Instrumente 

Senzori electronici. Principalele tipuri de senzori și scopul lor Principiul de funcționare al senzorului se bazează pe

Un senzor este un dispozitiv complex, în miniatură, care convertește parametrii fizici într-un semnal. Ea dă un semnal într-o formă convenabilă. Principala caracteristică a senzorului este sensibilitatea acestuia. Senzorii de poziție comunică între părțile mecanice și electronice ale echipamentului. Îl folosesc pentru a automatiza procesele. Aceste dispozitive sunt folosite în multe industrii.

Senzorii de poziție pot fi de diferite forme. Sunt realizate pentru scopuri specifice. Folosind dispozitivul, puteți determina locația unui obiect. în plus stare fizică nu contează. Un obiect poate fi solid, lichid sau chiar curgător.

Folosind dispozitivul puteți rezolva diverse probleme:

  • Ei măsoară poziția și mișcarea (unghiulară și liniară) a organelor din mașinile și mecanismele de lucru. Măsurarea poate fi combinată cu transmisia de date.
  • În sistemele de control automatizate, robotica poate fi o legătură de feedback.
  • Controlul gradului de deschidere/închidere a elementelor.
  • Reglarea scripetelor de ghidare.
  • Acționare electrică.
  • Determinarea datelor de distanță față de obiecte fără referire la acestea.
  • Verificarea funcțiilor mecanismelor în laboratoare, adică efectuarea de teste.

Clasificare, dispozitiv și principiu de funcționare

Senzorii de poziție pot fi fără contact sau de contact.

  • Fara contact, aceste dispozitive sunt inductive, magnetice, capacitive, ultrasonice si optice. Ele formează o legătură cu un obiect folosind un câmp magnetic, electromagnetic sau electrostatic.
  • A lua legatura. Cel mai comun din această categorie este codificatorul.

Fără contact

Senzorii de poziție fără contact sau un comutator tactil sunt declanșați fără contact cu un obiect în mișcare. Sunt capabili să răspundă rapid și să se pornească frecvent.

Potrivit trailerului, acțiunile fără contact sunt:

  • capacitiv,
  • inductiv,
  • optic,
  • laser,
  • cu ultrasunete,
  • cuptor cu microunde,
  • sensibil magnetic.

Cele fără contact pot fi folosite pentru a comuta la o viteză mai mică sau pentru a opri.

Inductiv

Un senzor inductiv fără contact funcționează datorită modificărilor câmpului electromagnetic.

Componentele principale ale senzorului inductiv sunt realizate din alamă sau poliamidă. Nodurile sunt conectate între ele. Designul este fiabil și poate rezista la sarcini grele.

  • Generatorul creează un câmp electromagnetic.
  • Declanșatorul Schmidt procesează informații și o transmite altor noduri.
  • Amplificatorul este capabil să transmită un semnal pe distanțe lungi.
  • Indicatorul LED ajută la monitorizarea funcționării acestuia și la urmărirea modificărilor în setări.
  • Compus - filtru.

Funcționarea unui dispozitiv inductiv începe din momentul în care generatorul este pornit, se creează un câmp electromagnetic. Câmpul afectează curenții turbionari, care modifică amplitudinea oscilațiilor generatorului. Dar generatorul este primul care reacţionează la schimbări. Când un obiect metalic în mișcare intră în câmp, un semnal este trimis către unitatea de control.

După ce sosește semnalul, acesta este procesat. Mărimea semnalului depinde de volumul obiectului și de distanța care separă obiectul și dispozitivul. Apoi semnalul este convertit.

Capacitiv

Un senzor capacitiv poate avea în exterior un corp convențional plat sau cilindric, în interiorul căruia există electrozi cu pini și un distanțier dielectric. Una dintre plăci urmărește stabil mișcarea unui obiect în spațiu, ca urmare capacitatea se modifică. Aceste dispozitive sunt folosite pentru a măsura mișcarea unghiulară și liniară a obiectelor și dimensiunile acestora.

Produsele capacitive sunt simple, au sensibilitate mare și inerție scăzută. Influența externă a câmpurilor electrice afectează sensibilitatea dispozitivului.

Optic

  • Măsurați poziția și mișcarea obiectelor după comutatoarele de limită.
  • Efectuați măsurători fără contact.
  • Identificați poziția obiectelor care se deplasează cu viteză mare.

Barieră

Senzorul optic de barieră este desemnat prin litera latină „T”. Acest dispozitiv optic este în două blocuri. Folosit pentru a detecta obiectele care cad în zona de vizualizare dintre emițător și receptor. Raza de acoperire pana la 100 m.

Reflex

Litera „R” desemnează un senzor optic reflex. Produsul reflex conține un emițător și un receptor într-o singură carcasă. Reflectorul servește ca o reflexie a fasciculului. Pentru a detecta un obiect cu o suprafață oglindă, în senzor este instalat un filtru polarizant. Raza de actiune pana la 8m.

Difuzie

Senzorul de difuzie este desemnat cu litera „D”. Corpul dispozitivului este monobloc. Aceste dispozitive nu necesită focalizare precisă. Designul este conceput pentru a funcționa cu obiecte situate la distanță apropiată. Raza de actiune 2 m.

Laser

Senzorii laser sunt foarte precisi. Ele pot determina unde are loc mișcarea și pot da dimensiunile exacte ale unui obiect. Aceste dispozitive sunt de dimensiuni mici. Consumul de energie al dispozitivelor este minim. Produsul este capabil să identifice instantaneu un străin și să pornească imediat alarma.

Baza dispozitivului laser este măsurarea distanței până la un obiect folosind un triunghi. Un fascicul laser este emis de un receptor cu paralelism ridicat, lovind suprafața unui obiect și fiind reflectat. Reflexia are loc la un anumit unghi. Mărimea unghiului depinde de distanța la care se află obiectul. Fasciculul reflectat revine la receptor. Un microcontroler integrat citește informațiile - determină parametrii obiectului și locația acestuia.

cu ultrasunete

Traductoarele cu ultrasunete sunt dispozitive de detectare care sunt utilizate pentru a converti curentul electric în unde ultrasunete. Munca lor se bazează pe interacțiunea vibrațiilor ultrasunete cu un spațiu controlat.

Dispozitivele funcționează pe principiul radarului - detectează un obiect printr-un semnal reflectat. Viteza sunetului este o valoare constantă. Dispozitivul este capabil să calculeze distanța până la obiect în funcție de intervalul de timp în care semnalul a ieșit și a revenit.

Cuptor cu microunde

Senzorii de mișcare cu microunde emit unde electromagnetice de înaltă frecvență. Produsul este sensibil la modificările undelor reflectate care sunt create de obiectele din zona controlată. Obiectul poate fi cu sânge cald, viu sau doar un obiect. Este important ca obiectul să reflecte undele radio.

Principiul radar utilizat vă permite să detectați un obiect și să calculați viteza de mișcare a acestuia. La deplasare, dispozitivul este activat. Acesta este efectul Doppler.

Magnetosensibil

Acest tip de dispozitiv este realizat în două tipuri:

  • bazat pe contacte mecanice;
  • pe baza efectului Hall.

Primul poate funcționa la curent alternativ și continuu de până la 300V sau la o tensiune apropiată de 0.

Un produs bazat pe efectul Hall folosește un element sensibil pentru a monitoriza modificările caracteristicilor sub influența unui câmp magnetic extern.

a lua legatura

Senzorii de contact sunt produse de tip parametric. Dacă se observă transformări ale unei mărimi mecanice, rezistența electrică a acestora se modifică. Designul produsului conține doi electrozi care asigură contactul intrării receptorului cu pământul. Traductorul capacitiv este format din două plăci metalice, acestea sunt ținute de doi operatori instalați la distanță unul de celălalt. O placă poate fi corpul receptorului.

