Įvairių technologinių procesų automatizavimas, efektyvus įvairių mazgų, mašinų, mechanizmų valdymas reikalauja daugybės įvairių fizikinių dydžių matavimų.
Jutikliai (literatūroje dažnai dar vadinami matavimo keitikliais), arba kitaip tariant, jutikliai, yra daugelio automatikos sistemų elementai – jų pagalba gaunama informacija apie valdomos sistemos ar įrenginio parametrus.
Jutiklis
yra matavimo, signalizavimo, reguliavimo ar valdymo prietaiso elementas, kuris kontroliuojamą dydį (temperatūrą, slėgį, dažnį, šviesos intensyvumą, elektros įtampą, srovę ir kt.) paverčia signalu, patogiu matuoti, perduoti, saugoti, apdoroti, įrašyti. o kartais daryti įtaką kontroliuojamiems procesams. Arba paprasčiau, jutiklis yra įrenginys, kuris bet kokio fizinio dydžio įvesties poveikį paverčia signalu, patogiu tolesniam naudojimui.
Naudojami jutikliai yra labai įvairūs ir gali būti klasifikuojami pagal įvairius kriterijus:
Priklausomai nuo įvesties (išmatuoto) kiekio tipas
išskirti: mechaninius poslinkio jutiklius (tiesinius ir kampinius), pneumatinius, elektrinius, srauto matuoklius, greičio, pagreičio, jėgos, temperatūros, slėgio jutiklius ir kt.
Šiuo metu pramonėje yra maždaug toks įvairių fizikinių dydžių matavimų dalies pasiskirstymas: temperatūra - 50%, srautas (masė ir tūris) - 15%, slėgis - 10%, lygis - 5%, kiekis (masė, tūris) ) - 5%, laikas - 4%, elektriniai ir magnetiniai kiekiai - mažiau nei 4%.
Pagal produkcijos kiekio tipą
, į kurią konvertuojama įvesties reikšmė, išskiriami neelektriniai ir elektriniai: jutikliai nuolatinė srovė(EMF arba įtampa), kintamosios srovės amplitudės jutikliai (EMF arba įtampa), kintamosios srovės dažnio jutikliai (EMF arba įtampa), varžos jutikliai (aktyvūs, indukciniai arba talpiniai) ir kt.
Dauguma jutiklių yra elektriniai. Taip yra dėl šių priežasčių privalumų
elektriniai išmatavimai:
- patogu perduoti elektrinius kiekius per atstumą, o perdavimas atliekamas dideliu greičiu;
Elektriniai dydžiai yra universalūs ta prasme, kad bet kokie kiti dydžiai gali būti konvertuojami į elektrinius dydžius ir atvirkščiai;
Jie tiksliai konvertuojami į skaitmeninį kodą ir leidžia pasiekti aukštą matavimo prietaisų tikslumą, jautrumą ir greitį.
Autorius veikimo principas
Jutiklius galima suskirstyti į dvi klases: generatorių ir parametrinius (moduliacinius jutiklius). Generatoriaus jutikliai tiesiogiai konvertuoja įvesties vertę į elektrinį signalą.
Parametriniai jutikliai konvertuoja įvesties vertę į kai kuriuos pokyčius elektrinis parametras(R, L arba C) jutiklis.
Pagal veikimo principą jutikliai taip pat gali būti skirstomi į ominius, reostatinius, fotoelektrinius (optoelektroninius), indukcinius, talpinius ir kt.
Yra trys jutiklių klasės:
Analoginiai jutikliai, t. y. jutikliai, skleidžiantys analoginį signalą, proporcingą įvesties vertės pokyčiui;
Skaitmeniniai jutikliai, generuojantys impulsų seką arba dvejetainį žodį;
Dvejetainiai (dvejetainiai) jutikliai, skleidžiantys tik dviejų lygių signalą: „įjungta/išjungta“ (kitaip tariant, 0 arba 1); jie tapo plačiai paplitę dėl savo paprastumo.
Reikalavimai jutikliams:
Vienareikšmiška išvesties vertės priklausomybė nuo įvesties vertės;
Charakteristikos stabilumas laikui bėgant;
Didelis jautrumas;
Mažas dydis ir svoris;
Atvirkštinio poveikio kontroliuojamam procesui ir kontroliuojamam parametrui nebuvimas;
Darbas pas skirtingos sąlygos operacija;
Įvairios montavimo parinktys.
Parametriniai jutikliai.
Parametriniai jutikliai(moduliatoriaus jutikliai) įvesties reikšmė X paverčiama bet kurio jutiklio elektrinio parametro (R, L arba C) pasikeitimu. Neįmanoma perduoti išvardintų jutiklio parametrų pokyčių per atstumą be energiją nešančio signalo (įtampos ar srovės). Atitinkamo jutiklio parametro pasikeitimą galima aptikti tik pagal jutiklio reakciją į srovę arba įtampą, nes išvardyti parametrai apibūdina šią reakciją. Todėl parametriniams jutikliams reikia naudoti specialias matavimo grandines, maitinamas nuolatine arba kintama srove.
Ohminiai (varžiniai) jutikliai– veikimo principas pagrįstas jų aktyviosios varžos pasikeitimu, kai keičiasi ilgis l, skerspjūvio plotas S arba savitoji varža p:
R=pl/S
Be to, naudojama aktyviosios varžos vertės priklausomybė nuo kontaktinio slėgio ir fotoelementų apšvietimo. Pagal tai ominiai jutikliai skirstomi į: kontaktinius, potenciometrinius (reostatinius), įtempimo matuoklius, termistorius, fotorezistorius.
Kontaktiniai jutikliai- Tai paprasčiausia forma rezistorių jutikliai, paverčiantys pirminio elemento judėjimą į staigų elektros grandinės varžos pokytį. Kontaktiniai jutikliai naudojami matuoti ir valdyti objektų jėgas, judesius, temperatūrą, matmenis, valdyti jų formą ir kt. Kontaktiniai jutikliai apima eigos ir ribinius jungiklius, kontaktinius termometrus ir vadinamuosius elektrodų jutiklius, daugiausia naudojamus ribiniams elektrai laidžio lygiams matuoti. skysčiai.
Kontaktiniai jutikliai gali veikti tiek nuolatine, tiek kintama srove. Priklausomai nuo matavimo ribų, kontaktiniai jutikliai gali būti vienos arba kelių ribos. Pastarieji naudojami matuoti dydžius, kurie skiriasi reikšmingose ribose, o rezistoriaus R dalys, prijungtos prie elektros grandinės, yra nuosekliai trumpinamos.
Kontaktinių jutiklių trūkumas yra nuolatinio stebėjimo sudėtingumas ir ribotas kontaktinės sistemos tarnavimo laikas. Tačiau dėl itin didelio šių jutiklių paprastumo jie plačiai naudojami automatikos sistemose.
Reostatiniai jutikliai Jie yra rezistorius su įvairia aktyvia varža. Jutiklio įvesties vertė yra kontakto judėjimas, o išėjimo vertė yra jo pasipriešinimo pokytis. Judantis kontaktas yra mechaniškai sujungtas su objektu, kurio judėjimą (kampinį ar linijinį) reikia konvertuoti.
Plačiausiai naudojama potenciometrinė reostatinio jutiklio prijungimo grandinė, kurioje reostatas jungiamas pagal įtampos daliklio grandinę. Prisiminkime, kad įtampos daliklis yra elektrinis įtaisas, skirtas dalyti nuolatinę arba kintamąją įtampą į dalis; Įtampos daliklis leidžia pašalinti (naudoti) tik dalį turimos įtampos per elektros grandinės elementus, susidedančius iš rezistorių, kondensatorių ar induktorių. Kintamasis rezistorius, prijungtas pagal įtampos daliklio grandinę, vadinamas potenciometru.
Paprastai reostatiniai jutikliai naudojami mechaniniuose matavimo prietaisai paversti jų rodmenis į elektros dydžius (srovę ar įtampą), pavyzdžiui, plūdiniuose skysčių lygio matuokliuose, įvairiuose manometruose ir kt.
Paprasto reostato formos jutiklis beveik niekada nenaudojamas dėl reikšmingo jo statinės charakteristikos netiesiškumo In = f(x), kur In yra apkrovos srovė.
