اتوماسیون فرآیندهای مختلف تکنولوژیکی، کنترل موثر واحدهای مختلف، ماشین‌ها، مکانیسم‌ها نیازمند اندازه‌گیری‌های متعدد مقادیر فیزیکی مختلف است.
سنسورها (در ادبیات اغلب مبدل های اندازه گیری نیز نامیده می شوند) یا به عبارت دیگر سنسورها عناصر بسیاری از سیستم های اتوماسیون هستند - با کمک آنها اطلاعاتی در مورد پارامترهای سیستم یا دستگاه کنترل شده به دست می آید.
سنسور عنصری از یک دستگاه اندازه گیری، سیگنال دهی، تنظیم یا کنترل است که یک کمیت کنترل شده (دما، فشار، فرکانس، شدت نور، ولتاژ الکتریکی، جریان و غیره) را به سیگنال مناسب برای اندازه گیری، انتقال، ذخیره سازی، پردازش، ضبط تبدیل می کند. و گاهی اوقات برای تأثیرگذاری بر فرآیندهای کنترل شده. یا ساده تر، سنسور وسیله ای است که اثر ورودی هر کمیت فیزیکی را به سیگنالی مناسب برای استفاده بیشتر تبدیل می کند.
سنسورهای مورد استفاده بسیار متنوع هستند و می توان آنها را بر اساس معیارهای مختلف طبقه بندی کرد:
بسته به نوع کمیت ورودی (اندازه گیری شده). تشخیص: سنسورهای جابجایی مکانیکی (خطی و زاویه ای)، پنوماتیک، الکتریکی، سنسورهای جریان، سرعت، شتاب، نیرو، دما، سنسورهای فشار و غیره.
در حال حاضر، تقریباً توزیع زیر از سهم اندازه گیری کمیت های فیزیکی مختلف در صنعت وجود دارد: دما - 50٪، جریان (جرم و حجم) - 15٪، فشار - 10٪، سطح - 5٪، کمیت (جرم، حجم). ) - 5٪، زمان - 4٪، مقادیر الکتریکی و مغناطیسی - کمتر از 4٪.

بر اساس نوع کمیت خروجی ، که مقدار ورودی به آن تبدیل می شود، غیر الکتریکی و الکتریکی متمایز می شوند: سنسورها جریان مستقیم(EMF یا ولتاژ)، سنسورهای دامنه جریان متناوب (EMF یا ولتاژ)، سنسورهای فرکانس جریان متناوب (EMF یا ولتاژ)، سنسورهای مقاومت (اکتیو، القایی یا خازنی) و غیره.
اکثر سنسورها الکتریکی هستند. این به دلیل موارد زیر است مزایای اندازه گیری های الکتریکی:
- انتقال مقادیر الکتریکی از راه دور راحت است و انتقال با سرعت بالا انجام می شود.

کمیت های الکتریکی از این نظر جهانی هستند که هر کمیت دیگر را می توان به کمیت های الکتریکی تبدیل کرد و بالعکس.

آنها با دقت به یک کد دیجیتال تبدیل می شوند و به شما امکان می دهند تا به دقت، حساسیت و سرعت بالای ابزار اندازه گیری دست یابید.

توسط اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد سنسورها را می توان به دو دسته ژنراتور و پارامتریک (حسگرهای مدولاتور) تقسیم کرد. سنسورهای ژنراتور مستقیماً مقدار ورودی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند.
سنسورهای پارامتریک مقدار ورودی را به تغییر در برخی تبدیل می کنند پارامتر الکتریکیسنسور (R، L یا C).
بر اساس اصل عملکرد، سنسورها را می توان به اهمی، رئوستاتیک، فوتوالکتریک (اپتوالکترونیک)، القایی، خازنی و غیره تقسیم کرد.

سه دسته سنسور وجود دارد:

سنسورهای آنالوگ، یعنی حسگرهایی که سیگنال آنالوگ متناسب با تغییر مقدار ورودی تولید می کنند.

حسگرهای دیجیتالی که یک قطار پالس یا کلمه باینری تولید می کنند.

سنسورهای باینری (دودویی) که سیگنالی تنها در دو سطح تولید می کنند: "روشن/خاموش" (به عبارت دیگر 0 یا 1). به دلیل سادگی گسترده شده اند.

الزامات سنسور:

وابستگی بدون ابهام مقدار خروجی به مقدار ورودی؛

ثبات ویژگی ها در طول زمان؛

حساسیت بالا؛

اندازه و وزن کوچک؛

عدم تأثیر معکوس بر فرآیند کنترل شده و پارامتر کنترل شده؛

کار در شرایط مختلفعمل؛

گزینه های مختلف نصب

سنسورهای پارامتریک

سنسورهای پارامتریک(حسگرهای مدولاتور) مقدار ورودی X به تغییر در هر پارامتر الکتریکی (R، L یا C) سنسور تبدیل می شود. انتقال تغییرات در پارامترهای سنسور ذکر شده در فاصله ای بدون سیگنال حامل انرژی (ولتاژ یا جریان) غیرممکن است. تغییر در پارامتر سنسور مربوطه تنها با پاسخ سنسور به جریان یا ولتاژ قابل تشخیص است، زیرا پارامترهای ذکر شده این واکنش را مشخص می کنند. بنابراین، سنسورهای پارامتریک نیاز به استفاده از مدارهای اندازه گیری ویژه ای دارند که با جریان مستقیم یا متناوب تغذیه می شوند.

سنسورهای اهمی (مقاومتی).- اصل عملکرد بر اساس تغییر در مقاومت فعال آنها در هنگام تغییر طول l، سطح مقطع S یا مقاومت p است:

R=pl/S

علاوه بر این، از وابستگی مقدار مقاومت فعال به فشار تماس و روشنایی فتوسل ها استفاده می شود. مطابق با این، سنسورهای اهمی به موارد زیر تقسیم می شوند: تماسی، پتانسیومتری (رئوستات)، گیج فشار، ترمیستور، مقاومت نوری.

سنسورهای تماسی- این ساده ترین شکلحسگرهای مقاومتی که حرکت عنصر اولیه را به تغییر ناگهانی در مقاومت مدار الکتریکی تبدیل می کنند. سنسورهای تماسی برای اندازه‌گیری و کنترل نیروها، حرکات، دما، ابعاد اجسام، کنترل شکل آنها و غیره استفاده می‌شوند. سنسورهای تماسی شامل سوئیچ‌های مسافرتی و محدود، دماسنج‌های تماسی و به اصطلاح سنسورهای الکترودی هستند که عمدتاً برای اندازه‌گیری سطوح حدی رسانای الکتریکی استفاده می‌شوند. مایعات .

سنسورهای تماسی می توانند هم بر روی جریان مستقیم و هم با جریان متناوب کار کنند. بسته به محدودیت های اندازه گیری، سنسورهای تماسی می توانند تک حدی یا چند حدی باشند. دومی برای اندازه گیری مقادیری استفاده می شود که در محدوده های قابل توجهی تغییر می کنند، در حالی که قسمت هایی از مقاومت R متصل به مدار الکتریکی به طور متوالی اتصال کوتاه دارند.

نقطه ضعف سنسورهای تماسی دشواری نظارت مداوم و عمر محدود سیستم تماس است. اما به دلیل سادگی بسیار زیاد این سنسورها در سیستم های اتوماسیون کاربرد زیادی دارند.

سنسورهای رئوستاتیکآنها یک مقاومت با مقاومت فعال متفاوت هستند. مقدار ورودی سنسور حرکت کنتاکت و مقدار خروجی تغییر مقاومت آن است. کنتاکت متحرک به طور مکانیکی به جسمی که حرکت آن (زاویه ای یا خطی) نیاز به تبدیل دارد متصل می شود.

پرکاربردترین مدار پتانسیومتری برای اتصال سنسور رئواستاتیک است که در آن رئوستات مطابق مدار تقسیم کننده ولتاژ متصل می شود. به یاد بیاوریم که تقسیم کننده ولتاژ یک وسیله الکتریکی برای تقسیم ولتاژ مستقیم یا متناوب به قطعات است. یک تقسیم کننده ولتاژ به شما امکان می دهد فقط بخشی از ولتاژ موجود را از طریق عناصر یک مدار الکتریکی متشکل از مقاومت ها، خازن ها یا سلف ها حذف کنید (استفاده کنید). مقاومت متغیری که بر اساس مدار تقسیم کننده ولتاژ متصل می شود، پتانسیومتر نامیده می شود.

به طور معمول، سنسورهای رئوستاتیک در مکانیک استفاده می شود ابزار اندازه گیریبرای تبدیل قرائت آنها به مقادیر الکتریکی (جریان یا ولتاژ)، به عنوان مثال، در متر سطح مایع شناور، فشار سنج های مختلف و غیره.

یک حسگر به شکل یک رئوستات ساده تقریباً هرگز استفاده نمی شود به دلیل غیرخطی بودن مشخصه استاتیکی آن In = f(x)، که در آن In جریان در بار است.

