По принципу действия датчики смещения не могут быть

Общие сведенияПравить

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. В качестве отдельной категории использования датчиков в автоматических системах регистрации параметров можно выделить их применение в системах научных исследований и экспериментов.

Датчики широко используются в научных исследованиях, испытаниях, контроле качества, телеметрии, системах автоматизированного управления и в других областях деятельности и системах, где требуется получение измерительной информации.

Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, к которому приложено питающее напряжение, его входной величиной является линейное или угловое перемещение токосъемного контакта, а выходной величиной – напряжение, снимаемое с этого контакта, изменяющееся по величине при изменении его положения.

Потенциометрические датчики предназначены для преобразования линейных или угловых перемещений в электрический сигнал.

Электрическая схема потенциометрического датчика приведена на рис. 25

По способу выполнения сопротивления потенциометрические датчики делятся на

– проволочные с непрерывной намоткой;

– с резистивным слоем.

Проволочные потенциометрические датчики предназначены для более точных измерений. Как правило их конструкции представляют собой каркас из гетинакса, текстолита или керамики, на который в один слой, виток к витку намотана тонкая проволока, по зачищенной поверхности которой скользит токосъемник.

Диаметр проволоки определяет класс точности потенциометрического датчика (высокий-0,03-0,1 мм, низкий 0,1-0,4 мм). Материалы провода: манганин, фехраль, сплавы на основе благородных металлов. Токосъемник выполнен из более мягкого материала, чтобы исключить перетирание провода.

Преимущества потенциометрических датчиков:

-малые габариты и вес;

-высокая степень линейности статических характеристик;

-возможность работы на переменном и постоянном токе.

Недостатки потенциометрических датчиков:

-наличие скользящего контакта, который может стать причиной отказов из-за окисления контактной дорожки, перетирания витков или отгибания ползунка;

-искажение статической  характеристики под влиянием  нагрузки;

-сравнительно небольшой коэффициент преобразования;

-наличие зоны нечувствительности у проволочных потенциометрических датчиков.

Статическую характеристику нереверсивного потенциометрического датчика (См. рисунок 26) рассмотрим на примере потенциометрического датчика с непрерывной намоткой. К зажимам потенциометра прикладывается переменное или постоянное напряжение U. Входной величиной является перемещение X, выходной − напряжение Uвых. Для режима холостого хода статическая характеристика датчика линейна т.к. справедливо соотношение: Uвых=(U/Rп)r,

где Rп- сопротивление обмотки; r- сопротивление части обмотки.

где К – коэффициент преобразования (передачи) датчика.

Очевидно, что такой датчик не будет реагировать на изменение знака входного сигнала (датчик нереверсивный). Существуют схемы чувствительные к изменению знака, например, схема на рис. 27. Статическая характеристика такого датчика имеет вид представленный на рисунке 28

Полученные идеальные характеристики могут существенно отличатся от реальных за счет наличия различного рода погрешностей:

1.Зона нечувствительности. Выходное напряжение меняется дискретно от витка к витку, т.е. возникает эта зона, когда при малой величине перемещения Uвых не меняется.

Величина скачка напряжения определяется по формуле: DU=U/W, где W- число витков.

Порог чувствительности определяется диаметром намоточного провода

2. Неравномерность статической характеристики из-за непостоянства диаметра провода, удельного сопротивления и шага намотки.

3. Погрешность от люфта, возникающего между осью вращения движка и направляющей втулкой (для уменьшения используют поджимные пружины).

4. Погрешность от трения.

При малых мощностях элемента приводящего в движение щетку потенциометрического датчика может возникать за счет трения зона застоя.

5. Погрешность от влияния нагрузки.

a – Эквивалентная схема потенциометрического датчика с нагрузкой, б – Влияние нагрузки на статическую характеристику потенциометрического датчика.

Гидростатический уровнемер функционирует за счет измерения давления или перепада давления в жидкости. Такой способ основан на факте существования гидростатического давления в жидкости и его изменения прямо пропорционально глубине. Специальные датчики позволяющие измерять уровень в открытых или закрытых резервуарах. Соответственно, одна мембрана устанавливается непосредственно на резервуаре, а вторая – в области избыточного давления (для закрытых емкостей) и на подаче атмосферного давления (в открытых). Устройства такого типа могут работать с вязкими жидкостями и при большом избыточном давлении. Однако важно, чтобы чувствительный элемент находился в непосредственном контакте с измеряемой средой.

