Датчик как называется: Классификация датчиков и их назначение

Содержание

Классификация датчиков и их назначение

Датчики представляют собой сложные устройства, которые часто используются для обнаружения и реагирования на электрические или оптические сигналы. Устройство преобразует физический параметр (температура, кровяное давление, влажность, скорость) в сигнал, который может быть измерен прибором.

Классификация датчиков при этом может быть различной. Есть несколько основных параметров распределения измерительных устройств, о которых речь пойдет дальше. В основном такое разделение связано с действием различных сил.

Это просто объяснить на примере измерения температуры. Ртуть в стеклянном термометре расширяется и сжимает жидкость, чтобы преобразовать измеренную температуру, которая может быть считана наблюдателем с калиброванной стеклянной трубки.

Критерии выбора

Существуют определенные особенности, которые необходимо учитывать при классификации датчика. Они указаны ниже:

  1. Точность.
  2. Условия окружающей среды — обычно датчики имеют ограничения по температуре, влажности.
  3. Диапазон — предел измерения датчика.
  4. Калибровка — необходима для большинства измерительных приборов, так как показания меняются со временем.
  5. Стоимость.
  6. Повторяемость — изменяемые показания многократно измеряются в одной и той же среде.

Распределение по категориям

Классификации датчиков подразделяются на следующие категории:

  1. Первичное входное количество параметров.
  2. Принципы трансдукции (использование физических и химических эффектов).
  3. Материал и технология.
  4. Назначение.

Принцип трансдукции является фундаментальным критерием, которому следуют для эффективного сбора информации. Обычно материально-технические критерии выбираются группой разработки.

Классификация датчиков на основе свойств распределяется следующим образом:

  1. Температура: термисторы, термопары, термометры сопротивления, микросхемы.
  2. Давление: оптоволоконные, вакуумные, эластичные манометры на жидкой основе, LVDT, электронные.
  3. Поток: электромагнитные, перепад давления, позиционное смещение, тепловая масса.
  4. Датчики уровня: перепад давления, ультразвуковая радиочастота, радар, тепловое смещение.
  5. Близость и смещение: LVDT, фотоэлектрический, емкостный, магнитный, ультразвуковой.
  6. Биосенсоры: резонансное зеркало, электрохимический, поверхностный плазмонный резонанс, светоадресуемый потенциометрический.
  7. Изображение: устройства с зарядовой связью, CMOS.
  8. Газ и химия: полупроводник, инфракрасный, проводимость, электрохимический.
  9. Ускорение: гироскопы, акселерометры.
  10. Другие: датчик влажности, датчик скорости, масса, датчик наклона, сила, вязкость.

Это большая группа, состоящая из подразделов. Примечательно, что с открытием новых технологий разделы постоянно пополняются.

Назначение классификации датчиков, основанное на направлении использования:

  1. Контроль, измерение и автоматизация производственного процесса.
  2. Непромышленное использование: авиация, медицинские изделия, автомобили, бытовая электроника.

Датчики могут быть классифицированы в зависимости от требований к питанию:

  1. Активный датчик — приборы, которые требуют питания. Например, LiDAR (обнаружение света и дальномер), фотопроводящая ячейка.
  2. Пассивный датчик — датчики, которые не требуют питания. Например, радиометры, пленочная фотография.

В эти два раздела входят все известные науке приборы.

В текущих применениях назначение классификации датчиков можно распределить по группам следующим образом:

  1. Акселерометры — основаны на технологии микроэлектромеханического сенсора. Они используются для мониторинга пациентов, которые включают кардиостимуляторы. и динамических систем автомобиля.
  2. Биосенсоры — основаны на электрохимической технологии. Применяются для тестирования продуктов питания, медицинских устройств, воды и обнаружения опасных биологических патогенов.
  3. Датчики изображения — основаны на технологии CMOS. Они используются в бытовой электронике, биометрии, наблюдении за дорожным движением и безопасностью, а также на компьютерных изображениях.
  4. Детекторы движения — основаны на инфракрасной, ультразвуковой и микроволновой/ радиолокационной технологиях. Задействуются в видеоиграх и симуляторах, световой активации и обнаружении безопасности.

Типы датчиков

Есть и основная группа. Она разделена на шесть основных направлений:

  1. Температура.
  2. Инфракрасное излучение.
  3. Ультрафиолет.
  4. Сенсор.
  5. Приближение, движение.
  6. Ультразвук.

В каждую группу могут входить подразделы, если технология даже частично используется в составе конкретного устройства.

1. Датчики температуры

Это одна из основных групп. Классификация датчиков температуры объединяет все устройства, имеющие способность проводить оценку параметров исходя из нагрева или остывания конкретного типа вещества либо материала.

Это устройство собирает информацию о температуре от источника и преобразует ее в форму, понятную для другого оборудования или человека. Лучшая иллюстрация датчика температуры — ртуть в стеклянном термометре. Ртуть в стекле расширяется и сжимается в зависимости от изменений температуры. Наружная температура является исходным элементом для измерения показателя. Положение ртути наблюдает зритель, чтобы измерить параметр. Существует два основных типа датчиков температуры:

  1. Контактные датчики. Этот тип устройств требует прямого физического контакта с объектом или носителем. Они контролируют температуру твердых веществ, жидкостей и газов в широком диапазоне температур.
  2. Бесконтактные датчики. Этот тип датчиков не требует какого-либо физического контакта с измеряемым объектом или носителем. Они контролируют неотражающие твердые вещества и жидкости, но бесполезны для газов из-за их естественной прозрачности. Эти приборы используют закон Планка для измерения температуры. Этот закон касается тепла, излучаемого источником для измерения контрольного показателя.

Работа с различными устройствами

Принцип действия и классификация датчиков температуры разделяются и на использование технологии в других типах оборудования. Это могут быть приборные панели в автомобиле и специальные производственные установки в промышленном цеху.

  1. Термопара — модули изготовлены из двух проводов (каждый — из разных однородных сплавов или металлов), которые образуют измерительный переход путем соединения на одном конце. Этот измерительный узел открыт для изучаемых элементов. Другой конец провода заканчивается измерительным устройством, где формируется опорный переход. Ток протекает по цепи, так как температура двух соединений различна. Полученное милливольтное напряжение измеряется для определения температуры на стыке.
  2. Термодатчики сопротивления (RTD) — это типы терморезисторов, которые изготавливаются для измерения электрического сопротивления при изменении температуры. Они дороже, чем любые другие устройства для определения температуры.
  3. Термисторы. Они представляют собой другой тип термического резистора, в котором большое изменение сопротивления пропорционально небольшому изменению температуры.

2. ИК-датчик

Это устройство излучает или обнаруживает инфракрасное излучение для определения конкретной фазы в окружающей среде. Как правило, тепловое излучение испускается всеми объектами в инфракрасном спектре. Этот датчик обнаруживает тип источника, который не виден человеческим глазом.

Основная идея состоит в том, чтобы использовать инфракрасные светодиоды для передачи световых волн на объект. Другой ИК-диод того же типа должен использоваться для обнаружения отраженной волны от объекта.

Принцип действия

Классификация датчиков в системе автоматики в этом направлении распространена. Это связано с тем, что технология дает возможность задействовать дополнительные средства для оценки внешних параметров. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию инфракрасного света, на проводах возникает разность напряжений. Электрические свойства компонентов ИК-датчика можно использовать для измерения расстояния до объекта. Когда инфракрасный приемник подвергается воздействию света, разность потенциалов возникает через провода.

Где применяется:

  1. Термография: согласно закону об излучении объектов, можно наблюдать за окружающей средой с видимым освещением или без него, используя эту технологию.
  2. Нагревание: инфракрасное излучение можно использовать для приготовления и разогревания пищевых продуктов. Они могут убрать лед с крыльев самолета. Преобразователи популярны в промышленной области, такой как печать, формование пластмасс и сварка полимеров.
  3. Спектроскопия: этот метод используется для идентификации молекул путем анализа составляющих связей. Технология использует световое излучение для изучения органических соединений.
  4. Метеорология: измерить высоту облаков, рассчитать температуру земли и поверхности возможно, если метеорологические спутники оснащены сканирующими радиометрами.
  5. Фотобиомодуляция: используется для химиотерапии у онкологических больных. Дополнительно технология используется для лечения вируса герпеса.
  6. Климатология: мониторинг обмена энергией между атмосферой и землей.
  7. Связь: инфракрасный лазер обеспечивает свет для связи по оптоволокну. Эти излучения также используются для связи на короткие расстояния между мобильными и компьютерными периферийными устройствами.

3. УФ-датчик

Эти датчики измеряют интенсивность или мощность падающего ультрафиолетового излучения. Форма электромагнитного излучения имеет большую длину волны, чем рентгеновское излучение, но все же короче, чем видимое излучение.

Активный материал, известный как поликристаллический алмаз, используется для надежного измерения ультрафиолета. Приборы могут обнаруживать различное воздействие на окружающую среду.

Критерии выбора устройства:

  1. Диапазоны длин волн в нанометрах (нм), которые могут быть обнаружены ультрафиолетовыми датчиками.
  2. Рабочая температура.
  3. Точность.
  4. Вес.
  5. Диапазон мощности.

Принцип действия

Ультрафиолетовый датчик принимает один тип энергетического сигнала и передает другой тип сигналов. Для наблюдения и записи этих выходных потоков они направляются на электрический счетчик. Для создания графиков и отчетов показатели передаются на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а затем на компьютер с программным обеспечением.

Используется в следующих приборах:

  1. Ультрафиолетовые фототрубки — это чувствительные к излучению датчики, контролирующие обработку воздуха в ультрафиолете, обработку воды в ультрафиолете и облучение солнцем.
  2. Датчики света — измеряют интенсивность падающего луча.
  3. Датчики ультрафиолетового спектра — представляют собой устройства с зарядовой связью (ПЗС), используемые в лабораторных снимках.
  4. Детекторы ультрафиолетового света.
  5. Бактерицидные УФ-детекторы.
  6. Датчики фотостабильности.

4. Сенсорный датчик

Это еще одна большая группа устройств. Классификация датчиков давления применяется для проведения оценки внешних параметров, отвечающих за появление дополнительных характеристик при действии определенного объекта либо вещества.

Датчик касания действует как переменный резистор в соответствии с местом, где он подключается.

Сенсорный датчик состоит из:

  1. Полностью проводящее вещество, такое как медь.
  2. Изолированный промежуточный материал, такой как пена или пластик.
  3. Частично проводящий материал.

