, электронные акселерометры в наше время изготавливаются по технологии МЭМС. Благодаря этому, акселерометр можно легко встроить в мобильное устройство, миниатюрный беспилотный аппарат или в балансирующего робота. Цена устройства варьируется от $10 — $40.

Датчик температуры

Такой датчик можно встретить практически в каждом современном электронном приборе. Возьмем, к примеру, персональный компьютер. В нем есть датчики, измеряющие температуру процессора. В зависимости от этих измерений, вентилятор системы охлаждения меняет частоту вращения лопастей. Если же температура превысит все допустмые пределы, компьютер просто выключится. Аналогично устроена и система охлаждения двигателя в любом автомобиле.

Выделяют три основных типа датчиков температуры.

1) Терморезисторы (Thermistor) представляют собой полупроводниковые приборы, сопротивление которых сильно зависит от температуры. По диапазону рабочих температур терморезисторы делятся на низкотемпературные (до 170 К), среднетемпературные (от 170 до 510 К) и высокотемпературные (выше 570 К).

Подключается такой датчик к контроллеру, по той же схеме что и фоторезистор. То есть, необходимо построить делитель напряжения, верхним плечом которого будет служить терморезистор.

К этому же типу датчиков относятся и болометры — тепловые приемники излучения, чаще всего оптического. Такие датчики используются в тепловизорах для регистрации ИК-излучения от нагретых объектов.

2) Термопары (Thermocouple) основаны на термоэлектрическом эффекте. Термопарой такой датчик называется потому, что он действительно состоит из двух проводников с различными термоэлектрическими свойствами.

Подключить термопару к микроконтроллеру можно и напрямую к АЦП, но ЭДС термопары составляет несколько милливольт, и такой способ даст очень неточные результаты измерения. Лучше подключить датчик через операционный усилитель, либо воспользоваться специализированной микросхемой, например, MAX31855.

3) Диодные датчики (Silicon bandgap temperature sensor) — ещё один вид термодатчиков, широко применяемых в микроэлектронике. На этот раз, для регистрации температуры используется обычный кремниевый диод. Под воздействием нагрева, меняется прямое падение напряжения, которое можно легко измерить.

При достижении температуры 200-250 гр., растет ток утечки, и показания датчика на основе кремния становятся слишком неточными. Обойти это ограничение позволяет карбид-кремния.

В чем отличие сенсора от датчика

Сенсор, или датчик (sensor) — это устройство для преобразования некоторой физической величины в электрический сигнал. Сенсоры являются по сути нервной системой робота и служат для обеспечения обратной связи между контроллером и окружающим миром.

Поскольку на поведение автоматической системы могут оказываться влияние многие физические факторы, существует и множество различных сенсоров способных эти факторы фиксировать.

Датчик угла поворота

Для определения положения шарнирных актуаторов в пространстве и для позиционирования колесных роботов применяются датчики угла поворота. Как правило, используются два типа таких устройств: датчики на основе потенциометра (potentiometer) и энкодеры (encoders). Встречаются и другие типы датчиков угла поворота, среди которых: сельсины, магнесины, поворотные трансформаторы и индуктосины.

Потенциометр

Самым простым в изготовлении и использовании является, пожалуй, потенциометр. Этот прибор имеет три вывода, два из которых соединены с резистивной пластиной, а третий с подвижным контактом, который передвигается по поверхности пластины при вращении вала. Таким образом, схематично потенциометр можно представить как делитель напряжения.

Обычно вал потенциометра вращается на один полный или неполный оборот, но бывают и такие, которые могут сделать несколько полных оборотов. Несомненным плюсом датчиков такого типа является возможность достаточно точно измерять абсолютный угол поворота. Другими словами, подавая питание на устройство сразу становится известно в каком положении находятся его актуаторы, что проблематично сделать при использовании инкрементальных энкодеров. К недостаткам же можно отнести достаточно высокую погрешность измерения сопротивления. Кроме того, со временем резистивная пластина истирается и появляются мертвые зоны, в которых либо вообще пропадает контакт, либо проявляется повышенная нестабильность показаний датчика.