Виды гидростатических уровнемеров

Датчики уровня гидравлического типа выполняются в двух конструкционных вариантах.

Первый вариант исполнения – погружные преобразователи давления, что представляют собой 2 блока, объединенных компенсационным кабелем. Измерительный блок – это погружной зонд. Они используются для скважин, колодцев, открытых резервуаров, водоемов. Также подходят для безнапорных баков.  Устройства изготавливаются из разных материалов. Корпус может быть нержавеющим стальным или полимерным, а чувствительная мембрана – стальной или керамической. В оболочке компенсационного кабеля проходит трубка опорного давления, и она может быть тефлоновой, полиуретановой или из ПВХ.

Второй вариант – врезной преобразователь, подходящий для горизонтальной установки в стенку резервуара. В них предусмотрена открытая торцевая мембрана. Также модели могут быть контактными и бесконтактными.

Также модели классифицируются по:

• Способу присоединения: погружные, врезные, фланцевые;
• Типу измеряемой среды: неагрессивная или агрессивная, густая, абразивная и так далее;
• Способу связи с атмосферой: для закрытых и открытых резервуаров.

Область применения гидростатического датчика уровня

Гидростатические датчики уровня – оптимизированные функциональные устройства, помогающие измерять глубину столба и давления жидкости. Они используются в разных сферах промышленности, связанных с водой или с газом, в том числе в: нефтегазовой, химической, фармацевтической промышленности, где позволяют проводить контрольно-измерительные работы с газами, нефтью, топливом, спиртами и кислотами, проводить количественную оценку жидкостей.

Также это оборудование широко используется в металлургии и добывающей промышленности для оценки уровня грунтовых вод или жидкостей в скважинах, водоемах. Кроме того, они необходимы и в экологическом контроле, в том числе для промера объема резервуаров с технической и питьевой водой на заводах и в населенных пунктах, для контроля состояния естественных водоемов.

Качественная современная техника используется для решения следующих задач:

• Мониторинг уровня жидкости в емкости и ее давления в непрерывном режиме, вне зависимости от состава и уровня загрязненности;
• Оценка количества сжиженного газа в промышленных резервуарах;
• Контроль давления в различных гидравлических и воздушных системах – насосах и компрессорах;
• В качестве детекторов критического уровня;
• Контроль заполняемости оросительных установок, пульверизаторов;
• Коммерческий учет различных жидкостей;
• Отслеживание процесса заполнения септиков;
• Как защитный элемент в системах со скважинными насосами: предупреждают запуск на холостом ходу;
• Обследование узких труднодоступных мест в трубопроводах.

Принцип работы (действия) гидростатического уровнемера

Погружной скважинный датчик уровня измеряет гидростатическое давление. Этот метод позволяет определить высоту столба жидкости в зависимости от того, какое давление действует на боковые стенки сосуда или его дно. В соответствии с законом Паскаля, гидростатическое давление зависит только от высоты столба и плотности жидкости, а форма и общий объем резервуара никак на эту величину не влияют.

Поэтому можно стационарно закрепить на боковой поверхности резервуара датчик (либо использовать погружную модель, в которой датчик давления располагается непосредственно в контролируемой среде на определенной глубине). Соответственно, устройство помогает измерить давление, а затем преобразовать это значение в объем.

Принцип измерения сохраняется общим для всех уровнемеров, вне зависимости от того, какая конструкция выбрана – фланцевая, погружная или врезная. Важно учитывать, что с их помощью можно измерять только жидкости с постоянной плотностью.

Также имеет значение тип мембраны: открытую можно использовать только там, где в жидкости нет крупных включений, способных привести к повреждениям. Защищенную мембрану можно использовать для сильно загрязненных сред, но возможные включения должны быть больше размера технологического отверстия. Иначе мембрану придется часто чистить, а при механическом воздействии она может повредиться.