При этом строгого разделения нет. Классификация датчиков давления устанавливается посредством выбора конкретного сенсора, который и оценивает появляющееся напряжение внутри либо снаружи изучаемого объекта.

Принцип действия

Частично проводящий материал противодействует течению тока. Принципом линейного датчика положения является то, что поток тока считается более противоположным, когда длина материала, по которому должен пройти ток, больше. В результате сопротивление материала изменяется путем изменения положения, в котором он вступает в контакт с полностью проводящим объектом.

Классификация датчиков автоматики строится полностью на описанном принципе. Здесь же задействуют дополнительные ресурсы в виде специально разработанного ПО. Как правило, программное обеспечение связано с сенсорными датчиками. Устройства могут запомнить «последнее прикосновение», когда датчик отключен. Они могут зарегистрировать «первое прикосновение», как только датчик активируется, и понять все значения, связанные с ним. Это действие аналогично перемещению компьютерной мыши на другой конец коврика, чтобы переместить курсор в дальнюю сторону экрана.

5. Датчик приближения

Все чаще в современных транспортных средствах используют эту технологию. Классификация электрических датчиков с использованием световых и сенсорных модулей набирает популярность у автомобильных производителей.

Датчик приближения обнаруживает наличие объектов, которые находятся почти без каких-либо точек соприкосновения. Поскольку нет контакта между модулями и воспринимаемым объектом и отсутствуют механические детали, эти устройства имеют длительный срок службы и высокую надежность.

Различные типы датчиков приближения:

  1. Индуктивные датчики приближения.
  2. Емкостные датчики приближения.
  3. Ультразвуковые датчики приближения.
  4. Фотоэлектрические датчики.
  5. Датчики Холла.

Принцип действия

Датчик приближения излучает электромагнитное или электростатическое поле или пучок электромагнитного излучения (например, инфракрасного) и ожидает ответного сигнала или изменений в поле. Обнаруживаемый объект известен как цель регистрирующего модуля.

Классификация датчиков по принципу действия и назначению будет следующей:

  1. Индуктивные устройства: на входе имеется генератор, который изменяет сопротивление потерь на близость электропроводящей среды. Эти устройства предпочтительны для металлических объектов.
  2. Емкостные датчики приближения: они преобразуют изменение электростатической емкости между электродами обнаружения и заземлением. Это происходит при приближении к близлежащему объекту с изменением частоты колебаний. Для обнаружения близлежащего объекта частота колебаний преобразуется в напряжение постоянного тока, которое сравнивается с заданным пороговым значением. Эти приборы предпочтительны для пластиковых объектов.

Классификация измерительной аппаратуры и датчиков при этом не ограничивается представленным выше описанием и параметрами. С появлением новых образцов измерительных приборов общая группа увеличивается. Разные определения утверждены для различения датчиков и преобразователей. Датчики могут быть определены как элемент, который воспринимает энергию, чтобы произвести вариант в той же или другой форме энергии. Датчик преобразует измеряемую величину в желаемый выходной сигнал, используя принцип преобразования.

На основании полученных и созданных сигналов принцип можно разделить на следующие группы: электрические, механические, термические, химические, излучающие и магнитные.

6. Ультразвуковые датчики

Ультразвуковой датчик используется для обнаружения присутствия объекта. Это достигается за счет излучения ультразвуковых волн от головки устройства и последующего приема отраженного ультразвукового сигнала от соответствующего объекта. Это помогает в обнаружении положения, присутствия и движения объектов.

Поскольку ультразвуковые датчики полагаются на звук, а не на свет при обнаружении, они широко используются для измерения уровня воды, медицинских процедур сканирования и в автомобильной промышленности. Ультразвуковые волны могут обнаружить невидимые объекты, такие как прозрачные пленки, стеклянные бутылки, пластиковые бутылки и листовое стекло, с помощью своих отражающих датчиков.

Принцип действия

Классификация индуктивных датчиков строится на сфере их использования. Здесь важно учитывать физические и химические свойства объектов. Движение ультразвуковых волн различается в зависимости от формы и типа среды. Например, ультразвуковые волны движутся прямо в однородной среде и отражаются и передаются обратно на границу между различными средами. Человеческое тело в воздухе вызывает значительное отражение и может быть легко обнаружено.

В технологии используются следующие принципы:

  1. Мультиотражение. Многократное отражение имеет место, когда волны отражаются более одного раза между датчиком и объектом обнаружения.
  2. Предельная зона. Минимальное расстояние срабатывания и максимальное расстояние срабатывания можно регулировать. Это называется лимитной зоной.
  3. Зона обнаружения. Это интервал между поверхностью головки датчика и минимальным расстоянием обнаружения, полученным в результате регулировки расстояния сканирования.

Устройства, оборудованные этой технологией, позволяют проводить сканирование различных типов объектов. Ультразвуковые источники активно применяются при создании транспортных средств.

Датчик — Википедия

Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем[1].
Датчики, выполненные на основе электронной техники, называются электронными датчиками. Отдельно взятый датчик может быть предназначен для измерения (контроля) и преобразования одной физической величины или одновременно нескольких физических величин.

В состав датчика входят чувствительные и преобразовательные элементы. Основными характеристиками электронных датчиков являются чувствительность и погрешность.

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

Общие сведения

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

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

Определения датчика

Широко встречаются следующие определения:

  • чувствительный элемент, приемник, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя, возможно, и иной по природе, например — пневматический сигнал;
  • законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.[источник не указан 657 дней][2]
  • датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
  • датчик — конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик — это небольшое, обычно монолитное, устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др.
В третьем и четвёртом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а, следовательно, обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Применение датчиков

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

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

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

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

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

Классификация датчиков

По методу измерения

  • Активные (генераторные)
  • Пассивные (параметрические)

По измеряемому параметру

По принципу действия

По характеру выходного сигнала

  • Дискретные
  • Аналоговые
  • Цифровые
  • Импульсные

По среде передачи сигналов

  • Проводные
  • Беспроводные

По количеству входных величин

  • Одномерные
  • Многомерные

По технологии изготовления

  • Элементные
  • Интегральные

См. также

Примечания

  1. ↑ ГОСТ Р 51086-97. Датчики и преобразователи физических величин электронные
  2. ↑ РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения, раздел 6 Средства измерительной техники

Ссылки

  • Датчики: Справочное пособие / В.М. Шарапов, Е.С. Полищук, Н.Д. Кошевой, Г.Г. Ишанин, И.Г. Минаев, А.С. Совлуков. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с.
  • Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
  • Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
  • Capacitive Position/Displacement Overview
  • M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
  • C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
  • Sensors — Open access journal of MDPI
  • M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
  • SensEdu; how sensors work
  • Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
  • Wireless hydrogen sensor
  • Sensor circuits
  • Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
  • Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
  • Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
  • ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».

Датчик — это… Что такое Датчик?

Датчик, сенсор (от англ. sensor) — понятие систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. [1]

  • В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Общие сведения

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

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

Определения понятия датчик

Широко встречаются следующие определения:

  • чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
  • законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
  • датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
  • датчик – конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В третьем и четвертом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а следовательно обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.

Классификация датчиков

Классификация по виду выходных величин

  • Активные (генераторные)
  • Пассивные (параметрические)

Классификация по измеряемому параметру

  • Датчики давления
    • абсолютного давления
    • избыточного давления
    • разрежения
    • давления-разрежения
    • разности давления
    • гидростатического давления
  • Датчики расхода
  • Уровня
    • Поплавковые
    • Ёмкостные
    • Радарные
    • Ультразвуковые
  • Температуры
  • Датчик концентрации
    • Кондуктометры
  • Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений)
  • Перемещения
    • Абсолютный шифратор
    • Относительный шифратор
    • LVDT
  • Положения
  • Фотодатчики
  • Датчик углового положения
  • Датчик вибрации
    • Датчик Пьезоэлектрический
    • Датчик вихретоковый
  • Датчик механических величин
    • Датчик относительного расширения ротора
    • Датчик абсолютного расширения
  • Датчик дуговой защиты

Классификация по принципу действия

Классификация по характеру выходного сигнала

  • Дискретные
  • Аналоговые
  • Цифровые
  • Импульсные

Классификация по среде передачи сигналов

  • Проводные
  • Беспроводные

Классификация по количеству входных величин

  • Одномерные
  • Многомерные

Классификация по технологии изготовления

  • Элементные
  • Интегральные

См. также

Примечания

Ссылки

  • Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
  • Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
  • Capacitive Position/Displacement Overview
  • M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
  • C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
  • Sensors — Open access journal of MDPI
  • M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
  • SensEdu; how sensors work
  • Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
  • Wireless hydrogen sensor
  • Sensor circuits
  • Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
  • Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
  • Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
  • ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения . раздел 3 «Термины и определения».

Автомобильные датчики, какие виды существуют, их особенности

Совсем недавно в автомобиле можно было найти только три датчика, показывающих уровень давления и топлива, а также температуру охлаждающей жидкости. При этом они никак не влияли на работу двигателя и автомобильных систем в целом, а всего лишь сообщали водителю указанные параметры при помощи световых или других сигналов. После появления электронных блоков управления количество сенсоров, использующихся в машине, сильно увеличилось, как и выросла их значимость, поскольку именно на их показаниях основывается взаимодействие блока с силовым агрегатом. Для обеспечения безопасности и лучшей управляемости транспортного средства постоянно разрабатываются новые приборы, призванные сделать использование автомобиля еще комфортнее. В этой статье мы расскажем, какие автомобильные датчики существуют сегодня, а также поговорим об особенностях их эксплуатации.

Классификации устройств

Все существующие виды автомобильных датчиков, реле и переключателей принято разделять на несколько классов:

  • Первый – приборы, контролирующие работу тормозной системы и рулевого управления. К этому же классу относятся датчики, отвечающие за безопасность пассажиров.
  • Второй – устройство, контролирующее работу трансмиссии, а также датчики для отслеживания работы двигателя, колес и подвески.
  • Третий – приборы, отвечающие за защиту автомобиля от аварий и других внештатных ситуаций.

Также отдельно выделяется класс вспомогательного оборудования, к которому относятся, например, датчики парковки.

Достижения современной электроники позволяют сделать устройство более интеллектуальным и снять часть нагрузки с блока управления. Другими словами, прибор может сам определять, подать сигнал о каком-то аномальном поведении или нет. Кроме того, устройство может быть активным или пассивным. В активном датчике электрические импульсы возникают в процессе работы, а пассивный просто переводит другую внешнюю энергию в электрическую.