Энкодер

В отличие от потенциометров, выходной сигнал энкодера имеет цифровой а не аналоговый характер. Имеются два вида энкодеров: инкрементальные и абсолютные.

Инкрементальный энкодер

Оптический инкрементальный энкодер представляет собой тонкий диск с нанесенными на него чередующимися прозрачными и черными участками. Диск закреплен на валу двигателя, а на его краю размещается фото датчик. При вращении диска происходит последовательное перекрывание щели фото датчика. Получая такой сигнал, контроллер может определить скорость вращения диска и величину угла на который повернулся вал.

Помимо фото датчиков, в инкрементальном энкодере могут применяться датчики холла. В этом случае вместо диска с рисунком применяется магнит. Разрешающая способность у такого энкодера значительно ниже чем у оптического. Также возможна фиксация положения диска при помощи щеточной системы.

Для определения направления вращения диска в систему добавляется еще один фото датчик. Такой энкодер называется квадратурным. Второй датчик сдвигается относительно первого таким образом, чтобы можно было зафиксировать четыре состояния: первый открыт, второй закрыт; оба открыты; первый закрыт, второй открыт; оба закрыты (10-11-01-00). При этом канал одного датчика называется синусом (A) а канал другого косинусом (B). Таким образом, если при движении диска сначала открывается датчик A, а затем датчик B (т.е. последовательность 10-11) то это движение в одну сторону. Если же сначала B а затем A (01-11) то имеет место обратное вращение.

Помимо возможности определить направление вращения, квадратурный энкодер позволяет увеличить точность позиционирования вдвое. Недостатком инкрементальных энкодеров является тот факт, что после включения устройства невозможно определить положение вала двигателя без проведения дополнительной процедуры инциализации. В рамках этой процедуры происходит вращение двигателей до обнаружения специальной метки (reference mark). Нахождение метки отдельным фото датчиком означает что двигатель прибыл в начальное положение и готов к работе.

Абсолютный энкодер

Для устранения главного недостатка инкрементальных энкодеров — потеря позиции при выключении питания, был разработан абсолютный энкодер. Диск с метками в этом энкодере устроен несколько сложнее. Начиная от края диска, на нем размещаются несколько слоев меток. Каждый слой отвечает за одну позицию в бинарном выходном коде. Для снятия сигнала с каждого слоя, напротив него размещается свой отдельный фото датчик. При этом, в каждом фиксированном положении диска, на выходе имеется строго уникальный бинарный код.

Часто, для кодирования угла на диске используется код Грея. Последовательность состояний датчика с таким кодом выглядит следующим образом: 000-001-011-010-110-111-101-100. В коде Грея, каждое последующее состояние отличается от предыдущего только на один бит. Применяются также и другие системы кодирования состояний. Например, на рисунке представлен диск энкодера с обычным двоичным кодом.

Следует отметить, что принципы заложенные в датчиках поворота применяются и в датчиках линейного перемещения. В частности, рисунок энкодера может наноситься не на диск а на подвижный элемент линейного актуатора. То же самое касается и потенциометров.

Базовое устройство и принцип работы

По характеру регистрируемых воздействий данные устройства бывают:

• Контактные, подразумевающие механическое воздействие. Ярким представителем этого вида считаются концевые выключатели – датчики, ограничивающие ход рабочего механизма.
• Бесконтактные. Работают на нескольких принципах обнаружения сигнала: магнитном, оптическом, микроволновом и пр.

У каждого прибора имеются свои особенности, которые определяют сферу применения. Например, бесконтактные оптико-электронные детекторы работают на удаленном расстоянии от объекта. Остальные используются исключительно на ограниченных расстояниях.

Что собой представляет датчик

Датчик — средство измерения различных параметров для формирования сигнала

Датчик − электронное либо электромеханическое устройство, трансформирующее силу воздействия в электрический импульс (сигнал) посредством одного или нескольких преобразователей.

С виду это чёрная коробка, формирующая на входе сигнал, который передается и обрабатывается в дальнейшем. Такие устройства располагают на разных расстояниях от обслуживаемого объекта либо системы. Все зависит от длины кабеля или радиосигнала.