Tokio jutiklio išėjimo vertė yra įtampos kritimas Uout tarp judančio ir vieno iš fiksuotų kontaktų. Išėjimo įtampos priklausomybė nuo kontakto judėjimo x Uout = f(x) atitinka varžos kitimo išilgai potenciometro dėsnį. Atsparumo pasiskirstymo išilgai potenciometro ilgio dėsnis, nustatomas pagal jo konstrukciją, gali būti tiesinis arba netiesinis. Potenciometriniai davikliai, kurie yra konstrukciniai kintamieji rezistoriai, gaminami iš įvairių medžiagų – apvijų vielos, metalinių plėvelių, puslaidininkių ir kt.
Įtempimo matuokliai(įtempimo matuokliai) naudojami matuoti mechaninis įtempis, nedidelės deformacijos, vibracija. Įtempimo matuoklių veikimas pagrįstas deformacijos efektu, kurį sudaro laidininko ir puslaidininkinių medžiagų aktyviosios varžos keitimas, veikiant jiems veikiančioms jėgoms.
Termometrinis jutikliai (termistoriai) – varža priklauso nuo temperatūros. Termistoriai kaip jutikliai naudojami dviem būdais:
1) Termistoriaus temperatūrą lemia aplinka; Srovė, einanti per termistorių, yra tokia maža, kad dėl jos termistorius neįkaista. Esant tokioms sąlygoms, termistorius naudojamas kaip temperatūros jutiklis ir dažnai vadinamas „atsparumo termometru“.
2) Termistoriaus temperatūra nustatoma pagal įkaitimo laipsnį esant pastoviai srovei ir aušinimo sąlygoms. Šiuo atveju nustatytą temperatūrą lemia šilumos perdavimo iš termistoriaus paviršiaus sąlygos (judėjimo greitis aplinką– dujos ar skystis – termistoriaus, jo tankio, klampumo ir temperatūros atžvilgiu), todėl termistorius gali būti naudojamas kaip srauto, aplinkos šilumos laidumo, dujų tankio ir kt jutiklis. Tokio tipo jutikliuose du Vyksta pakopų transformacija: išmatuotas dydis pirmiausia paverčiamas termistoriaus temperatūros pokyčiu, o vėliau paverčiamas varžos pokyčiu.
Termistoriai gaminami ir iš grynų metalų, ir iš puslaidininkių. Medžiaga, iš kurios gaminami tokie jutikliai, turi turėti aukštą temperatūros atsparumo koeficientą, linijinę atsparumo priklausomybę nuo temperatūros, gerą savybių atkuriamumą, inertiškumą aplinkos poveikiui. Platina maksimaliai patenkina visas šias savybes; šiek tiek mažiau - vario ir nikelio.
Palyginti su metaliniais termistoriais, puslaidininkiniai termistoriai (termistoriai) turi didesnį jautrumą.
Indukciniai jutikliai naudojami bekontakčiai informacijai apie mašinų, mechanizmų, robotų ir kt. darbinių dalių judesius gauti. ir šią informaciją paverčiant elektriniu signalu.
Indukcinio jutiklio veikimo principas pagrįstas magnetinės grandinės apvijos induktyvumo keitimu priklausomai nuo atskirų magnetinės grandinės elementų (armatūros, šerdies ir kt.) padėties. Tokiuose jutikliuose tiesinis arba kampinis judėjimas X (įvesties dydis) paverčiamas jutiklio induktyvumo (L) pokyčiu. Naudojamas matuojant kampinius ir linijinius judesius, deformacijas, matmenų valdymą ir kt.
Paprasčiausiu atveju indukcinis jutiklis yra indukcinė ritė su magnetine šerdimi, kurios judantis elementas (armatūra) juda veikiamas išmatuotos vertės.
Indukcinis jutiklis atpažįsta ir atitinkamai reaguoja į visus laidžius objektus. Indukcinis jutiklis yra nekontaktinis, nereikalaujantis mechaninio veikimo, veikia bekontakčiai dėl elektromagnetinio lauko pokyčių.
Privalumai:
Jokio mechaninio susidėvėjimo, jokių su kontaktu susijusių gedimų
Nėra kontaktų atšokimo ar klaidingų aliarmų
Aukštas perjungimo dažnis iki 3000 Hz
Atsparus mechaniniam poveikiui
Trūkumai - santykinai mažas jautrumas, indukcinės reaktyvumo priklausomybė nuo maitinimo įtampos dažnio, reikšmingas atvirkštinis jutiklio poveikis išmatuotai vertei (dėl armatūros pritraukimo prie šerdies).
Talpiniai jutikliai- veikimo principas pagrįstas kondensatoriaus elektrinės talpos priklausomybe nuo jo plokščių dydžio, santykinės padėties ir tarp jų esančios terpės dielektrinės konstantos.
Dviejų plokščių plokščiojo kondensatoriaus elektrinė talpa nustatoma pagal išraišką:
kur Eо yra dielektrinė konstanta; Es – santykinė terpės tarp plokščių dielektrinė konstanta; S yra aktyvus plokščių plotas; H yra atstumas tarp kondensatoriaus plokščių.
Priklausomybės C(S) ir C(h) naudojamos mechaniniams judesiams konvertuoti į talpos pokyčius.
Talpiniai jutikliai, kaip ir indukciniai jutikliai, maitinami kintamąja įtampa (dažniausiai aukštu dažniu – iki dešimčių megahercų). Kaip matavimo grandinės dažniausiai naudojamos tilto grandinės ir grandinės, kuriose naudojamos rezonansinės grandinės. Pastaruoju atveju, kaip taisyklė, jie naudoja generatoriaus virpesių dažnio priklausomybę nuo rezonansinės grandinės talpos, t.y. jutiklis turi dažnio išvestį.
Privalumai talpiniai jutikliai- paprastumas, didelis jautrumas ir maža inercija. Trūkumai - išorinių elektrinių laukų įtaka, santykinis matavimo prietaisų sudėtingumas.
Talpiniai jutikliai naudojami matuoti kampinius judesius, labai mažus linijinius judesius, vibracijas, greitį ir kt., taip pat atkurti nurodytas funkcijas (harmonines, pjūklinės, stačiakampės ir kt.).
Talpiniai keitikliai, kurių dielektrinė konstanta e kinta dėl judėjimo, deformacijos ar dielektriko sudėties pokyčių, naudojami kaip lygio jutikliai nelaidžiiems skysčiams, birioms ir miltelinėms medžiagoms, nelaidžių medžiagų sluoksnio storiui. (storio matuokliai), taip pat stebėti medžiagos drėgmę ir sudėtį.
Jutikliai yra generatoriai.
Generatoriaus jutikliai tiesiogiai konvertuoti įvesties reikšmę X į elektrinį signalą. Tokie davikliai įvesties (matuojamo) kiekio šaltinio energiją paverčia tiesiai į elektrinį signalą, t.y. jie yra tarsi elektros generatoriai (iš čia tokių jutiklių pavadinimas – jie generuoja elektrinį signalą).
Tokių jutiklių veikimui papildomų elektros šaltinių iš esmės nereikia (tačiau papildomos elektros energijos gali prireikti jutiklio išėjimo signalui sustiprinti, konvertuoti į kitų tipų signalus ir kitiems tikslams). Termoelektriniai, pjezoelektriniai, indukciniai, fotoelektriniai ir daugelis kitų tipų jutikliai yra generatorių tipai.
Indukciniai jutikliai konvertuoti išmatuotą neelektrinį dydį į indukuotą emf. Jutiklių veikimo principas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos dėsniu. Šie jutikliai apima nuolatinės ir kintamos srovės tachogeneratorius, kurie yra maži elektros mašinų generatoriai, kurių išėjimo įtampa yra proporcinga generatoriaus veleno sukimosi kampiniam greičiui. Tachogeneratoriai naudojami kaip kampinio greičio jutikliai.
Tachogeneratorius yra elektros mašina, veikianti generatoriaus režimu. Šiuo atveju sukurtas EML yra proporcingas sukimosi greičiui ir magnetinio srauto dydžiui. Be to, pasikeitus sukimosi greičiui, pasikeičia EML dažnis. Naudojami kaip greičio (sukimosi dažnio) jutikliai.
Temperatūros jutikliai.
Šiuolaikinėje pramoninės gamybos dažniausiai atliekami temperatūros matavimai (pavyzdžiui, vidutinio dydžio atominėje elektrinėje tokie matavimai atliekami apie 1500 taškų, o didelėje įmonėje chemijos pramonė panašių punktų yra per 20 tūkstančių). Platus matuojamų temperatūrų diapazonas, matavimo priemonių naudojimo sąlygų įvairovė ir joms keliami reikalavimai lemia naudojamų temperatūros matavimo priemonių įvairovę.
Jei atsižvelgsime į temperatūros jutiklius pramoniniams tikslams, galime išskirti pagrindines jų klases: silicio temperatūros jutikliai, bimetaliniai jutikliai, skysčių ir dujų termometrai, temperatūros indikatoriai, termistoriai, termoporos, varžos šiluminiai keitikliai, infraraudonųjų spindulių jutikliai.
Silicio jutikliai temperatūroms naudojama puslaidininkinio silicio varžos priklausomybė nuo temperatūros. Matuojamų temperatūrų diapazonas -50…+150 0C. Jie daugiausia naudojami temperatūrai matuoti elektroninių prietaisų viduje.
Bimetalinis jutiklis pagamintas iš dviejų skirtingų metalinių plokščių, sujungtų kartu. Skirtingi metalai turi skirtingus šiluminio plėtimosi koeficientus. Įkaitinus arba atvėsus prie plokštės prijungtus metalus, uždarant (atidarant) elektrinius kontaktus arba judant indikatoriaus rodykle, ji sulinks. Bimetalinių jutiklių veikimo diapazonas yra -40…+550 0C. Naudojamas kietųjų medžiagų paviršiui ir skysčių temperatūrai matuoti. Pagrindinės taikymo sritys yra automobilių pramonė, šildymo ir vandens šildymo sistemos.
Šiluminiai indikatoriai- tai specialios medžiagos, kurios veikiamos temperatūros keičia spalvą. Spalvos pasikeitimas gali būti grįžtamas arba negrįžtamas. Pagaminta filmų pavidalu.
Atsparumo šiluminiai keitikliai.
Varžinių šiluminių keitiklių (termistorių) veikimo principas pagrįstas laidininkų ir puslaidininkių elektrinės varžos pokyčiu priklausomai nuo temperatūros (aptarta anksčiau).
Platininiai termistoriai skirti matuoti temperatūrą nuo –260 iki 1100 0C. Praktikoje plačiai naudojami pigesni variniai termistoriai, kurių varžos priklausomybė nuo temperatūros yra tiesinė.
Vario trūkumas yra jo maža savitoji varža ir lengva oksidacija aukštoje temperatūroje, dėl ko galutinė vario atsparumo termometrų naudojimo riba ribojama iki 180 0C temperatūros. Stabilumo ir charakteristikų atkuriamumo požiūriu variniai termistoriai yra prastesni už platininius. Nikelis naudojamas pigiuose jutikliuose, skirtuose matavimams įvairiose kambario temperatūrose.
Puslaidininkiniai termistoriai (termistoriai) turi neigiamą arba teigiamą temperatūros atsparumo koeficientą, kurio reikšmė esant 20 0C yra (2...8) * 10–2 (0C)–1, t.y. eilės tvarka didesnis nei vario ir platinos. Labai mažų dydžių puslaidininkiniai termistoriai turi dideles varžos vertes (iki 1 MOhm). Kaip puslaidis Naudojami metalų oksidai: puslaidininkiniai KMT tipo termistoriai - kobalto ir mangano oksidų mišinys ir MMT - varis ir manganas.
Puslaidininkiniai temperatūros jutikliai pasižymi dideliu charakteristikų stabilumu laikui bėgant ir yra naudojami temperatūrai keisti nuo –100 iki 200 0C.
Termoelektriniai keitikliai (termoporos)- termoporų veikimo principas grindžiamas termoelektriniu efektu, kuris susideda iš to, kad esant temperatūrų skirtumui tarp dviejų skirtingų metalų ar puslaidininkių jungčių (sandarų), grandinėje atsiranda elektrovaros jėga, vadinama termoelektromotorine ( sutrumpintai termo-EMF). Tam tikrame temperatūrų diapazone galime manyti, kad termo-EMF yra tiesiogiai proporcingas temperatūrų skirtumui ΔT = T1 – T0 tarp jungties ir termoporos galų.
Termoporos galai, sujungti vienas su kitu ir panardinti į terpę, kurios temperatūra matuojama, vadinami darbiniu termoporos galu. Aplinkos veikiami galai, kurie dažniausiai laidais sujungiami su matavimo grandine, vadinami laisvais galais. Šių galų temperatūra turi būti pastovi. Esant tokioms sąlygoms, termo-EMF Et priklausys tik nuo darbinio galo temperatūros T1.
Uout = Et = C(T1 – T0),
kur C – koeficientas, priklausantis nuo termoporos laidininkų medžiagos.
Termoporų sukuriamas EML yra palyginti mažas: neviršija 8 mV kiekvienam 100 0C ir paprastai neviršija 70 mV absoliučia verte. Termoporos leidžia matuoti temperatūrą nuo –200 iki 2200 0C.
Plačiausiai naudojamos medžiagos termoelektriniams keitikliams gaminti yra platina, platinarodis, chromelis ir alumelis.
Termoporos turi šiuos privalumus: gamybos paprastumas ir veikimo patikimumas, maža kaina, maitinimo šaltinių trūkumas ir galimybė matuoti plačiame temperatūrų diapazone.
Be to, termoporos taip pat turi tam tikrų trūkumų - mažesnis matavimo tikslumas nei termistoriai, didelė šiluminė inercija, poreikis įvesti laisvųjų galų temperatūros korekcijas ir būtinybė naudoti specialius jungiamuosius laidus.
Infraraudonųjų spindulių jutikliai (pirometrai)- naudoti įkaitusių kūnų spinduliuotės energiją, kuri leidžia matuoti paviršiaus temperatūrą per atstumą. Pirometrai skirstomi į spinduliuotę, ryškumą ir spalvą.
Radiaciniai pirometrai naudojami temperatūrai matuoti nuo 20 iki 2500 0C, o prietaisas matuoja realaus objekto integralinį spinduliuotės intensyvumą.
Ryškumo (optiniai) pirometrai naudojamas temperatūrai matuoti nuo 500 iki 4000 0C. Jie pagrįsti palyginimu siauroje tiriamo objekto ryškumo spektro dalyje su etaloninio emiterio (fotometrinės lempos) ryškumu.
Spalvoti pirometrai yra pagrįsti spinduliuotės intensyvumo dviejų bangų ilgių santykio matavimu, paprastai pasirenkamu raudonoje arba mėlynoje spektro dalyje; jais matuojama temperatūra 800 0C diapazone.
Pirometrai leidžia išmatuoti temperatūrą sunkiai pasiekiamose vietose ir judančių objektų temperatūrą, aukšta temperatūra, kur kiti jutikliai nebeveikia.
Kvarciniai šiluminiai keitikliai.
Temperatūroms nuo – 80 iki 250 0C matuoti dažnai naudojami vadinamieji kvarciniai šiluminiai keitikliai, naudojantys kvarcinio elemento natūralaus dažnio priklausomybę nuo temperatūros. Šių jutiklių veikimas pagrįstas tuo, kad keitiklio dažnio priklausomybė nuo temperatūros ir konversijos funkcijos tiesiškumas skiriasi priklausomai nuo pjūvio orientacijos kvarco kristalo ašių atžvilgiu. Šie jutikliai plačiai naudojami skaitmeniniuose termometruose.
Pjezoelektriniai jutikliai.
Pjezoelektrinių jutiklių veikimas pagrįstas pjezoelektrinio efekto (pjezoelektrinio efekto) naudojimu, kuris susideda iš to, kad kai kuriuos kristalus suspaudus ar ištempus, jų paviršiuose atsiranda elektros krūvis, kurio dydis yra proporcingas veikiančiam poveikiui. jėga.
Pjezoelektrinis efektas yra grįžtamasis, t.y., veikiama elektros įtampa sukelia pjezoelektrinio pavyzdžio deformaciją – jo suspaudimą arba tempimą pagal įjungtos įtampos ženklą. Šis reiškinys, vadinamas atvirkštiniu pjezoelektriniu efektu, naudojamas garso ir ultragarso dažnių akustinėms vibracijoms sužadinti ir priimti.
Naudojamas jėgoms, slėgiui, vibracijai ir kt. matuoti.
Optiniai (fotoelektriniai) jutikliai.