Датчики управления двигателем

К таковым относятся:

  • Устройство для контроля за уровнем кислорода и азота в топливе. К этому же классу относятся датчики, влияющие на соотношение в топливно-воздушной смеси.
  • Приборы, определяющие скорость вращения и положения различных валов и элементов в двигателе.
  • Датчики давления (масла, а также других жидкостей или газов). К этой же группе относятся устройство, измеряющее уровень вышеуказанных веществ.
  • Температурные датчики.
  • Прибор, отвечающий за работу топливной системы и следящий за возможными детонациями.

Сенсоры, анализирующие состояние газов

Автомобильный датчик кислорода (лямбда-зонд) находится в выпускном коллекторе и позволяет оптимально расходовать бензин или дизельное топливо. Аппарат определяет количество кислорода, оставшееся после сгорания, и регулирует количество воздуха в камере. Троение двигателя и повышенный расход топлива могут свидетельствовать о том, что устройство вышло из строя и воздух в камере сгорания разрежен (эффект вакуума), что нарушает работу силового агрегата. Датчик устанавливается в выпускном коллекторе возле рулевой рейки.

Лямбда-зонд

Лямбда-зонд

Аппарат, определяющий концентрацию оксида азота в нейтрализаторе. При его поломке наблюдается постоянное повторение регенерационных циклов. Устанавливается на поверхности дроссельного узла.

Сенсор, контролирующий уровень воздуха, всасывающегося силовым агрегатом (ДТВВ). Располагается рядом с воздушным фильтром и представляет собой две платиновые нити, нагревающиеся при помощи электротока. Одна из них находится в воздушном канале, поэтому, когда напор воздуха увеличивается, из-за охлаждения нити ее сопротивление изменяется. Блок управления (ЭБУ), анализируя разницу напряжений на обеих нитях, корректирует количество воздуха в соответствии с нормой. Со временем устройство загрязняется, из-за чего датчик начинает работать нестабильно.

ДТВВ

Датчик температуры всасываемого воздуха (ДТВВ)

Важно! Для очистки нити нельзя использовать какие-либо растворители, а также зубочистки, ватки и т.п. В этом случае следует обратиться в автосервис.

В турбомоторах может быть установлен сенсор абсолютного давления, представляющий собой два цилиндра, в одном из которых воздух откачан. Разница давлений между ними и является показаниями.

Датчик, измеряющий величину открытия клапана EGR. Позволяет снизить уровень токсичности выхлопных газов во время чрезмерного прогрева двигателя.

Альтиметр. Сообщает электронному блоку управления об атмосферном давлении. Это позволяет регулировать наддув и более грамотно производить рециркуляцию отработанных газов.

Сенсоры скорости

Это приборы, анализирующие скорость вращения коленчатого вала. Частично отвечают за подачу топлива и время появления искры в двигателе. Аппараты очень выносливы, поскольку представляет собой обычный магнит с намотанной на них проволокой. При выходе их из строя запустить силовой агрегат возможным не представляется, поскольку электронный блок управления не может вычислить скорость и положение коленчатого вала.

Если же завести мотор все-таки удалось, то он будет постоянно глохнуть и вести себя непредсказуемо на высоких оборотах. Устройство находится в нижнем блоке с цилиндрами.

Сенсор, контролирующий положение дроссельной заслонки. Его работа основывается на показаниях, считываемых с педали газа. Состоит из двух элементов – шаговый двигатель и датчик температуры охлаждающей жидкости. Чем сильнее давление на педаль газа и чем выше температура ОЖ, тем быстрее вращается коленчатый вал. Как и в предыдущем случае, проблемы с этим аппаратом приводят к перебоям в работе двигателя.

Автомобильный датчик Холла. Определяет угол поворота распредвала и отвечает за изменение положения поршней в цилиндрах. При нарушениях в его работе блок управления не может точно вычислить время подачи топлива и искры.

Датчик Холла

Датчик Холла

Датчик скорости автомобиля (ДСА). Устанавливается рядом с коробкой передач и сообщает любые изменения в скорости машины. Аппарат не отличается особой надежностью.

Датчик фаз распредвала. Аппарат монтируется только на двигателе с шестнадцатью цилиндрами и определяет очередность работы каждого из них. Нарушения в работе прибора приводит к включению попарно-параллельного режима подачи топлива, что автоматически сказывается на его расходе. Установка его производится в верхней части блока с цилиндрами.

Регулятор холостого хода. Датчик необходим для стабилизации подачи топливно-воздушной смеси в двигатель, а также для выравнивания оборотов последнего при работе на холостом ходу. При закрытой дроссельной заслонке аппарат увеличивает или уменьшает поток воздуха, поступающий через дополнительный канал. РХХ позволяет поддерживать оптимальные обороты двигателя для его нормального прогрева. Неисправность прибора выражается в нестабильной работе силового агрегата на холостом ходу. Регулятор устанавливается на корпусе дроссельной заслонки и закрепляется четырьмя винтами. К сожалению, на некоторых автомобилях демонтаж этого датчика затруднен тем, что головки крепежных винтов рассверлены и посажены на лак. Необходимо отметить, что такие приборы редко подсоединяются к системе диагностики автомобиля, поэтому лампа «Check engine» не загорается. Проверка работоспособности устройства основывается только на проявляющихся симптомах. Однако вы можете проверить двигатель при помощи вакуумметра, чтобы обнаружить виновника торжества.

Регулятор холостого хода

Регулятор холостого хода

Сенсоры, показывающие уровень и давление жидкостей

Датчик уровня топлива (ДУТ) в общем случае представляет собой обычный поплавок, подсоединенный к реостату. При снижении уровня топлива до определенного значения происходит замыкание контактов, сопровождающееся световым сигналом на приборной панели. По такому же принципу работает датчик уровня тормозной жидкости, устанавливающийся рядом с антиблокировочной системой.

Датчик уровня топлива

Датчик уровня топлива

Датчик давления масла. Представляет собой камеру, разделенную на две части небольшой мембраной. При движении масла эта мембрана прогибается, передвигая потенциометр, что приводит к изменению сопротивления реостата, вмонтированного в устройство. Эти изменения и отслеживаются ЭБУ. Так же работает и датчик давления топлива, монтирующийся в бензонасосе.

Датчик давления масла

Датчик давления масла

Устройство, определяющее расход топлива. Обычно устанавливается на служебных автомобилях для того, чтобы исключить слив бензина недобросовестными водителями.

Термо-сенсоры

К таковым относятся:

  • Датчик температуры воздуха в автомобиле. Устанавливается на торпеде и показывает температуру в салоне.
  • Сенсор, сообщающий температуру окружающей среды. Устанавливается рядом с решеткой радиатора.
  • Датчик температуры охлаждающей жидкости (антифриза), отвечающий за включение и отключение вентиляторов, а также выводящий показания на соответствующий дисплей. Находится между термостатом и головкой блока с цилиндрами. Основные неисправности – обрыв питающего провода или нарушение контактного соединения внутри устройства.
  • Датчик температуры двигателя, сообщающий ЭБУ о критическом ее превышении. Является дополнительной мерой безопасности.
  • Термо-сенсор, установленный в цоколе масляного фильтра. Следит за состоянием масла для повышения эксплуатационных характеристик двигателя.

Любой тип термодатчика работает по одному принципу – при изменениях температуры меняется и сопротивление между клеммами, что и отражается в показаниях прибора. Некоторые из этих сенсоров никак не влияют на двигатель, тогда как другие, например, датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ), очень важны. Без их работы характеристики мотора сильно снижаются, а в некоторых случаях силовой агрегат может даже выйти из строя.

Такие устройства используются и в других системах автомобиля, например, для термоконтроля за уровнем масла в коробке, или в кондиционере для поддержания оптимальной температуры.

Детонационный сенсор

Это устройство отслеживает все детонационные процессы, происходящие в двигателе. Оно необходимо для равномерной отработки топлива. Система похожа на звукосниматель в виниловом проигрывателе и отслеживает все звуки определенной частоты. В результате ЭБУ «слышит», что происходит с мотором. Как только сенсор определяет небольшую детонацию, вызванную неравномерностью между циклами зажигания и впрыска топлива, электронный блок управления тут же корректирует время между ними. При выходе датчика из строя – повышается расход топлива, двигатель начинает вести себя непредсказуемо (глохнуть, резко изменять обороты, троить).

Датчик детонации двигателя

Датчик детонации двигателя

Дополнительные сенсоры для обеспечения безопасности

Разновидности этого оборудования:

  • Устройство, замеряющее давление в шинах. Как правило, такими сенсорами комплектуются одни из самых дорогих покрышек. Датчик позволяет повысить безопасность движения, поскольку отслеживает изменения давления в шинах автомобиля и сообщает о них водителю при помощи световых или звуковых сигналов.
  • АБС (антиблокировочная система). Отслеживает скорость вращения колес и не дает их полностью блокировать во время торможения, чтобы не допустить занос транспортного средства. Система может быть активной или пассивной. Первый вариант предпочтительнее, поскольку такое устройство может контролироваться бортовым компьютером, что повышает его эффективность. Однако следует отметить, что работа активных автомобильных датчиков требует питания от АКБ или от генератора.
  • Сенсоры, определяющие количество пассажиров в салоне. Анализироваться может либо давление на сидение, либо количество пристегнутых ремней безопасности. Как правило, эта информация используется при вызове экстренных служб специальными системами, например, Эра Глонасс.
  • Датчик удара автомобиля. Устройства реагируют на переворот машины, а также на различные столкновения. Как и сенсоры для определения количество пассажиров, такие устройства используются для вызова экстренных служб.
  • Датчик света. Состоит из фотосенсора, реагирующего на изменение освещенности. При наступлении сумерек датчик света автоматически включит габаритные огни. При помощи выключателей, устройство можно отключить для сохранения заряда аккумулятора. Кроме того, имеется возможность включить фары напрямую без использования сенсора, поскольку последний реагирует только ночью, а ПДД подразумевают использование фар и в дневное время суток. Тем не менее, при всех своих достоинствах, датчик света обладает одним существенным минусом – он может сработать тогда, когда вам это совсем не нужно.
  • Датчик дождя в автомобиле (ДДА). Состоит из двух устройств – фотоэлемент и сенсор влажности. При соблюдении определенных условий (когда фотоэлемент зафиксирует наличие капель дождя, а сенсор влажности это подтвердит) – дворники включатся автоматически. Причем интенсивность их работы будет определяться все тем же датчиком. Когда погода вновь станет ясной и необходимость в использовании дворников отпадет, они автоматически отключатся.
  • Датчики парковки. Представляют собой радар, показывающий расстояние до объектов, когда водитель начинает парковаться. Конструкция парковочного сенсора может включать не только сам радар, но и камеру заднего обзора.