Преимущества использования гидростатического датчика уровня

С помощью гидростатического уровнемера можно измерить столб жидкости при глубине погружения до 100-250 м. Также есть модели в специальном исполнении, для глубоководных замеров. Ключевыми преимуществами таких устройств считаются:

• Надежные комплектующие, в том числе мембраны из нержавеющей стали и герметично изолированный корпус (класс защиты IP68) – стальной либо титановый;
• В кабеле предусматривается воздухопроницаемый, но водонепроницаемый фильтр;
• Возможность выбора длины (должна превышать максимальный уровень жидкости) и материала кабеля с учетом плотности и агрессивности измеряемых сред (для воды и жидкостей на водной основе, для масел, концентрированных кислот и щелочей или высокотемпературных жидкостей, нагретых до +125 градусов);
• Наличие дополнительных датчиков температуры, молниезащиты в определенных моделях, а также взрывозащищенное исполнение в ряде случаев;
• Возможность использования в тяжелых условиях и на большой глубине;
• Надежность и долговечность измерительного устройства, его легкая очистка (достаточно просто извлечь корпус из жидкости).

В каталоге компании Измеркон представлены модели, созданные для систем водоснабжения, для нужд гидрогеологии, а также для очистных сооружений. Также в наличии промышленные преобразователи уровня (в том числе с цифровым интерфейсом).

Принцип действия однополярного и двухтактного потенциометрических датчиков. Их конструкционное устройство и электрические схемы. Функции в системах автоматического регулирования в качестве чувствительных элементов. Недостатки и достоинства измерителя.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: “Изучение потенциометрических датчиков”

Цель: изучить назначение и работу однотактного и двухтактного, потенциометрических датчиков.

Отчёт о работе:

1. Потенциометрический датчик представляет собой переменный резистор, к которому приложено питающее напряжение, его входной величиной является линейное или угловое перемещение токосъёмного контакта, а выходной величиной – напряжение, снимаемое с этого контакта изменяющееся по величине при изменении его положения. Потенциометрические и реостатные датчики широко применяются в системах автоматического регулирования в качестве чувствительных элементов для измерения механических перемещений и угла поворота, а также в качестве задатчиков программы изменения регулируемой величины объекта регулирования. Они просты по конструкции и могут работать на постоянном и переменном токе.

2. Однополярные (однотактный) потенциометрический датчик представляет собой активное сопротивление R0 (рис. 1,а), выполненное в виде непрерывно намотанной на каркас высокоумной проволоки, к выводам которого прикладывается напряжение U. Входным сигналом потенциометрического датчика является измеряемая величина Х, которая определяется перемещением ползунка по намотке потенциометра. Входным сигналом потенциометрического датчика является измеряемая величина Х, которая определяется перемещением ползунка по намотке потенциометра. Выходным сигналом зависимости обычно выбирают сопротивление нагрузки RH в 10-100 раз большим, чем сопротивление потенциометра R0. В двухтактном потенциометрическом датчике выходное напряжение Uвых (рис. 1, б) снимается с ползунка и средней точки потенциометра, которая принимается за начало отсчёта перемещения ползунка. При перемещение ползунка меняется напряжение на выходе, причём прохождение средней точки сопровождается изменением знака выходного напряжения. Если потенциометр питается постоянным током, то положение ползунка при Х=0 соответствует изменению полярности выходного напряжения. Если же питание осуществляется переменным током, то при проходе средней точки изменятся на 180 фаза выходного сигнала. Амплитуда выходного напряжения Uвых пропорционально перемещению Х. По способу выполнения сопротивления потенциометрические датчики делятся: – ламельные с постоянными сопротивлениями; – проволочные с непрерывной намоткой; – с резистивным слоем. потенциометрический датчик схема устройство

Основным недостатком потенциометрических датчиков является наличие скользящего контакта при движении ползунка по намотке. К числу достоинств можно отнеси простоту конструкции, малые габариты и массу, а также возможность питания как постоянным, так и переменным током.

Рис. 1. Схемы однотактного (а) и двухтактного (б) потенциометрических датчиков

Вывод: научились и изучили назначение и работу, однотактного и двухтактного потенциометрических датчиков.

Размещено на Allbest.ru

• LiDAR vs. 3D ToF Sensors — How Apple Is Making AR Better for Smartphones. Дата обращения: 3 апреля 2020. Архивировано 3 апреля 2020 года.
• ГОСТ Р 8.673-2009 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Датчики интеллектуальные и системы измерительные интеллектуальные. Основные термины и определения
• ГОСТ Р 51086-97. Датчики и преобразователи физических величин электронные
• ↑ 1 2 3 Перспективные направления в приборостроении. Ч. 1. Измерительные преобразователи: конспект лекций Архивная копия от 20 февраля 2020 на Wayback Machine / С. В. Левин, В. Н. Хмелёв; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. — Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. 187 с.