مقدار خروجی چنین سنسوری افت ولتاژ Uout بین متحرک و یکی از کنتاکت های ثابت است. وابستگی ولتاژ خروجی به حرکت x کنتاکت Uout = f(x) مطابق با قانون تغییر مقاومت در امتداد پتانسیومتر است. قانون توزیع مقاومت در طول پتانسیومتر، که با طراحی آن تعیین می شود، می تواند خطی یا غیر خطی باشد. حسگرهای پتانسیومتری که از نظر ساختاری مقاومت های متغیری هستند، از مواد مختلفی ساخته شده اند - سیم سیم پیچ، فیلم های فلزی، نیمه هادی ها و غیره.

فشار سنج(کرنش سنج) برای اندازه گیری استفاده می شود استرس مکانیکی، تغییر شکل های کوچک، ارتعاش. عملکرد کرنش سنج ها بر اساس اثر کرنش است که شامل تغییر مقاومت فعال مواد هادی و نیمه هادی تحت تأثیر نیروهای اعمال شده به آنها است.

دماسنجسنسورها (ترمیستورها) - مقاومت به دما بستگی دارد. ترمیستورها به دو صورت به عنوان سنسور استفاده می شوند:

1) دمای ترمیستور توسط محیط تعیین می شود. جریان عبوری از ترمیستور آنقدر کم است که باعث گرم شدن ترمیستور نمی شود. در این شرایط، ترمیستور به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می گیرد و اغلب به آن «دماسنج مقاومتی» می گویند.

2) دمای ترمیستور با درجه گرمایش توسط جریان ثابت و شرایط خنک کننده تعیین می شود. در این حالت، دمای تعیین شده توسط شرایط انتقال حرارت از سطح ترمیستور (سرعت حرکت) تعیین می شود. محیط– گاز یا مایع – نسبت به ترمیستور، چگالی، ویسکوزیته و دما) بنابراین ترمیستور را می توان به عنوان سنسوری برای دبی جریان، هدایت حرارتی محیط، چگالی گاز و غیره استفاده کرد. در این نوع سنسورها، دو - تبدیل مرحله ای رخ می دهد: کمیت اندازه گیری شده ابتدا به تغییر دمای ترمیستور تبدیل می شود که سپس به تغییر مقاومت تبدیل می شود.

ترمیستورها هم از فلزات خالص و هم از نیمه هادی ها ساخته می شوند. ماده ای که چنین حسگرهایی از آن ساخته شده اند باید دارای ضریب مقاومت دمایی بالا، وابستگی خطی مقاومت به دما، قابلیت تکرارپذیری خوب خواص و بی اثر بودن در برابر تأثیرات محیطی باشد. پلاتین تمام این خواص را تا حد زیادی برآورده می کند. در کمی کمتر - مس و نیکل.

در مقایسه با ترمیستورهای فلزی، ترمیستورهای نیمه هادی (ترمیستور) حساسیت بالاتری دارند.

سنسورهای القاییبرای به دست آوردن اطلاعات بدون تماس در مورد حرکات قطعات کار ماشین ها، مکانیزم ها، ربات ها و غیره استفاده می شود. و این اطلاعات را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

اصل عملکرد یک سنسور القایی بر اساس تغییر اندوکتانس سیم پیچ در مدار مغناطیسی بسته به موقعیت عناصر جداگانه مدار مغناطیسی (آرمیچر، هسته و غیره) است. در چنین حسگرهایی، حرکت خطی یا زاویه ای X (کمیت ورودی) به تغییر اندوکتانس (L) حسگر تبدیل می شود. برای اندازه گیری حرکات زاویه ای و خطی، تغییر شکل ها، کنترل ابعاد و غیره استفاده می شود.

در ساده ترین حالت، سنسور القایی یک سیم پیچ القایی با یک هسته مغناطیسی است که عنصر متحرک آن (آرمیچر) تحت تأثیر مقدار اندازه گیری شده حرکت می کند.

سنسور القایی تمام اجسام رسانا را تشخیص می دهد و به آن واکنش نشان می دهد. سنسور القایی غیر تماسی است، نیازی به عمل مکانیکی ندارد و به دلیل تغییرات میدان الکترومغناطیسی بدون تماس کار می کند.

مزایای:

بدون سایش مکانیکی، بدون خرابی مربوط به تماس

هیچ جهش تماس یا آلارم کاذب وجود ندارد

فرکانس سوئیچینگ بالا تا 3000 هرتز

مقاوم در برابر استرس مکانیکی

معایب - حساسیت نسبتاً کم، وابستگی راکتانس القایی به فرکانس ولتاژ تغذیه، اثر معکوس قابل توجه سنسور بر روی مقدار اندازه گیری شده (به دلیل جذب آرمیچر به هسته).

سنسورهای خازنی- اصل کار بر اساس وابستگی ظرفیت الکتریکی خازن به اندازه، موقعیت نسبی صفحات آن و به ثابت دی الکتریک محیط بین آنها است.

برای یک خازن تخت دو صفحه ای، ظرفیت الکتریکی با عبارت زیر تعیین می شود:

که در آن Eo ثابت دی الکتریک است. Es ثابت دی الکتریک نسبی محیط بین صفحات است. S ناحیه فعال صفحات است. H فاصله بین صفحات خازن است.

وابستگی های C(S) و C(h) برای تبدیل حرکات مکانیکی به تغییر در ظرفیت استفاده می شود.

حسگرهای خازنی، مانند سنسورهای القایی، با ولتاژ متناوب (معمولاً در فرکانس بالا - تا ده ها مگاهرتز) تغذیه می شوند. مدارهای پل و مدارهای با استفاده از مدارهای تشدید معمولاً به عنوان مدارهای اندازه گیری استفاده می شوند. در مورد دوم، به عنوان یک قاعده، آنها از وابستگی فرکانس نوسان ژنراتور به ظرفیت مدار رزونانس استفاده می کنند، یعنی. سنسور خروجی فرکانس دارد.

مزایای سنسورهای خازنی- سادگی، حساسیت بالا و اینرسی کم. معایب - تأثیر میدان های الکتریکی خارجی، پیچیدگی نسبی دستگاه های اندازه گیری.

سنسورهای خازنی برای اندازه گیری حرکات زاویه ای، حرکات خطی بسیار کوچک، ارتعاشات، سرعت و غیره و همچنین برای بازتولید عملکردهای مشخص شده (هارمونیک، دندانه اره ای، مستطیل و غیره) استفاده می شوند.

مبدل های خازنی، ثابت دی الکتریک e که به دلیل حرکت، تغییر شکل یا تغییر در ترکیب دی الکتریک تغییر می کند، به عنوان سنسور سطح برای مایعات نارسانا، مواد حجیم و پودری، ضخامت لایه ای از مواد نارسانا استفاده می شود. (ضخامت سنج)، و همچنین نظارت بر رطوبت و ترکیب یک ماده.

سنسورها ژنراتور هستند.

سنسورهای ژنراتورتبدیل مستقیم مقدار ورودی X به سیگنال الکتریکی را انجام دهید. چنین حسگرهایی انرژی منبع مقدار ورودی (اندازه گیری شده) را مستقیماً به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند. آنها مانند ژنراتورهای الکتریسیته هستند (از این رو نام چنین سنسورهایی - آنها یک سیگنال الکتریکی تولید می کنند).

منابع الکتریسیته اضافی برای عملکرد چنین حسگرهایی اساساً مورد نیاز نیست (با این حال، ممکن است برای تقویت سیگنال خروجی سنسور، تبدیل آن به انواع دیگر سیگنال‌ها و برای اهداف دیگر، برق اضافی مورد نیاز باشد). سنسورهای ترموالکتریک، پیزوالکتریک، القایی، فوتوالکتریک و بسیاری دیگر از انواع ژنراتور هستند.

سنسورهای القاییکمیت غیر الکتریکی اندازه گیری شده را به emf القایی تبدیل کنید. اصل عملکرد سنسورها بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی است. این حسگرها شامل تاکوژنراتورهای جریان مستقیم و متناوب هستند که ژنراتورهای ماشین الکتریکی کوچکی هستند که ولتاژ خروجی آنها متناسب با سرعت زاویه ای چرخش شفت ژنراتور است. تاکوژنراتورها به عنوان سنسورهای سرعت زاویه ای استفاده می شوند.

تاکوژنراتور یک ماشین الکتریکی است که در حالت ژنراتور کار می کند. در این حالت، EMF تولید شده متناسب با سرعت چرخش و بزرگی شار مغناطیسی است. علاوه بر این، با تغییر در سرعت چرخش، فرکانس EMF تغییر می کند. به عنوان سنسور سرعت (فرکانس چرخش) استفاده می شود.

سنسورهای دما.

در مدرن تولید صنعتیرایج ترین آنها اندازه گیری دما است (به عنوان مثال، در یک نیروگاه هسته ای متوسط ​​حدود 1500 نقطه وجود دارد که در آن چنین اندازه گیری هایی انجام می شود، و در یک شرکت بزرگ صنایع شیمیاییبیش از 20 هزار نقطه مشابه وجود دارد). طیف گسترده ای از دماهای اندازه گیری شده، شرایط مختلف برای استفاده از ابزار اندازه گیری و الزامات مربوط به آنها، تنوع ابزار اندازه گیری دما را تعیین می کند.