Un senzor de unghi de contact se numește encoder și este folosit pentru a determina unghiul de rotație al unui obiect care se rotește. Neutrul este responsabil pentru modul de funcționare a motorului.

Mercur

Senzorii de poziție cu mercur au un corp de sticlă și au dimensiuni similare cu o lampă cu neon. Există doi știfturi de contact cu o picătură de bilă de mercur în interiorul unui balon de sticlă închis în vid.

Folosit de șoferi pentru a controla unghiul de suspensie, deschiderea capotei și a portbagajului. O folosesc și radioamatorii.

Domenii de aplicare

Domeniile de utilizare ale dispozitivelor miniaturale sunt extinse:

  • Folosit în inginerie mecanică pentru asamblare, testare, ambalare, sudare, nituri.
  • În laboratoare sunt folosite pentru control și măsurare.
  • Tehnologia auto, industria transporturilor, echipamente mobile. Cel mai popular este senzorul de viteză neutră pentru transmisii manuale. Multe sisteme de control al vehiculelor conțin senzori. Ele se găsesc în mecanismul de direcție, supape, pedale, în sistemele compartimentului motor, în sistemele de control pentru oglinzi, scaune și acoperișuri rabatabile.
  • Sunt utilizați în proiectarea roboților, în domeniul științific și în educație.
  • Tehnologie medicală.
  • Agricultura si utilaje speciale.
  • Industria prelucrarii lemnului.
  • Zona de prelucrare a metalelor, în mașini de tăiat metal.
  • Producția de sârmă.
  • Proiectări de laminoare, în mașini cu control program.
  • Sisteme de urmărire.
  • În sistemele de securitate.
  • Sisteme hidraulice si pneumatice.
Numărul de senzori dintr-o mașină crește în fiecare an. Dispozitivele electronice diferă în ceea ce privește parametri tehnici, scopul și caracteristicile aplicației. Senzorii pot fi clasificați în funcție de funcționalitate și condiții de funcționare.
  1. Senzorii de primul tip sunt responsabili pentru diagnosticarea și performanța sistemului de frânare și de direcție.
  2. Dispozitivele de clasa a doua monitorizează starea unității de putere, transmisiei, suspensiei și anvelopelor.
  3. A treia categorie de senzori ar trebui să asigure funcțiile de protecție ale vehiculului și confortul de conducere.
Evoluțiile moderne în domeniul electronicii fac posibilă fabricarea senzorilor din materiale durabile de înaltă tehnologie. Prin urmare, comparativ cu primele dispozitive, noile dispozitive electronice funcționează mai bine și durează mai mult. Tehnologiile inovatoare au făcut posibilă reducerea și dimensiuni senzori, care este important pentru mașinile cu un număr mare de unități și componente suplimentare. Din punct de vedere structural, toate dispozitivele electronice auto pot fi împărțite în două grupuri.
  1. Senzorii integrati cu capabilități inteligente reduc sarcina pe unitatea de control. Dispozitivele sunt conectate prin linii de comunicație flexibile; mai multe dispozitive electronice pot fi utilizate împreună în același timp. Astfel de senzori sunt capabili să proceseze chiar și semnale de intensitate scăzută.
  2. Dispozitivele electronice cu fibră optică sunt foarte sensibile la contaminare și tensiune arterială crescută. Din acest motiv, ele sunt de scurtă durată și sunt slab susceptibile la interferențe electromagnetice. Astfel de senzori nu sunt potriviti pentru toate tipurile de mașini, deoarece necesită robinete și conectori speciali pentru a le conecta.

Senzorii motorului

Pentru a optimiza funcționarea unității de alimentare, precum și pentru a monitoriza starea de sănătate a componentelor și mecanismelor, următorii senzori sunt instalați pe motoarele auto.
  • Senzorul de aer este proiectat pentru a monitoriza cantitatea de aer care intră în tractul de admisie. Debitmetrul este un dispozitiv de încredere, iar principalul său inamic este umiditatea. Dacă dispozitivul se defectează, motorul funcționează instabil, apare un efect „triplu” și se observă un consum crescut de combustibil. Debitmetrul este încorporat în tractul de admisie imediat în spatele filtrului de aer.
  • „Sonda Lambda” monitorizează fracția de masă a oxigenului care părăsește galeria de evacuare. Aparatul dozează alimentarea cu combustibil în funcție de concentrația de oxigen. Sonda lambda este amplasată în sistemul de evacuare.
  • În sistemul de regenerare a gazelor de eșapament al mașinilor moderne, sunt instalate dispozitive electronice care monitorizează concentrația de oxid de azot. Sunt amplasate în ansamblul clapetei de accelerație. Odată ce dispozitivul se murdărește, numărul de cicluri de regenerare va crește.
  • Senzorul supapei EGR este proiectat pentru a reduce concentrația de gaze nocive eliberate în atmosferă. Când mașina accelerează brusc, dispozitivul deschide ușor supapa, iar gazele de eșapament sunt direcționate în camerele de ardere. Astfel, are loc arderea completă a hidrocarburilor.
  • Un senzor Hall este utilizat la motoarele pe benzină. Dispozitivul este instalat în capacul arborelui cu came din spate și măsoară unghiul de poziție al acestuia. Semnalele primite de la senzorul Hall modifică viteza de mișcare a pistoanelor din cilindri.
  • Senzorul de accelerație preia citiri de la pedala de accelerație. Dispozitivul reglează funcționarea supapei de accelerație în funcție de temperatura lichidului de răcire. Cu cât antigelul este mai rece, cu atât arborele cotit se rotește mai încet. Senzorul este montat pe conducta de accelerație și este interconectat cu amortizorul.
  • Senzorul de poziție a arborelui cotit răspunde la furnizarea în timp util a combustibilului, legând doza de momentul injecției sau momentul aprinderii. Dispozitivul preia citiri de la un scripete dintat, deci este montat in partea de jos a blocului cilindric. Odată ce senzorul defectează, motorul nu poate fi pornit.

Senzori de presiune


Principiul de funcționare al senzorilor de presiune este aproximativ același. Dar ele sunt instalate într-o varietate de componente și mecanisme ale mașinii. Există dispozitive de importanță primară și secundară.

Senzori de importanță primordială

Dispozitivele de importanță primordială care măsoară presiunea includ:
  • un senzor de presiune în tractul de admisie, care asigură o relație între turația arborelui cotit (nivelul de sarcină) și debitul amestecului de combustibil;
  • Senzorul de presiune în anvelope monitorizează intervalul specificat pentru deplasarea în siguranță a vehiculelor. Este construit în interiorul roții.

Senzori secundari


Senzor presiune ulei În funcție de configurația vehiculului, numărul de senzori secundari poate varia semnificativ.
  • Un senzor de presiune a uleiului este prezent în mașinile producătorilor japonezi. Un dispozitiv de tip membrană determină indicatorul de presiune datorită devierii membranei. Senzorul este încorporat în blocul cilindrilor.
  • Senzorul de presiune a combustibilului este instalat în pompa de combustibil. Când citirea este scăzută, dispozitivul dă o comandă pompei de rapel.
  • Modulul sistemului de frânare antiblocare conține un senzor de presiune a lichidului de frână.
  • Unele mașini au senzori sub scaune care detectează greutatea pasagerului.