Išskirti analoginis ir diskretinis optiniai jutikliai. Naudojant analoginius jutiklius, išvesties signalas kinta proporcingai aplinkos apšvietimui. Pagrindinė taikymo sritis – automatizuotos apšvietimo valdymo sistemos.
Diskretaus tipo jutikliai pakeičia išvesties būseną į priešingą, kai pasiekiama nustatyta apšvietimo vertė.
Fotoelektriniai jutikliai gali būti naudojami beveik visose pramonės šakose. Atskirieji jutikliai naudojami kaip savotiški artumo jungikliai, skirti skaičiuoti, aptikti, nustatyti padėtį ir atlikti kitas užduotis bet kurioje gamybos linijoje.
Optinis bekontaktis jutiklis, registrų pasikeitimas šviesos srautas kontroliuojamoje zonoje, susijusioje su bet kokių judančių mechanizmų ir mašinų dalių padėties erdvėje pasikeitimu, objektų nebuvimu ar buvimu. Dėl didelių jutimo atstumų optiniai bekontakčiai jutikliai buvo plačiai pritaikyti pramonėje ir už jos ribų.
Optinis bekontaktis jutiklis susideda iš dviejų funkcinių mazgų – imtuvo ir emiterio. Šie įrenginiai gali būti pagaminti viename korpuse arba skirtinguose korpusuose.
Pagal objekto aptikimo metodą fotoelektriniai jutikliai skirstomi į 4 grupes:
1) spindulio kirtimas - šiuo būdu siųstuvas ir imtuvas yra atskirti į skirtingus korpusus, todėl juos galima montuoti vienas priešais kitą darbiniu atstumu. Veikimo principas pagrįstas tuo, kad siųstuvas nuolat siunčia šviesos spindulį, kurį priima imtuvas. Jei jutiklio šviesos signalas nutrūksta dėl to, kad blokuoja trečiosios šalies objektas, imtuvas nedelsdamas reaguoja pakeisdamas išvesties būseną.
2) atspindys nuo reflektoriaus - šiuo metodu jutiklio imtuvas ir siųstuvas yra tame pačiame korpuse. Atšvaitas (atšvaitas) sumontuotas priešais jutiklį. Jutikliai su reflektoriumi sukonstruoti taip, kad dėl poliarizuojančio filtro suvoktų atspindį tik nuo reflektoriaus. Tai atšvaitai, veikiantys dvigubo atspindžio principu. Tinkamo atšvaito pasirinkimą lemia reikiamas atstumas ir tvirtinimo galimybės. Siųstuvo siunčiamas šviesos signalas atsispindi nuo reflektoriaus ir patenka į jutiklio imtuvą. Jei šviesos signalas sustoja, imtuvas nedelsdamas reaguoja pakeisdamas išvesties būseną.
3) atspindys nuo objekto - šiuo metodu jutiklio imtuvas ir siųstuvas yra tame pačiame korpuse. Jutiklio veikimo metu visi objektai patenka į jį darbo zona, tapti savotiškais atšvaitais. Kai tik nuo objekto atsispindėjęs šviesos spindulys patenka į jutiklio imtuvą, jis iš karto sureaguoja pakeisdamas išvesties būseną.
4) fiksuotas atspindys nuo objekto - jutiklio veikimo principas yra toks pat kaip ir "atspindys nuo objekto", bet yra jautresnis nukrypimams nuo nustatymo į objektą. Pavyzdžiui, galima aptikti išsipūtusį kefyro butelio kamštelį, nepilną vakuuminės pakuotės pripildymą produktais ir pan.
Pagal paskirtį fotosensoriai skirstomi į dvi pagrindines grupes: bendrosios paskirties jutiklius ir specialiuosius jutiklius. Specialūs tipai apima jutiklių tipus, skirtus siauresniam problemų spektrui išspręsti. Pavyzdžiui, aptikti spalvotą ženklą ant objekto, aptikti kontrasto kraštą, etiketės buvimą ant skaidrios pakuotės ir kt.
Jutiklio užduotis yra aptikti objektą per atstumą. Šis atstumas svyruoja nuo 0,3 mm iki 50 m, priklausomai nuo pasirinkto jutiklio tipo ir aptikimo metodo.
Mikrobangų jutikliai.
Mygtukų relės pultai keičiami mikroprocesorinėmis. automatinės sistemos valdymas technologinis procesas Aukščiausio našumo ir patikimumo (APCS) jutikliai aprūpinti skaitmeninėmis ryšio sąsajomis, tačiau tai ne visada padidina bendrą sistemos patikimumą ir jos veikimo patikimumą. Priežastis ta, kad patys daugumos žinomų tipų jutiklių veikimo principai nustato griežtus apribojimus, kokiomis sąlygomis jie gali būti naudojami.
Pavyzdžiui, pramoninių mechanizmų judėjimo greičiui stebėti plačiai naudojami bekontakčiai (talpiniai ir indukciniai), taip pat tachogeneratoriaus greičio reguliavimo įtaisai (USS). Tachogeneratoriai USS turi mechaninį ryšį su judančiu objektu, o bekontakčių prietaisų jautrumo zona neviršija kelių centimetrų.
Visa tai ne tik sukuria nepatogumų montuojant jutiklius, bet ir gerokai apsunkina šių įrenginių naudojimą esant dulkėms, kurios prilimpa prie darbinių paviršių ir sukelia klaidingus aliarmus. Išvardinti jutiklių tipai nesugeba tiesiogiai stebėti objekto (pavyzdžiui, konvejerio) – jie sureguliuoti pagal ritinėlių, sparnuočių, įtempimo būgnų ir tt judėjimą. Kai kurių prietaisų išvesties signalai yra tokie silpni, kad meluoja mažesnis už galingų elektros mašinų veikimo pramoninių trukdžių lygį.
Panašūs sunkumai kyla naudojant tradicinius lygio jungiklius - birių produktų daviklius. Tokie įtaisai yra būtini norint laiku nutraukti žaliavų tiekimą į gamybos rezervuarus. Klaidingus pavojaus signalus sukelia ne tik sukibimas ir dulkės, bet ir prisilietimas prie produkto srauto, kai jis patenka į bunkerį. Nešildomose patalpose jutiklių veikimui įtakos turi aplinkos temperatūra. Klaidingi aliarmai dažnai sustabdo ir pradeda pakrauti technologinė įranga- pagrindinė jo avarijų priežastis, užsikimšimai, konvejerių lūžimai, gaisro ir sprogimo pavojai.
Prieš kelerius metus dėl šių problemų buvo sukurti iš esmės nauji prietaisų tipai – radarų greičio valdymo jutikliai, judesio ir slėgio jutikliai, kurių veikimas pagrįstas valdomo objekto sąveika su radijo signalu, kurio dažnis yra apie 10. iki 10 Hz laipsnio.
Mikrobangų metodų naudojimas proceso įrangos būklei stebėti leidžia visiškai atsikratyti tradicinių jutiklių tipų trūkumų.
Išskirtinės šių įrenginių savybės yra šios:
Trūksta mechaninio ir elektrinio kontakto su objektu (aplinka), atstumas nuo jutiklio iki objekto gali būti keli metrai;
Tiesioginis objekto (konvejerio, grandinės) valdymas, o ne jų pavaros, įtempimo būgnai ir pan.;
Mažas energijos suvartojimas;
Nejautrus gaminio prilipimui dėl didelių darbo atstumų;
Didelis atsparumas triukšmui ir kryptingumas;
Vienkartinis nustatymas visam tarnavimo laikui;
Didelis patikimumas, saugumas, jonizuojančiosios spinduliuotės nebuvimas.
Jutiklio veikimo principas pagrįstas radijo signalo, atsispindinčio iš judančio objekto, dažnio keitimu. Šis reiškinys („Doplerio efektas“) plačiai naudojamas radarų sistemose nuotoliniam greičio matavimui. Judantis objektas sukelia elektrinį signalą, atsirandantį mikrobangų siųstuvo-imtuvo modulio išvestyje.
Kadangi signalo lygis priklauso nuo atspindinčio objekto savybių, judesio jutikliai gali būti naudojami signalizuoti apie nutrūkusią grandinę (juostą) arba apie bet kokių objektų ar medžiagų buvimą ant konvejerio juostos. Juosta turi lygų paviršių ir mažą atspindžio koeficientą. Kai gaminys pradeda judėti pro jutiklį, sumontuotą virš darbinės konvejerio šakos, padidindamas atspindžio koeficientą, prietaisas signalizuoja apie judėjimą, tai yra, kad juosta nėra tuščia. Remiantis išėjimo impulso trukme, galima iš didelio atstumo spręsti apie judančių objektų dydį, pasirinkti ir pan.
Jei reikia užpildyti bet kurią talpyklą (nuo bunkerio iki šachtos), galite tiksliai nustatyti pildymo pabaigos momentą – iki tam tikro gylio nuleistas jutiklis rodys užpildo judėjimą, kol jis bus užpildytas.
Konkrečius mikrobangų judesio jutiklių naudojimo įvairiose pramonės šakose pavyzdžius lemia jų specifika, tačiau apskritai jie gali išspręsti įvairiausias be rūpesčių įrangos veikimo ir informacijos turinio didinimo problemas. automatizuotos sistemos valdymas.
Jei „1-Wire“ reikia vieno duomenų laido, tai šiai magistralei, remiantis pavadinimu „Two-Wire Bus“, reikia dviejų.Vienas iš laidų – SCL bus su laikrodžiu, antrasis – SDA, duomenys bus perduodami pusdupleksu.
Autobusas yra atviras kolektorius, todėl abi linijos turi būti prijungtos prie maitinimo. Jutiklis bus prijungtas taip:
17 pav. Jutiklių prijungimas per I2C
Bendras įrenginių, kuriuos galima prijungti prie I2C magistralės, skaičius yra 112 įrenginių su 7 bitų adresu. Kiekvienam įrenginiui iš tikrųjų yra skirti du adresai iš eilės; žemos eilės bitas nustato režimą - skaitymas arba rašymas. Yra griežtas magistralės talpos reikalavimas – ne daugiau kaip 400pF.
Dažniausiai naudojamas 100 kbit/s ir 10 kbit/sek greitis, nors naujausi standartai taip pat leidžia 400 kbit/s ir 3,4 Mbit/s greičio režimus.
Autobusas gali dirbti tiek su nepakeičiamu meistru, tiek su vėliavėlės perdavimu.
Daug informacijos apie protokolą rasite šioje nuorodoje: http://www.esacademy.com/en/library/technical-articles-and-documents/miscellaneous/i2c-bus.html
Skaitmeninių jutiklių prijungimas naudojant SPI standartą
Reikalingi bent trys laidai, veikia pilnu dvipusiu režimu – t.y. organizuoja vienalaikį duomenų perdavimą abiem kryptimis.Ryšio linijos:
- CLK – laikrodžio signalo linija.
- MOSI - pagrindinis išėjimas, pavaldus įėjimas
- MISO - pagrindinis įėjimas, pavaldus išėjimas
- CS – lusto pasirinkimas (neprivaloma).
18 pav. SPI ryšys ir perdavimo esmė
Kiekvienas grandinės įrenginys turi savo duomenų poslinkio registrą. Naudojant laikrodžio signalus, po 8 laikrodžio ciklų keičiamas registrų turinys, taip keičiantis duomenimis.
SPI – greičiausia galima duomenų perdavimo sąsaja. Priklausomai nuo maksimalių galimų laikrodžio dažnių, duomenų perdavimo sparta gali būti 20, 40, 75 Mbit/s ir didesnė.
SPI magistralė leidžia įrenginius jungti lygiagrečiai, tačiau čia yra problema – kiekvienam įrenginiui reikia savo CS linijos prie procesoriaus. Tai riboja bendrą įrenginių skaičių vienoje sąsajoje.
Pagrindinis SPI nustatymo sunkumas yra laikrodžio signalo poliškumo nustatymas. Rimtai. SPI nustatymas nėra lengvas, bet labai paprastas.
Trumpai ir aiškiai apie SPI su periferinių SPI modulių, skirtų AVR ir MSP430 aprašymu, galite perskaityti čia http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/spi/index.htm
4 Daviklių rodmenų ėmimas
Atėjo laikas perskaityti bent dalį informacijos iš mūsų jutiklių.
Priklausomai nuo jutiklio prijungimo būdo ir jo tipo, įvairių būdų skaitymų priėmimas. Reikėtų pažymėti, kad kai kuriems jutikliams, pavyzdžiui, skaitmeniniams jutikliams ar dujų jutikliams, reikia iš anksto įjungti matavimo režimą, o tai gali užtrukti.
Taigi matavimo procesas susideda iš dviejų ciklų – duomenų matavimo ciklo ir duomenų gavimo ciklo. Organizuodami programą galite pasirinkti vieną iš šių parinkčių: 
19 pav. Jutiklio rodmenų nuskaitymo procesas
Apsvarstykite kiekvieną variantą atskirai ir nubraižykite skeletus:
1 variantas. pradėjo matavimo režimą, laukė ir skaičiavo.
Pasirinkimas patrauklus savo paprastumu, tačiau už jo slypi problema – laukiant, kol bus atlikti matavimai, mikrovaldiklis akivaizdžiai neveikia, neatlieka užduočių. Daugumoje automatikos sistemų toks režimas yra neįperkama prabanga.
Kode tai atrodytų taip:
Sensor.Start();//pradėkite matavimo proceso delsą (MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//palaukite, kol procesas baigsis int var = Sensor.Read();//skaitykite duomenis
2 variantas. pradėjo matavimo režimą, grįžo prie kitų užduočių, po kurio laiko suveikė pertraukimas ir suskaičiavo duomenis.
Vienas iš geriausi variantai. Bet pats sunkiausias:
void Setup())( TimerIsr.Setup(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//nustatykite laikmačio pertraukimą su reikiamu dažniu int mode = START;//būsenos kintamasis Sensor.Start();//pradėkite matavimo procesą pirmą kartą) TimerIsr.Vector() (//laikmačio pertraukimo tvarkyklė if (mode == START( mode = READ; var = Sensor.Read();//jei jutiklis buvo matavimo režimu, skaitykite duomenis) else ( režimas = START; Sensor.Start(); ///jei jutiklis buvo duomenų skaitymo režimu, pradėkite naują matavimo ciklą ) )
Atrodo gerai. leidžia keisti laiką tarp matavimo ciklų ir skaitymo ciklų. pavyzdžiui, dujų sudėties jutiklis turi spėti atvėsti po ankstesnių matavimų arba įkaisti matavimų metu. Tai skirtingi laikotarpiai.
3 variantas: Suskaičiavome duomenis ir pradėjome naują raundą.
Jei jutiklis leidžia pradėti naują matavimo ciklą nuskaičius duomenis, kodėl gi ne – darykime priešingai.
void Setup())( TimerIsr.Setup(MINIMAL_SENSOR_DELAY_TIME);//nustatykite laikmačio pertraukimą reikiamu dažniu Sensor.Start();//pradėkite matavimo procesą pirmą kartą) TimerIsr.Vector())(// laikmačio pertraukimo tvarkyklė var = Sensor.Read();//skaitykite duomenis Sensor.Start();///pradėkite naują matavimo ciklą
Puikus būdas sutaupyti laiko. ir žinote ką – šis metodas puikiai veikia be pertrūkių. Skaitmeniniai jutikliai saugo apskaičiuotą vertę iki maitinimo išjungimo. Ir atsižvelgiant į tai, kad dažnai nereikia skaityti signalų iš drėgmės jutiklio dėl jo inercijos 15 sekundžių, galite tai padaryti:
void Setup())( Sensor.Start();//pradėkite matavimo procesą pirmą kartą while(1)( //daug kitų rutinos var = Sensor.Read();//skaitykite duomenis Sensor.Start ();// /pradėkite naują matavimo ciklą) )
Taip pat gali būti galimybė, kad mūsų jutiklis savarankiškai pradėtų naują matavimo ciklą ir tada, naudodamas išorinį pertraukimą, praneštų apie matavimų pabaigą. Pavyzdžiui, ADC gali būti sukonfigūruotas taip, kad automatiškai nuskaitytų duomenis N Hz dažniu. Viena vertus, pertraukimų tvarkyklėje pakaks įgyvendinti tik naujų duomenų skaitymo procesą. Kita vertus, galite naudoti ADC pertraukimą tiesioginės atminties prieigos (DMA) režimu. Tokiu atveju, gavus pertraukimo signalą, periferinis ADC modulis aparatūros lygiu savarankiškai nukopijuos duomenis į tam tikrą RAM atminties elementą, taip užtikrindamas Maksimalus greitis duomenų apdorojimas ir minimalus poveikis darbo programa(nereikia eiti į pertraukimą, kviesti tvarkytoją ir pan.).