Сенсор давления, датчик давления, преобразователь давления – в чем разница?

Очень часто приходится слышать от наших потребителей использование каждого из этих терминов с совершенно разными смысловыми посылами.

Попробуем разобраться и сформулировать определения этих терминов.

Сенсор давления – это чувствительный элемент, который определенным образом реагирует на изменение давления. Т.е. создаваемое давление непосредственно изменяет свойства сенсора ( емкость, сопротивление и пр.) и таким образом, мы получаем информацию об этом давлении.

На рисунке изображена пластина с пьезорезистивными сенсорами давления

Датчик давления – это наиболее часто встречающееся и всеобъемлющее понятие. Многие специалисты к датчикам давления относят и реле давления ( прессостаты), т.е. приборы, задача которых не выдавать значение давление, а срабатывать на Включение/ Выключение контактов при достижении определенных заданных изначально давлений. Иногда можно даже встретить специалистов, которые называют и манометры датчиками давления.

Но какое же все-таки определение датчиков давления является наиболее правильным? С нашей точки зрения датчик давления – это устройство готовое к измерению давления. Т.е. устройство содержащие в своем составе сенсор давления, имеющее корпус с возможностью монтажа в процесс и электрические выводы виде штырьков, проводов или даже специальных электрических коннекторов.

Cлева – датчик абсолютного давления со специальным фланцем под сварку
Справа – датчик дифференциального давления, крепление датчика производится при помощи уплотнительных колец

Какая разница между словами «Сенсор», «Датчик», «Сканер»?

Какая разница между словами «Сенсор», «Датчик», «Сканер»?
Также интересует какое слово использовать в контексте функции Touch ID на iPhone.

СЕНСОР

сенсор
сущ., кол-во синонимов: 2
• биосенсор (1)
• наносенсор (1)
Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013.
.
Синонимы:
биосенсор, наносенсор

а,

1. Високочутливий елемент, який здатний перетворювати різноманітні види неелектричних впливів (температура, магнітне поле тощо) на електричний сигнал.

// Високочутливий прилад на основі такого елемента.

Визначено шляхи покращення чутливості та селективності бар’єрних сенсорів газів на основі плівок фталоціанінів (з наук. літ.).

2. Людина, що володіє чутливістю шкіри.

6 букв, 6 звук

1) Датчик; елемент, що сприймає дотик, зміну температури, освітлення, швидкості та ін. з подальшою передачею на вимірювальні або керуючі прилади.

2) Людина, що володіє чутливістю шкіри.

3) Окремий рецептор або рецепторний орган (око, вухо та ін.).

корень – СЕНСОР; нулевое окончание;
Основа слова: СЕНСОР
Вычисленный способ образования слова: Бессуфиксальный или другой

∩ – СЕНСОР; ⏰

Слово Сенсор содержит следующие морфемы или части:

• ¬ приставка (0): –
• ∩ корень слова (1): СЕНСОР;
• ∧ суффикс (0): –
• ⏰ окончание (0): –

-а, ч. 1》 спец. Датчик; елемент, що сприймає дотик, зміну температури, освітлення, швидкості та ін. з подальшою передачею на вимірювальні або керуючі прилади.
2》 Людина, що володіє чутливістю шкіри.
3》 фізіол. Окремий рецептор або рецепторний орган (око, вухо та ін.).

(2 м); мн. се/нсоры, Р. с

То, что ощущает. 1. Отдельный рецептор, например, свободное нервное окончание, палочка или колбочка сетчатки и т.д. 2. Рецепторный орган, например, глаз, ухо и т.д. Первое значение является более распространенным. См рецептор.

2)

Ударение в слове: с`енсор
Ударение падает на букву: е
Безударные гласные в слове: с`енср

– 1. отдельный рецептор (например, палочка сетчатки, свободное нервное окончание, воспринимающее боль, и т.д.); 2. рецепторный орган (ухо, глаз и др.).

