Датчик丨Общая классификация и ее применение

В современный информационный век датчики уже проникли в самые разные сферы, такие как промышленное производство, освоение космоса, исследование океана, защита окружающей среды, исследование ресурсов, медицинская диагностика, биоинженерия и даже охрана культурных реликвий. Без преувеличения можно сказать, что от бескрайнего космоса, бескрайнего океана до различных сложных инженерных систем - практически каждый современный проект неотделим от различных датчиков. Сегодня давайте кратко рассмотрим датчики.

1. Определение датчика
Устройство или прибор, воспринимающий заданную измеряемую величину и преобразующий ее в полезный сигнал в соответствии с определенным правилом (математическим правилом функции), обычно это устройство, состоящее из чувствительного элемента и элемента преобразования, то есть датчик. Датчики преобразуют физические параметры (например: температуру, кровяное давление, влажность, скорость и т.д.) в сигналы, которые могут быть измерены электрическим способом. Мы можем начать с примера с температурой: ртуть в стеклянном термометре заставляет жидкость расширяться и сжиматься, преобразуя измеренную температуру в температуру, которую может прочитать наблюдатель на калиброванной стеклянной трубке.

Во-вторых, принцип выбора датчика

При выборе датчика необходимо учитывать определенные характеристики, а именно:

1. Точность - Точность датчика должна соответствовать требованиям к точности всей измерительной системы, и она не должна быть слишком высокой. Обычно, чем выше точность, тем дороже датчик.

2. Диапазон линейного типа - диапазон, в котором вход пропорционален выходу.

3. Среда измерения - Обычно есть требования к температуре/влажности.

4. Калибровка - необходима для большинства измерительных приборов, так как показания изменяются со временем.

5. Стабильность - после использования датчика в течение определенного периода времени его способность сохранять прежние характеристики называется стабильностью.

Третья, основная классификация датчиков

Датчики делятся на следующие стандарты:

1. Основная входная величина (измеряемый объект), также известная как использование, делится на чувствительные к давлению и силе датчики, датчики положения, датчики уровня жидкости, датчики потребления энергии, датчики скорости, датчики ускорения, датчики излучения, датчики тепловых датчиков и т.д.

2. Цель измерения (использование физических и химических эффектов)

Физические датчики изготавливаются с использованием характеристики, что определенные физические свойства измеряемого вещества существенно изменяются. Химические датчики изготавливаются из чувствительных элементов, которые могут преобразовывать химические величины, такие как состав и концентрация химических веществ, в электрические величины. Биосенсоры изготавливаются с использованием характеристик различных организмов или биологических веществ для обнаружения и идентификации химических компонентов в организмах.

3. Процесс производства

4. По принципу действия

Датчик вибрации, датчик влажности, магнитный датчик, газовый датчик, вакуумный датчик, биологический датчик и т.д.

5. Выходной сигнал

Аналоговый датчик: Преобразование измеряемой неэлектрической величины в аналоговый электрический сигнал.

Цифровой датчик: Преобразование измеренной неэлектрической величины в цифровой выходной сигнал (включая прямое и косвенное преобразование).

Псевдоцифровой датчик: Преобразование измеренной величины сигнала в частотный сигнал или короткопериодный выходной сигнал (включая прямое или косвенное преобразование).

Датчик-переключатель: Когда измеряемый сигнал достигает определенного порога, датчик выдает сигнал низкого или высокого уровня соответственно.

Четыре или пять широко используемых датчиков

Некоторые широко используемые датчики, их принципы и применение объясняются следующим образом:

(1), датчик температуры

Это устройство собирает информацию о температуре от источника и преобразует ее в форму, понятную другим устройствам или человеку. Лучшим примером датчика температуры является ртутный термометр в стекле, который расширяется и сжимается при изменении температуры. Внешняя температура является источником измерения температуры, наблюдатель смотрит на положение ртути, чтобы измерить температуру. Существует два основных типа датчиков температуры:

-Контактный датчик - этот тип датчика требует прямого физического контакта с измеряемым объектом или средой. Например, термометр.

-Неконтактный датчик - этот тип датчика не требует физического контакта с измеряемым объектом или средой. Они контролируют неотражающие твердые тела и жидкости, но бесполезны для газов из-за их естественной прозрачности. Эти датчики измеряют температуру, используя закон Планка. В этом законе для измерения температуры используется тепло, излучаемое источником тепла.