اگر سنسورهای دما را برای کاربردهای صنعتی در نظر بگیریم، می‌توانیم کلاس‌های اصلی آنها را تشخیص دهیم: سنسورهای دمای سیلیکونی، سنسورهای دو فلزی، دماسنج‌های مایع و گاز، نشانگرهای دما، ترمیستورها، ترموکوپل‌ها، مبدل‌های حرارتی مقاومتی، سنسورهای مادون قرمز.

سنسورهای سیلیکونیدماها از وابستگی مقاومت سیلیکونی نیمه هادی به دما استفاده می کنند. محدوده دمایی اندازه گیری شده -50…+150 0C. آنها عمدتا برای اندازه گیری دمای داخل دستگاه های الکترونیکی استفاده می شوند.

سنسور دو فلزیساخته شده از دو صفحه فلزی غیر مشابه که به هم چسبیده اند. فلزات مختلف دارای ضرایب انبساط حرارتی متفاوتی هستند. اگر فلزات متصل به صفحه گرم یا سرد شوند، در حین بسته شدن (باز کردن) کنتاکت های الکتریکی یا حرکت دادن فلش نشانگر، خم می شود. محدوده عملکرد سنسورهای دو فلزی -40…+550 0C است. برای اندازه گیری سطح جامدات و دمای مایعات استفاده می شود. زمینه های اصلی کاربرد صنعت خودرو، سیستم های گرمایشی و آب گرمایشی است.

شاخص های حرارتی- اینها مواد خاصی هستند که تحت تأثیر دما رنگ خود را تغییر می دهند. تغییر رنگ می تواند برگشت پذیر یا غیر قابل برگشت باشد. در قالب فیلم تولید می شود.

مبدل های حرارتی مقاومتی

اصل عملکرد مبدل های حرارتی مقاومتی (ترمیستورها) بر اساس تغییر در مقاومت الکتریکی هادی ها و نیمه هادی ها بسته به دما است (که قبلاً بحث شد).

ترمیستورهای پلاتین برای اندازه گیری دما در محدوده 260- تا 1100 درجه سانتیگراد طراحی شده اند. ترمیستورهای مسی ارزان‌تر، که وابستگی خطی مقاومت به دما دارند، به طور گسترده در عمل استفاده می‌شوند.

نقطه ضعف مس مقاومت کم و اکسیداسیون آسان آن در دماهای بالا است که در نتیجه حد نهایی استفاده از دماسنج های مقاومت مسی به دمای 180 درجه سانتیگراد محدود می شود. از نظر پایداری و تکرارپذیری ویژگی ها، ترمیستورهای مسی نسبت به پلاتین پایین تر هستند. نیکل در سنسورهای ارزان قیمت برای اندازه گیری در محدوده دمای اتاق استفاده می شود.

ترمیستورهای نیمه هادی (ترمیستورها) دارای ضریب مقاومت دمایی منفی یا مثبت هستند که مقدار آن در دمای 20 درجه سانتیگراد (2...8) * 10-2 (0C)-1 است، یعنی. مرتبه ای بزرگتر از مس و پلاتین. ترمیستورهای نیمه هادی، با اندازه های بسیار کوچک، دارای مقادیر مقاومت بالایی هستند (تا 1 MOhm). بصورت نیمه سیم ماده مورد استفاده اکسیدهای فلزی است: ترمیستورهای نیمه هادی از انواع KMT - مخلوطی از اکسیدهای کبالت و منگنز و MMT - مس و منگنز.

سنسورهای دمای نیمه هادی دارای ویژگی های پایداری بالایی در طول زمان هستند و برای تغییر دما در محدوده 100- تا 200 درجه سانتیگراد استفاده می شوند.

مبدل ترموالکتریک (ترموکوپل)- اصل عملکرد ترموکوپل ها بر اساس اثر ترموالکتریک است، که شامل این واقعیت است که وقتی بین اتصالات (اتصالات) دو فلز یا نیمه هادی ناهمسان اختلاف دما وجود دارد، یک نیروی الکتروموتور در مدار ظاهر می شود که به آن ترموالکتروموتور می گویند. به اختصار thermo-EMF). در یک محدوده دمایی خاص، می‌توانیم فرض کنیم که ترمو-EMF مستقیماً با اختلاف دما ΔT = T1 – T0 بین محل اتصال و انتهای ترموکوپل متناسب است.

انتهای ترموکوپل متصل به یکدیگر و غوطه ور در محیطی که دمای آن اندازه گیری می شود، انتهای کار ترموکوپل نامیده می شود. انتهایی که در معرض محیط قرار دارند و معمولاً با سیم به مدار اندازه گیری متصل می شوند، انتهای آزاد نامیده می شوند. دمای این انتها باید ثابت نگه داشته شود. تحت این شرایط، ترمو-EMF Et تنها به دمای T1 انتهای کار بستگی دارد.

Uout = Et = C (T1 - T0)،

که در آن C ضریب بسته به ماده هادی ترموکوپل است.

EMF ایجاد شده توسط ترموکوپل ها نسبتاً کوچک است: از 8 میلی ولت برای هر 100 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند و معمولاً در مقدار مطلق از 70 میلی ولت تجاوز نمی کند. ترموکوپل ها به شما امکان اندازه گیری دما را در محدوده 200- تا 2200 درجه سانتیگراد می دهند.

پرکاربردترین مواد برای ساخت مبدل های ترموالکتریک پلاتین، پلاتینومرودیوم، کرومل و آلومل هستند.

ترموکوپل ها دارای مزایای زیر هستند: سهولت ساخت و قابلیت اطمینان در کار، هزینه کم، عدم وجود منبع تغذیه و توانایی اندازه گیری در محدوده وسیع دما.

علاوه بر این، ترموکوپل ها دارای معایبی نیز هستند - دقت اندازه گیری کمتر نسبت به ترمیستورها، وجود اینرسی حرارتی قابل توجه، نیاز به اعمال اصلاحات برای دمای انتهای آزاد و نیاز به استفاده از سیم های اتصال ویژه.

سنسورهای مادون قرمز (پرومتر)- استفاده از انرژی تشعشعی از اجسام گرم شده، که امکان اندازه گیری دمای سطح را از فاصله دور فراهم می کند. پیرومترها به تابش، روشنایی و رنگ تقسیم می شوند.

پیرومترهای تشعشعیبرای اندازه گیری دما از 20 تا 2500 درجه سانتیگراد استفاده می شود و این دستگاه شدت تابش یکپارچه یک جسم واقعی را اندازه گیری می کند.

پیرومترهای روشنایی (نوری).برای اندازه گیری دما از 500 تا 4000 درجه سانتیگراد استفاده می شود. آنها بر اساس مقایسه در بخش باریکی از طیف روشنایی جسم مورد مطالعه با روشنایی یک امیتر مرجع (لامپ فتومتریک) هستند.

پیرومترهای رنگیبر اساس اندازه گیری نسبت شدت تابش در دو طول موج است که معمولاً در قسمت قرمز یا آبی طیف انتخاب می شوند. آنها برای اندازه گیری دما در محدوده 800 0C استفاده می شوند.

پیرومترها به شما امکان می دهند دما را در مکان های صعب العبور و دمای اجسام متحرک را اندازه گیری کنید. دمای بالا، جایی که دیگر سنسورها کار نمی کنند.

مبدل های حرارتی کوارتز.

برای اندازه گیری دما از 80- تا 250 درجه سانتیگراد، اغلب از مبدل های حرارتی کوارتز استفاده می شود که از وابستگی فرکانس طبیعی عنصر کوارتز به دما استفاده می شود. عملکرد این سنسورها بر اساس این واقعیت است که وابستگی فرکانس مبدل به دما و خطی بودن تابع تبدیل بسته به جهت برش نسبت به محورهای کریستال کوارتز متفاوت است. این سنسورها به طور گسترده در دماسنج های دیجیتال استفاده می شوند.

سنسورهای پیزوالکتریک

عملکرد سنسورهای پیزوالکتریک مبتنی بر استفاده از اثر پیزوالکتریک (اثر پیزوالکتریک) است که شامل این واقعیت است که هنگامی که برخی از کریستال‌ها فشرده یا کشیده می‌شوند، بار الکتریکی بر روی صورت آنها ظاهر می‌شود که بزرگی آن متناسب با عمل است. زور.

اثر پیزوالکتریک برگشت پذیر است، یعنی ولتاژ الکتریکی اعمال شده باعث تغییر شکل نمونه پیزوالکتریک - فشرده سازی یا کشش آن بر اساس علامت ولتاژ اعمال شده می شود. این پدیده که اثر پیزوالکتریک معکوس نامیده می شود، برای برانگیختن و دریافت ارتعاشات صوتی فرکانس های صوت و فراصوت استفاده می شود.

برای اندازه گیری نیرو، فشار، ارتعاش و غیره استفاده می شود.

سنسورهای نوری (فتو الکتریک).