Senzori de temperatura


Dispozitive speciale pentru măsurarea temperaturii lichidelor tehnice și a compușilor gazoși dintr-o mașină se găsesc în multe sisteme.
  1. Pentru a monitoriza temperatura lichidului de răcire, în termostat sau chiulasa este instalat un senzor special. Ea definește regim de temperatură motor, iar la plecare Limita superioară dă o comandă de a porni ventilatorul. Dacă lampa de avertizare a lichidului de răcire se aprinde pe tabloul de bord, aceasta indică o problemă cu sistemul.
  2. Pentru o funcționare bună a motorului, este important să controlați temperatura uleiului. Senzorul este montat în carcasa filtrului de ulei.
  3. În timp ce se află în mașină, este util ca șoferul să știe despre temperatură aerul atmosferic. Senzorul de temperatură ambientală este instalat în partea din față a vehiculului.
  4. Multe mașini echipate cu sisteme de climatizare sunt echipate cu senzori de temperatură a aerului interior. Dispozitivele sunt montate în tabloul de bord.

Senzori în sistemul de combustibil


Pentru a se asigura că calitatea și cantitatea de combustibil corespunde sarcinii motorului, în sistemul de alimentare sunt utilizați o serie de senzori.
  • Un dispozitiv care monitorizează nivelul de combustibil este montat în rezervor. Este echipat cu un flotor cu tijă lungă și un reostat tactil. Indicatorul nivelului de combustibil depinde direct de valoarea rezistenței senzorului.
  • Sistemul de combustibil conține și un senzor de consum de combustibil. El transformă cantitatea de combustibil transmisă în impulsuri electrice. Trăsături distinctive Instrumentul este precis și fiabil.
  • Un dispozitiv de altimetru electronic este încorporat în unitatea de control al motorului. Reglează debitul gazelor de eșapament în camerele de ardere în funcție de presiunea atmosferică.
  • Organizarea corectă a funcționării mecanismului de distribuție a gazelor este asigurată de un contor de fază. Este instalat in apropiere filtru de aer. Când senzorul se uzează, amestecul de combustibil devine excesiv de bogat.
  • Senzorul de detonare este proiectat pentru a măsura momentul aprinderii. Între cilindrii motorului este instalat un contor. La eșec, se observă o creștere a detonației datorită creșterii numărului de procese explozive.
Tehnologiile inovatoare fac posibilă o funcționare confortabilă a mașinii. De exemplu, un senzor de ploaie controlează ștergătoarele. Dispozitivul este montat în zona parbrizului; când intră picături de apă, se trimite un semnal către sistemul electronic, care pornește periile. Șoferul nu trebuie să fie distras de la conducere prin pornirea și oprirea ștergătoarelor de parbriz.

Senzorii sunt dispozitive complexe care sunt adesea folosite pentru a detecta și a răspunde la semnale electrice sau optice. Dispozitivul convertește un parametru fizic (temperatura, tensiune arteriala, umiditate, viteză) într-un semnal care poate fi măsurat de dispozitiv.

Clasificarea senzorilor poate fi diferită. Există mai mulți parametri de bază pentru distribuția dispozitivelor de măsurare, despre care vom vorbi mai departe. Practic, această separare se datorează acțiunii diferitelor forțe.

Acest lucru este ușor de explicat folosind exemplul de măsurare a temperaturii. Mercurul dintr-un termometru de sticlă se extinde și contractă lichidul pentru a converti o temperatură măsurată care poate fi citită de un observator dintr-un tub de sticlă calibrat.

Criterii de alegere

Există anumite caracteristici care trebuie luate în considerare la clasificarea unui senzor. Acestea sunt enumerate mai jos:

  1. Precizie.
  2. Condiții de mediu - de obicei senzorii au restricții de temperatură și umiditate.
  3. Interval - limită de măsurare a senzorului.
  4. Calibrarea este necesară pentru majoritatea instrumentelor de măsură, deoarece citirile se modifică în timp.
  5. Preț.
  6. Repetabilitate - citirile variabile sunt măsurate în mod repetat în același mediu.

Distribuția pe categorii

Clasificările senzorilor sunt împărțite în următoarele categorii:

  1. Numărul de parametri de intrare primar.
  2. Principiile transducției (utilizarea efectelor fizice și chimice).
  3. Material și tehnologie.
  4. Scop.

Principiul transducției este criteriul fundamental urmat pentru colectarea eficientă a informațiilor. De obicei, criteriile logistice sunt selectate de echipa de dezvoltare.

Clasificarea senzorilor pe baza proprietăților este următoarea:

  1. Temperatura: termistoare, termocupluri, termorezistente, microcircuite.
  2. Presiune: fibră optică, vid, elastic pe bază de fluid, LVDT, electronic.
  3. Flux: electromagnetic, cădere de presiune, deplasare de poziție, masă termică.
  4. Senzori de nivel: presiune diferențială, frecvență radio cu ultrasunete, radar, deplasare termică.
  5. Proximitate și deplasare: LVDT, fotoelectric, capacitiv, magnetic, ultrasonic.
  6. Biosenzori: oglindă rezonantă, electrochimică, rezonanță plasmonică de suprafață, potențiometrică adresabilă la lumină.
  7. Imagine: Dispozitive cuplate cu încărcare, CMOS.
  8. Gaz și chimie: semiconductor, infraroșu, conductivitate, electrochimic.
  9. Accelerație: giroscoape, accelerometre.
  10. Altele: senzor de umiditate, senzor de viteză, masă, senzor de înclinare, forță, vâscozitate.

Acesta este un grup mare format din subsecțiuni. Este de remarcat faptul că, odată cu descoperirea de noi tehnologii, secțiunile sunt actualizate în mod constant.

Scopul clasificării senzorului în funcție de direcția de utilizare:

  1. Controlul, măsurarea și automatizarea procesului de producție.
  2. Utilizări neindustriale: aviație, dispozitive medicale, automobile, electronice de larg consum.

Senzorii pot fi clasificați în funcție de cerințele lor de putere:

  1. Senzor activ- dispozitive care necesită energie. De exemplu, LiDAR (detecția luminii și distanța), celulă fotoconductivă.
  2. Senzor pasiv - senzori care nu necesită alimentare. De exemplu, radiometre, fotografie de film.

Aceste două secțiuni includ toate instrumentele cunoscute științei.

În aplicațiile actuale, scopul clasificării senzorilor poate fi împărțit în grupuri, după cum urmează:

  1. Accelerometrele se bazează pe tehnologia senzorilor microelectromecanici. Sunt folosite pentru a monitoriza pacienții care au stimulatoare cardiace. și sistemele dinamice ale vehiculelor.
  2. Biosenzorii se bazează pe tehnologia electrochimică. Folosit pentru testarea alimentelor, dispozitivelor medicale, a apei și pentru detectarea agenților patogeni biologici periculoși.
  3. Senzori de imagine - bazați pe tehnologia CMOS. Ele sunt utilizate în electronice de larg consum, biometrie, supraveghere a traficului și securitate și imagistica computerizată.
  4. Detectoare de mișcare – bazate pe tehnologii cu infraroșu, ultrasunete și microunde/radar. Folosit în jocuri video și simulări, activarea luminii și detectarea securității.

Tipuri de senzori

Există și un grup principal. Este împărțit în șase domenii principale:

  1. Temperatura.
  2. Radiatii infrarosii.
  3. Ultraviolet.
  4. Senzor.
  5. Apropiere, mișcare.
  6. Ecografie.

Fiecare grup poate include subsecțiuni dacă tehnologia este utilizată chiar și parțial ca parte a unui dispozitiv specific.

1. Senzori de temperatură

Acesta este unul dintre grupurile principale. Clasificarea senzorilor de temperatură reunește toate dispozitivele care au capacitatea de a evalua parametrii pe baza încălzirii sau răcirii unui anumit tip de substanță sau material.