Tačiau DMA naudojimas toli už šio ciklo ribų.
Deja, pirmasis metodas plačiai naudojamas bibliotekose ir Arduino pavyzdžiuose; jis neleidžia šiai platformai tinkamai naudoti mikrovaldiklio išteklių. Bet rašyti ir derinti lengviau.
4.1 Darbas su ADC
Kalbant apie analoginius jutiklius, mes susiduriame su ADC. Šiuo atveju mes laikome ADC, įmontuotą į mikrovaldiklį. Kadangi ADC iš esmės yra tas pats jutiklis – jis elektrinį signalą paverčia informaciniu – jam galioja viskas, kas aprašyta aukščiau 2 skyriuje. Pagrindinės ADC charakteristikos mums yra efektyvus bitų gylis, jautrumas, atskaitos įtampa. ir greitis. Tokiu atveju ADC konvertavimo išvesties vertė bus tam tikras skaičius išvesties registre, kuris turi būti konvertuojamas į absoliučią vertę išmatuotos vertės vienetais. Ateityje tokių skaičiavimų pavyzdžiai bus svarstomi atskiriems jutikliams.4.1.1 Etaloninė įtampa
ADC atskaitos įtampa yra įtampa, kuri atitiks didžiausią ADC išėjimo vertę. Etaloninė įtampa tiekiama iš įtampos šaltinio, įmontuoto į mikrovaldiklį arba išorinio. ADC rodmenų tikslumas priklauso nuo šio šaltinio tikslumo. Tipinė lusto atskaitos įtampa yra lygi maitinimo įtampai arba pusei mikrovaldiklio maitinimo įtampos. Gali būti ir kitų reikšmių.
Pavyzdžiui, galimų reikšmių lentelė atskaitos įtampa Atmega1280 mikrovaldikliui: 
20 pav. Atmeta1280 mikrovaldiklio ADC etaloninės įtampos pasirinkimas
4.1.2 ADC talpa ir jautrumas
ADC plotis nustato didžiausias ir minimalias vertes išvesties registre esant minimaliam ir maksimaliam elektros signalo įvesties efektui.
Reikėtų pažymėti, kad didžiausia ADC bitų talpa gali neatitikti jo efektyvios bitų talpos.
Kai kurie žemos eilės bitai gali būti prarasti dėl triukšmo. Pažiūrėkime į ADuCM360 mikrovaldiklio, kuris turi 24 bitų ADC, kurio efektyvusis bitų plotis yra 14 bitų, duomenų lapą:
21 pav. ADC duomenų registro bitų priskyrimas
Kaip matyti iš paveikslo, 32 bitų registre dalis priskiriama ženklui, dalis – nuliui, dalis – triukšmui. Ir tik 14 bitų yra duomenys, kurių tikslumas yra nurodytas. Bet kokiu atveju šie duomenys visada nurodomi dokumentacijoje.
Jo jautrumas priklauso nuo efektyvios ADC bitų talpos. Kuo daugiau tarpinių išėjimo įtampos pakopų, tuo didesnis bus jautrumas.
Tarkime, ADC atskaitos įtampa Uop. Tada N bitų ADC, turintis 2N galimų reikšmių, turi jautrumą 
(11)
Taigi 12 bitų ADC ir 3,3 V etaloninės įtampos jo jautrumas bus 3,3/4096 = 0,8 mV
Kadangi mūsų jutiklis taip pat turi tam tikrą jautrumą ir tikslumą, bus malonu, jei ADC veiktų geriau
4.1.3 ADC našumas
ADC greitis lemia, kaip greitai nuskaitomi rodmenys. SAR ADC reikia tam tikro skaičiaus laikrodžio ciklų, kad būtų galima skaitmeninti įvesties įtampos lygį. Kuo didesnis bitų gylis, tuo daugiau laiko reikia; atitinkamai, jei iki matavimo pabaigos signalo lygis turi laiko pasikeisti, tai turės įtakos matavimo tikslumui.
ADC našumas matuojamas duomenų mėginių skaičiumi per sekundę. Jis apibrėžiamas kaip ADC laikrodžio signalo dažnis, padalytas iš matavimui reikalingų laikrodžių skaičiaus. Pavyzdžiui, kai ADC laikrodžio dažnis yra 1 MHz ir 13 laikrodžio ciklų rodmenims imti, ADC greitis bus 77 kilosamples per sekundę. Kiekvienai bitų gylio parinkčiai galima apskaičiuoti jo našumą. IN techninę dokumentaciją Paprastai nurodomas maksimalus galimas ADC laikrodžio dažnis ir jo maksimalus našumas esant tam tikram bitų pajėgumui.
4.2 Skaitmeniniai jutikliai
Pagrindinis skaitmeninių jutiklių pranašumas prieš analoginius yra tas, kad jie pateikia informaciją apie išmatuotą vertę paruošta forma. Skaitmeninis drėgmės jutiklis grąžins absoliučią drėgmės vertę procentais, skaitmeninis temperatūros jutiklis – temperatūros vertę laipsniais.Jutiklis valdomas naudojant jame esantį registrą klausimo-atsakymo formoje. Klausimai yra tokie:
- Parašykite B reikšmę registruodami A
- Grąžinkite vertę, saugomą C registre
Aš baigsiu čia bendroji medžiaga. Kitoje dalyje apžvelgsime ŠVOK jutiklius su pavyzdžiais.
Po jutiklių apsvarstysime pavaras - teorijos prasme ten yra gana daug įdomių dalykų automatinis valdymas, o tada pereisime prie visos šios netvarkos valdiklio sintezės ir optimizavimo.
UPD: Reiškiu savo dėkingumą
Norint pasiekti aukštą slėgio jutiklio jautrumą, paprastai naudojamas didelis sudėtingos struktūros kristalas. Tačiau tokia struktūra reiškia, kad jutiklį pastebimai veikia gravitacija ir vibracija. Kaip galima išvengti šių prieštaravimų?
AllSensors slėgio jutiklių kristalai naudoja patentuotą Collinear Beam2 technologiją, registruotą kaip COBEAM²™. Ši technologija padarė proveržį pjezorezistinių jutiklių kūrimo mene, palyginti su įprastine silicio deformacijos technologija. COBEAM²™ technologija leidžia gauti aukštas lygis slėgio jutiklio jautrumas, kuriam anksčiau reikėjo sudėtingos struktūros ir didžiulės kristalų topologijos. Panaikinus sudėtingą struktūrą, gravitacijos ir vibracijos poveikis žymiai sumažėja.
AllSensors gamina keturių tipų slėgio jutiklius:
- su pagrindine išvestimi (nekompensuotu jutikliu),
- su mV išėjimu (kompensuotas jutiklis),
- su stiprintuvu,
- su skaitmenine išvestimi.
Pagrindiniai jutikliai suteikia nekompensuotą ir nekalibruotą mV išėjimo signalą. Šie jutikliai turi neapdorotą išvesties signalą be kompensacijos už klaidas, tokias kaip temperatūros poveikis. Naudodami pagrindinius jutiklius, originalios įrangos gamintojai paprastai prideda savo kompensavimo grandinę. Pagrindiniai jutikliai yra pigūs sprendimai, kurie dažniausiai atitinka OEM gamintojų reikalavimus.
„AllSensors“ taip pat siūlo jutiklius su kompensacija ir kalibruota mV išvestimi. Šie jutikliai yra su temperatūros kompensavimo ir poslinkio bei skalės kalibravimu, kad būtų pateikti tikslesni duomenys. Be to, gamintojas gamina jutiklius su sustiprintu išėjimo signalu. Šio tipo jutikliai tinka sprendimams, kurie neturi savo stiprintuvo ir dėl kokių nors priežasčių, pavyzdžiui, sumažinant bendrus matmenis ar energijos suvartojimą, negali būti montuojami ant plokštės.
Ir galiausiai gamintojas gamina jutiklius su skaitmenine išvestimi. Temperatūros kompensuojami jutikliai yra trijų temperatūros diapazonų:
- komercinis (5 ⁰C…50 ⁰C),
- pramoninė (-25 ⁰C…85 ⁰C),
- karinis (-40 ⁰C…125 ⁰C).
Apie įmonę: AllSensors specializuojasi slėgio jutiklių gamyboje, daugiausia dėmesio skiriant jutikliams žemas spaudimas medicinos ir pramonės reikmėms. Gaminio slėgio matavimo diapazonas nuo 0,01 iki 150 psi.
Norėdami komentuoti svetainės medžiagą ir gauti visišką prieigą prie mūsų forumo, jums reikia Registruotis . |
- Labai naudingas naujas produktas, atsižvelgiant į jutiklių modifikacijas su kompensavimu, pradinį kalibravimą ir skaitmeninę sąsają. Tik nesutinku, kad deklaruojama technologija gali būti laikoma proveržiu. Pagrindinė priežastis, dėl kurios puslaidininkiniuose deformacijų matuokliuose yra „didelis sudėtingos struktūros kristalas“, yra poreikis gamybos etape kompensuoti temperatūrinių temperatūrų ir tamprumo savybių netiesiškumą. Be to, veikiant deformacijų ir temperatūrų diapazonui, šios charakteristikos labai skiriasi nuo pavyzdžio net ir stadijoje. p-n susidarymas perėjimai. Taigi plokščioje jutiklio struktūroje susidarė sudėtingi raštai. Turiu kelis buitinius C50 korpuso įtempimo matuoklius su ir be strypo (poslinkio jutikliai ir slėgio jutikliai). Kiek žinau, jie naudojami atominėse elektrinėse ir kitose svarbiose automatizuotose valdymo sistemose, galbūt kariuomenėje. Vietoj klasikinių puslaidininkių difuzijos deformacijų matuoklių naudojama „silicio ant safyro“ technologija (galiu klysti, gali būti naudojamas kitas dielektrikas). Viduje yra meno kūrinys (kas supranta)! Būdingi jutiklio plokštės „kristalo“ matmenys yra apie 5 * 5 mm, o tokio pagrindo storis yra 0,05–0,1 mm. Permatomos plokštelės „viduje“ yra visas „miestas“ iš mikrometro storio silicio plėvelės, išaugintos ant paviršiaus. Apskritai tai yra dailiai pagamintas papuošalas, kurį galima ilgai apžiūrėti pro padidinamąjį stiklą. Keturi kaiščiai yra prilituoti prie korpuso auksine viela. Maitinamas iš srovės. Metrologinės charakteristikos yra labai aukštos. Bet kokiu atveju mums įdomiausias signalo ir triukšmo santykis, tenkantis vienam strypo judesiui mikrometrui, yra 10 kartų geresnis nei indikatoriai, gaunami ant stovo su įprastais tempimo matuokliais ir alternatyviais jutikliais ant magnetiškai jautrių mikroschemų. Deja, fotoaparato po ranka neturiu didelės raiškos fotografuoti patį monokristalą. Išoriškai jie atrodo taip http://icm-tec.com/index3_14.htm (antra lentelės eilutė iš apačios). Safyro jutikliai, panašūs į užpildymą, yra plačiai naudojami šiluminės energetikos inžinerijoje. Tačiau tai yra beveik 30 metų senumo pokyčiai, tikriausiai su begalinėmis miniatiūrizavimo perspektyvomis (nežinau problemos padėties). Esu įsitikinęs, kad visada galima rasti OEM komponentų, kurių tikslumo klasė būtų pakankamai aukšta konkrečiam pritaikymui. Galų gale, technologijos kaip tokios „revoliucinės prigimties“ klausimas visada yra išlaidų klausimas. Šia prasme būtų naudinga palyginti įvairių įtempio matuoklio keitiklių gamintojų sprendimus tam tikroje tikslumo klasėje. Bet tokių turgaus „griežinėlių“ nemačiau.
| žinios |
Jutiklis– struktūriškai užbaigtas elementas, sudarytas iš jautraus elemento ir matavimo keitiklių (MT). Įvedus unifikuotus signalus, jutiklių su vieningu išėjimo signalu gamyba pateko į prietaisų inžinerijos praktiką. Šiuo atveju jutiklis vadinamas pirminiu matavimo keitikliu ir normalizuojančiu keitikliu, sujungtu viename bloke. MT naudojami natūralaus jautraus elemento (pirminio keitiklio) signalui konvertuoti į formą, patogią perduoti ar apdoroti. Šiuolaikiniuose jutikliuose yra mazgų, kurie atlieka linearizaciją, korekciją ir kitą signalų apdorojimą. Jutiklio blokinės schemos pavyzdys parodytas 10 pav.
10 pav. Jutiklio blokinė schema
Pagrindinės jutiklio charakteristikos: įvesties parametras, išėjimo signalas, statinė charakteristika, dinaminė charakteristika ir paklaidos, projektinės charakteristikos.
3.2.1. Jutiklio statinė charakteristika
Jutiklio statinė charakteristika(įveskite išėjimą ) atspindi funkcinę išėjimo signalo priklausomybę nuo įvesties parametro pastovioje būsenoje. Nurodoma statinė charakteristika: analitiškai, grafiškai, lentelėse. Ryžiai. vienuolika.
11 pav. Statinės jutiklių charakteristikos:
a) tiesinis negrįžtamasis, b) tikrasis netiesinis, c) grįžtamasis, d) isteretinis.
Ši charakteristika naudojama nustatyti tokius jutiklio parametrus kaip jautrumas (konversijos koeficientas), jautrumo/raiškos slenkstis, tiesiškumas, dreifo reikšmė; darbinis/dinaminis diapazonas, histerezės parametrai ir tt Kai kurių tipų jutikliams (GSP termoporoms) nustatomos nominalios statinės charakteristikos (NSC) ir tikslumo klasės nustatomos pagal nukrypimų nuo NSCH procentą.
1) Konversijos koeficientas arba perdavimo koeficientas yra elemento Y k išvesties vertės santykis su įvesties reikšme Xk arba išvesties vertės prieaugio (=Y 2 -Y1, dy) ir įvesties vertės prieaugio santykis (=X 2 -X1, dx):
Statinis perskaičiavimo koeficientas (k, k’).
Dinaminio perskaičiavimo koeficiento K d reikšmė priklauso nuo darbo taško pasirinkimo.(10 pav. b) taškas A).
2) Jautrumo slenkstis vadinama minimalia reikšme prie elemento įvesties, dėl kurios pasikeičia išvesties vertė. Įvesties reikšmei X pasikeitus iš 0 į slenkstį, išėjimo reikšmė Y nesikeičia ir lygi 0. pav. 10 a), b).
3) Tiesiškumas. Jutiklio statinės charakteristikos darbo zonoje (prie taško A) turi būti tiesinės, nuokrypis matuojamas %.
4) Driftingas Tai charakteristikų pasikeitimas, kai išorinės sąlygos keičiasi, palyginti su standartinėmis. Ryžiai. 10 a).
5) diapazonas matavimai – išmatuoto signalo verčių diapazonas, kuriam normalizuojamos išmatuotos paklaidos. Šią sritį riboja didžiausių ir mažiausių matavimo diapazono verčių matavimo ribos. D=Xkz..Xn, kur Xкз yra galutinė prietaiso skalės vertė, Xn- prietaisų jautrumo slenkstis. Matavimo diapazonas gali būti sudarytas iš kelių pogrupių. Dinamiškas diapazonas naudojamas, jei diapazonas yra labai didelis.
Dd=20*Žurnalas(X 2 /X 1)
6) Daugelio jutiklių charakteristikos turi histerezės: jutiklio signalas judant pirmyn ir atgal skiriasi, pagrindinis indikatorius histerezės kilpos plotis. Ryžiai. 10 g).
7) Relė – automatikos elementas, kuriame, įėjimo reikšmei X pasiekus tam tikrą reikšmę, išėjimo reikšmė staigiai pasikeičia. Priklausomybė Y= f(X) yra variantas histerezės ir turi kilpos formą. 11 pav.
Staigus Y pokytis momentu X = X 2 vadinamas dydis paleidimas. Staigus Y pokytis momentu X=X 1 vadinamas dydis paleisdamas. Vadinamas atleidimo reikšmės X 21 ir atsako reikšmės X 2 santykis koeficientas grąžinti Paprastai X 2 > X 1, taigi K in = X 1 / X 2< 1.