تمیز دادن آنالوگ و گسستهسنسورهای نوری با سنسورهای آنالوگ، سیگنال خروجی متناسب با نور محیط متفاوت است. حوزه اصلی کاربرد سیستم های کنترل روشنایی خودکار است.

سنسورهای نوع گسسته با رسیدن به مقدار روشنایی تنظیم شده، حالت خروجی را به حالت مخالف تغییر می دهند.

سنسورهای فوتوالکتریک تقریباً در تمام صنایع قابل استفاده هستند. سنسورهای گسسته به عنوان نوعی سوئیچ مجاورت برای شمارش، تشخیص، موقعیت یابی و سایر وظایف در هر خط تولید استفاده می شوند.

سنسور نوری بدون تماس، ثبت تغییر می کند شار نورانیدر یک منطقه کنترل شده، همراه با تغییر موقعیت در فضا هر قسمت متحرک مکانیزم ها و ماشین ها، عدم وجود یا وجود اشیا. حسگرهای نوری غیر تماسی به دلیل فواصل حسی زیاد خود کاربرد گسترده ای در صنعت و فراتر از آن پیدا کرده اند.

سنسور نوری غیر تماسی از دو واحد عملکردی یک گیرنده و یک امیتر تشکیل شده است. این واحدها می توانند در یک مسکن و یا در محفظه های مختلف ساخته شوند.

با توجه به روش تشخیص اشیاء، سنسورهای فوتوالکتریک به 4 گروه تقسیم می شوند:

1) تقاطع پرتو - در این روش فرستنده و گیرنده به محفظه های مختلف جدا می شوند که به آنها اجازه می دهد در فاصله کاری مقابل یکدیگر نصب شوند. اصل کار بر این واقعیت استوار است که فرستنده دائماً یک پرتو نور را ارسال می کند که توسط گیرنده دریافت می شود. اگر سیگنال نور سنسور به دلیل انسداد توسط یک شی شخص ثالث متوقف شود، گیرنده بلافاصله با تغییر حالت خروجی واکنش نشان می دهد.

2) بازتاب از یک بازتابنده - در این روش، گیرنده و فرستنده سنسور در یک محفظه قرار می گیرند. یک بازتابنده (بازتابنده) در مقابل سنسور نصب شده است. سنسورهای دارای بازتابنده به گونه ای طراحی شده اند که به لطف فیلتر پلاریزه کننده، بازتاب را فقط از بازتابنده درک می کنند. اینها بازتابنده هایی هستند که بر اساس اصل بازتاب دوگانه کار می کنند. انتخاب یک بازتابنده مناسب با توجه به فاصله مورد نیاز و قابلیت های نصب تعیین می شود. سیگنال نور ارسال شده توسط فرستنده از بازتابنده منعکس شده و وارد گیرنده سنسور می شود. اگر سیگنال نور متوقف شود، گیرنده بلافاصله با تغییر حالت خروجی واکنش نشان می دهد.

3) بازتاب از یک جسم - در این روش گیرنده و فرستنده سنسور در یک محفظه قرار می گیرند. در طول حالت عملکرد سنسور، تمام اشیاء در آن سقوط می کنند منطقه کار، تبدیل به نوعی بازتابنده می شوند. به محض اینکه یک پرتو نور منعکس شده از یک جسم به گیرنده سنسور برخورد می کند، بلافاصله با تغییر حالت خروجی واکنش نشان می دهد.

4) انعکاس ثابت از یک جسم - اصل عملکرد سنسور مانند "بازتاب از یک شی" است اما به انحراف از تنظیم به جسم حساس تر است. به عنوان مثال، ممکن است یک درپوش متورم روی یک بطری کفیر، پر شدن ناقص بسته خلاء با محصولات و غیره تشخیص داده شود.

حسگرهای عکس با توجه به هدفشان به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: سنسورهای همه منظوره و سنسورهای خاص. انواع خاص شامل انواع حسگرهایی است که برای حل طیف محدودتری از مشکلات طراحی شده اند. به عنوان مثال، تشخیص یک علامت رنگی روی یک شی، تشخیص مرز کنتراست، وجود برچسب روی یک بسته شفاف و غیره.

وظیفه سنسور تشخیص یک شی در فاصله است. این فاصله بسته به نوع سنسور انتخابی و روش تشخیص، بین 0.3 میلی متر تا 50 متر متغیر است.

سنسورهای مایکروویو

کنسول‌های رله دکمه‌ای با کنسول‌های مبتنی بر ریزپردازنده جایگزین می‌شوند. سیستم های اتوماتیکمدیریت فرآیند تکنولوژیکی(APCS) با بالاترین عملکرد و قابلیت اطمینان، سنسورها به رابط های ارتباطی دیجیتال مجهز هستند، اما این همیشه منجر به افزایش قابلیت اطمینان کلی سیستم و قابلیت اطمینان عملکرد آن نمی شود. دلیل آن این است که اصول کار اکثر انواع شناخته شده سنسورها محدودیت های شدیدی را در شرایط استفاده از آنها اعمال می کند.

به عنوان مثال برای نظارت بر سرعت حرکت مکانیزم های صنعتی از دستگاه های غیر تماسی (خازنی و القایی) و همچنین کنترل سرعت تاکوژنراتور (USS) استفاده زیادی می شود. تاکوژنراتورهای USS با یک جسم متحرک ارتباط مکانیکی دارند و ناحیه حساسیت دستگاه های غیر تماسی از چندین سانتی متر تجاوز نمی کند.

همه اینها نه تنها هنگام نصب سنسورها ناراحتی ایجاد می کند، بلکه استفاده از این دستگاه ها را در شرایط گرد و غبار که به سطوح کار می چسبد و باعث ایجاد آلارم های کاذب می شود، به طور قابل توجهی پیچیده می کند. انواع سنسورهای ذکر شده قادر به نظارت مستقیم بر یک جسم (به عنوان مثال، تسمه نقاله) نیستند - آنها برای حرکت غلتک ها، پروانه ها، درام های کششی و غیره تنظیم شده اند. سیگنال های خروجی برخی از دستگاه ها به قدری ضعیف هستند که دروغ می گویند. زیر سطح تداخل صنعتی ناشی از عملکرد ماشین های الکتریکی قدرتمند.

مشکلات مشابهی هنگام استفاده از سوئیچ های سطح سنتی - سنسورها برای حضور محصول فله ایجاد می شود. چنین دستگاه هایی برای قطع به موقع تامین مواد اولیه به مخازن تولید ضروری هستند. هشدارهای کاذب نه تنها به دلیل چسبندگی و گرد و غبار، بلکه با لمس جریان محصول هنگام ورود به قیف ایجاد می شود. در اتاق های گرم نشده، عملکرد سنسورها تحت تأثیر دمای محیط قرار می گیرد. آلارم های کاذب باعث توقف و شروع مکرر بارگیری می شود تجهیزات تکنولوژیکی- علت اصلی تصادفات آن منجر به گرفتگی، شکستگی نوار نقاله ها و وقوع خطرات آتش سوزی و انفجار می شود.

چندین سال پیش، این مشکلات منجر به توسعه انواع جدیدی از دستگاه ها شد - سنسورهای کنترل سرعت رادار، سنسورهای حرکت و فشار، که عملکرد آنها بر اساس تعامل جسم کنترل شده با یک سیگنال رادیویی با فرکانس حدود 10 است. به توان 10 هرتز.

استفاده از روش های مایکروویو برای نظارت بر وضعیت تجهیزات فرآیند به ما این امکان را می دهد که به طور کامل از مضرات انواع سنسورهای سنتی خلاص شویم.

ویژگی های متمایز این دستگاه ها عبارتند از:

عدم تماس مکانیکی و الکتریکی با جسم (محیط)، فاصله سنسور تا جسم می تواند چندین متر باشد.

کنترل مستقیم جسم (تسمه نقاله، زنجیر) و نه درایوهای آنها، درام های کششی و غیره.

مصرف برق کم؛

غیر حساس به چسبندگی محصول به دلیل فواصل کاری زیاد؛

ایمنی و جهت دهی بالای سر و صدا؛

راه اندازی یک بار برای کل عمر خدمات؛

قابلیت اطمینان بالا، ایمنی، عدم وجود اشعه یونیزان.

اصل عملکرد سنسور مبتنی بر تغییر فرکانس سیگنال رادیویی منعکس شده از یک جسم متحرک است. این پدیده ("اثر داپلر") به طور گسترده در سیستم های رادار برای اندازه گیری سرعت از راه دور استفاده می شود. یک جسم متحرک باعث می شود یک سیگنال الکتریکی در خروجی ماژول فرستنده گیرنده مایکروویو ظاهر شود.

از آنجایی که سطح سیگنال به ویژگی‌های جسم بازتابی بستگی دارد، از سنسورهای حرکتی می‌توان برای سیگنال دادن به مدار شکسته (تسمه) یا وجود هر گونه اجسام یا مواد روی تسمه نقاله استفاده کرد. نوار دارای سطح صاف و بازتاب کم است. هنگامی که یک محصول شروع به حرکت از کنار سنسور نصب شده در بالای شاخه کاری نوار نقاله می کند و ضریب انعکاس را افزایش می دهد، دستگاه حرکت را سیگنال می دهد، یعنی در واقع تسمه خالی نیست. بر اساس مدت زمان پالس خروجی، می توان در فاصله قابل توجهی در مورد اندازه اشیاء در حال حرکت، انتخاب و غیره قضاوت کرد.