Acest dispozitiv colectează informații despre temperatură de la o sursă și le convertește într-o formă pe care alte echipamente sau oameni o pot înțelege. Cea mai bună ilustrare a unui senzor de temperatură este mercurul dintr-un termometru de sticlă. Mercurul din sticlă se extinde și se contractă odată cu schimbările de temperatură. Temperatura exterioară este elementul inițial pentru măsurarea indicatorului. Poziția mercurului este observată de către privitor pentru a măsura parametrul. Există două tipuri principale de senzori de temperatură:

  1. Senzori de contact. Acest tip de dispozitiv necesită contact fizic direct cu un obiect sau purtător. Acestea controlează temperatura solidelor, lichidelor și gazelor într-un interval larg de temperatură.
  2. Senzori fără contact. Acest tip de senzori nu necesită nici un contact fizic cu obiectul sau mediul măsurat. Ele controlează solidele și lichidele nereflexive, dar nu sunt utile pentru gaze datorită transparenței lor naturale. Aceste dispozitive folosesc legea lui Planck pentru a măsura temperatura. Această lege se referă la căldura emisă de o sursă pentru a măsura un punct de referință.

Lucrați cu diverse dispozitive

Principiul de funcționare și clasificarea senzorilor de temperatură sunt, de asemenea, împărțite în utilizarea tehnologiei în alte tipuri de echipamente. Acestea ar putea fi tablouri de bord dintr-o mașină sau unități speciale de producție dintr-un atelier industrial.

  1. Modulele de termocuplu sunt realizate din două fire (fiecare dintr-un aliaj omogen sau metal diferit) care formează o joncțiune de măsurare prin conectarea la un capăt. Această unitate de măsură este deschisă elementelor studiate. Celălalt capăt al firului se termină cu un dispozitiv de măsurare, unde se formează o joncțiune de referință. Curentul trece prin circuit deoarece temperatura celor două conexiuni este diferită. Tensiunea rezultată în milivolt este măsurată pentru a determina temperatura la joncțiune.
  2. Detectoarele de temperatură de rezistență (RTD) sunt tipuri de termistoare care sunt fabricate pentru a măsura rezistența electrică la schimbările de temperatură. Sunt mai scumpe decât orice alte dispozitive de detectare a temperaturii.
  3. Termistori. Sunt un alt tip de rezistență termică în care o schimbare mare a rezistenței este proporțională cu o schimbare mică a temperaturii.

2. Senzor IR

Acest dispozitiv emite sau detectează radiații infraroșii pentru a detecta o anumită fază a mediului. De obicei, radiația termică este emisă de toate obiectele din spectrul infraroșu. Acest senzor detectează un tip de sursă care nu este vizibilă pentru ochiul uman.

Ideea de bază este să folosiți LED-uri cu infraroșu pentru a transmite unde luminoase către un obiect. O altă diodă IR de același tip trebuie utilizată pentru a detecta unda reflectată de la obiect.

Principiul de funcționare

Clasificarea senzorilor într-un sistem de automatizare în această direcție este comună. Acest lucru se datorează faptului că tehnologia face posibilă utilizarea unor mijloace suplimentare pentru evaluarea parametrilor externi. Când un receptor infraroșu este expus la lumină infraroșu, apare o diferență de tensiune între fire. Proprietățile electrice ale componentelor senzorului IR pot fi utilizate pentru a măsura distanța până la un obiect. Când un receptor de infraroșu este expus la lumină, apare o diferență de potențial între fire.

Unde este folosit:

  1. Termografie: Conform legii radiației obiectelor, se poate observa mediu inconjurator cu sau fără iluminare vizibilă folosind această tehnologie.
  2. Încălzire: infraroșu poate fi folosit pentru gătit și reîncălzire Produse alimentare. Ele pot îndepărta gheața de pe aripile avionului. Convertizoarele sunt populare în domenii industriale, cum ar fi imprimarea, turnarea plasticului și sudarea polimerilor.
  3. Spectroscopie: Această tehnică este utilizată pentru identificarea moleculelor prin analiza legăturilor constitutive. Tehnologia folosește radiația luminoasă pentru a studia compușii organici.
  4. Meteorologie: Măsurarea înălțimii norilor și calcularea temperaturii solului și a suprafeței este posibilă dacă sateliții meteo sunt echipați cu radiometre de scanare.
  5. Fotobiomodulație: utilizată pentru chimioterapie la pacienții cu cancer. În plus, tehnologia este utilizată pentru a trata virusul herpes.
  6. Climatologie: monitorizarea schimbului de energie dintre atmosferă și pământ.
  7. Comunicare: Un laser cu infraroșu furnizează lumină pentru comunicarea prin fibră optică. Aceste emisii sunt, de asemenea, utilizate pentru comunicațiile pe distanțe scurte între periferice mobile și computere.

3. Senzor UV

Acești senzori măsoară intensitatea sau puterea radiației ultraviolete incidente. O formă de radiație electromagnetică are o lungime de undă mai mare decât razele X, dar este totuși mai scurtă decât radiația vizibilă.

Un material activ cunoscut sub numele de diamant policristalin este utilizat pentru măsurători fiabile ale ultravioletelor. Instrumentele pot detecta diferite impacturi asupra mediului.

Criterii de selectare a dispozitivului:

  1. Intervalele de lungime de undă în nanometri (nm) care pot fi detectate de senzorii ultravioleți.
  2. Temperatura de lucru.
  3. Precizie.
  4. Gama de putere.

Principiul de funcționare

Un senzor ultraviolet primește un tip de semnal de energie și transmite un alt tip de semnal. Pentru a monitoriza și înregistra aceste fluxuri de ieșire, acestea sunt trimise la un contor electric. Pentru a crea grafice și rapoarte, citirile sunt transferate la un convertor analog-digital (ADC) și apoi la un computer care rulează software.

Folosit în următoarele dispozitive:

  1. Fototuburile ultraviolete sunt senzori sensibili la radiații care monitorizează tratarea aerului cu ultraviolete, tratarea apei cu ultraviolete și iradierea solară.
  2. Senzori de lumină - măsoară intensitatea fasciculului incident.
  3. Senzorii ultravioleți sunt dispozitive cuplate de încărcare (CCD) utilizate în imagistica de laborator.
  4. Detectoare de lumină ultravioletă.
  5. Detectoare UV germicide.
  6. Senzori de fotostabilitate.

4. Senzor de atingere

Acesta este un alt grup mare de dispozitive. Clasificarea senzorilor de presiune este utilizată pentru a evalua parametrii externi responsabili de apariția unor caracteristici suplimentare sub acțiunea unui anumit obiect sau substanță.

Senzorul tactil acționează ca un rezistor variabil în funcție de locația în care este conectat.

Senzorul tactil este format din:

  1. O substanță complet conductivă, cum ar fi cuprul.
  2. Material intermediar izolat, cum ar fi spuma sau plastic.
  3. Material parțial conductiv.

Cu toate acestea, nu există o divizare strictă. Clasificarea senzorilor de presiune se stabilește prin selectarea unui senzor anume, care evaluează tensiunea emergentă în interiorul sau în exteriorul obiectului studiat.

Principiul de funcționare

Un material parțial conductiv rezistă fluxului de curent. Principiul unui senzor liniar de poziție este că fluxul de curent este considerat mai opus atunci când lungimea materialului prin care trebuie să treacă curentul este mai mare. Ca urmare, rezistența materialului se modifică prin schimbarea poziției în care acesta vine în contact cu un obiect complet conductiv.