Применение датчиковПравить

Датчики используются во многих отраслях экономики — добыче и переработке полезных ископаемых, промышленном производстве, транспорте, коммуникациях, логистике, строительстве, сельском хозяйстве, здравоохранении, науке и других отраслях — являясь в настоящее время неотъемлемой частью технических устройств.

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 массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

Датчики по своему назначению и технической реализации являются средствами измерения (как и измерительный прибор). Однако показания измерительных приборов воспринимаются человеком, как правило, напрямую (посредством дисплеев, табло, панелей, световых и звуковых сигналов и пр.), в то время как показания датчиков требуют преобразования в форму, в которой измерительная информация может быть воспринята человеком. Датчики могут входить в состав измерительных приборов, обеспечивая измерение физической величины, результаты которого затем преобразуются для восприятия оператором измерительного прибора.

В автоматизированных системах управления датчики могут выступать в роли инициирующих устройств, приводя в действие оборудование, арматуру и программное обеспечение. Показания датчиков в таких системах, как правило, записываются на запоминающее устройство для контроля, обработки, анализа и вывода на дисплей или печатающее устройство. Огромное значение датчики имеют в робототехнике, где они выступают в роли рецепторов, посредством которых роботы и другие автоматические устройства получают информацию из окружающего мира и своих внутренних органов.

В быту датчики используются в термостатах, выключателях, термометрах, барометрах, смартфонах, посудомоечных машинах, кухонных плитах, тостерах, утюгах и другой бытовой технике.

Датчики уровня
предназначены для непрерывного измерения
уровня различных сред. Применяются для
измерения уровня жидких и сыпучих сред
с различными диэлектрическими свойствами
(кроме сред вязких, кристаллизующихся
и выпадающих в осадках на электрод
датчика), например: жидкости — вода,
кислотные и щелочные растворы, минеральные
и растительные масла; гранулированные
сыпучие зерно, сахар, соль, известняк,
песок, гравий и др.; порошкообразные
сыпучие мел, мука, пресспорошки и др.
Уровнемеры предназначены для применения
в различных отраслях промышленности
при управлении и регулировании
технологических процессов.

Приборы для
измерения уровня можно разделить по
конструкции на шкальные приборы и
бесшкальные датчики. Кроме того, по
принципу измерения различаются приборы:

1) поплавковые, у
которых чувствительным элементом
является плавающий или полностью
погруженный в измеряемую жидкость
металлический поплавок (буек);

2) мембранные, у
которых чувствительным элементом
является мембрана и давление столба
измеряемой жидкости уравновешивается
упругой деформацией мембраны и пружины;

3) манометры или
дифференциальные манометры (поплавковые,
мембранные и др.), у которых давление,
создаваемое столбом жидкости в измеряемом
резервуаре и в уравнительном сосуде,
уравновешивается давлением столба
затворной жидкости или механизмом
прибора;

4) емкостные, у
которых используется изменение
электрической емкости датчика при
изменении уровня измеряемой среды;

5) радиоактивные,
основанные на изменении протекающего
сквозь объект потока излучения при
изменении уровня.

Измерение уровня
вещества, находящегося в резервуаре,
может быть осуществлено также косвенно,
по весу резервуара с веществом.

Кроме того существую
несколько групп датчиков уровня:

а) Механические(
поплавковый, контактно-механические)

б) Пневматические
( барботажный)

в) Гидростатические
(водомерное стекло, буйковый)

г) Тепловые
(ультразвуковой, звуковой)

д) Электрические
(электроконтактный, емкостной, индуктивный)

Чувствительный
элемент – поплавок, находящийся на
поверхности жидкости (рис. 2, а). Поплавок
1 уравновешивается грузом 3, который
связан с поплавком гибким тросом 2.
Уровень жидкости определяется положением
груза относительно шкалы 4. Пределы
измерений устанавливают в соответствии
с принятыми значениями верхних (ВУ) и
нижних (НУ) уровней.