Сенсоры автосигнализации

В случае установки автосигнализации на машину, система обогатится еще несколькими автомобильными датчиками, реле и переключателями.

Их виды:

  • Датчик наклона автомобиля. Контролирует положение кузова и включает сигнал тревоги, если машину начинают наклонять. Также сенсор реагирует на любое перемещение машины, например, производимое с помощью эвакуатора.
  • Датчик движения. Размещается в салоне и реагирует на все, что происходит внутри. Иногда может комплектоваться микрофоном для более точного слежения.
  • Контактные сенсоры. Устанавливаются на двери, а также на багажнике и капоте. Реагируют на любую попытку взлома.
  • Устройство, измеряющее уровень напряжения в сети. Подает сигнал тревоги в случаях, когда сила тока или напряжения падает. Позволяет отследить любые попытки подключения или отключения компонентов от аккумулятора.
  • Сенсор объема. Реагирует на открытие двери (если по каким-то причинам остальные датчики не сработали или были отключены), а также на любое изменение объема воздуха, возникающего, например, при разбивании стекла.

Заключение

Таким образом, становится понятно, насколько важны различные сенсоры для автомобилей. Без них работа двигателя и машины в целом была бы намного сложнее, а расход топлива, как и токсичность отработанных газов, сильно бы увеличился. Что касается автомобильной сигнализации и системы экстренного вызова, то их значимость вообще трудно недооценить. Эти устройства помогают и жизни спасти, и машину сохранить.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.


Поделиться новостью в соцсетях

10 главных датчиков в автомобиле

Современный автомобиль состоит из множества механических, электромеханических и электронных компонентов. Оптимальная работа двигателя должна обеспечиваться независимо от внешних условий. При изменении внешних факторов, работа узлов и компонентов должна адаптироваться под них. Датчики автомобиля служат своеобразным следящим устройством за работой автомобиля. Рассмотрим основные датчики:

Запишитесь в автосервис и получите квалифицированную помощь специалистов.

1. Датчик температуры в автомобиле — неисправности

Принцип работы датчика температуры охлаждающей жидкости основан на изменении входного сопротивления при изменении температуры диагностируемой среды.

Датчик температуры охлаждающей жидкости установлен на головке блока цилиндров. При неисправном датчике на панели приборов загорается лампочка перегрева ОЖ.

Исправность сенсора определяют по изменению сопротивления между его клеммами в зависимости от степени
нагрева.

2. Датчик коленчатого вала в автомобиле — основные проблемы

Этот электромагнитный датчик, который служит для измерения частоты вращения
коленчатого вала двигателя, основан на электромагнитном принципе Холла.

Где находится датчик коленвала?

Характерным
месторасположением датчика коленчатого вала является нижняя часть блока цилиндров.

Диагностируемым элементом служит специальный сигнальный диск коленчатого
вала двигателя.

Признаками неисправности датчика коленчатого вала являются: нестабильная работа двигателя на холостом ходу, глушение двигателя, возникновение детонации.  Для проверки исправности на снятый датчик подключают свою электропроводку и, включив зажигание, замеряют напряжение между массой двигателя и положительным контактом датчика. При кратковременном касании кончика датчика металлического предмета, вольтметр фиксирует напряжение в 5 вольт. При неисправном датчике напряжение не фиксируется. Читайте подробнее, также, про ремонт коленвала.

3. Датчик расхода воздуха в авто — на что влияет?

Принцип работы датчика расхода воздуха основан на измерении количества тепла, отданного потоку воздуха во впускном коллекторе двигателя. Нагревательный
элемент датчика установлен перед воздушным фильтром автомобиля. Изменение
скорости потока воздуха и, соответственно, его массовой доли, отражается на степени
изменения температуры нагревательной спирали MAF-сенсора.

«Троение» двигателя при работе и потеря мощности говорит о возможном выходе из строя датчика расхода воздуха.

4. Кислородный датчик, лямда-зонд — неисправность датчика

Кислородный датчик или лямда-зонд определяет количество кислорода в выпускном коллекторе,  оставшегося после сгорания топлива. Лямда-зонд входит в электронную систему управления двигателем, которая регулирует количество топлива, обеспечивая его полноту сгорания. Повышенный расход топлива характеризует возможную неисправность датчика.

5. Датчик дроссельной заслонки — признаки неисправности

Этот датчик представляет собой электромеханическое устройство, состоящего из чувствительного элемента и шагового двигателя.

Чувствительным элементом является
температурный датчик, а шаговый двигатель является исполнительным механизмом.
Это электромеханическое устройство изменяет положение дроссельной заслонки
относительно температуры охлаждающей жидкости. Таким образом, частота вращения
коленчатого вала двигателя зависит от степени нагрева ОЖ.

Характерным признаком неисправности этого датчика является отсутствие прогревочных оборотов и повышенный расход топлива.

6. Датчик давления масла — функции, выход из строя

На автомобилях японской марки устанавливается датчик давления масла мембранного
типа. Датчик состоит из двух полостей, разделенных гибкой мембраной. Масло
воздействует на мембрану с одной стороны, прогибаясь от давления. В измерительной
полости датчика мембрана соединена со штоком реостата.

В зависимости от давления моторного масла, мембрана прогибается больше или меньше, изменяя при этом общее сопротивление сенсора. Датчик давления масла расположен на блоке цилиндров двигателя.

Горящая лампочка давления масла на панели автомобиля может свидетельствовать о выходе из строя датчика.

7. Не работает датчик детонации в двигателе?

Датчик детонации двигателя измеряет угол опережения зажигания. При нормальной работе двигателя датчик находится в «холостом» режиме. При изменении процесса
сгорания в сторону взрывного характера сгорания топлива-детонации, датчик посылает сигнал электронной системе управления двигателем для изменения угла опережения
зажигания в сторону уменьшения.

Он расположен в районе воздушного фильтра на блоке цилиндров. Для проверки работоспособности датчика детонации, необходимо выполнить диагностику двигателя.

8. Датчик угла поворота распредвала — троит двигатель

Этот датчик находится на головке блока цилиндров и измеряет частоту вращения
распределительного вала двигателя, и на основе сигналов от датчика, блок управления определяет текущее положение поршней в цилиндрах.

Неравномерность работы двигателя и троение свидетельствует о некорректной работе датчика. Проверку производят при помощи омметра, измеряя сопротивление между клеммами сенсора.

9. Датчик АБС / ABS в автомобиле — проверяем работоспособность

Датчики АБС электромагнитного типа устанавливаются на колесах автомобиля и входят в антиблокировочную систему автомобиля.

Функцией датчика является измерение частоты вращения колеса. Объектом измерения датчика является сигнальный зубчатый диск, который установлен на ступице колеса. При неисправном датчике АБС, контрольная лампочка на панели управления не гаснет после запуска двигателя.

Технология определения работоспособности датчика заключается в измерении сопротивления между контактами датчика, при неисправности сопротивление равняется нулю.

10. Датчик уровня топлива в авто — как проверить работоспособность?

Датчик уровня топлива устанавливается в корпус бензонасоса и состоит из нескольких компонентов. Поплавок посредством длинной штанги воздействует на секторный реостат, который изменяет сопротивление датчика в зависимости от уровня топлива в баке автомобиля. Сигналы датчика поступают на стрелочный или электронный указатель на панели управления автомобиля. Проверка работоспособности датчика уровня топлива осуществляется омметром, которым измеряется сопротивление между контактами датчика.

Применение датчиков в промышленном оборудовании / Статьи и обзоры / Элек.ру

В промышленной электронике индуктивные, оптические и другие датчики применяются очень широко. Долго и постоянно имею с ними дело, так как работаю инженером-электронщиком на крупном предприятии. Статья будет обзорной, но есть и реальные примеры.

Датчики в промышленном оборудование

Типы датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик — это устройство, которое выдает определенный сигнал при наступлении какого-либо определенного события. Иначе говоря, датчик при определенном условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал. Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами.

Оптический датчик

Оптический датчик отслеживает перемещение
деталей по конвейеру

Датчиков великое множество. Перечислю лишь те разновидности, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия — датчик приближения, датчик положения, индукционный, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут «proximity sensor». Фактически это — датчик металла.

Оптические. Другие названия — фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются «датчик освещенности». Разновидность оптических датчиков — инфракрасные датчики движения, которые срабатывают на изменение температуры в зоне действия.

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления. Если этот датчик дискретный, то принцип работы очень прост. Давления воздуха или масла нет — датчик выдает сигнал на контроллер или рвет аварийную цепь. Может быть датчик для измерения давления с токовым выходом, ток которого пропорционален абсолютному давлению либо дифференциальному.

Пример работы концевых выключателей

Пример работы концевых выключателей — нижний датчик активирован

Концевые выключатели (электрический датчик). Это обычный пассивный выключатель, который срабатывает, когда на него надавливает объект (активатор).

Итак, мы выяснили, что воздействие (активация) может быть любым, а реакции может быть две — дискретный либо аналоговый сигнал. Поэтому, все датчики можно считать одинаковыми, различия могут быть только в способе активации (принципе действия) и схеме включения.

Для примера рассмотрим индуктивный датчик, поскольку он наиболее распространен.

Применение индуктивного датчика

Индуктивные датчики приближения применяются широко в промышленной автоматике, чтобы определить положение той или иной части механизма.

Сигнал с выхода датчика может поступать на вход контроллера, преобразователя частоты, реле, контактора или другого исполнительного устройства. Единственное условие — соответствие по току и напряжению.

Принцип работы индуктивного датчика

Индуктивный датчик является дискретным. Сигнал на его выходе появляется, когда в заданной зоне присутствует металл.

В основе работы датчика приближения лежит генератор с катушкой индуктивности. Отсюда и название. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, это поле резко меняется, что влияет на работу схемы.

Металлический активатор меняет резонансную частоту колебательного контура и схема, содержащая компаратор, выдает сигнал на ключевой транзистор или реле. Нет металла — нет сигнала.

Чем отличаются индуктивные датчики

Индуктивный датчик определяет положение рычага

Индуктивные датчики определяют, в левом
или в правом положении находится рычаг

Индуктивный датчик подсчета импульсов

Индуктивный датчик подсчета импульсов

Почти все, что сказано ниже, относится не только к индуктивным, но и к оптическим, емкостным и другим датчикам.