اگر لازم است هر ظرفی را پر کنید (از پناهگاه تا شفت)، می توانید با دقت لحظه تکمیل پر شدن را تعیین کنید - یک سنسور که تا عمق مشخصی پایین آمده است حرکت پرکننده را تا زمانی که پر شود نشان می دهد.

نمونه های خاصی از استفاده از سنسورهای حرکت مایکروویو در صنایع مختلف با توجه به ویژگی های آن مشخص می شود، اما به طور کلی آنها قادر به حل طیف گسترده ای از مشکلات عملکرد بدون مشکل تجهیزات و افزایش محتوای اطلاعاتی هستند. سیستم های خودکارمدیریت.

اگر 1-Wire به یک سیم داده نیاز داشت، این باس بر اساس نام Two-Wire Bus به دو سیم نیاز دارد.
یکی از سیم ها - SCL ساعت خواهد شد، دوم - SDA، داده ها به صورت نیمه دوبلکس منتقل می شود.
اتوبوس یک کلکتور باز است، بنابراین هر دو خط باید به برق وصل شوند. سنسور به صورت زیر متصل می شود:

شکل 17. اتصال سنسورها از طریق I2C

تعداد کل دستگاه های قابل اتصال به گذرگاه I2C 112 دستگاه با آدرس دهی 7 بیتی است. به هر دستگاه در واقع دو آدرس متوالی اختصاص داده می شود که بیت مرتبه پایین حالت را تنظیم می کند - خواندن یا نوشتن. یک نیاز جدی برای ظرفیت اتوبوس وجود دارد - بیش از 400pF.

سرعت های رایج 100 کیلوبیت بر ثانیه و 10 کیلوبیت بر ثانیه هستند، اگرچه آخرین استانداردها حالت های سرعت 400 کیلوبیت بر ثانیه و 3.4 مگابیت بر ثانیه را نیز مجاز می دانند.

اتوبوس می تواند هم با یک استاد غیر قابل تعویض و هم با انتقال پرچم کار کند.
حجم عظیمی از اطلاعات در مورد پروتکل را می توان در این پیوند یافت: http://www.esacademy.com/en/library/technical-articles-and-documents/miscellaneous/i2c-bus.html

اتصال سنسورهای دیجیتال با استفاده از استاندارد SPI

به حداقل سه سیم نیاز دارد، در حالت دوبلکس کامل کار می کند - یعنی. انتقال همزمان داده ها را در هر دو جهت سازماندهی می کند.
خطوط ارتباطی:

• CLK - خط سیگنال ساعت.
• MOSI - خروجی اصلی، ورودی برده
• MISO - ورودی اصلی، خروجی برده
• CS - انتخاب تراشه (اختیاری).

یکی از دستگاه ها توسط استاد انتخاب می شود. مسئول ساعت اتوبوس خواهد بود. اتصال به صورت متقاطع انجام می شود:

شکل 18. اتصال SPI و ماهیت انتقال

هر دستگاه در مدار حاوی رجیستر تغییر داده مخصوص به خود است. با استفاده از سیگنال های ساعت، پس از 8 سیکل ساعت، محتویات رجیسترها مبادله می شوند و بدین ترتیب داده ها مبادله می شوند.

SPI - سریعترین رابط انتقال داده موجود. بسته به حداکثر فرکانس های ساعت ممکن، نرخ انتقال داده می تواند 20، 40، 75 مگابیت بر ثانیه و بالاتر باشد.

گذرگاه SPI اجازه می دهد تا دستگاه ها به صورت موازی متصل شوند، اما در اینجا یک مشکل وجود دارد - هر دستگاه به خط CS خود به پردازنده نیاز دارد. این تعداد کل دستگاه ها را در یک رابط محدود می کند.
مشکل اصلی در راه اندازی SPI تنظیم قطبیت سیگنال ساعت است. به طور جدی. راه اندازی SPI آسان نیست، اما بسیار ساده است.

به طور خلاصه و واضح در مورد SPI با توضیح ماژول های SPI جانبی برای AVR و MSP430 را می توانید در اینجا بخوانید http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/spi/index.htm

4 گرفتن قرائت از حسگرها

وقت آن است که حداقل برخی از اطلاعات را از سنسورهای خود بخوانیم.

بسته به روش اتصال سنسور و نوع آن، راه های مختلفخواندن لازم به ذکر است که برخی از سنسورها مانند سنسورهای دیجیتال یا سنسورهای گاز نیاز به شروع اولیه حالت اندازه گیری دارند که ممکن است مدتی طول بکشد.

بنابراین، فرآیند اندازه گیری از دو چرخه تشکیل شده است - یک چرخه اندازه گیری داده و یک چرخه اکتساب داده. هنگام سازماندهی برنامه، می توانید یکی از گزینه های زیر را انتخاب کنید:


شکل 19. فرآیند خواندن قرائت از حسگر

بیایید هر گزینه را جداگانه در نظر بگیریم و اسکلت ها را ترسیم کنیم:
انتخاب 1.حالت اندازه گیری را شروع کرد، منتظر ماند و شمارش کرد.
این گزینه در سادگی خود جذاب است، اما در پشت آن یک مشکل نهفته است - در حالی که منتظر تکمیل اندازه‌گیری‌ها هستید، میکروکنترلر آشکارا بیکار است و وظایفی را انجام نمی‌دهد. در اکثر سیستم های اتوماسیون، چنین حالتی یک لوکس غیرقابل قبول است.

در کد به شکل زیر است:
Sensor.Start();//شروع تاخیر فرآیند اندازه گیری(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//صبر کنید تا فرآیند تکمیل شود int var = Sensor.Read();//خواندن داده ها
گزینه 2. حالت اندازه گیری را شروع کرد، به کارهای دیگر بازگشت، پس از مدتی وقفه فعال شد و داده ها را شمارش کرد.
یکی از بهترین گزینه ها. اما سخت ترین آن:
void Setup())( TimerIsr.Setup(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME)؛//تنظیم وقفه تایمر با حالت int فرکانس مورد نیاز = START;//state متغیر Sensor.Start();//شروع فرآیند اندازه گیری برای اولین بار) TimerIsr.Vector() (// کنترل کننده وقفه تایمر if (mode == START( mode = READ; var = Sensor.Read();//اگر سنسور در حالت اندازه گیری بود، داده ها را بخوانید) other ( mode = START; Sensor.Start(///اگر سنسور در حالت خواندن اطلاعات بود، یک چرخه اندازه گیری جدید را شروع کنید)
به نظر خوب میاد. به شما امکان می دهد زمان بین چرخه های اندازه گیری و چرخه های خواندن را تغییر دهید. به عنوان مثال، سنسور ترکیب گاز باید پس از اندازه‌گیری‌های قبلی زمان خنک شدن داشته باشد یا در حین اندازه‌گیری‌ها زمان گرم شدن داشته باشد. این دوره های زمانی متفاوت است.

گزینه 3:ما داده ها را شمردیم و یک دور جدید راه اندازی کردیم.
اگر حسگر به شما اجازه می دهد پس از خواندن داده ها یک چرخه اندازه گیری جدید را شروع کنید، پس چرا که نه - بیایید برعکس عمل کنیم.
void Setup())( TimerIsr.Setup(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//تنظیم وقفه تایمر با فرکانس مورد نیاز Sensor.Start();//شروع فرآیند اندازه گیری برای اولین بار) TimerIsr.Vector())(// کنترل کننده وقفه تایمر var = Sensor.Read();//خواندن داده Sensor.Start();///شروع یک چرخه اندازه گیری جدید

یک راه عالی برای صرفه جویی در زمان. و می دانید چه چیزی - این روش بدون وقفه عالی کار می کند. سنسورهای دیجیتال مقدار محاسبه شده را ذخیره می کنند تا زمانی که برق خاموش شود و با در نظر گرفتن این واقعیت که اغلب نیازی به خواندن سیگنال های سنسور رطوبت به دلیل اینرسی 15 ثانیه ای نیست، می توانید این کار را انجام دهید:
void Setup())( Sensor.Start();//آغاز فرآیند اندازه گیری برای اولین بار while(1)( //بسیاری از برنامه های معمول دیگر var = Sensor.Read();//خواندن داده ها Sensor.Start ();// /شروع یک چرخه اندازه گیری جدید) )
همچنین ممکن است گزینه ای وجود داشته باشد که حسگر ما به طور مستقل یک چرخه اندازه گیری جدید را شروع کند و سپس با استفاده از یک وقفه خارجی، تکمیل اندازه گیری ها را گزارش کند. به عنوان مثال، یک ADC را می توان طوری پیکربندی کرد که به طور خودکار داده ها را با فرکانس N هرتز بخواند. از یک طرف، در کنترل کننده وقفه، اجرای تنها فرآیند خواندن داده های جدید کافی است. از طرف دیگر، می توانید از وقفه ADC با حالت دسترسی مستقیم به حافظه (DMA) استفاده کنید. در این حالت، پس از یک سیگنال وقفه، ماژول ADC محیطی در سطح سخت افزار به طور مستقل داده ها را در یک سلول حافظه خاص در RAM کپی می کند و در نتیجه اطمینان حاصل می کند که حداکثر سرعت، بیشینه سرعتپردازش داده ها و حداقل تاثیر بر برنامه کاری(نیازی به وقفه، تماس با کنترلر و غیره نیست).