3.2.2. Dinaminis jutiklio atsakas
Dinaminis atsakas jutiklis nustato jutiklio elgesį pereinamaisiais režimais. Dinaminės charakteristikos nustato jutiklio išėjimo signalo priklausomybę nuo laike kintančių dydžių: įvesties signalo parametrų, išoriniai veiksniai, apkrovos. Atsižvelgiant į SI dinaminių savybių aprašymo išsamumą, skiriamos pilnosios ir dalinės dinaminės charakteristikos. Visos dinaminės charakteristikos apima trumpalaikį atsaką, impulsinį trumpalaikį atsaką, amplitudės-fazės atsaką, amplitudės-dažnio ir fazės-dažnio charakteristikų derinį ir perdavimo funkciją. Dalinė dinaminė charakteristika nevisiškai atspindi jutiklio dinamines savybes. Tokių charakteristikų pavyzdžiai yra jutiklio atsako laikas, slopinimo koeficientas, rezonansinio natūralaus kampinio dažnio reikšmė, amplitudės-dažnio atsako reikšmė rezonansiniame dažnyje, delsa, kilimo laikas, nusistojimo laikas, pirmasis maksimalus laikas, statinė klaida, dažnių juostos plotis, laikas pastovus.
Jutiklių ir matavimo keitiklių reakcijos laikas yra išėjimo signalo nustatymo laikas, nustatomas pagal staigų įvesties signalo pasikeitimą ir tam tikrą išėjimo signalo nustatymo klaidą. Dinaminės SI savybės lemia dinaminę paklaidą.
Ryžiai. 13. Jutiklio dinaminės charakteristikos
Paveikslėlyje parodytos charakteristikos:
vėlavimas - t;
kilimo laikas - t 2 - t 1 ;
pirmojo maksimumo laikas – T;
laikas perėjimo procesas- T 1;
pralaidumas – P.
3.2.3. Klaidos
Jutiklio veikimo metu išėjimo vertė y nukrypsta nuo reikiamos vertės dėl vidinių ar išorinių veiksnių (dėvėjimo, senėjimo, maitinimo įtampos, temperatūros svyravimų ir kt.). Charakteristikos nuokrypis vadinamas klaida . Klaidos: suskirstytos į pagrindines ir papildomas.
Pagrindinė klaida– didžiausias skirtumas tarp jutiklio išėjimo signalo ir jo vardinės vertės normaliomis darbo sąlygomis.
Papildomos klaidos– sukelia išorinių sąlygų pokyčiai normos atžvilgiu, normalizuojami pagrindinio veiksnio. Išreiškiamas sukeliančio veiksnio pokyčio procentais. Pavyzdžiui: 1% 5°C temperatūroje.
Pagrindinė klaida gali būti absoliuti, santykinė arba sumažinta.
A) Absoliuti klaida(klaida) yra skirtumas tarp tikrosios produkcijos kiekio vertės ir jo vardinės vertės – Y:
b) Santykinė klaida vadinamas absoliučios paklaidos ir išvesties kiekio Y nominalios (pageidaujamos) vertės santykiu (dažniausiai išreiškiamas procentais):
.
V) Duota klaida Vadinamas absoliučios paklaidos ir standartinės vertės santykis: keitikliams tai didžiausia išėjimo kiekio reikšmė, prietaisams – maksimali skalės vertė. Šios klaidos dydis lemia įrenginio tikslumo klasę 0,1; 0,5; 1.0 ir kt.
.
SI klaidos gali turėti sistemingų ir atsitiktinių komponentų. Atsitiktiniai komponentai lemia būsenų dviprasmiškumą. Todėl jie stengiasi, kad atsitiktiniai SI klaidos komponentai būtų nereikšmingi, palyginti su kitais komponentais.
Sisteminės matavimo paklaidos yra paklaidos komponentai, kurie išlieka pastovūs ir natūraliai kinta pakartotinai matuojant tą patį kiekį. Nuolatinės sisteminės klaidos yra skalės kalibravimo klaida, temperatūros klaida ir kt. Kintamos sisteminės klaidos apima klaidą, kurią sukelia maitinimo šaltinio nestabilumas. Sisteminės klaidos pašalinamos kalibruojant arba įvedant pataisymus (šališkumą).
Atsitiktinės matavimo paklaidos yra matavimo paklaidos komponentai, kurie atsitiktinai keičiasi pakartotinai matuojant tą patį kiekį. Atsitiktinės klaidos reikšmė ir ženklas negali būti nustatyti, nes atsitiktinės klaidos atsiranda dėl priežasčių, kurių poveikis kiekviename eksperimente nėra vienodas ir į juos negalima atsižvelgti.
Atsitiktinės paklaidos nustatomos kartojant to paties dydžio matavimus, todėl į jų įtaką matavimo rezultatui atsižvelgiama matematinės statistikos ir tikimybių teorijos metodais. Ryžiai. 14.
Ryžiai. 14. Sisteminiai ir atsitiktiniai klaidų komponentai
Jutikliai yra elektriniai įtaisai, skirti nuolatinį įvesties (valdomo) neelektrinio kiekio pokytį paversti išėjimo elektros kiekio pokyčiu. Įvesties dydžiai gali atspindėti pačius įvairiausius fizikinius reiškinius – tiesinį ar kampinį poslinkį, greitį, pagreitį, kietųjų, skystųjų ir dujinių kūnų temperatūrą, jėgą, slėgį ir kt. , EMF, įtampos kritimas, kintamosios srovės dažnis ir fazė.
Pagrindinė jutiklio savybė yra jautrumas S = Dtaip/DX, Kur DY,DX– produkcijos ir įvesties kiekių prieaugiai. Dažnai vartojama santykinio jautrumo sąvoka, kur Y,X- visiškai pakeisti produkcijos ir įvesties kiekius.
Jutikliai gali būti linijiniai (S = const) ir netiesiniai (S = var). Pastarųjų jautrumas priklauso nuo įvesties vertės. Svarbus jutiklio parametras yra jautrumo slenkstis, kuris yra mažiausia įvesties dydžio reikšmė, sukelianti išmatuojamo išėjimo kiekio pokytį.
Nominali jutiklio charakteristika yra išėjimo vertės priklausomybė nuo įvesties vertės. Ši charakteristika nurodyta jutiklio pase ir naudojama kaip apskaičiuota charakteristika atliekant matavimus. Eksperimentiškai išmatuotas įvesties ir išvesties ryšys nuo vardinio skiriasi paklaida.
Skiriamos absoliučios ir santykinės jutiklio įvesties paklaidos. Absoliuti klaida 
santykinė paklaida, kur X įvesties Nr.— jutiklio įvesties vertė, nustatoma pagal išėjimo vertę ir vardinę charakteristiką; X d— faktinė įvesto kiekio vertė.
Panašiai galima vertinti ir jutiklio išvesties klaidas.
Klaidai įtakos turi išorinės eksploatavimo sąlygos: temperatūra, magnetiniai ir elektriniai laukai, aplinkos drėgmė, maitinimo šaltinio įtampa ir dažnis, mechaninis ir radiacinis poveikis ir kt.
Jutiklio klaidos esant normalioms išorinių parametrų vertėms ( normali temperatūra, normalus atmosferos slėgis, vardinės įtampos ir maitinimo dažnio vertės ir kt.) vadinami baziniais.
Jei išorinių sąlygų parametrai viršija normalizuotas ribas, atsiranda papildomų klaidų. Norėdami sumažinti papildomų klaidų, sumažinkite jutiklio jautrumą iki išorinės sąlygos arba sumažinti jų įtakos laipsnį.
Be didelio jautrumo ir mažos paklaidos, jutikliai turi turėti reikiamą įvesties vertės pokyčio diapazoną, galimybę atitikti matavimo grandinę ir minimalų jutiklio grįžtamąjį ryšį apie įvesties vertę. Greitai keičiantis įvesties vertei, jutiklis turi būti mažos inercijos.
Esami jutikliai yra labai įvairūs savo veikimo principu, konstrukcija ir išdėstymu.
Jutiklius galima suskirstyti į dvi dideles grupes – parametrinius (pasyviuosius) ir regeneracinius (aktyvius).
Pirmieji apima varžinius, indukcinius, talpinius ir kontaktinius jutiklius.
Antrasis apima jutiklius, naudojančius sukeltos EML poveikį (elektromagnetinę indukciją), pjezoelektrinį efektą, Holo efektą, šiluminį EML, EML atsiradimą veikiant radioaktyviajai spinduliuotei ir kt. Žemiau apžvelgsime jutiklius, kurie iš esmės veikia ir dizaino, yra arti elektros prietaisų.