  1. Конструкция, вид корпуса.

    Тут два основных варианта — цилиндрический и прямоугольный. Другие корпуса применяются крайне редко. Материал корпуса — металл (различные сплавы) или пластик.

  2. Диаметр цилиндрического датчика.

    Основные размеры — 12 и 18 мм. Другие диаметры (4, 8, 22, 30 мм) применяются редко.

  3. Расстояние переключения (рабочий зазор).

    Это то расстояние до металлической пластины, на котором гарантируется надежное срабатывание датчика. Для миниатюрных датчиков это расстояние — до 2 мм, для датчиков диаметром 12 и 18 мм — до 4 и 8 мм, для крупногабаритных датчиков — до 20…30 мм.

  4. Количество проводов для подключения.

    2-х проводные. Датчик включается непосредственно в цепь нагрузки (например, катушка пускателя). Так же, как мы включаем дома свет. Удобны при монтаже, но капризны к нагрузке. Плохо работают и при большом, и при маленьком сопротивлении нагрузки. Нагрузку можно подключать в любой провод, для постоянного напряжения важно соблюдать полярность. Для датчиков, рассчитанных на работу с переменным напряжением — не играет роли ни подключение нагрузки, ни полярность. Главное — обеспечить рабочий ток.

    3-х проводные. Наиболее распространены. Есть два провода для питания, и один — для нагрузки. Подробнее расскажу ниже.

    4-х и 5-ти проводные. Такое возможно, если используется два выхода на нагрузку (например, PNP и NPN (транзисторные), или переключающие (реле). Пятый провод — выбор режима работы или состояния выхода.

  5. Виды выходов датчиков по полярности.

    У всех дискретных датчиков может быть только 3 вида выходов в зависимости от ключевого (выходного) элемента.

Релейный. Реле коммутирует в простейшем случае один из проводов питания, как это делается в бытовых датчиках движения или освещенности. Универсальный вариант с «сухим» контактом, когда выходные контакты реле не связаны с питанием датчика. При этом обеспечивается полная гальваническая развязка, что является основным достоинством такой схемы. То есть, независимо от напряжения питания датчика, можно включать/выключать нагрузку с любым напряжением.

Транзисторный PNP. На выходе — транзистор PNP, то есть коммутируется «плюсовой» провод. К «минусу» нагрузка подключена постоянно.

Транзисторный NPN. На выходе — транзистор NPN, то есть коммутируется «минусовой», или нулевой провод. К «плюсу» нагрузка подключена постоянно.

Пример оптического датчика с релейным выходом

Пример оптического датчика с релейным выходом

Можно четко усвоить разницу, понимая принцип действия и схемы включения транзисторов. Поможет такое правило: Куда подключен эмиттер, тот провод питания и коммутируется. Другой полюс подключен к нагрузке постоянно. Ниже будут даны схемы включения датчиков, на которых будет хорошо видно эти отличия.

  1. Виды датчиков по состоянию выхода.

    Какой бы ни был датчик, один из основных его параметров — электрическое состояние выхода в тот момент, когда датчик не активирован (на него не производится какое-либо воздействие).

    Выход в этот момент может быть включен (на нагрузку подается питание), либо выключен. Соответственно, говорят — нормально открытый (НО) контакт или нормально закрытый (нормально замкнутый, НЗ) контакт. В иностранном обозначении — NO и NC.

    То есть, главное, что надо знать про транзисторные выходы датчиков — то, что их может быть 4 разновидности, в зависимости от полярности выходного транзистора и от исходного состояния выхода: PNP NO, PNP NC, NPN NO, NPN NC.

  2. Положительная и отрицательная логика работы.

    Это понятие относится скорее к исполнительным устройствам, которые подключаются к датчикам (контроллеры, реле). Отрицательная или положительная логика относится к уровню напряжения, который активизирует вход.

Отрицательная логика: вход контроллера активизируется (логическая «1») при подключении к НУЛЮ. Клемму S/S контроллера (общий провод для дискретных входов) при этом необходимо соединить с +24 В. Отрицательная логика используется для датчиков типа NPN.

Положительная логика: вход активизируется при подключении к +24 В. Клемму контроллера S/S необходимо соединить с нулем. Используйте положительную логику для датчиков типа PNP. Положительная логика применяется чаще всего.

В следующей статье мы рассмотрим реальные индуктивные датчики и их схемы включения.

Автор: Александр Ярошенко, автор блога «СамЭлектрик»

Датчик — Википедия. Что такое Датчик

Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем[1].
Датчики, выполненные на основе электронной техники, называются электронными датчиками. Отдельно взятый датчик может быть предназначен для измерения (контроля) и преобразования одной физической величины или одновременно нескольких физических величин.

В состав датчика входят чувствительные и преобразовательные элементы. Основными характеристиками электронных датчиков являются чувствительность и погрешность.

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

Общие сведения

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

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

Определения датчика

Широко встречаются следующие определения:

  • чувствительный элемент, приемник, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя, возможно, и иной по природе, например — пневматический сигнал;
  • законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.[источник не указан 647 дней][2]
  • датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.
  • датчик — конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Эти определения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик — это небольшое, обычно монолитное, устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др.
В третьем и четвёртом определении акцент делается на том, что датчик является конструктивно обособленной частью измерительной системы, воспринимающей информацию, а, следовательно, обладающий самодостаточностью для выполнения этой задачи и определенными метрологическими характеристиками.

Применение датчиков

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

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массового использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические.

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

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

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

Классификация датчиков

По методу измерения

  • Активные (генераторные)
  • Пассивные (параметрические)

По измеряемому параметру

По принципу действия

По характеру выходного сигнала

  • Дискретные
  • Аналоговые
  • Цифровые
  • Импульсные

По среде передачи сигналов

  • Проводные
  • Беспроводные

По количеству входных величин

  • Одномерные
  • Многомерные

По технологии изготовления

  • Элементные
  • Интегральные

См. также

Примечания

  1. ↑ ГОСТ Р 51086-97. Датчики и преобразователи физических величин электронные
  2. ↑ РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения, раздел 6 Средства измерительной техники

Ссылки

  • Датчики: Справочное пособие / В.М. Шарапов, Е.С. Полищук, Н.Д. Кошевой, Г.Г. Ишанин, И.Г. Минаев, А.С. Совлуков. — Москва: Техносфера, 2012. — 624 с.
  • Г. Виглеб. Датчики. Устройство и применение. Москва. Издательство «Мир», 1989
  • Capacitive Position/Displacement Sensor Theory/Tutorial
  • Capacitive Position/Displacement Overview
  • M. Kretschmar and S. Welsby (2005), Capacitive and Inductive Displacement Sensors, in Sensor Technology Handbook, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
  • C. A. Grimes, E. C. Dickey, and M. V. Pishko (2006), Encyclopedia of Sensors (10-Volume Set), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
  • Sensors — Open access journal of MDPI
  • M. Pohanka, O. Pavlis, and P. Skladal. Rapid Characterization of Monoclonal Antibodies using the Piezoelectric Immunosensor. Sensors 2007, 7, 341—353
  • SensEdu; how sensors work
  • Clifford K. Ho, Alex Robinson, David R. Miller and Mary J. Davis. Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring. Sensors 2005, 5, 4-37
  • Wireless hydrogen sensor
  • Sensor circuits
  • Современные датчики. Справочник. ДЖ. ФРАЙДЕН Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера-2005
  • Датчики. Перспективные направления развития. Алейников А. Ф., Гридчин В. А., Цапенко М. П. Изд-во НГТУ — 2001.
  • Датчики в современных измерениях. Котюк А. Ф. Москва. Радио и связь — 2006
  • ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. раздел 3 «Термины и определения».

Что такое датчик? Различные типы датчиков, приложения

Мы живем в мире датчиков. Вы можете найти различные типы датчиков в наших домах, офисах, автомобилях и т. Д., Которые облегчают нашу жизнь, включая свет, обнаруживая наше присутствие, регулируя температуру в помещении, обнаруживая дым или огонь, готовя нам вкусный кофе, открывая двери гаража как только наша машина у дверей и много других задач.

Все эти и многие другие задачи автоматизации возможны благодаря датчикам.Прежде чем перейти к деталям того, что такое датчик, каковы различные типы датчиков и области применения этих различных типов датчиков, мы сначала рассмотрим простой пример автоматизированной системы, которая возможна благодаря датчикам ( а также многие другие компоненты).

Применение датчиков в реальном времени

Пример, о котором мы говорим, — это система автопилота в самолетах. Почти все гражданские и военные самолеты имеют функцию автоматического управления полетом или иногда называются автопилотом.

Types of Sensors Image 1

Система автоматического управления полетом состоит из нескольких датчиков для различных задач, таких как контроль скорости, высоты, положения, дверей, препятствий, топлива, маневрирования и многого другого. Компьютер берет данные со всех этих датчиков и обрабатывает их, сравнивая с заранее заданными значениями.

Затем компьютер передает управляющий сигнал различным частям, таким как двигатели, закрылки, рули направления и т. Д., Что способствует плавному полету. Комбинация датчиков, компьютеров и механики позволяет управлять самолетом в режиме автопилота.

Все параметры, то есть датчики (которые предоставляют входные данные для компьютеров), компьютеры (мозг системы) и механика (выходные данные системы, такие как двигатели и моторы), одинаково важны для построения успешной автоматизированной системы.

Но в этом руководстве мы сконцентрируемся на сенсорной части системы и рассмотрим различные концепции, связанные с сенсорами (например, типы, характеристики, классификация и т. Д.).

Что такое датчик?

Существует множество определений того, что такое датчик, но я хотел бы определить датчик как устройство ввода, которое обеспечивает выход (сигнал) по отношению к определенной физической величине (входу).

Термин «устройство ввода» в определении датчика означает, что он является частью более крупной системы, которая обеспечивает ввод в основную систему управления (например, процессор или микроконтроллер).

Еще одно уникальное определение датчика заключается в следующем: это устройство, которое преобразует сигналы из одной энергетической области в электрическую. Определение сенсора можно понять, если мы рассмотрим пример.

Types of Sensors Image 2

Простейшим примером датчика является LDR или светозависимый резистор.Это устройство, сопротивление которого зависит от интенсивности света, которому оно подвергается. Когда свет, падающий на LDR, больше, его сопротивление становится очень меньше, а когда света меньше, ну, сопротивление LDR становится очень высоким.