اما استفاده از DMA بسیار فراتر از محدوده این چرخه است.

متأسفانه، روش اول به طور گسترده در کتابخانه ها و نمونه هایی برای آردوینو استفاده می شود و به این پلتفرم اجازه نمی دهد که از منابع میکروکنترلر به درستی استفاده کند. اما نوشتن و اشکال زدایی آسان تر است.

4.1 کار با ADC

وقتی با سنسورهای آنالوگ سروکار داریم، با یک ADC سروکار داریم. در این مورد، یک ADC تعبیه شده در میکروکنترلر را در نظر می گیریم. از آنجایی که ADC اساساً همان سنسور است - سیگنال الکتریکی را به یک سیگنال اطلاعاتی تبدیل می کند - هر آنچه در بالا در بخش 2 توضیح داده شد برای آن صادق است و سرعت در این حالت مقدار خروجی تبدیل ADC عدد معینی در رجیستر خروجی خواهد بود که باید بر حسب واحد مقدار اندازه گیری شده به مقدار مطلق تبدیل شود. در آینده، نمونه هایی از این گونه محاسبات برای سنسورهای فردی در نظر گرفته خواهد شد.

4.1.1 ولتاژ مرجع
ولتاژ مرجع ADC ولتاژی است که با حداکثر مقدار خروجی ADC مطابقت دارد. ولتاژ مرجع از یک منبع ولتاژ، یا داخل میکروکنترلر یا خارجی، تامین می شود. دقت قرائت های ADC به دقت این منبع بستگی دارد. یک ولتاژ مرجع معمولی روی تراشه برابر با ولتاژ تغذیه یا نصف ولتاژ تغذیه میکروکنترلر است. ممکن است معانی دیگری نیز وجود داشته باشد.

به عنوان مثال، جدولی از مقادیر ممکن ولتاژ مرجعبرای میکروکنترلر Atmega1280:


شکل 20. انتخاب ولتاژ مرجع برای ADC میکروکنترلر Atmega1280

4.1.2 ظرفیت و حساسیت ADC
عرض ADC مقادیر حداکثر و حداقل را در رجیستر خروجی در حداقل و حداکثر اثر ورودی سیگنال الکتریکی تعیین می کند.

لازم به ذکر است که حداکثر ظرفیت بیت ADC ممکن است با ظرفیت بیت موثر آن مطابقت نداشته باشد.
برخی از بیت های درجه پایین ممکن است به دلیل نویز از بین بروند. بیایید به دیتاشیت میکروکنترلر ADuCM360 که دارای یک ADC 24 بیتی با عرض بیت موثر 14 بیت است، بپردازیم:

شکل 21. تخصیص بیت های ثبت داده ADC

همانطور که از شکل مشخص است، در یک ثبات 32 بیتی، بخشی به علامت، بخشی به صفر و بخشی به نویز اختصاص می یابد. و فقط 14 بیت حاوی داده هایی است که دقت مشخص شده را دارند. در هر صورت، این داده ها همیشه در اسناد نشان داده می شوند.

حساسیت آن به ظرفیت بیت موثر ADC بستگی دارد. هرچه مراحل میانی ولتاژ خروجی بیشتر باشد، حساسیت بالاتر خواهد بود.

ولتاژ مرجع ADC را فرض کنید اوپ. سپس، یک N-bit ADC، با داشتن 2N مقادیر ممکن، دارای حساسیت است
(11)

بنابراین، برای یک ADC 12 بیتی و ولتاژ مرجع 3.3 ولت، حساسیت آن 3.3/4096 = 0.8mV خواهد بود.

از آنجایی که سنسور ما نیز از حساسیت و دقت خاصی برخوردار است، اگر ADC عملکرد بهتری داشته باشد، خوب خواهد بود

4.1.3 عملکرد ADC
سرعت ADC تعیین می کند که قرائت ها با چه سرعتی خوانده می شوند. یک ADC SAR به تعداد معینی از چرخه های ساعت برای دیجیتالی کردن سطح ولتاژ ورودی نیاز دارد. هر چه عمق بیت بیشتر باشد، بر این اساس زمان بیشتری لازم است، اگر در پایان اندازه گیری، سطح سیگنال زمان تغییر کند، این بر دقت اندازه گیری تأثیر می گذارد.

عملکرد ADC با تعداد نمونه داده در ثانیه اندازه گیری می شود. به عنوان فرکانس سیگنال ساعت ADC تقسیم بر تعداد ساعت های مورد نیاز برای اندازه گیری تعریف می شود. به عنوان مثال، با داشتن فرکانس ساعت ADC 1 مگاهرتز و 13 سیکل ساعت برای خواندن، سرعت ADC 77 کیلو سمپل در ثانیه خواهد بود. برای هر گزینه عمق بیت، امکان محاسبه عملکرد آن وجود دارد. که در مستندات فنیمعمولاً حداکثر فرکانس کلاک ممکن ADC و حداکثر عملکرد آن در یک ظرفیت بیت خاص نشان داده می شود.

4.2 سنسورهای دیجیتال

مزیت اصلی سنسورهای دیجیتال نسبت به سنسورهای آنالوگ این است که اطلاعات مربوط به مقدار اندازه گیری شده را به صورت آماده ارائه می دهند. یک سنسور دیجیتال رطوبت مقدار رطوبت مطلق را بر حسب درصد برمی‌گرداند، یک سنسور دیجیتال دما مقدار دما را بر حسب درجه برمی‌گرداند.

سنسور با استفاده از رجیستر موجود در آن در فرم پرسش و پاسخ کنترل می شود. سوالات عبارتند از:

• مقدار B را برای ثبت A بنویسید
• مقدار ذخیره شده در ثبات C را برگردانید

در پاسخ، حسگر، بر این اساس، داده های لازم را در رجیستر می نویسد، پارامترها را تنظیم می کند یا حالتی را شروع می کند، یا داده های اندازه گیری شده را به صورت تمام شده به کنترل کننده منتقل می کند.

اینجا تمام می کنم مواد عمومی. در قسمت بعدی با مثال هایی به سنسورهای HVAC خواهیم پرداخت.
بعد از سنسورها، ما محرک ها را در نظر خواهیم گرفت - از نظر معنای تئوری چیزهای جالب زیادی وجود دارد. کنترل خودکار، و سپس به سنتز و بهینه سازی کنترل کننده کل این آشفتگی خواهیم رسید.

UPD: من تشکر می کنم

برای دستیابی به حساسیت بالای سنسور فشار، معمولاً از یک کریستال بزرگ با ساختار پیچیده استفاده می شود. اما چنین ساختاری به این معنی است که سنسور به طور قابل توجهی تحت تأثیر گرانش و ارتعاش قرار می گیرد. چگونه می توان از این تناقضات جلوگیری کرد؟

کریستال‌های سنسور فشار AllSensors از فناوری اختصاصی Colinear Beam2 استفاده می‌کنند که با نام COBEAM²™ ثبت شده است. این فناوری پیشرفتی در هنر ایجاد حسگرهای پیزومقاومتی در مقایسه با فناوری کرنش سیلیکونی معمولی ایجاد کرده است. فناوری COBEAM²™ به شما امکان می دهد تا دریافت کنید سطح بالاحساسیت سنسور فشار، که قبلاً به ساختار پیچیده و توپولوژی کریستالی عظیم نیاز داشت. با حذف ساختار پیچیده، اثرات گرانش و ارتعاش به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

AllSensors چهار نوع سنسور فشار تولید می کند:

• با خروجی اصلی (سنسور جبران نشده)،
• با خروجی mV (حسگر جبرانی)،
• با آمپلی فایر،
• با خروجی دیجیتال

سنسورهای پایه سیگنال خروجی mV جبران نشده و کالیبره نشده را ارائه می دهند. این سنسورها دارای سیگنال خروجی خام بدون جبران خطاهایی مانند اثرات دما هستند. هنگام استفاده از سنسورهای پایه، OEM ها معمولا مدار جبرانی خود را اضافه می کنند. سنسورهای پایه راه حل های کم هزینه ای هستند که اغلب نیازهای تولیدکنندگان OEM را برآورده می کنند.

AllSensors همچنین سنسورهایی با جبران و خروجی mV کالیبره شده ارائه می دهد. این حسگرها برای ارائه داده های دقیق تری با درجه حرارت جبران شده و آفست و مقیاس کالیبره شده اند. علاوه بر این، سازنده سنسورهایی با سیگنال خروجی تقویت شده تولید می کند. این نوع سنسور برای محلول هایی مناسب است که آمپلی فایر مخصوص به خود را ندارند و به دلایلی مثلاً کاهش ابعاد کلی یا مصرف برق روی برد نصب نمی شوند.

و در نهایت، سازنده سنسورهایی با خروجی دیجیتال تولید می کند. سنسورهای جبران‌کننده دما در سه محدوده دمایی موجود هستند:

• تجاری (5 ⁰C…50 ⁰C)،
• صنعتی (-25 ⁰C…85 ⁰C)،
• نظامی (-40 ⁰C…125 ⁰C).

درباره شرکت: AllSensors در تولید سنسورهای فشار با تمرکز بر حسگرها تخصص دارد فشار کمبرای مصارف پزشکی و صنعتی محدوده اندازه گیری فشار محصول از 0.01 تا 150 psi.

برای نظر دادن در مورد مطالب از سایت و دسترسی کامل به انجمن ما، شما نیاز دارید ثبت نام .

• یک محصول جدید بسیار مفید از نظر در دسترس بودن تغییرات سنسور با جبران، کالیبراسیون اولیه و رابط دیجیتال. من فقط موافق نیستم که فناوری اعلام شده را می توان یک پیشرفت در نظر گرفت. دلیل اصلی وجود "کریستال بزرگ با ساختار پیچیده" در کرنش سنج های نیمه هادی، نیاز به جبران در مرحله تولید برای غیرخطی بودن ویژگی های دما و خواص کشسانی کرنش سنج ها است. علاوه بر این، در محدوده عملیاتی تغییر شکل ها و دما، این ویژگی ها از نمونه ای به نمونه دیگر حتی در مرحله بسیار متفاوت است. تشکیل p-nانتقال ها از این رو الگوهای پیچیده در ساختار مسطح حسگر شکل گرفته است. من چندین دستگاه کرنش سنج داخلی C50 با و بدون میله دارم (سنسورهای جابجایی و سنسورهای فشار). تا آنجا که من می دانم، آنها در نیروگاه های هسته ای و سایر سیستم های کنترل خودکار حیاتی، احتمالاً در ارتش استفاده می شوند. به جای کرنش سنج های انتشار کلاسیک در یک نیمه هادی، از فناوری "سیلیکون روی یاقوت کبود" استفاده می شود (ممکن است اشتباه کنم، ممکن است از دی الکتریک متفاوتی استفاده شود). درون یک اثر هنری است (کی می فهمد)! ابعاد مشخصه "کریستال" صفحه سنسور حدود 5 * 5 میلی متر است که ضخامت چنین بستری 0.05-0.1 میلی متر است. "داخل" ویفر نیمه شفاف یک "شهر" کامل از یک فیلم سیلیکونی به ضخامت میکرومتر است که روی سطح رشد کرده است. این، به طور کلی، یک قطعه جواهرات ظریف است که می توان برای مدت طولانی از طریق یک ذره بین بررسی کرد. چهار پین با سیم طلا به بدنه لحیم شده است. پشتیبانی شده توسط جریان. مشخصات مترولوژیکی بسیار بالاست. در هر صورت، جالب‌ترین نسبت سیگنال به نویز برای ما در هر حرکت میکرومتری میله، 10 برابر بهتر از شاخص‌های به‌دست‌آمده در پایه‌هایی با فشار سنج‌های معمولی و سنسورهای جایگزین روی ریزمدارهای حساس به مغناطیسی است. متاسفانه دوربین در دست ندارم کیفیت بالابرای عکاسی از خود تک کریستال از نظر خارجی آنها شبیه این http://icm-tec.com/index3_14.htm هستند (ردیف دوم جدول از پایین). سنسورهای یاقوت کبود مشابه در پر کردن به طور گسترده در مهندسی برق حرارتی استفاده می شود. اما اینها تحولات تقریباً 30 سال پیش است، احتمالاً با چشم اندازهای بی پایان برای کوچک سازی (من وضعیت موضوع را نمی دانم). من متقاعد شده‌ام که همیشه می‌توان اجزای OEM را با کلاس دقت کافی برای یک برنامه خاص پیدا کرد. از این گذشته، مسئله «طبیعت انقلابی» فناوری به‌عنوان چنین موضوعی همیشه بحث هزینه است. از این نظر، مقایسه راه‌حل‌های سازنده مبدل‌های کرنش سنج مختلف در یک کلاس دقت معین مفید خواهد بود. اما من چنین "برش هایی" از بازار را ندیده ام.

اخبار

سنسور- یک عنصر ساختاری کامل متشکل از یک عنصر حساس و مبدل های اندازه گیری (MT). با معرفی سیگنال های یکپارچه، تولید سنسورهایی با سیگنال خروجی یکپارچه وارد عمل مهندسی ابزار شد. در این حالت، یک سنسور یک مبدل اندازه‌گیری اولیه و یک مبدل نرمال‌کننده نامیده می‌شود که در یک بلوک ترکیب شده‌اند. MT ها برای تبدیل سیگنال طبیعی عنصر حساس (مبدل اولیه) به شکلی مناسب برای انتقال یا پردازش استفاده می شوند. حسگرهای مدرن شامل گره هایی هستند که خطی سازی، تصحیح و سایر پردازش سیگنال را انجام می دهند. نمونه ای از بلوک دیاگرام حسگر در شکل 10 نشان داده شده است.

شکل 10. بلوک دیاگرام سنسور

مشخصات اصلی سنسور: پارامتر ورودی، سیگنال خروجی، مشخصه استاتیک، مشخصه دینامیکی و خطاها، مشخصات طراحی.

3.2.1. مشخصه استاتیک سنسور

مشخصه استاتیک سنسور(خروجی را وارد کنید ) وابستگی عملکردی سیگنال خروجی به پارامتر ورودی را در حالت ثابت منعکس می کند. مشخصه استاتیک مشخص شده است: تحلیلی، گرافیکی، جدولی. برنج. یازده

شکل 11. مشخصات استاتیکی سنسورها:

الف) خطی غیر قابل برگشت، ب) غیرخطی واقعی، ج) برگشت پذیر، د) هیستراتیک.

این مشخصه برای تعیین پارامترهای حسگر مانند حساسیت (ضریب تبدیل)، حساسیت/آستانه وضوح، خطی بودن، مقدار رانش استفاده می شود. محدوده عملیاتی/دینامیکی، پارامترهای هیسترزیس، و غیره. برای برخی از انواع سنسورها (ترموکوپل های GSP)، مشخصه های استاتیک اسمی (NSC) ایجاد می شود و کلاس های دقت مطابق با درصد انحراف از NSCH تعیین می شوند.

1) ضریب تبدیلیا ضریب انتقال نسبت مقدار خروجی عنصر Y k به مقدار ورودی Xk یا نسبت افزایش مقدار خروجی (=Y 2 -Y1, dy) به افزایش مقدار ورودی (=X) است. 2 -X1، dx):

ضریب تبدیل استاتیک (k, k’).

مقدار ضریب تبدیل دینامیکی K d به انتخاب نقطه عملیاتی (شکل 10 ب) بستگی دارد.

2) آستانه حساسیتحداقل مقدار در ورودی عنصر نامیده می شود که باعث تغییر در مقدار خروجی می شود. هنگامی که مقدار ورودی X از 0 به آستانه تغییر می کند، مقدار خروجی Y تغییر نمی کند و برابر با 0 است. 10 الف) ب).

3) خطی بودن. مشخصات استاتیک سنسور در ناحیه کار (در مجاورت نقطه A) باید خطی باشد، انحراف بر حسب درصد اندازه گیری می شود.

4) دریفت کردنهنگامی که شرایط خارجی نسبت به شرایط استاندارد تغییر می کند، این تغییر در ویژگی ها است. برنج. 10 الف).

5) دامنهاندازه گیری ها – محدوده مقادیر سیگنال اندازه گیری شده که برای آن خطاهای اندازه گیری شده نرمال شده است. این ناحیه با محدودیت های اندازه گیری بزرگترین و کوچکترین مقادیر محدوده اندازه گیری محدود می شود. D=Xkz..Xn، جایی که Xkz مقدار نهایی مقیاس ابزار است، Xn- آستانه حساسیت دستگاه ها محدوده اندازه گیری می تواند از چندین زیر دامنه تشکیل شده باشد. پویامحدوده زمانی استفاده می شود که محدوده بسیار بزرگ باشد.

Dd=20*Log(X 2 /X 1)

6) ویژگی های بسیاری از سنسورها دارند هیسترزیس: سیگنال سنسور در هنگام حرکت رو به جلو و معکوس متفاوت است، نشانگر اصلی هیسترزیسعرض حلقه برنج. 10 گرم).

7) رله یک عنصر اتوماسیون است که در آن، زمانی که مقدار ورودی X به مقدار معینی می رسد، مقدار خروجی به طور ناگهانی تغییر می کند. وابستگی Y=f(X) یک نوع است هیسترزیسو شکل یک حلقه دارد. شکل 11.

تغییر ناگهانی در Y در لحظه X = X 2 نامیده می شود اندازه فعال سازی. تغییر ناگهانی Y در لحظه X=X 1 فراخوانی می شود اندازه رها کردن. نسبت مقدار انتشار X 21 به مقدار پاسخ X 2 نامیده می شود ضریب برگشتمعمولا X 2 > X 1، بنابراین K اینچ = X 1 / X 2< 1.

3.2.2. پاسخ دینامیکی سنسور

پاسخ پویاسنسور رفتار سنسور را در حالت های گذرا تعیین می کند. ویژگی های دینامیکی وابستگی سیگنال خروجی سنسور را به مقادیر متغیر با زمان تعیین می کند: پارامترهای سیگنال ورودی، عوامل خارجی، بارها بسته به کامل بودن توصیف ویژگی های دینامیکی SI، بین ویژگی های دینامیکی کامل و جزئی تمایز قائل می شود. مشخصات دینامیکی کامل شامل پاسخ گذرا، پاسخ گذرا ضربه ای، پاسخ دامنه-فاز، ترکیبی از ویژگی های فرکانس دامنه و فرکانس فاز و تابع انتقال است. یک مشخصه دینامیکی جزئی به طور کامل ویژگی های دینامیکی سنسور را منعکس نمی کند. نمونه هایی از این ویژگی ها عبارتند از: زمان پاسخ سنسور، ضریب میرایی، مقدار فرکانس زاویه ای طبیعی تشدید کننده، مقدار پاسخ دامنه-فرکانس در فرکانس تشدید، تاخیر، زمان افزایش، زمان ته نشینی، اولین زمان حداکثر، خطای استاتیک، پهنای باند، زمان. ثابت.

برای سنسورها و مبدل‌های اندازه‌گیری، زمان واکنش زمان برقراری سیگنال خروجی است که با تغییر ناگهانی در سیگنال ورودی و خطای داده شده در ایجاد سیگنال خروجی تعیین می‌شود. ویژگی های دینامیکی SI خطای دینامیکی را تعیین می کند.

برنج. 13. مشخصات دینامیکی سنسور

شکل ویژگی ها را نشان می دهد:

تاخیر - t;

زمان افزایش - t 2 - t 1 ;

زمان اولین حداکثر - T;

زمان فرآیند انتقال- T 1;

پهنای باند - P.

3.2.3. خطاها

در حین کار سنسور، مقدار خروجی y به دلیل عوامل داخلی یا خارجی (ساییدگی، پیری، نوسانات ولتاژ تغذیه، دما و غیره) از مقدار مورد نیاز منحرف می شود. انحراف مشخصه را خطا می گویند . خطاها: به پایه و اضافی تقسیم می شوند.

خطای اساسی- حداکثر اختلاف بین سیگنال خروجی سنسور و مقدار اسمی آن در شرایط عملیاتی عادی.

خطاهای اضافی- ناشی از تغییرات در شرایط خارجی در رابطه با هنجار است که توسط عامل اصلی عادی شده است. به صورت درصدی از تغییر در عامل ایجاد کننده بیان می شود. به عنوان مثال: 1٪ در 5 درجه سانتیگراد.

خطای اصلی می تواند مطلق، نسبی یا کاهش یافته باشد.

آ) خطای مطلق(خطا) تفاوت بین مقدار واقعی مقدار خروجی و مقدار اسمی آن - Y است:

ب) خطای مربوطهنسبت خطای مطلق به مقدار اسمی (مطلوب) مقدار خروجی Y (معمولاً بر حسب درصد) نامیده می شود:

.

V) خطا داده شده استنسبت خطای مطلق به مقدار استاندارد نامیده می شود: برای مبدل ها این بزرگترین مقدار کمیت خروجی است، برای ابزارها حداکثر مقدار مقیاس است. بزرگی این خطا کلاس دقت دستگاه را 0.1 تعیین می کند. 0.5; 1.0 و غیره

.

خطاهای SI می توانند دارای اجزای سیستماتیک و تصادفی باشند. مولفه های تصادفی منجر به ابهام حالت ها می شود. بنابراین سعی می کنند مولفه های تصادفی خطای SI را در مقایسه با سایر مولفه ها بی اهمیت جلوه دهند.

خطاهای اندازه گیری سیستماتیک اجزایی از خطا هستند که ثابت می مانند و به طور طبیعی با اندازه گیری های مکرر از همان کمیت تغییر می کنند. خطاهای سیستماتیک ثابت شامل خطای کالیبراسیون مقیاس، خطای دما و غیره است. خطاهای سیستماتیک متغیر شامل خطای ناشی از ناپایداری منبع تغذیه است. خطاهای سیستماتیک با کالیبراسیون یا معرفی اصلاحات (بایاس) حذف می شوند.

خطاهای اندازه گیری تصادفی اجزایی از خطای اندازه گیری هستند که در طول اندازه گیری های مکرر با همان کمیت به طور تصادفی تغییر می کنند. معنی و نشانه یک خطای تصادفی را نمی توان تعیین کرد، زیرا خطاهای تصادفی منشأ خود را مدیون دلایلی هستند که تأثیرات آنها در هر آزمایش یکسان نیست و نمی توان آنها را در نظر گرفت.

خطاهای تصادفی در طول اندازه گیری های مکرر از همان کمیت شناسایی می شوند، بنابراین تأثیر آنها بر نتیجه اندازه گیری با روش های آمار ریاضی و نظریه احتمال در نظر گرفته می شود. برنج. 14.

برنج. 14. اجزای سیستماتیک و تصادفی خطا

حسگرها ابزارهای الکتریکی هستند که برای تبدیل یک تغییر مداوم در یک کمیت غیر الکتریکی ورودی (کنترل شده) به تغییر در کمیت الکتریکی خروجی طراحی شده‌اند. کمیت های ورودی می توانند طیف گسترده ای از پدیده های فیزیکی را منعکس کنند - جابجایی خطی یا زاویه ای، سرعت، شتاب، دمای اجسام جامد، مایع و گاز، نیرو، فشار، و غیره. ، EMF، افت ولتاژ، فرکانس و فاز جریان متناوب.

ویژگی اصلی سنسور حساسیت است اس = Dبله/Dایکس،جایی که DY،Dایکس- افزایش مقادیر خروجی و ورودی. مفهوم حساسیت نسبی اغلب استفاده می شود، جایی که Y,ایکس- تغییرات کامل در مقادیر خروجی و ورودی.

سنسورها می توانند خطی (S = const) و غیر خطی (S = var) باشند. برای دومی، حساسیت به مقدار ورودی بستگی دارد. یک پارامتر مهم سنسور آستانه حساسیت است که کوچکترین مقدار کمیت ورودی است که باعث تغییر در کمیت خروجی قابل اندازه گیری می شود.

مشخصه اسمی سنسور وابستگی مقدار خروجی به مقدار ورودی است. این مشخصه در پاسپورت سنسور آمده است و به عنوان یک مشخصه محاسبه شده در طول اندازه گیری استفاده می شود. رابطه ورودی-خروجی اندازه گیری شده تجربی با یک خطا با رابطه اسمی تفاوت دارد.

بین خطاهای ورودی سنسور مطلق و نسبی تمایز قائل شد. خطای مطلق خطای نسبی، کجا شماره ورودی X- مقدار مقدار ورودی سنسور که توسط مقدار خروجی و مشخصه اسمی تعیین می شود. X d- مقدار واقعی مقدار ورودی.

خطاهای خروجی سنسور را می توان به طور مشابه در نظر گرفت.

این خطا تحت تأثیر شرایط عملیاتی خارجی است: دما، میدان های مغناطیسی و الکتریکی، رطوبت محیطی، ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه، تأثیرات مکانیکی و تشعشعی و غیره.

خطاهای سنسور در مقادیر نرمال پارامترهای خارجی ( دمای معمولی، فشار معمولی اتمسفر، مقادیر اسمی ولتاژ و فرکانس تغذیه و غیره را پایه می گویند.

اگر پارامترهای شرایط خارجی فراتر از حد نرمال شده باشد، خطاهای اضافی ایجاد می شود. برای کاهش خطاهای اضافی، حساسیت سنسور را کاهش دهید شرایط خارجی، یا میزان نفوذ آنها را کاهش دهد.

سنسورها در کنار حساسیت بالا و خطای کم، باید محدوده مورد نیاز برای تغییر در مقدار ورودی، قابلیت تطبیق با مدار اندازه گیری و حداقل بازخورد سنسور در مقدار ورودی را داشته باشند. با تغییرات سریع در مقدار ورودی، سنسور باید اینرسی کم باشد.

سنسورهای موجود در اصل عملکرد، طراحی و چیدمان بسیار متنوع هستند.

سنسورها را می توان به دو گروه بزرگ تقسیم کرد - پارامتریک (غیرفعال) و احیا کننده (فعال).

اولین شامل سنسورهای مقاومتی، القایی، خازنی و تماسی است.

دومی شامل حسگرهایی است که از اثر EMF القایی (القای الکترومغناطیسی)، اثر پیزوالکتریک، اثر هال، EMF حرارتی، ظاهر EMF در مواجهه با تشعشعات رادیواکتیو و غیره استفاده می‌کنند. در زیر سنسورهایی را در نظر خواهیم گرفت که در اصل کارکرد دارند. و طراحی، نزدیک به دستگاه های الکتریکی هستند.