Clasificarea senzorilor de automatizare se bazează în întregime pe principiul descris. Aici sunt folosite resurse suplimentare sub formă de software special dezvoltat. De obicei, software asociat cu senzorii tactili. Dispozitivele își pot aminti „ultima atingere” atunci când senzorul este dezactivat. Ei pot înregistra „prima atingere” imediat ce senzorul este activat și pot înțelege toate semnificațiile asociate acestuia. Această acțiune este similară cu mutarea unui mouse de computer la celălalt capăt al mouse pad-ului pentru a muta cursorul în partea îndepărtată a ecranului.

5. Senzor de proximitate

Această tehnologie este din ce în ce mai utilizată în vehiculele moderne. Clasificarea senzorilor electrici folosind module de lumină și tactile câștigă popularitate în rândul producătorilor de automobile.

Senzorul de proximitate detectează prezența obiectelor care sunt situate aproape fără puncte de contact. Deoarece nu există contact între module și obiectul detectat și nu există piese mecanice, aceste dispozitive au o durată lungă de viață și o fiabilitate ridicată.

Diferite tipuri de senzori de proximitate:

  1. Senzori de proximitate inductivi.
  2. Senzori capacitivi de proximitate.
  3. Senzori de proximitate cu ultrasunete.
  4. Senzori fotoelectrici.
  5. Senzori Hall.

Principiul de funcționare

Un senzor de proximitate emite un câmp electromagnetic sau electrostatic sau un fascicul de radiații electromagnetice (cum ar fi infraroșu) și așteaptă un semnal de răspuns sau modificări ale câmpului. Obiectul detectat este cunoscut ca ținta modulului de înregistrare.

Clasificarea senzorilor în funcție de principiul și scopul lor de funcționare va fi după cum urmează:

  1. Dispozitive inductive: Există un generator la intrare care modifică rezistența la pierderi în apropierea unui mediu conductiv electric. Aceste dispozitive sunt preferate pentru obiectele metalice.
  2. Senzori capacitivi de proximitate: convertesc modificarea capacității electrostatice între electrozii de detectare și masă. Acest lucru se întâmplă atunci când se apropie de un obiect din apropiere cu o schimbare a frecvenței vibrațiilor. Pentru a detecta un obiect din apropiere, frecvența de oscilație este convertită într-o tensiune DC, care este comparată cu o valoare de prag prestabilită. Aceste dispozitive sunt preferate pentru obiectele din plastic.

Clasificarea echipamentelor de măsurare și a senzorilor nu se limitează la descrierea și parametrii prezentați mai sus. Odată cu apariția noilor tipuri de instrumente de măsură grup general crește. Au fost aprobate diferite definiții pentru a face distincția între senzori și traductoare. Senzorii pot fi definiți ca un element care simte energia pentru a produce o variantă în aceeași formă sau într-o altă formă de energie. Senzorul convertește cantitatea măsurată în semnalul de ieșire dorit folosind principiul de conversie.

Pe baza semnalelor primite și generate, principiul poate fi împărțit în următoarele grupe: electric, mecanic, termic, chimic, radiant și magnetic.

6. Senzori cu ultrasunete

Un senzor ultrasonic este utilizat pentru a detecta prezența unui obiect. Acest lucru se realizează prin emiterea de unde ultrasonice din capul dispozitivului și apoi primirea semnalului ultrasonic reflectat de la obiectul corespunzător. Ajută la detectarea poziției, prezenței și mișcării obiectelor.

Deoarece senzorii cu ultrasunete se bazează mai degrabă pe sunet decât pe lumină pentru detectare, aceștia sunt utilizați pe scară largă pentru măsurarea nivelului apei, procedurile de scanare medicală și în industria auto. Undele ultrasunete pot detecta obiecte invizibile, cum ar fi folii transparente, sticle de sticlă, sticle de plasticși tablă de sticlă, folosind senzorii săi reflectorizanti.

Principiul de funcționare

Clasificarea senzorilor inductivi se bazează pe domeniul de utilizare a acestora. Este important să se țină cont de fizicul și Proprietăți chimice obiecte. Mișcarea undelor ultrasonice variază în funcție de forma și tipul mediului. De exemplu, undele ultrasonice se deplasează direct printr-un mediu omogen și sunt reflectate și transmise înapoi la interfața dintre diferite medii. Un corp uman în aer provoacă o reflexie semnificativă și poate fi ușor detectat.

Tehnologia folosește următoarele principii:

  1. Multireflexie. Reflexia multiplă are loc atunci când undele sunt reflectate de mai multe ori între senzor și ținta detectată.
  2. Zona limită. Distanța minimă de detectare și distanța maximă de detectare pot fi ajustate. Aceasta se numește zonă limită.
  3. Zona de detectare. Acesta este intervalul dintre suprafața capului senzorului și distanța minimă de detectare obținută prin ajustarea distanței de scanare.

Dispozitivele echipate cu această tehnologie permit scanarea diferitelor tipuri de obiecte. Sursele de ultrasunete sunt utilizate în mod activ în crearea de vehicule.

În sistemele de automatizare, senzorul este proiectat să convertească o cantitate controlată sau controlată (parametrul unui obiect controlat) într-un semnal de ieșire care este mai convenabil pentru mișcarea ulterioară a informațiilor. Prin urmare, senzorul este adesea numit convertor, deși acest termen este prea general, deoarece orice element de automatizare și telemecanică, având o intrare și o ieșire, este într-o măsură sau alta un convertor.

În cel mai simplu caz, senzorul efectuează o singură transformare Y=f(X), cum ar fi, de exemplu, forța în mișcare (într-un arc), sau temperatura în forță electromotoare (într-un termoelement), etc. Acest tip de senzor se numește senzori de conversie directă. Cu toate acestea, într-un număr de cazuri nu este posibilă influențarea directă a valorii de intrare X asupra valorii de intrare necesare U (dacă o astfel de conexiune este incomodă sau nu oferă calitățile dorite). În acest caz, se efectuează transformări succesive: valoarea de intrare X influențează intermediarul Z, iar valoarea Z influențează valoarea cerută Y:

Z=f1(X); Y=f2(Z)

Rezultatul este o funcție care conectează X la Y:

Y=f2=F(X).

Numărul de astfel de transformări succesive poate fi mai mare de două, iar în cazul general, legătura funcțională dintre Y și X poate trece printr-un număr de mărimi intermediare:

Y=fn(...)=F(X).

Se numesc senzori care au astfel de dependențe senzori cu conversie serială. Toate celelalte părți sunt numite corpuri intermediare. Într-un senzor cu două transformări nu există organe intermediare; are doar un organ de detectare și un organ de acționare. Adesea, același element structural îndeplinește funcțiile mai multor organe. De exemplu, o membrană elastică îndeplinește funcția unui organ perceptiv (conversia presiunii în forță) și funcția organ executiv(conversia forței în deplasare).

Clasificarea senzorilor.

Varietatea excepțională a senzorilor utilizați în automatizarea modernă necesită clasificarea acestora. În prezent, sunt cunoscute următoarele tipuri de senzori, care sunt cel mai adecvat clasificați în funcție de valoarea de intrare care corespunde practic principiului de funcționare:

Numele senzorului

Cantitatea de intrare

Mecanic

Mutarea unui corp rigid

Electric

Cantitatea electrică

Hidraulic

Fluid în mișcare

Pneumatic

Mișcarea gazului

Termic

Optic

Mărimea luminoasă

Acustic

Mărimea sunetului

Unda radio

Unde radio

Radiatie nucleara

Aici luăm în considerare cei mai comuni senzori în care cel puțin una dintre cantități (intrare sau ieșire) este electrică.