Мы можем подключить этот LDR к делителю напряжения (вместе с другим резистором) и проверить падение напряжения на LDR. Это напряжение можно откалибровать по количеству света, падающего на LDR. Следовательно, датчик освещенности.

Теперь, когда мы узнали, что такое датчик, мы продолжим классификацию датчиков.

Классификация датчиков

Существует несколько классификаций датчиков, составленных разными авторами и экспертами. Некоторые из них очень простые, а некоторые очень сложные. Следующая классификация датчиков может уже использоваться специалистом в данной области, но это очень простая классификация датчиков.

В первой классификации датчиков они делятся на активные и пассивные. Активные датчики — это датчики, которым требуется внешний сигнал возбуждения или сигнал мощности.

С другой стороны, пассивные датчики

не требуют внешнего сигнала питания и напрямую генерируют выходной сигнал.

Другой тип классификации основан на средствах обнаружения, используемых в датчике. Некоторые из средств обнаружения: электрические, биологические, химические, радиоактивные и т. Д.

Следующая классификация основана на явлении преобразования, то есть на входе и выходе. Некоторые из распространенных явлений преобразования: фотоэлектрические, термоэлектрические, электрохимические, электромагнитные, термооптические и т. Д.

Окончательная классификация датчиков — аналоговые и цифровые датчики. Аналоговые датчики выдают аналоговый выходной сигнал, т.е. непрерывный выходной сигнал в зависимости от измеряемой величины.

Цифровые датчики

, в отличие от аналоговых датчиков, работают с дискретными или цифровыми данными. Данные в цифровых датчиках, которые используются для преобразования и передачи, имеют цифровой характер.

Различные типы датчиков

Ниже приводится список различных типов датчиков, которые обычно используются в различных приложениях.Все эти датчики используются для измерения одного из физических свойств, таких как температура, сопротивление, емкость, проводимость, теплопередача и т. Д.

  • Датчик температуры
  • Датчик приближения
  • Акселерометр
  • ИК-датчик (инфракрасный датчик)
  • Датчик давления
  • Датчик освещенности
  • Ультразвуковой датчик
  • Датчик дыма, газа и алкоголя
  • Датчик касания
  • Датчик цвета
  • Датчик влажности
  • Датчик наклона
  • Датчик расхода и уровня

Мы вкратце рассмотрим некоторые из вышеупомянутых датчиков.Дополнительная информация о датчиках будет добавлена ​​позже. Список проектов, использующих вышеуказанные датчики, приведен в конце страницы.

Датчик температуры

Одним из самых распространенных и популярных датчиков является датчик температуры. Датчик температуры, как следует из названия, определяет температуру, то есть измеряет изменения температуры.

Types of Sensors Image 3

В датчике температуры изменения температуры соответствуют изменению его физических свойств, таких как сопротивление или напряжение.

Существуют различные типы датчиков температуры, такие как микросхемы датчиков температуры (например, LM35), термисторы, термопары, резистивные датчики температуры и т. Д.

Датчики температуры

используются везде, например, в компьютерах, мобильных телефонах, автомобилях, системах кондиционирования воздуха, в промышленности и т. Д.

В этом проекте реализован простой проект с использованием LM35 (датчик температуры по шкале Цельсия): СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ .

Датчики приближения

Датчик приближения — это датчик бесконтактного типа, который определяет присутствие объекта.Датчики приближения могут быть реализованы с использованием различных методов, таких как оптические (например, инфракрасные или лазерные), ультразвуковые, на эффекте Холла, емкостные и т. Д.

Types of Sensors Image 4

Некоторые из применений датчиков приближения: мобильные телефоны, автомобили (датчики парковки), промышленность (выравнивание объектов), определение расстояния до земли в самолетах и ​​т. Д.

В данном проекте реализован датчик приближения

при парковке задним ходом: ЦЕПЬ ДАТЧИКА ЗАДНЕЙ ПАРКОВКИ .

Инфракрасный датчик (ИК-датчик)

Инфракрасные датчики

или инфракрасный датчик — это световые датчики, которые используются в различных приложениях, таких как обнаружение приближения и обнаружение объектов.ИК-датчики используются в качестве датчиков приближения почти во всех мобильных телефонах.

Types of Sensors Image 5

Существует два типа инфракрасных или инфракрасных датчиков: пропускающий и отражающий. В ИК-датчике пропускающего типа ИК-передатчик (обычно ИК-светодиод) и ИК-датчик (обычно фотодиод) расположены лицом друг к другу, так что, когда объект проходит между ними, датчик обнаруживает объект.

Другой тип ИК-датчика — ИК-датчик отражающего типа. При этом передатчик и детектор располагаются рядом друг с другом лицом к объекту.Когда объект приближается к датчику, датчик обнаруживает объект.

Различные приложения, в которых используется ИК-датчик: мобильные телефоны, роботы, промышленная сборка, автомобили и т. Д.

Небольшой проект, в котором ИК-датчики используются для включения уличных фонарей: УЛИЧНЫЕ ФОНАРИИ ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ИК-ДАТЧИКИ .

Ультразвуковой датчик

Ультразвуковой датчик — это устройство бесконтактного типа, которое можно использовать для измерения расстояния, а также скорости объекта.Ультразвуковой датчик работает на основе свойств звуковых волн, частота которых превышает диапазон слышимости человека.

Types of Sensors Image 6

Используя время распространения звуковой волны, ультразвуковой датчик может измерить расстояние до объекта (аналогично SONAR). Свойство звуковой волны Доплеровский сдвиг используется для измерения скорости объекта.

Дальномер на базе Arduino — это простой проект с использованием ультразвукового датчика: ПОРТАТИВНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАМЕТР .

Ниже приводится небольшой список проектов, основанных на нескольких из вышеупомянутых датчиков.

Датчик освещенности — СВЕТИЛЬНИК, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ LDR

Датчик дыма — ЦЕПЬ СИГНАЛИЗАЦИИ ДЫМОВОГО ДЕТЕКТОРА

Датчик алкоголя — КАК ЗАВОДИТЬ КОНТУРУ ДЫХАТЕЛЬНОГО АЛКОГОЛЯ?

Датчик касания — ЦЕПЬ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ СЕНСОРНОГО ДИММЕРА, ИСПОЛЬЗУЯ ARDUINO

Датчик цвета — ДЕТЕКТОР ЦВЕТА НА ОСНОВЕ ARDUINO

Датчик влажности

— ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ DHT11 НА ARDUINO

Датчик наклона — КАК СДЕЛАТЬ ДАТЧИК НАКЛОНА С ARDUINO?

В этой статье мы узнали о том, что такое датчик, какова классификация датчиков и различные типы датчиков, а также их практическое применение.

.

Опыт работы с датчиками с приложением «Научный журнал»

Эми Коуэн
13 марта 2018 г. 12:00

Вторая часть нашей серии практических рекомендаций по использованию приложения Google Science Journal для естественных наук посвящена использованию датчиков для мониторинга и записи данных.

A smartphone with the Google Science Journal app opened lays across the rims of two cups

Используйте датчики и записывайте данные в приложении «Научный журнал». www.sciencebuddies.org

Набор датчиков

Бесплатное приложение «Научный журнал» Google — надежный инструмент для студентов, работающих над научными проектами и исследующих окружающий мир.Приложение, доступное как для iOS, так и для Android, использует датчики на телефоне или мобильном устройстве для измерения данных в реальном времени, связанных с ускорением, звуком, светом и т. Д. Одним нажатием кнопки вы можете получить доступ к ряду датчиков и начать запись данных и записи экспериментов и наблюдений.

Science Buddies гордится тем, что работает в партнерстве с Google над разработкой проектов и мероприятий, направленных на поддержку исследования студентов с помощью приложения. Двадцать проектов Science Buddies были обновлены для работы с возможностью приложения использовать датчики на телефоне или устройстве.

Знакомство с интерфейсом приложения «Научный журнал» см. В первой публикации этой серии: «Начало работы с приложением Google Science Journal».

В этом посте мы расскажем об использовании датчиков в приложении и о том, как записывать данные.

Работа с датчиками

Чтобы начать работу с датчиками в приложении «Научный журнал», коснитесь значка датчика (кружок с волнистой линией посередине) на серой панели инструментов. При нажатии на инструмент датчика открывается карта датчика .Прокрутите сенсорную панель по горизонтали, чтобы найти сенсор, который вы хотите использовать. Коснитесь любого датчика, чтобы активировать его.

Например, на изображении ниже показана карта датчика, на которой активен датчик магнитометра. Активный датчик обозначается названием датчика на верхней панели и подчеркнутым значком на второй панели. ( Примечание : панель доступных датчиков можно открыть или закрыть, коснувшись стрелки рядом с названием датчика в верхней панели карты датчика.) Коснитесь значка другого датчика, чтобы переключиться на другой датчик.

Cropped screenshot of a magnetometer sensor card in the Google Science Journal app

Обрезанный снимок экрана карты датчика магнитометра в приложении Google Science Journal. Карта сенсора снабжена этикеткой и показывает название сенсора вверху. Под названием находятся значки для переключения между датчиками, а ниже — график датчика (измеряется в микротесла).

( Примечание: На изображении выше полосы карты датчиков показаны красным цветом. Дополнительные карты датчиков будут использовать другие цвета.)

Звук, свет, ускорение и многое другое

На вашем телефоне или устройстве могут быть доступны следующие датчики:

Cropped screenshot of a sensor icon tray in the Google Science Journal app

Обрезанный снимок экрана значков карты датчиков с метками в приложении Google Science Journal.Слева направо датчики изображены и помечены: кружок с X (акселерометр X), круг с Y (акселерометр Y, кружок с Z (акселерометр Z), три стрелки вниз (барометр), лампочка (яркость) или окружающий свет), компас (компас), две стрелки вправо (линейный акселерометр), U-образный магнит (магнитометр), музыкальная нота (высота звука), динамик (интенсивность звука) и шестеренка (настройки).

( Примечание : На изображении выше показаны все датчики одновременно.На своем устройстве прокрутите полосу по горизонтали, чтобы найти и выбрать нужный датчик.)