Рисунок 2. Поплавковый
уровнемер

Пневматические
буйковые уровнемеры представляют собой
буйковый уровнемер, обеспечивающий
пневматический выходной сигнал, прямо
пропорциональный изменениям уровня
жидкости. Принцип действия уровнемера
основан на пневматической силовой
компенсации. При изменении уровня
жидкости на чувствительном элементе
(буйке) измерительного блока возникает
усилие, которое через систему рычагов
и тяг перемещает заслонку пневмопреобразователя
относительно сопла. Давление из линги
сопла поступает на выход прибора и в
сильфон обратной связи, который создает
уравновешивающий момент. предназначен
для работы в системах автоматического
контроля, управления и регулирования
параметров технологических процессов
в целях выдачи информации в виде
стандартного пневматического сигнала
об уровне жидкости или границе раздела
двух несмешивающихся жидкостей,
находящихся под вакуумметрическим,
атмосферным или избыточным давлением.

Рисунок
3. Пневматический уровнемер

В них измеряемые
значения уровня жидкости преобразуются
в соответствующие электрические сигналы.
Наиб. распространены емкостные и
омические приборы. Принцип действия
электрических уровнемеров основан на
различии электрических свойств жидкостей
и газов. При этом жидкости, уровень
которых измеряется, могут быть как
проводниками, так и диэлектрика ми; газы
же, находящиеся в нажидкостном
пространстве, всегда диэлектрики.
Основным параметром, определяющим
электрические свойства проводников,
является их электропроводность, а
диэлектриков – относительная диэлектрическая
проницаемость, показывающая, во сколько
раз по сравнению с вакуумом уменьшается
в данном веществе сила взаимодействия
между электрическими зарядами.

Рисунок 4.
Электрический уровнемер

1.4 Звуковой уровнемер

Акустический
прибор основан на прослушивании звукового
сигнала через наушник, соединенный с
трубкой, опускаемой в пьезометр.
Возбужденный сигнал прекращает звучать
при достижении акустической трубки
уровня воды в пьезометре.

На крупных гидроузлах
с большим числом пьезометров целесообразнее
дистанционная передача сигнала на
центральный пульт автоматизированной
системы контроля состояния сооружения
(ПАСК). В этом случае применяют струнные
пьезодинамометры, снабженные мембраной
с прикрепленной к ней системой
пьезодатчиков, конструкции Гидропроекта.
Прибор размещают в трубе диаметром 60
мм и более.

Емкостной уровнемер
один из типов электрических
датчиков-измерителей уровня. Основан
на принципе измерения уровня жидкости
в резервуаре при помощи измерения
электрической ёмкости датчика.

Датчик емкостного
уровнемера представляет собой
электрический конденсатор, состоящий
из двух обкладок — изолированных
проводников, помещенных в резервуар с
жидкостью, уровень которой измеряется
(иногда используется одна обкладка, а
в качестве второй выступает проводящая
стенка резервуара). Жидкость может
свободно проникать в пространство между
обкладками. Сигналом изменения уровня
жидкости в резервуаре является изменение
электрической ёмкости датчика.

При изменении
уровня жидкости в резервуаре изменяется
относительной диэлектрической
проницаемости пространства между
обкладками конденсатора в результате
изменения уровня жидкости, поскольку
диэлектрическая проницаемость жидкости
и среды без неё (например, воздуха) в
общем случае различна. В результате
изменяется и электрическая ёмкость
датчика.

Емкостные уровнемеры
используются также для измерения уровня
сыпучих сред.

Рисунок 5. Емкостной
уровнемер

В них используется
явление отражения ультразвуковых
колебаний (импульсов) от плоскости
раздела жидкость-газ (обычно воздух).
Время между моментом посылки первичного
импульса и моментом возвращения
отраженного импульса является функцией
высоты измеряемого уровня. Эти приборы
позволяют измерять уровень без контакта
с контролируемой средой в труднодоступных
местах.

Ультразвуковые
уровнемеры обеспечивают бесконтактное
измерение уровня. Точность показателей
не зависит от свойств измеряемого
продукта (например, от диэлектрической
постоянной, проводимости, плотности
или влажности). Ульразвуковые уровнемеры
нечувствительны к налипанию продукта
за счет эффекта самоочистки, вызванного
вибрацией диафрагмы сенсора.