Senzorii se disting și prin gama de variație a semnalului de intrare. De exemplu, unii senzori electrici de temperatură sunt proiectați să măsoare temperaturi de la 0 la 100 ° C, în timp ce alții sunt proiectați să măsoare temperaturi de la 0 la 1600 ° C. Este foarte important ca domeniul de variație al semnalului de ieșire să fie același (unificat) pentru diferite dispozitive. Unificarea semnalelor de ieșire a senzorilor permite utilizarea elementelor comune de amplificare și acţionare pentru o mare varietate de sisteme de automatizare.

Senzorii electrici sunt printre cele mai importante elemente ale sistemelor de automatizare. Cu ajutorul senzorilor, cantitatea controlată sau controlată este convertită într-un semnal, în funcție de modificarea în care are loc întregul proces de control. Senzorii cei mai folosiți în automatizare sunt senzorii cu semnal electric de ieșire. Acest lucru se explică în primul rând prin comoditatea transmiterii unui semnal electric la distanță, prin procesarea acestuia și prin posibilitatea de conversie. energie electrica V munca mecanica. Pe lângă cei electrici, s-au răspândit senzorii mecanici, hidraulici și pneumatici.

Senzorii electrici, în funcție de principiul transformării pe care o produc, sunt împărțiți în două tipuri - modulatoare și generatoare.

Cu modulatoare (senzori parametrici), energia de intrare acționează asupra unui circuit electric auxiliar, modificându-i parametrii și modulând valoarea și natura curentului sau tensiunii de la o sursă de energie externă. Din acest motiv, semnalul primit la intrarea senzorului este amplificat simultan. Prezența unei surse externe de energie este o condiție prealabilă pentru funcționarea senzorilor - modulatori.

Orez. 1. Blocuri funcționale ale senzorului - modulator (a) și senzorului - generator (b).

Modularea se realizează prin modificarea unuia dintre cei trei parametri - rezistență ohmică, inductanță, capacitate. În conformitate cu aceasta, se disting grupuri de senzori ohmici, inductivi și capacitivi.

Fiecare dintre aceste grupuri poate fi împărțit în subgrupe. Astfel, cel mai extins grup de senzori ohmici poate fi împărțit în subgrupe: tensiometre, potențiometre, termistoare, fotorezistoare. Al doilea subgrup include opțiuni pentru senzori inductivi, magnetoelastici și transformatori. Al treilea subgrup combină diferite tipuri de senzori capacitivi.

Al doilea tip - generatoarele de senzori sunt pur și simplu convertoare. Ele se bazează pe apariția forței electromotoare sub influența diferitelor procese asociate cu cantitatea controlată. Apariția unei astfel de forțe electromotoare poate apărea, de exemplu, ca urmare a inducției electromagnetice, termoelectricității, piezoelectricității, fotoelectricității și a altor fenomene care provoacă separarea sarcinilor electrice. Conform acestor fenomene, senzorii generatorului sunt împărțiți în inducție, termoelectrice, piezoelectrice și fotoelectrice.

Sunt posibile și grupuri de senzori electrici, electrostatici, Hall etc.

Senzori potențiometrici și tensiometrici.

Senzorii potențiometrici sunt utilizați pentru a converti mișcările unghiulare sau liniare într-un semnal electric. Un senzor potențiometric este un rezistor variabil care poate fi conectat folosind un circuit reostat sau un circuit potențiometru (divizor de tensiune).

Din punct de vedere structural, un senzor potențiometric este un dispozitiv electromecanic (Fig. 2-1), constând dintr-un cadru 1 cu un fir subțire (înfășurare) înfășurat pe acesta din aliaje cu rezistivitate ridicată, un contact de alunecare - perie 2 și un conductor de curent 3 , realizat sub forma unui contact de alunecare , sau a unui arc spiral.

Cadrul cu firul bobinat este fixat nemișcat, iar peria este conectată mecanic la partea mobilă a amplificatorului operațional, a cărei mișcare trebuie convertită într-un semnal electric. Când peria se mișcă, rezistența activă Rx a secțiunii de sârmă dintre perie și unul dintre bornele înfășurării senzorului se modifică.

În funcție de circuitul de conectare al senzorului, mișcarea poate fi transformată într-o modificare a rezistenței active sau a curentului (cu un circuit de conectare în serie) sau într-o schimbare a tensiunii (cu o conexiune divizor de tensiune). Precizia conversiei atunci când este conectată în serie este influențată semnificativ de modificările rezistenței firelor de conectare și rezistența de tranziție dintre perie și înfășurarea senzorului.

În dispozitivele de automatizare, includerea senzorilor potențiometrici folosind un circuit divizor de tensiune este mai des utilizată. La mutarea părții mobile a amplificatorului operațional într-o singură parte, se utilizează un circuit de comutare cu un singur ciclu, care oferă o caracteristică statică ireversibilă. Pentru mișcarea bilaterală, se utilizează un circuit de comutare push-pull, care oferă o caracteristică reversibilă (Fig. 2-2).

În funcție de proiectarea și legea funcțională care conectează semnalul de ieșire al senzorului cu mișcarea periei, se disting mai multe tipuri de senzori potențiometrici.



Senzori potențiometrici liniari.

Au aceeași secțiune transversală a cadrului pe toată lungimea. Diametrul firului și pasul de înfășurare sunt constante. În modul inactiv (cu sarcina Rn→∞ și I→0), tensiunea de ieșire a senzorului potențiometric liniar Uout este proporțională cu mișcarea periei x: Uout = (U0/L)x, unde U0 este tensiunea de alimentare a senzorului ; lungimea înfășurării în L. Tensiunea de alimentare a senzorului U0 și lungimea înfășurării L sunt valori constante, deci în forma finală: Uout = kx, unde k=U0/L este coeficientul de transmisie.



Senzori potențiometrici funcționali.

Ele au o relație funcțională neliniară între mișcarea periei și tensiunea de ieșire: Uout= f(x). Se folosesc adesea potențiometre funcționale cu caracteristici trigonometrice, de putere sau logaritmice. Potențiometrele funcționale sunt utilizate în dispozitivele de calcul automate analogice, în contoarele de nivel de lichid cu flotor pentru rezervoare de forme geometrice complexe etc. Dependența funcțională necesară se poate obține de la senzorii potențiometrici. diverse metode: prin modificarea înălțimii cadrului potențiometrului (liniat sau treptat), ocolirea secțiunilor înfășurării potențiometrului cu rezistențe.

Senzori potențiometrici cu mai multe ture.

Sunt o variație structurală a senzorilor potențiometrici liniari cu mișcarea unghiulară a periei. Pentru senzorii multi-turn, peria trebuie să se rotească printr-un unghi de 360° de mai multe ori pentru a deplasa întreaga lungime a înfășurării L. Avantajele senzorilor multi-turn sunt precizia ridicată, pragul scăzut de sensibilitate, dimensiunile mici, dezavantajele - un moment de frecare mare, complexitate de proiectare, prezența mai multor contacte de alunecare

și dificultatea utilizării în sistemele de mare viteză.

Senzori potențiometrici cu peliculă metalică.

Acesta este un nou design promițător al senzorilor potențiometrici. Cadrul lor este

o placă de sticlă sau ceramică pe care se aplică un strat subțire (câțiva micrometri) de metal cu rezistivitate mare. Semnalul de la senzorii potențiometrici cu peliculă metalică este colectat folosind perii metalo-ceramice. Modificarea lățimii filmului metalic sau a grosimii acesteia vă permite să obțineți o caracteristică liniară sau neliniară a senzorului potențiometric fără a modifica designul acestuia. Folosind procesarea cu fascicul de electroni sau laser, este posibilă ajustarea automată a rezistenței senzorului și a caracteristicilor acestuia la valorile specificate. Dimensiunile senzorilor potențiometrici cu peliculă metalică sunt semnificativ mai mici decât senzorii cu fir, iar pragul de sensibilitate este practic zero din cauza absenței spirelor de înfășurare.