Принципы работы и примеры различных типов датчиков температуры

(i) Термопары - они состоят из двух проводов (каждый из однородного сплава или металла), соединенных на одном конце и образующих измерительный переход, который открыт для тестируемого элемента. Другой конец провода подключается к измерительному устройству, где он образует эталонный спай. Поскольку эти два спая имеют разную температуру, ток протекает через цепь, и результирующие милливольты измеряются для определения температуры спая.

(ii) Температурные детекторы сопротивления (ТДС) - это терморезисторы, которые изготавливаются так, чтобы изменять сопротивление при изменении температуры, и они дороже любого другого устройства для измерения температуры.

(iii) термисторы - это другой тип резисторов, в которых большие изменения сопротивления прямо пропорциональны малым изменениям температуры.

(2), инфракрасный датчик

Устройство испускает или обнаруживает инфракрасное излучение, чтобы почувствовать определенные фазы в окружающей среде. В целом, тепловое излучение испускается всеми объектами в инфракрасном спектре, и инфракрасные датчики обнаруживают это излучение, которое невидимо для человеческого глаза.

(3), ультрафиолетовый датчик

Эти датчики измеряют интенсивность или мощность входящего ультрафиолетового излучения. Это электромагнитное излучение имеет большую длину волны, чем рентгеновские лучи, но все же короче, чем видимый свет. Активный материал, известный как поликристаллический алмаз, используется для надежного ультрафиолетового зондирования, которое определяет воздействие ультрафиолетового излучения на окружающую среду.

(4), сенсорный датчик

Сенсорный датчик действует как переменный резистор в зависимости от места прикосновения. Сенсорный датчик состоит из полностью проводящего вещества, такого как медь, изолирующего прокладочного материала, такого как пена или пластик, и частично проводящего материала.

(5), датчик приближения

Датчики приближения определяют наличие объектов, практически не имеющих точек соприкосновения. Благодаря отсутствию контакта между датчиком и измеряемым объектом и отсутствию механических частей, эти датчики имеют длительный срок службы и высокую надежность. Различными типами датчиков приближения являются индуктивные датчики приближения, емкостные датчики приближения, ультразвуковые датчики приближения, фотоэлектрические датчики, датчики на эффекте Холла и т.д.

5. Передовые сенсорные технологии

Сенсорная технология имеет широкий спектр применения в производстве. Передовые технологии заключаются в следующем:

1. Идентификация по штрих-коду - продукты, продаваемые на рынке, имеют универсальный код продукта (UPC), который представляет собой 12-значный код. Пять из цифр представляют производителя, а остальные пять - продукт. Первые шесть цифр кодируются в виде светлых и темных полос. Первая цифра указывает на тип системы счисления, а вторая, четность, - на точность считывания. Остальные шесть цифр показаны темными линиями и темными полосами, в обратном порядке по отношению к первым шести цифрам. Штрихкод показан на изображении ниже.

Устройство для считывания штрих-кодов может работать с различными стандартами штрих-кодов, даже не зная стандартных кодов. Недостатком штрих-кодов является то, что если штрих-код покрыт жиром или грязью, он не может быть считан сканером штрих-кодов.

Во-вторых, транспондеры - в автомобильном секторе во многих случаях используются радиочастотные устройства. Транспондер спрятан внутри пластиковой головки ключа, невидимый ни для кого. Вставьте ключ в цилиндр замка зажигания. Когда вы поворачиваете ключ, компьютер посылает радиосигнал на трансивер. Компьютер не даст двигателю завестись, пока транспондер не ответит на сигнал. Эти транспондеры питаются от радиосигналов.

3. Электромагнитная идентификация изготовленных деталей - это похоже на технологию штрих-кода, когда данные могут быть закодированы на магнитной полосе. При использовании технологии магнитной полосы данные могут быть считаны, даже если код скрыт в жире или грязи.

Четвертая, поверхностная акустическая волна - этот процесс похож на радиочастотную идентификацию. Здесь идентификация деталей происходит с помощью сигнала радарного типа и передается на большие расстояния по сравнению с радиочастотными системами.

5. Оптическое распознавание символов - это технология автоматического распознавания, которая использует буквенно-цифровые символы в качестве источника информации. В США центры обработки почты используют оптическое распознавание символов. Они также используются в системах технического зрения и системах распознавания речи.