Принцип действия
индуктивных уровнемеров основан на
зависимости индуктивности одиночной
катушки или взаимной индуктивности
двух катушек от глубины их погружения
в электропроводную жидкость. Такая
зависимость обусловлена возникновением
в жидкости под воздействием магнитного
поля переменного тока возбуждения
вихревых токов, магнитное поле которых
оказывает размагничивающее действие
на поле тока возбуждения. Действительно,
по определению индуктивность L катушки
представляет собой отношение магнитного
потока Ф к току I, создающему этот поток:
L = Ф/I. При погружении катушки в жидкость
в ней создаются вихревые токи, магнитное
поле которых по закону Ленца направлено
навстречу основному, т.е. результирующий
магнитный поток будет меньше потока
«сухой» катушки. Это означает, что
индуктивность погруженной катушки
меньше индуктивности сухой катушки.
Таким образом, если индуктивный
преобразователь представляет собой
одиночную длинную катушку, то ее
индуктивность и полное сопротивление
Z = R + jωL будут зависеть от глубины
погружения (R — активное сопротивление
катушки, ω — круговая частота тока
возбуждения). Существуют индуктивные
преобразователи, содержащие две
индуктивно связанные катушки, образующие
трансформатор (трансформаторные
преобразователи).При изменении
индуктивностей L1 и L2 обеих катушек
изменяется их взаимная индуктивность
М ив соответствии с выражением М =
k✓L1L2 , где k —
коэффициент связи, определяемый потоками
рассеяния.

В реальных
конструкциях таких преобразователей
обмотки выполняются намоткой в два
провода, при этом L1 = L2 = L и k ≈ 1.

Из принципа действия
уровнемеров видно, что они пригодны для
измерения уровня только электропроводных
сред. Кроме того, поскольку интенсивность
вихревых токов зависит от электропроводности
среды, ее изменение в процессе измерения
вызовет появление дополнительной
погрешности. Эти уровнемеры получили
наибольшее распространение для измерения
уровня жидкометаллического теплоносителя
в энергетических установках.

Простейшая схема
индуктивного трансформаторного
преобразователя представлена на рис.
1, а. Преобразователь состоит из обмотки
возбуждения 7, по которой протекает
переменный ток возбуждения Iв, и вторичной
обмотки 2, с которой снимается выходной
сигнал Uвых. Преобразователь помещен в
металлический защитный чехол 3, который
герметично закреплен в крышке резервуара.
Это позволяет осуществлять замену
уровнемера без нарушения герметичности
контура. Как уже указывалось, под
действием потока возбуждения в толще
контролируемой среды (например, жидкого
металла) возникают вихревые токи. Это
приводит к зависимости взаимной
индуктивности М между обмотками от
уровня металла. Эта зависимость линейна
по всей длине обмоток, кроме концевых
участков, длиной, равной их диаметру,
где характеристика искривляется.

Рисунок 6. Индуктивный
уровнемер

Соседние файлы в папке курсовой проект

Принципы работы и классификацияПравить

Работа датчика движения основана на анализе волн различных типов (акустических, оптических или радиоволн), поступающих на датчик из окружающей среды. В зависимости от типа используемого излучения датчики движения делятся на:

• инфракрасные,
• ультразвуковые,
• фотоэлектрические, в которых применяется видимый свет,
• микроволновые,
• томографические, где используются радиоволны.

В зависимости от того, излучает ли сенсор сам эти волны и анализирует их после отражения или только получает волны извне, датчики делятся на:

• активные;
• пассивные;
• комбинированные, в таких датчиках одна часть датчика посылает волны, а удалённая от неё вторая часть получает их.

Большинство существующих датчиков движения представляет собой некоторую комбинацию физических принципов работы, причём датчики одного типа волн, как правило, используют один механизм для их создания и обработки.

Наиболее распространенные датчики:

• активные ультразвуковые, микроволновые и томографические датчики;
• комбинированные фотоэлектрические и инфракрасные датчики.

Каждый принцип имеет свои недостатки, иногда допуская ложные тревоги и несрабатывания в нужных случаях. Чтобы снизить вероятность ложного срабатывания, датчики иногда объединяют две технологии в одном устройстве (например, инфракрасная и ультразвуковая). Но это, в свою очередь, повышает уязвимость датчика, поскольку он становится менее надёжным и может в результате не сработать, даже когда должен.

Инфракрасный датчик движения

Принцип действия инфракрасного датчика основан на анализе теплового (инфракрасного) излучения. Пассивный инфракрасный датчик (PIR) при этом не испускает никакого излучения, а только анализирует приходящие тепловые лучи.

Чувствительные элементы инфракрасных датчиков

Внутри датчика располагаются обычно два чувствительных элемента, измеряющих поток инфракрасного излучения. Перед каждым из чувствительных элементов датчика установлена линза Френеля фокусирующая на нём падающие на датчик инфракрасные лучи.