La evaluarea senzorilor potențiometrici, trebuie remarcat faptul că aceștia prezintă atât avantaje semnificative, cât și dezavantaje majore. Avantajele lor sunt: ​​simplitatea designului; nivel ridicat de semnal de ieșire (tensiune - până la câteva zeci de volți, curent - până la câteva zeci de miliamperi); capacitatea de a funcționa atât cu curent continuu, cât și cu curent alternativ. Dezavantajele lor sunt: ​​fiabilitate insuficient de ridicată și durabilitate limitată datorită prezenței contactului de alunecare și abraziunii înfășurării; influența asupra caracteristicilor de rezistență la sarcină; pierderi de energie datorate disipării puterii de către rezistența activă a înfășurării; un cuplu relativ mare necesar pentru a roti partea în mișcare a senzorului cu peria.

* Această lucrare nu este o lucrare științifică, nu este o lucrare de calificare finală și este rezultatul prelucrării, structurării și formatării informațiilor colectate destinate utilizării ca sursă de material pentru pregătirea independentă a lucrărilor educaționale.

1. Conceptul de senzor

O persoană percepe forma, dimensiunea și culoarea obiectelor din jur cu ochii, aude sunete cu urechile și miroase cu nasul. De obicei, există cinci tipuri de senzații asociate cu vederea, auzul, mirosul, gustul și atingerea. Pentru a forma senzații, o persoană are nevoie de stimularea externă a anumitor organe - „senzori de simț”. Pentru tipuri variate senzații, rolul senzorilor este jucat de anumite organe de simț:

Vedere oculară

Auzul Urechi

Limba gustativă

Mirosul nasului

Atingeți pielea

Cu toate acestea, pentru a obține senzație, simțurile singure nu sunt suficiente. De exemplu, cu senzația vizuală nu înseamnă deloc că o persoană vede doar datorită ochilor săi. Este bine cunoscut faptul că prin ochi, iritațiile din mediul extern sub formă de semnale sunt transmise de-a lungul fibrelor nervoase către creier și deja în el se formează senzația de mare și mic, alb și negru etc. Acest schema generala apariția senzației se aplică și auzului, mirosului și altor tipuri de senzație, de exemplu. de fapt, stimulii externi ca ceva dulce sau amar, liniștit sau puternic sunt evaluați de creier, care are nevoie de senzori care să răspundă la acești stimuli.

Un sistem similar se formează în automatizare. Procesul de control constă în primirea de informații despre starea obiectului de control, controlul și prelucrarea acestuia de către dispozitivul central și emiterea de semnale de control către actuatori. Senzorii de mărimi neelectrice sunt utilizați pentru a primi informații. Se controlează astfel temperatura, mișcările mecanice, prezența sau absența obiectelor, presiunea, debitele de lichide și gaze, viteza de rotație etc.

2. Principiul de funcționare și clasificare

Senzorii oferă informații despre starea mediului extern interacționând cu acesta și transformând răspunsul la această interacțiune în semnale electrice. Există multe fenomene și efecte, tipuri de proprietăți și transformări energetice care pot fi folosite pentru a crea senzori. La clasificarea senzorilor, principiul funcționării lor este adesea folosit ca bază, care, la rândul său, se poate baza pe fenomene și proprietăți fizice sau chimice.

3. Tipuri principale:

3.1. Senzori de temperatura

Întâlnim temperatură în fiecare zi și este cea mai cunoscută cantitate fizică pentru noi. Printre alți senzori, senzorii de temperatură au o varietate deosebit de mare de tipuri și sunt unul dintre cei mai des întâlniți.

Termometrul de sticlă cu o coloană de mercur este cunoscut din cele mai vechi timpuri și este utilizat pe scară largă astăzi. Termistorii de rezistență, care se modifică sub influența temperaturii, sunt folosiți destul de des într-o varietate de dispozitive datorită costului relativ scăzut al senzorilor de acest tip. Există trei tipuri de termistori: cu o caracteristică negativă (rezistența lor scade odată cu creșterea temperaturii), cu o caracteristică pozitivă (cu creșterea temperaturii, rezistența crește) și cu o caracteristică critică (rezistența crește odată cu creșterea temperaturii). valoarea pragului temperatura). De obicei, rezistența se schimbă destul de brusc sub influența temperaturii. Pentru a extinde porțiunea liniară a acestei modificări, rezistențele sunt conectate în paralel și în serie cu termistorul.

Termocuplurile sunt utilizate pe scară largă în domeniul măsurării. Ei folosesc efectul Seebeck: într-o joncțiune formată din metale diferite, apare o fem, care este aproximativ proporțională cu diferența de temperatură dintre joncțiunea în sine și terminalele sale. Intervalul de temperaturi măsurat de un termocuplu depinde de metalele utilizate. Feritele și condensatoarele termosensibile folosesc efectul temperaturii asupra constantelor magnetice și, respectiv, dielectrice, pornind de la o anumită valoare numită temperatura Curie și pentru un anumit senzor depinde de materialele utilizate în acesta. Diodele și tiristoarele sensibile la temperatură sunt senzori semiconductori care utilizează dependența de temperatură a conductivității unei joncțiuni p-n (de obicei pe un cristal de siliciu). Ultima data uz practic au găsit așa-numiții senzori de temperatură integrati, care sunt o diodă sensibilă la temperatură pe același cip cu circuite periferice, de exemplu un amplificator etc.

3.2. Senzori optici.

Ca și senzorii optici de temperatură, aceștia se remarcă prin marea lor varietate și utilizarea pe scară largă.Pe baza principiului conversiei optic-electrice, acești senzori pot fi împărțiți în patru tipuri: pe baza efectelor emisiei de fotoelectroni, fotoconductivitate, fotovoltaice și piroelectrice. Emisia fotovoltaică, sau efectul fotoelectric extern, este emisia de electroni atunci când lumina cade asupra unui corp fizic. Din care să scape electronii corpul fizic trebuie să depășească bariera energetică. Deoarece energia fotoelectronilor este proporțională cu 1hc/l0 (unde 1h0 este constanta lui Planck, 1c0 este viteza luminii, 1l0 este lungimea de undă a luminii), cu cât lungimea de undă a luminii care iradiază este mai mică, cu atât energia electronilor este mai mare și cu atât le este mai ușor să depășească bariera specificată.

Efectul de fotoconductivitate, sau efectul fotoelectric intern,0 este o modificare a rezistenței electrice a unui corp fizic atunci când este iradiat cu lumină. Printre materialele care au efect de fotoconductivitate se numără ZnS, CdS, GaAs, Ge, PbS etc. Sensibilitatea spectrală maximă a CdS apare aproximativ la lumină cu lungimea de undă de 500-550 nm, care corespunde aproximativ la mijlocul sensibilității. zona vederii umane. Senzorii optici care funcționează pe efectul de fotoconductivitate sunt recomandați pentru utilizarea în expometrele camerelor foto și video, în întrerupătoare de circuitși controlere de lumină, detectoare de flacără, etc. Dezavantajul acestor senzori este răspunsul lor lent (50 ms sau mai mult).

Efectul fotovoltaic 0 constă în apariția unei feme la bornele unei joncțiuni pn într-un semiconductor iradiat cu lumină. Sub influența luminii, în interiorul joncțiunii p-n apar electroni liberi și găuri și se generează o fem. Senzorii tipici care funcționează pe acest principiu sunt fotodiodele și fototranzistoarele. Același principiu de funcționare are și partea optic-electrică a senzorilor de imagine bidimensionali cu stare solidă, de exemplu, senzorii dispozitivului cuplat la sarcină (senzori CCD). Cel mai frecvent utilizat material de substrat pentru senzorii fotovoltaici este siliciul. Viteza de răspuns relativ mare și sensibilitatea ridicată în intervalul de la infraroșu apropiat (IR) până la lumina vizibilă oferă acestor senzori o gamă largă de aplicații. Efectele piroelectrice 0 sunt fenomene în care sarcinile electrice corespunzătoare acestor modificări apar pe suprafața unui corp fizic datorită modificărilor „reliefului” temperaturii suprafeței. Printre materialele cu proprietăți similare se numără multe alte așa-numite materiale piroelectrice. Un tranzistor cu efect de câmp este încorporat în carcasa senzorului, ceea ce vă permite să convertiți impedanța ridicată a elementului pirotehnic cu optimul său. sarcini electrice la o impedanță de ieșire a senzorului mai scăzută și optimă. Dintre acest tip de senzor, senzorii IR sunt cei mai des utilizați. Există puțini senzori optici care au o sensibilitate suficientă pe întreaga gamă de lumină.

Majoritatea senzorilor au sensibilitate optimă într-o zonă destul de îngustă a părții ultraviolete, vizibile sau infraroșii a spectrului. Principalele avantaje față de alte tipuri de senzori:

1. Capacitate de detectare fără contact.

2. Capacitatea (cu optica adecvată) de a măsura obiecte cu dimensiuni atât extrem de mari, cât și neobișnuit de mici.

3. Viteză mare de răspuns.

4. Comoditatea utilizării tehnologiei integrate (senzori optici, de obicei solid-state și semiconductor), asigurând dimensiuni reduse și durată lungă de viață.

5. Domeniu larg de utilizare: măsurarea diferitelor mărimi fizice, determinarea formei, recunoașterea obiectelor etc. Alături de avantajele lor, senzorii optici au și unele dezavantaje, și anume, sunt sensibili la contaminare, susceptibili la influența luminii străine, a luminii de fundal și a temperaturii (dacă sunt pe bază de semiconductori).

3.3. Senzori de presiune.

Există întotdeauna o mare cerere pentru senzori de presiune și găsesc o gamă foarte largă de aplicații.

Principiul înregistrării presiunii servește drept bază pentru multe alte tipuri de senzori, de exemplu, senzori de masă, poziție, nivel și debit lichid etc. În marea majoritate a cazurilor, indicarea presiunii se realizează datorită deformării corpurilor elastice. , de exemplu o diafragmă, tub Proudhon, membrană ondulată. Astfel de senzori au o putere suficientă și un cost scăzut, dar fac dificilă obținerea semnalelor electrice. Senzorii de presiune potențialometrici (reostatici), capacitivi, inductivi, magnetostrictivi și ultrasonici au un semnal electric la ieșire, dar sunt relativ dificil de fabricat.

În prezent, tensometrele sunt din ce în ce mai folosite ca senzori de presiune. Deosebit de promițătoare sunt tensometrele cu semiconductor de tip difuzie. Tensometrele cu difuzie de siliciu sunt foarte sensibile, de dimensiuni mici și ușor de integrat cu circuitele periferice. Prin gravare folosind tehnologia filmului subțire, se formează o diafragmă circulară pe suprafața unui cristal de siliciu cu conductivitate 1 n 0. Rezistoarele de film cu conductivitate 1p 0 sunt aplicate la marginile diafragmei folosind metoda difuziei. Dacă se aplică presiune pe diafragmă, rezistența unor rezistențe crește, în timp ce altele scade.

Semnalul de ieșire al senzorului este generat folosind un circuit de punte care include aceste rezistențe. Senzorii de presiune de tip difuzie cu semiconductor, similari celor descriși mai sus, sunt utilizați pe scară largă în electronica auto și în toate tipurile de compresoare. Principalele probleme sunt dependența de temperatură, instabilitatea față de mediul extern și durata de viață.

3.4. Senzori de umiditate și analizoare de gaz.

Umiditatea este un parametru fizic pe care, la fel ca și temperatura, oamenii l-au întâlnit din cele mai vechi timpuri; cu toate acestea, nu existau senzori de încredere pentru perioada lunga. Cel mai adesea, părul uman sau de cal a fost folosit pentru astfel de senzori, care se lungesc sau se scurtează odată cu schimbările de umiditate. În prezent, pentru a determina umiditatea, se folosește o peliculă polimerică acoperită cu clorură de litiu, care se umflă cu umiditate. Cu toate acestea, senzorii bazați pe aceasta au histerezis, instabilitate a caracteristicilor în timp și un domeniu de măsurare îngust. Senzorii mai moderni sunt cei care folosesc ceramică și electroliți solizi. Ele elimină dezavantajele de mai sus. Unul dintre domeniile de aplicare a senzorilor de umiditate este diferitele regulatoare de atmosferă. Senzorii de gaz sunt utilizați pe scară largă în fabricile de producție pentru a detecta diferite feluri gaze nocive, iar în spațiile casnice - pentru a detecta scurgeri de gaz inflamabil. În multe cazuri este necesară detectarea anumitor tipuri de gaz și este de dorit să existe senzori de gaz care au caracteristici selective de gaz. Cu toate acestea, răspunsul la alte componente de gaz face dificilă crearea de senzori selectivi de gaz care sunt foarte sensibili și fiabili. Senzorii de gaz se pot realiza pe baza tranzistoarelor MOS, celule galvanice, electroliți solizi folosind fenomenele de cataliză, interferență, absorbție a razelor infraroșii etc. Pentru a detecta scurgerile de gaz menajer, de exemplu gaz natural lichefiat sau gaz inflamabil, cum ar fi propanul, se folosesc în special ceramică semiconductoare, în special, sau dispozitive care funcționează pe principiul arderii catalitice. Când folosiți senzori de gaz și umiditate pentru a înregistra starea diferitelor medii, inclusiv a celor agresive, apare adesea problema durabilității.

3.5. Senzori magnetici.

Principala caracteristică a senzorilor magnetici, precum senzorii optici, este viteza lor și capacitatea de a detecta și măsura fără contact, dar spre deosebire de senzorii optici, acest tip de senzor nu este sensibil la contaminare. Cu toate acestea, datorită naturii fenomenelor magnetice, funcționarea eficientă a acestor senzori depinde în mare măsură de distanță, iar senzorii magnetici necesită de obicei o apropiere suficientă de câmpul magnetic aplicat.

Printre senzorii magnetici, senzorii Hall sunt bine cunoscuți. În prezent, ele sunt utilizate ca elemente discrete, dar utilizarea elementelor Hall sub formă de circuite integrate pe un substrat de siliciu se extinde rapid. Astfel de circuite integrate îndeplinesc cel mai bine cerințele moderne ale senzorilor. Elementele semiconductoare magnetorezistive au o istorie lungă de dezvoltare. Cercetarea și dezvoltarea senzorilor magnetorezistivi folosind feromagneți au reluat acum. Dezavantajul acestor senzori este intervalul dinamic îngust al modificărilor detectabile ale câmpului magnetic. Cu toate acestea, sensibilitatea ridicată, precum și posibilitatea de a crea senzori cu mai multe elemente sub formă de circuite integrate prin pulverizare, adică fabricabilitatea producției lor, sunt avantaje fără îndoială.

Lista literaturii folosite

1. Kako N., Yamane Y. Senzori și microcalculatoare. L: Energo atom publicat, 1986.

2. W. Titze, K. Schenk. Circuite semiconductoare. M: Mir, 1982

3. P. Horowitz, W. Hill. The Art of Circuit Design vol.2, M: Mir, 1984.

4. Carte de referință pentru designerul de radio amator. M: Radio și comunicații, 1990.