Датчиков:

  • Акселерометр X : ускорение телефона влево и вправо в метрах в секунду в квадрате (м / с 2 )
  • Акселерометр Y : ускорение телефона вперед и назад в метрах в секунду в квадрате (м / с 2 )
  • Акселерометр Z : ускорение телефона вверх и вниз в метрах в секунду в квадрате (м / с 2 )
  • Яркость (iOS) или окружающий свет (Android) : количество света, обнаруживаемого фронтальной камерой, измеряется в значениях экспозиции (EV) на iOS или датчиком внешней освещенности, измеряется в люксах на Android
  • Компас : ориентация телефона по сравнению с магнитным полем Земли, измеряется в градусах
  • Линейный акселерометр : полное ускорение телефона без учета силы тяжести, в метрах в секунду в квадрате (м / с 2 )
  • Магнитометр : сила геомагнитного поля в микротеслах (мкТл)
  • Интенсивность звука : интенсивность звука, достигающего микрофона камеры, измеряется в децибелах (дБ)
  • Барометр : атмосферное давление, измеряемое в гектопаскалях (гПа)
  • Шаг : высота звука, достигающего звукового датчика или микрофона, измеряется в герцах (Гц)

Совет : нажатие на значок «i» рядом с текущим показанием на карте датчика предоставляет дополнительную информацию о датчике.

Использование датчиков

После открытия карты датчика для датчика, который вы хотите использовать, вы можете проводить наблюдения и записывать данные. Приложение работает аналогично, чтобы делать наблюдения для каждого типа датчика. Ниже показан образец карты датчика:

Screenshot of a accelerometer X sensor card in the Google Science Journal app

Снимок экрана карты датчика акселерометра X в приложении Google Science Journal. Карта сенсора снабжена этикеткой и показывает название сенсора вверху. Под названием находятся значки для переключения между датчиками, а ниже — график датчика (измеряется в метрах в секунду в квадрате).Значок вертикального телефона над графиком показывает направление оси со стрелками, указывающими влево и вправо. Серый знак «плюс» под картой датчика позволяет добавлять дополнительные карты датчиков, а на полосе в нижней части экрана есть кнопки для создания снимка и записи данных датчика.

Примечание : приведенный выше снимок экрана сделан на устройстве iOS. Ось X в приложении «Научный журнал» представляет время. Ось X видна на Android, когда карта датчика открыта.В iOS ось X не отображается, пока вы не начнете запись.

Вы заметите и другие незначительные различия в интерфейсе между iOS и Android. На устройстве Android название эксперимента отображается в верхней части экрана, и вам нужно будет прокрутить, чтобы получить доступ к кнопке внизу, чтобы «добавить» новую карту датчика. На изображении ниже показан образец карты датчика Accelerometer X на обеих платформах, iOS слева и Android справа.

Two screenshots of an accelerometer X sensor card in the Google Science Journal app

На двух снимках экрана показана карта датчика X акселерометра в приложении Google Science Journal на устройстве iOS (слева) и устройстве Android (справа).На устройствах Android название эксперимента отображается над карточкой датчика. На устройстве iOS серый знак плюса для добавления карты датчика виден без прокрутки вниз.

Совет : Помните, что после выбора датчика вы можете сдвинуть серую панель инструментов вверх, как показано на снимках экрана выше, чтобы карта датчика использовала полный экран. Для получения дополнительной информации см. Первый пост из этой серии.

Сбор данных датчика

При просмотре карточек открытых датчиков в нижней части экрана есть два важных значка: значок «датчик» в поле (слева) и кнопка «запись».Эти кнопки позволяют сделать снимок или начать запись, как описано ниже.

Сделать снимок

При нажатии значка датчика в поле делается снимок показания датчика в то время как и сохраняется в ленте экспериментов. Снимок записывает одно показание (одна точка данных) с датчика (не график).

Screenshot of a snapshot button beneath a sound intensity sensor card in the Google Science Journal app

Снимок экрана карты датчика интенсивности звука в приложении Google Science Journal.Карта сенсора снабжена этикеткой и показывает название сенсора вверху. Под названием находятся значки для переключения между датчиками, а ниже — график датчика (измеренный в децибелах). Серый знак «плюс» под картой датчика позволяет добавлять дополнительные карты датчиков, а на полосе в нижней части экрана есть кнопки для создания снимка и записи данных датчика.

Когда вы открываете снимок в ленте эксперимента, вы видите «Детали снимка» — записанное значение, дату и время снимка, а также любое введенное вами описание.График не отображается. На снимке экрана ниже показан снимок, сделанный с одного датчика.

Cropped screenshot shows a snapshot of a sound intensity sensor card in the Google Science Journal app

Обрезанный снимок экрана со снимком, сделанным с карты датчика интенсивности звука в приложении Google Science Journal. Снимок показывает одно значение (21 дБ в этом примере), а также дату и время, когда снимок был записан. Снимок также имеет имя датчика и значок, видимый для облегчения идентификации в ленте эксперимента.

( Примечание : Все открытые карты датчиков записываются, когда вы делаете снимок считывания.Мы рассмотрим работу с несколькими датчиками более подробно в другом посте.)

Сделать запись

При нажатии кнопки записи начинается запись данных датчика в реальном времени. Во время записи кнопка записи меняется на кнопку «остановить запись» (кружок с квадратом посередине). На изображении ниже показана запись в процессе.

Screenshot of a recording for an accelerometer X sensor card in the Google Science Journal app

Скриншот активной записи карты датчика акселерометра X в приложении Google Science Journal.Карта сенсора снабжена этикеткой и показывает название сенсора вверху. Красный участок, показывающий, что записывается, обведен на графике для датчика (измеряется в метрах в секунду в квадрате). Минимальные, средние и максимальные значения записанного участка отображаются под графиком. Внизу экрана также есть шкала времени и таймер, чтобы отслеживать время записи.

( Примечание : цвет и внешний вид значков и кнопок, таких как кнопка «остановить запись», могут отличаться в iOS и Android.)

Как показано выше, когда приложение выполняет запись, продолжительность записи отображается в правом нижнем углу экрана. Текущее значение отображается справа от значка датчика (над графиком). «Минимальное», «среднее» и «максимальное» значения рассчитываются динамически (по мере того, как происходит запись) и отображаются на экране. Красная полоса вдоль оси x показывает временную шкалу записи, синяя линия показывает данные с датчика, а записываемые данные отображаются на светло-красном фоне.

Чтобы остановить запись, нажмите кнопку «остановить запись». Запись сохраняется в ленте эксперимента (в виде графика) с указанием времени и даты.

Если вы выйдете из приложения во время записи, запись остановится. Если ваш телефон переходит в спящий режим во время записи, запись останавливается. Если вам нужно записать что-то, что займет больше времени, чем настройка автоматической блокировки (iOS) или сна (Android) вашего устройства, вам нужно будет изменить эти настройки на устройстве.

Совет : Если вы работаете с длинными записями, вам может потребоваться установить постоянно включенный экран телефона или устройства.)

( Примечание : Все открытые карты датчиков записываются, когда начинается запись. Мы рассмотрим работу с несколькими датчиками более подробно в другом посте.)

Просмотр записи

Все снимки и записи хранятся в ленте экспериментов. По умолчанию записи именуются последовательно (Запись 1, Запись 2 и т. Д.). (Вы можете переименовать любое наблюдение.) Коснитесь записи в ленте эксперимента, чтобы просмотреть данные, записанные датчиком.Пример записи показан ниже:

Screenshot of a recording review for an accelerometer sensor card in the Google Science Journal app

Снимок экрана с записью обзора карты датчика акселерометра X в приложении Google Science Journal. Карандаш в верхней части экрана позволяет пользователю переименовать запись. Обзор показывает название записи, продолжительность, дату и время, а также тип сенсорной карты, используемой для записи, вверху экрана. Ниже приведен график записанных данных с минимальным, средним и максимальным значениями, показанными над графиком, и маркером на графике, который показывает точки данных в определенное время на графике.Кнопка воспроизведения и ссылка для добавления заметки на шкалу времени расположены в нижней части экрана.

Совет : «Минимальное», «среднее» и «максимальное» значения для записи рассчитываются автоматически приложением Научного журнала. Прикосновение к любому из этих значений покажет положение всех рассчитанных значений на графике.

При просмотре графика записи по оси абсцисс отложено время в м: сс. Единицы оси Y зависят от используемого датчика. Когда запись открыта, на экране отображается полная шкала времени (сжатая по размеру).График можно увеличивать или уменьшать, используя стандартные жесты масштабирования (например, используя два пальца и перемещая их в стороны или вместе по горизонтали, чтобы увеличить или уменьшить масштаб). Для длительных записей весь график можно перемещать по горизонтали, поместив палец на график и сдвинув его в любом направлении.

Для воспроизведения записи можно использовать синюю стрелку «воспроизведение» внизу графика. Это делает данные слышимыми за счет воспроизведения высоты тона, которая представляет величину значения данных. Воспроизведение можно приостановить в любой момент, нажав кнопку паузы (две вертикальные полосы).

Во время воспроизведения маленький синий кружок, представляющий текущую позицию на графике, будет заметно перемещаться по оси x. Небольшой цветной кружок на графика будет отмечать текущие данные, а значения x и y в этой точке графика будут показаны в поле в верхней части графика (см. Изображение выше). Вы также можете вручную переместить синюю точку в определенное место на графике, когда воспроизведение приостановлено. Это полезно, если вам нужно знать точное значение для определенной точки на графике (например, пика или впадины или значения в определенное время) вместо среднего значения по всей записи.

( Примечание : цвет данных на графике соответствует цвету карты датчика во время записи; некоторые инструменты, такие как синяя точка для текущей точки на оси x, остаются неизменными независимо от другие цвета.)

Обрезка и экспорт данных

Используя меню из трех точек на записи, вы можете получить доступ к инструментам для кадрирования, совместного использования, архивирования или удаления записи. Доступ к некоторым из этих функций доступен только пользователям старше 13 лет.(Вам будет предложено ввести свой возраст при первой настройке приложения.)

Screenshot of additional tool options for a recording review in the Google Science Journal app

Снимок экрана раскрывающегося меню для записи обзора в приложении Google Science Journal показывает параметры, которые можно найти, нажав кнопку с тремя точками в правом верхнем углу экрана. Это дополнительные ссылки на инструмент кадрирования, параметры совместного использования, архив и возможность удаления записи.

( Примечание : на снимке экрана выше показаны пункты меню с тремя точками для записи на iOS.На Android также могут быть доступны другие опции.)

Урожай

Обрезка записи позволяет обрезать запись. Например, вам может потребоваться удалить данные в начале или в конце испытания, которые отражают обращение с устройством (перемещение, позиционирование и т. Д.). Чтобы обрезать график, коснитесь трехточечного значка и выберите параметр обрезки. Используйте синие ручки-ползунки на графике, чтобы перетащить начальную и конечную точки в желаемое место. Затем коснитесь галочки в правом верхнем углу.