В реальных условиях датчик с двумя линзами был бы слишком ненадёжен, поэтому во многих моделях датчиков устанавливают не одну пару линз, а несколько десятков. Линзы датчиков легко заметны на корпусе — это характерная ячеистая структура с полупрозрачным окошком, за которым располагаются чувствительные элементы.

См. также Эхолокация

Принцип работы ультразвукового датчика основан на измерении звуковых волн за порогом слышимости.

Специальный элемент внутри датчика периодически излучает пачки ультразвуковых волн. После посылки датчик переключается в режим приёма и ожидает возврата отраженных волн, принимает их и затем анализирует их.

Если обстановка в зоне наблюдения датчика остаётся неизменной, посланный пакет волны каждый раз возвращаются отраженными одинаковым, но если происходит движение, то волны изменяются по интенсивности или по частоте (эффект Доплера), на основании чего делается вывод, что обстановка в зоне наблюдения изменилась. Когда величина этих изменений превышают установленный порог чувствительности, датчик срабатывает.

В качестве генератора ультразвука в датчике обычно используется кварцевый или керамический пьезоэлектрический излучатель или специальная мембрана, вибрирующая под действием электростатического поля.

Микроволновый датчик движения

Томографические (радиоволновые) и микроволновые датчики действуют так же, как ультразвуковые, но анализируют отражение не акустических, а радиоволн.

Принцип действия фотоэлектрического датчика основан на обнаружении прерывания пучка световых лучей, при затенении которого он срабатывает. Обычно этот датчик состоит из двух частей, одна из которых испускает свет, а другая принимает. В приёмной части находится фотоприёмник, в котором под действием падающего света возникает электрический ток. Когда световой пучок перекрывается каким-либо телом, на приёмник перестаёт падать свет, и датчик срабатывает.

Известный пример использования такого датчика — в турникетах метрополитена, которые захлопываются перед пассажирами при пересечении ими светового пучка без оплаты проезда.

В фотоэлектрических датчиках также часто используют невидимое инфракрасное излучение.

Датчик движения

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 августа 2021 года; проверки требуют 4 правки.

Да́тчик движе́ния (англ. , сенсор движения) — сигнализатор, фиксирующий перемещение объектов и используемый для контроля за окружающей обстановкой или автоматического запуска требуемых действий в ответ на перемещение объектов.

Более чувствительные датчики движения называют также датчиком присутствия (англ.  или occupancy sensor).

Внешний вид датчика движения

Датчики движения и присутствия широко применяются независимо или в составе охранных систем для обнаружения проникновения посторонних лиц, а также для автоматизации освещения и климатических технических систем (отопления и кондиционирования) в квартирах, жилых домах, подъездах многоквартирных домов, коммерческой недвижимости, а так же, при освещении уличных территорий и автомобильных дорог.

• ГОСТ Р 51558-2014 Средства и системы охранные телевизионные. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний
• Occupancy Sensor Market Worth 2.78 Billion USD by 2020 Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine — Market Watch, 4 фев 2017
• ↑ 1 2 3 Motion Sensors Market — Global Forecast to 2020 Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine Markets and Markets, 4 фев 2017
• How PIRs Work Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine — Adafruit, 4 фев 2017
• Growth Opportunities in the Global Infrared Detector Market Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine — Lucintel, 4 фев 2017
• Motion Detectors Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine — SimpsiSafe, 4 февраля 2017
• How does a presence detector work Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine — Theben, 4 февраля 2017
• Охрана объектов Архивная копия от 7 февраля 2017 на Wayback Machine — Управление вневедомственной охраны Росгвардии по Москве, 7 фев 2017
• Практическое энергосбережение в быту (недоступная ссылка) — Министерство энергетики Московской области, 4 фев 2017
• Стоимость энергоэффективных решений Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine — Минстрой России, 4 фев 2017
• Occupancy Sensor Market — Global Forecast to 2020 Архивная копия от 5 февраля 2017 на Wayback Machine — Markets and Markets, 4 фев 2017

ИспользованиеПравить

• потребительскую электронику, в том числе смартфоны и планшеты, видеоигры и умные часы;
• автомобилестроение, включая подушки безопасности, парктрониках и беспилотных автомобилях;
• здравоохранении;
• оборонную промышленность и авиастроение.

Защита от проникновения

Датчик активирует звуковой сигнал, например, сирену при проникновении посторонних в помещение. Установленный в составе системы пультовой охраны, датчик также отправляет сигнал тревоги в диспетчерский центр охранной организации, которая при необходимости реагирует.

Кроме того, в случае тревоги, датчик может инициировать отправку уведомления владельцу: SMS-, Email- или push-уведомление — в зависимости от выбранных настроек. Некоторые системы предлагают также функцию автоматического телефонного вызова владельца или указанным им доверенным лицам.

При срабатывании датчик также может включить видеонаблюдение, а в самостоятельно установленной системе также запустить любую другую функцию по усмотрению владельца: заблокировать замки, обесточить бытовую технику, отключить освещение и так далее.

Прожектор, снабжённый датчиком движения

См. также Автоматизация освещения

При обнаружении движения датчик движения или датчик присутствия может автоматически включать или выключать освещение и менять его яркость, сразу после срабатывания или с задержкой.

В общем случае датчик через контроллер передает соответствующие команды на выключатель (фактически датчик лишь сообщает контроллеру о движении в помещении, а уже контроллер в соответствии с оставленными владельцем инструкциями отдает назначенные команды выключателям освещения). Существуют также и выключатели со встроенными датчиками движения, как правило, они используются в общественных и коммерческих местах: офисах, складах, подъездах.

Вместо выключателя может использоваться любой другой контроллер управления освещением, например RGB-контроллер для управления светодиодной лентой или «умная лампа».

Срабатывание датчика может автоматически изменить режим работы климатических систем по пожеланиям владельца. При этом он посылает сигнал в контроллер о признаке движение, а контроллер выдаёт воздействия в соответствии с заложенной программой, например, команды климатической системе включиться, отключиться или изменить режим работы.

Например, если в холодное время года датчик обнаруживает присутствие людей в помещении, контроллер передаёт установленному на отопительном приборе терморегулятору или регулятору температуры «тёплого пола» команду на повышение температуры. Если в жаркое время года датчик не обнаруживает присутствие людей, то контролер даёт команду кондиционеру снизить интенсивность охлаждения.

Взаимодействие с другими устройствамиПравить

Поскольку датчики лишь фиксируют изменения внешней среды, они почти всегда используются во взаимодействии с другими устройствами, которые при срабатывании датчика выполняют требуемые действия:

• включают тревогу;
• рассылают уведомления;
• включают или выключают освещение и другие приборы;
• изменяют параметры работы климатической техники или других устройств.

Если пользователь приобретает датчики, сирены и умные выключатели от разных поставщиков и устанавливает их сам, контроллер также устанавливается самостоятельно. Вместе с контроллером поставщики предоставляют доступ к аккаунту на специализированном веб-портале и мобильному приложению, которые позволяют самостоятельно настроить уведомления и взаимодействие устройств.

Датчик присутствияПравить

• Датчики: Справочное пособие / В. М. Шарапов, Е. С. Полищук, Н. Д. Кошевой, Г. Г. Ишанин, И. Г. Минаев, А. С. Совлуков. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с.
• Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
• Capacitive Position/Displacement Overview (недоступная ссылка)
• C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
• Sensors — Open access journal of MDPI
• M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
• Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
• Wireless hydrogen sensor
• Sensor circuits
• ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».

Перспективы примененияПравить

По методу измерения (виду входных величин)

• Активные (генераторные)
• Пассивные (параметрические)

По динамическому характеру сигналов преобразования

По виду измерительных сигналов

По среде передачи сигналов

• Проводные
• Беспроводные

По количеству входных величин

• Одномерные
• Многомерные

По количеству измерительных функций

• Однофункциональные
• Многофункциональные

По количеству преобразований энергии и вещества

• Одноступенчатые
• Многоступенчатые

По наличию компенсационной обратной связи

• Компенсационные
• Некомпенсационные

По взаимодействию с источниками информации

• Контактные
• Бесконтактные (дистанционного действия)

По принципу действия

• Волоконно-оптические
• Оптические датчики (фотодатчики)
• Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла)
• Пьезоэлектрический датчик
• Тензопреобразователь
• Ёмкостный датчик
• Потенциометрический датчик
• Индуктивный датчик

По технологии изготовления

• Элементные
• Интегральные

По измеряемому параметру