Начальная форма – Сенсор, винительный падеж, единственное число, мужской род, неодушевленное

м.
sensore, spia f
Итальяно-русский словарь.2003.
Синонимы:
биосенсор, наносенсор

Серсо Снос Сено Росс Сон Орс Сор Нер Нос Онер Орн Рено Рон Серо Сенсор

Сенсор
– instrumentum sensorium;

sensing probe, sensor, sensing unit

се́нсор
іменник чоловічого роду

Устройство датчиков, принцип работы

Итак, датчик он же sensor является элементом узлов измерительных, сигнальных, регулирующих, управляющих частей оснащения. Деталь преобразует контролируемую, регулируемую величину (t°, давление, частоту, интенсивность света, электропараметров) в импульс, удобный для измерения, подачи, хранения, обработки, фиксации, а иногда он влияет на управляемые процессы.

Если упростить, то детектор является устройством, трансформирующим входное воздействие любых физических величин в сигнал, подготовленный для дальнейшей работы с ним.

Составные части

Есть чрезвычайно много конструкций сенсоров, чувствительных их частей, а также принципы сработки, взаимодействия, но все они обычно сводятся к такой структуре:

Общую схему датчика (Д) можно отобразить как совокупность чувствительного элемента (ЧЭ) и преобразующей части (Пр.) Первый в системах автоматики, телемеханики — это орган чувств. Предназначенный, чтобы преобразовывать, подготавливать контролируемую величину (х) придавая ей форму сигнала х1, удобную для восприятия, измерения. Например, в преобразователе часто осуществляется трансформация импульса (х1) в электрический сигнал (у).

На вход детектора могут поступать как электроимпульсы, так и любые другие, иного характера (пневмо, давление, световые, звуковые и прочие), но с выхода наиболее удобно снимать электросигнал — его просто и легко усиливать, оценивать, передавать можно почти на неограниченные расстояния.

Определения понятия датчик

Широко встречаются следующие определения:

• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
• датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
• датчик – конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В третьем и четвертом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Задачи и функции

Основная задача датчиков заключается в передаче исследуемых параметров на специальный приемник и последующую обработку сигнала. Также они контролируют исследуемый объект и замеряют его характеристики в определенных диапазонах. Существуют многофункциональные модели, фильтрующие, предварительно обрабатывающие необходимые параметры.

Датчики представляют собой часть технических систем, благодаря которым можно выполнять измерение, регулировку, настройку объектов.

Приборы преобразуют полученные данные, например, о контролируемой среде (давление, температура, частота, скорость) в электро-, пневмо-, оптические импульсы. При этом формируется подходящая для передачи и приятия приемником форма для дальнейшей обработки, хранения, регистрации информации.

Сфера применения

Применение датчиков в быту

Различные виды датчиков давно и активно применяются в самых разных сферах:

• автоматических и телеметрических системах;
• системах безопасности (пожарной, охранной);
• робототехнике;
• здравоохранении;
• промышленности и производстве;
• измерительных системах.

В быту их используют в выключателях, барометрах, бытовой технике (тостерах, утюгах, кухонных плитах) и пр.

Датчики нужны там, где для слаженной работы объекта требуется мониторинг определенных факторов. Например, контроль температуры, когда пожарный детектор мгновенно фиксирует превышение порогового значения и передает к узлам сигнализации информацию об этом, а узел активирует звук, свет, автоматическое пожаротушение.

Датчики и их разновидности

Датчики — устройства, содержащие чувствительные части, реагирующие на определенные факторы с целью управления, контроля, мониторинга работы электроустановок, электроники, силовых систем, двигателей, бытовых и иных приборов. Изделия регистрируют изменения среды и, посылая команду исполнительным частям, обеспечивают автоматизацию, автономность оснащения или передают данные на устройства слежения. С помощью датчиков обеспечивается также и безопасность, оборудования или окружающей среды (например, пожарные сенсоры). Для каждого типа оборудования характерный определенный вид детекторов с нужными функциями, стойкостью, сенситивностью — рассмотрим их. А также опишем устройство, принцип работы, внешний вид сенсоров. Таким образом, читатель сможет сориентироваться, где какое устройство применяется, что надо ремонтировать или покупать для замены.