Screenshot of a recording review being cropped in the Google Science Journal app

Скриншот кадра записи в приложении Google Science Journal. При кадрировании записи на временной шкале под графиком появляются два маркера, которые используются для установки начальной и конечной точек кадрирования. Данные, которые будут удалены, выделены серым цветом, данные между двумя маркерами на шкале времени будут сохранены. Галочка в правом верхнем углу экрана сохранит изменения.

Предупреждение : В настоящее время нет функции отмены.Будьте осторожны при обрезке!

После кадрирования в записи будут отображаться только выбранные данные. График в журнале эксперимента, продолжительность, а также минимальные, средние и максимальные значения будут обновлены автоматически. ( Примечание : ось X записи всегда начинается в 0:00. После обрезки сохраняемые данные начнутся в 0:00.)

Поделиться

Функция совместного использования позволяет отправлять или сохранять копию данных вне приложения. Вам должно быть 13 лет или больше, чтобы делиться (или экспортировать) данными.

Чтобы экспортировать данные, откройте запись, коснитесь меню с тремя точками и коснитесь параметра «Поделиться». Установите флажок «Относительное время», чтобы экспортировать данные о времени из записи, начиная с нуля (при нажатии кнопки записи). (Если этот параметр не отмечен, данные о времени будут представлены во времени Unix (время, прошедшее с 1 января 1970 г.).) Данные можно совместно использовать с помощью любого из механизмов общего доступа на устройстве (например, отправить как текстовое сообщение, электронная почта, Сохранить на Диск и т. д.). На следующих снимках экрана показаны шаги по экспорту данных.

Four screenshots show a recording being exported in the Google Science Journal app

Серия из четырех снимков экрана показывает запись, к которой предоставлен доступ из приложения Google Science Journal. Сначала нажимается меню (три точки в правом верхнем углу экрана просмотра записи). Затем в появившемся раскрывающемся меню нажимается ссылка для общего доступа. Выбирается параметр относительного времени, а затем из списка значков выбирается параметр совместного использования, например Google Диск и электронная почта.

Данные экспортируются как файл со значениями, разделенными запятыми (CSV), который можно открыть в программе для работы с электронными таблицами.Когда вы открываете файл, экспортированный из приложения «Научный журнал», первый столбец содержит данные о времени в милли секунд. Второй столбец содержит значение датчика. Единица измерения значения датчика зависит от того, какой датчик использовался.

Совет . Вы можете разделить данные времени на 1000, чтобы преобразовать их в секунды.

Еще не все

В следующем посте этой серии руководств мы начнем более внимательно изучать некоторые из отдельных датчиков, которые студенты могут использовать в приложении «Научный журнал» в проектах Science Buddies.

См. Также эти публикации в этой серии и другие ресурсы приложения «Научный журнал» на сайте Science Buddies:

Загрузите приложение, чтобы начать! Приложение «Научный журнал Google» доступно как для iOS, так и для Android.

Download Science Journal on Android
Download Science Journal on iOS

A smartphone with the Google Science Journal app opened lays across the rims of two cups

Используйте датчики и записывайте данные в приложении «Научный журнал».

Вам также могут понравиться эти похожие сообщения:

.

встроено — какое усиление у датчика? правильное утверждение?

Переполнение стека

  1. Около
  2. Продукты

  3. Для команд
  1. Переполнение стека
    Общественные вопросы и ответы

  2. Переполнение стека для команд
    Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами

  3. Вакансии
    Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста

  4. Талант
    Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя

  5. Реклама
    Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира

.

Часть 3 — Основы датчиков кривошипа и кулачка и способы их проверки

Цифровой сигнал для цифровой эпохи

Хорошо, до сих пор вы также узнали, что двухпроводной тип (также известный как датчик типа генератора магнитных импульсов, среди нескольких названий) выдает аналоговый сигнал. К настоящему времени вам может быть интересно, какой тип сигнала выдает трехпроводной датчик (датчик с эффектом Холла)? Ответ: цифровой сигнал. Теперь вы можете спросить себя: «Что, черт возьми, такое цифровой сигнал?».Давай выясним.

Цифровой сигнал — это сигнал постоянного напряжения (помните, что аналоговый сигнал — это сигнал переменного напряжения). Этот сигнал постоянного напряжения выглядит и ведет себя совершенно иначе, чем аналоговый сигнал. Мало того, что для выработки этого цифрового сигнала постоянного тока трехпроводному датчику кривошипа или кулачка требуется внешний источник напряжения (в отличие от двухпроводного датчика кривошипа или кулачка). При просмотре на экране осциллографа он отображается в виде прямоугольной волны, как показано на рисунке ниже.

Цифровой сигнал, создаваемый трехпроводным датчиком (датчиком на эффекте Холла), является истинным сигналом включения / выключения, в отличие от аналогового сигнала, который генерирует датчик двухпроводного типа.Если бы мы использовали пример лампочки с предыдущей страницы, лампочка включалась бы сразу (а не постепенно) и внезапно (а не постепенно). Вот почему сигнал датчика выглядит квадратным, а не волнистым. Кроме того, это включение и выключение сигнала происходит все время, пока датчик положения на эффекте Холла возбуждается любым зубчатым диском, к которому он находится в непосредственной близости.

Теперь, если вам интересно, нужен ли вам осциллограф для проверки этих сигналов кривошипа и кулачка, ответ отрицательный.Вам не нужен осциллограф и вам определенно не нужен автомобильный сканер для проверки сигналов датчика CKP или датчика CMP. Сказав это, лучший способ проверить / подтвердить наличие этих сигналов — это использовать осциллограф, но, поскольку у большинства людей его нет, в этой статье основное внимание уделяется использованию цифрового мультиметра (который может считывать частоту в герцах)

Хорошо, теперь перейдем к действительно важной части «рабочей теории», которую вам нужно запомнить: цифровые сигналы CKP и CMP могут быть измерены с помощью мультиметра либо в режиме постоянного напряжения, либо в режиме частоты Гц или с помощью осциллографа и что им нужен внешний источник питания для создания своего сигнала.В качестве примечания: для проверки этого сигнала также можно использовать простой светодиодный индикатор (хотя этот метод не является 100% надежным способом диагностики датчика CKP или CMP)

Что «побуждает» датчик генерировать сигнал?

Прежде чем оставить в покое «рабочую теорию», мне нужно поговорить еще об одном. Я уверен, что вы заметили термин «зубчатый диск» в этой статье. Это своего рода диск с зубьями, напоминающий шестерню или колесо с заслонками на нем. Этот диск «побуждает» датчик генерировать сигнал.Эти диски имеют такие названия, как: колесо затвора, колесо реактора, якорь, кольцо прерывателя и тому подобное. Название зависит от того, кто построил автомобиль, и / или от конкретного типа используемого датчика положения.

Эти зубчатые диски вращаются только при проворачивании и / или работе двигателя. Они прямо или косвенно связаны с коленчатым валом или распределительным валом. Хотя все они выполняют одну и ту же базовую работу по возбуждению датчика CKP или CMP, они бывают всех форм и размеров, которые определяются потребностями программного и аппаратного обеспечения системы впрыска топлива, установленной в транспортном средстве.

Ну, на самом деле не имеет значения, как они выглядят, и определенно не имеет значения, как их зовут. Важно знать, что датчик работает вместе с своего рода «зубчатым диском», чтобы производить свой сигнал.

Где расположены датчики CKP и CMP?

Эти датчики расположены в нескольких разных местах в зависимости от года, марки и / или модели, над которой вы работаете. Некоторые из них находятся в очень труднодоступных местах, и это, на мой взгляд, единственное, что затрудняет их тестирование.

Некоторые из их наиболее распространенных местоположений:

  1. В дистрибьюторах.
  2. По крышкам ГРМ.
  3. За кожухами ГРМ.
  4. На сами блоки двигателя. В этом типе установки датчик проходит через блок, чтобы добраться до своего зубчатого диска. Примерами этого являются двигатели GM 3.1 и 3.4L V6.
  5. На кожухах трансмиссии. Легковые и грузовые автомобили Chrysler, Dodge и Jeep являются основными, кто использует эту установку.
  6. За шкивом коленчатого вала.

Теперь, если вы не знаете, где находится датчик кривошипа или кулачка вашего конкретного автомобиля (или грузовика), здесь вам пригодится хорошее руководство по ремонту (или поиск в Google в Интернете).

Признаки неисправности датчика положения коленчатого вала

Мы можем считать само собой разумеющимся, что когда датчик CKP выходит из строя, ваш автомобиль не заводится. Он заводится, но не заводится. Но эй, автомобиль (или грузовик) не мог завестись по множеству разных причин, таких как: плохой топливный насос, плохая катушка зажигания, плохой модуль управления зажиганием, плохие кабели свечей зажигания и т. Д.Поэтому недостаточно сказать, что ваш автомобиль или грузовик не заводится, вам нужно знать некоторые измеримые / проверяемые эффекты / симптомы, которые плохой датчик положения коленчатого вала оказывает на систему зажигания.

Итак, если датчик положения коленчатого вала не выдает сигнал, то измеримые / проверяемые эффекты этого состояния, но не ограничиваются:

  1. Нет импульса топливной форсунки.
  2. Пусковое устройство (будь то модуль управления зажиганием или F.I. компьютер) не подает сигнал переключения на катушку зажигания.
  3. Нет искры из катушки или катушек зажигания.
  4. На некоторых моделях, таких как Chrysler / Dodge / Jeep, компьютер впрыска топлива не будет продолжать подавать питание на топливный насос или систему зажигания с напряжением 12 В после первых десяти секунд или около того.

Какие инструменты мне нужны для проверки датчиков положения коленчатого и распределительного валов?

Для проверки этих датчиков CKP и CMP не требуются дорогие инструменты и / или дорогостоящее испытательное оборудование.Вот что вам понадобится:

  1. Аккумулятор автомобиля или грузовика должен быть полностью заряжен.
  2. Цифровой мультиметр, считывающий частоту в герцах.
  3. Хорошая инструкция по ремонту. Руководство по ремонту, вероятно, будет лишь одним из многих информационных ресурсов, которые вы будете использовать для диагностики датчиков CKP или CMP на вашем автомобиле или грузовике.
  4. Вам понадобится кто-то, кто поможет вам запустить двигатель автомобиля или грузовика, пока вы будете наблюдать за показаниями мультиметра.
  5. А топливная форсунка Нет света.
  6. Вам не нужен автомобильный диагностический прибор (обычно известный как сканер).
  7. Осциллограф вам не нужен.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *