Jak lze senzory klasifikovat podle tříd přesnosti?

Senzor (angl. sensor) je prvek měřicího, signalizačního, regulačního nebo regulačního zařízení, který převádí řízenou nebo řízenou veličinu (teplota, tlak, frekvence, intenzita světla, elektrické napětí, proud atd.) na signál vhodný pro měření, přenos, ukládání, zpracování, evidenci a někdy i k ovlivnění řízených procesů.

Nebo jednodušeji, sondy je zařízení, které převádí vstupní efekt libovolné fyzikální veličiny na signál vhodný pro další použití.

Obecně lze senzor D reprezentovat jako citlivý prvek SE a převodník Pr.

Citlivý prvek v automatizačních a telemechanických systémech plní funkce „smyslových orgánů“. Je určen k převodu regulované veličiny x na typ signálu x 1, který je vhodný pro měření.

V převodníku se zpravidla neelektrický signál x1 převádí na elektrický signál y.

Rýže. Konstrukce senzoru

Vstup snímače může přijímat elektrické i neelektrické signály. Elektrické signály jsou obvykle přijímány z výstupu snímače. Je to proto, že elektrický signál se snadněji zesiluje a přenáší na různé vzdálenosti.

Obecné vlastnosti senzorů jsou:

• statická charakteristika;
• setrvačnost;
• dynamická (diferenciální) citlivost;
• práh citlivosti;
• chyba;
• moc
• krouticí moment nebo síla požadovaná ze vstupního zdroje;
• výstupní výkon;
• výstupní odpor snímače.

Požadavky na senzory:

— jednoznačná závislost výstupní hodnoty na vstupní hodnotě;

— stálost vlastností v čase;

— malé rozměry a hmotnost;

— nepřítomnost zpětného dopadu na řízený proces a na řízený parametr;

— pracovat za různých provozních podmínek;

– různé možnosti instalace.

Klasifikace snímačů, základní požadavky na ně

Použité senzory jsou poměrně rozmanité a mohou být klasifikovány podle různých kritérií:

V závislosti na typu vstupní (měřené) veličiny rozlišovat mezi:

• mechanické snímače dráhy (lineární a úhlové),
• pneumatický,
• elektrický,
• průtokoměry,
• snímače rychlosti,
• akcelerace,
• úsilí,
• teploty,
• tlak
• et al.

Podle typu výstupní veličiny, na kterou se vstupní veličina převádí , rozlišovat neelektrické и elektrické:

DC senzory (EMF nebo napětí),

amplitudové snímače střídavého proudu (EMF nebo napětí),

snímače frekvence střídavého proudu (EMF nebo napětí),

odporové snímače (aktivní, indukční nebo kapacitní) atd.

Většina senzorů je elektrických. To je způsobeno následujícími výhodami elektrických měření:

— je vhodné přenášet elektrické veličiny na dálku a přenos se provádí vysokou rychlostí;

– elektrické veličiny jsou univerzální v tom smyslu, že jakékoli jiné veličiny lze převádět na elektrické veličiny a naopak;

– jsou přesně převedeny do digitálního kódu a umožňují dosáhnout vysoké přesnosti, citlivosti a rychlosti měřicích přístrojů.

Existují tři třídy senzorů podle typu:

– analogové snímače, tj. snímače, které produkují analogový signál úměrný změně vstupní hodnoty;

– digitální senzory generující sekvenci impulsů nebo binární slovo;

— binární (binární) senzory, které produkují signál pouze dvou úrovní: „on/off“ (jinými slovy 0 nebo 1); se rozšířily díky své jednoduchosti.

Podle zásady jednání Senzory lze rozdělit do dvou tříd:

Senzory generátoru jsou navrženy tak, aby převáděly neelektricky ovládaný nebo nastavitelný parametr na EMF. Tyto senzory nevyžadují externí zdroj energie, protože samy jsou zdrojem EMF.

Senzory generátoru jsou:

• termoelektrický;
• piezoelektrický;
• galvanické;
• tachometr .

Parametrické snímače převést vstupní hodnotu na změnu jakéhokoli elektrického parametru (R, L nebo C) snímače.

Tyto senzory přijímají elektrickou energii z pomocného zdroje energie.

Parametrické senzory se dělí na senzory:

– aktivní odpor (kontaktní, reostatové, potenciometrické, tenzometry, termistory) a

– reaktance (indukční, kapacitní).

Senzory aktivní odpor (Ohmický, odporový) – princip činnosti je založen na změně jejich aktivního odporu při změně délky l, plocha průřezu S nebo odpor p:

R=pl/S

Dále se využívá závislost hodnoty aktivního odporu na kontaktním tlaku, teplotě a osvětlení fotočlánků.

V souladu s tím se ohmické snímače dělí na:

Kontaktní senzory – jedná se o nejjednodušší typ odporových snímačů, které převádějí pohyb primárního prvku na náhlou změnu odporu elektrického obvodu.

Kontaktní senzor je snímač, ve kterém se lineární nebo úhlový pohyb převádí na sepnutý nebo otevřený stav kontaktů, které ovládají jeden nebo více elektrických obvodů.

Kontaktní senzory se dělí na senzory:

• s mechanickým ovládáním
• s magnetickým ovládáním (jazýčkové spínače).

Jazýčkový spínač (od “ ger zesíťované kon takt“) je elektromechanické spínací zařízení, které mění stav připojeného elektrického obvodu při vystavení magnetickému poli z permanentního magnetu nebo vnějšího elektromagnetu, například solenoidu.

Konstrukce jazýčkového spínače

Stávající typy jazýčkových spínačů mají podobnou konstrukci, liší se pouze v drobných detailech. Všechny jsou uzavřená skleněná baňka, uvnitř které je dvojice permalloy kontaktů. Pro zvýšení spolehlivosti provozu jsou potaženy tenkou vrstvou ušlechtilých kovů. Jejich vnější části nebo svorky slouží k připojení zařízení k pracovnímu obvodu. Vnitřní prostor baňky je naplněn inertním plynem, případně z něj byl odčerpán vzduch. To umožňuje prodloužit životnost spínacího produktu a zvýšit odolnost kovů proti korozi.

Princip

Chcete-li aktivovat jazýčkový spínač pro zkrat, musíte kolem něj vytvořit magnetické pole požadované síly. Vůbec nezáleží na tom, co je zdrojem struktury pole: elektromagnet nebo jeho stálý analog. Pod vlivem tohoto magnetického pole se kontakty zmagnetizují a přitahují k sobě, čímž překonávají svou vlastní elasticitu.

Kontaktní senzory slouží k měření a řízení sil, pohybů, teplot, velikostí předmětů, řízení jejich tvaru atd.

Kontaktní senzory mohou pracovat jak na stejnosměrný, tak na střídavý proud.

V závislosti na mezích měření mohou být kontaktní snímače jednolimitní nebo vícelimitní. Ty se používají k měření veličin, které se mění ve významných mezích, zatímco části odporu R připojené k elektrickému obvodu jsou postupně zkratovány.

V moderních automobilech jsou kontaktní senzory široce používány.

Zvažme některé z nich.

Nouzové senzory

Senzory přehřátí chladicí kapaliny

Princip. Snímače přehřátí chladicí kapaliny využívají vlastnosti termobimetalické desky k ohýbání při zahřátí (taková deska se skládá ze dvou vrstev kovu s různými hodnotami teplotního koeficientu lineární roztažnosti).

V těle snímače může být termobimetalová deska pevně upevněna buď na jednom konci (obr. a) nebo na dvou (obr. b).

V prvním případě je pohyblivý kontakt umístěn na volném konci desky, ve druhém, když se deska ohýbá, posunovač se pohybuje

Rýže. Princip činnosti snímače přehřátí chladicí kapaliny:

a – s konzolovým upevněním termobimetalové desky; b – s pevným upevněním obou konců termobimetalové desky;

1 — termobimetalová deska; 2 – pohyblivý kontakt; 3 – pevný kontakt; 4 – posunovač; X je míra ohnutí desky při přehřátí chladicí kapaliny; α1, α2 jsou lineární koeficienty tepelné roztažnosti pasivní (Invar) a aktivní (ocelové) vrstvy termobimetalové desky; h1 a h2 jsou tloušťky aktivní a pasivní vrstvy termobimetalové desky; l je délka vyhřívané části termobimetalové desky; lпop — prahová (maximálně přípustná) hodnota teploty chladicí kapaliny

Čidlo spínače elektrického ventilátoru Chladicí systém motoru TM108 se skládá z bimetalové desky 2 v mosazném pouzdře 1, která, když teplota chladicí kapaliny překročí maximální přípustnou hodnotu pro dané vozidlo, ohýbá a pohybuje tlačkou 3 a pohyblivým kontaktem 5. Kontakt 5 je připojen na pevný kontakt 6, který zajišťuje zapnutí elektrického ventilátoru.

S klesající teplotou chladicí kapaliny se bimetalová deska ochlazuje, její průhyb se zmenšuje a posunovač s pohyblivým kontaktem se přesune do původní polohy, čímž se otevře napájecí obvod elektrického chladicího ventilátoru.

Nouzové snímače tlaku oleje

Princip. Činnost nouzových snímačů tlaku oleje je založena na vlastnosti elastických prvků deformovat se pod vlivem tlaku prostředí. Membrány jsou v senzorech použity jako pružný prvek, ale na rozdíl od senzorů tlakoměrů nejsou vlnité, ale ploché. Plochá membrána je méně citlivá než vlnitá, ale její výroba je jednodušší.

Při běžícím motoru se vlivem tlaku oleje membrána 3 ohne a pomocí tlačného prvku 2 udržuje kontakty 1 a 5 otevřené. S klesajícím tlakem se zmenšuje průhyb membrány 1, posunovač 2 se pohybuje dolů a při poklesu tlaku oleje na hodnotu menší než je minimální přípustná hodnota se sepnou kontakty snímače a rozsvítí se nouzový indikátor tlaku oleje.

Snímače hladiny kapalin

Princip. V domácích osobních automobilech se používají dva typy snímačů hladiny kapalin: s konvenčními kontakty (snímač hladiny brzdové kapaliny) a s magneticky ovládanými (jazýčkový spínač) kontakty (snímače hladiny oleje, chladicí kapaliny a kapaliny ostřikovačů). Citlivým prvkem u obou typů snímačů je plovák.

V kontaktním snímači udržuje plovák 3 prostřednictvím tlačného prvku 2 kontakty 1 a 4 snímače otevřené, zatímco hladina kapaliny je v normálních mezích. Když hladina klesne na minimální přípustnou hodnotu, plovák klesne a kontakty senzoru se sepnou, čímž se zapne odpovídající alarm.

U jazýčkových snímačů je malý magnet 6 umístěn na vnitřním průměru plováku. Zatímco plovák 3 je v horní poloze (hladina kapaliny je v normálních mezích), kontakty 7 jazýčkového spínače jsou otevřené. Jakmile hladina kapaliny klesne pod normál, plovák klesne a kontakty jazýčkového spínače se sepnou působením permanentního magnetu plováku. Příslušná výstražná kontrolka se rozsvítí.

Místo signálu „zapnuto-vypnuto“ v mikroprocesorovém řídicím systému automobilu je vhodnější použít signál „nízký odpor – vysoký odpor“.

To eliminuje nesprávnou interpretaci vypnutého stavu jako otevřeného obvodu. Tato myšlenka se opakovaně vyskytuje v návrzích různých senzorů.

Otevřené kontakty odpovídají vysokému odporu Rs+ R. Sepnuté kontakty odpovídají nízkému odporu R.

V tomto případě bude obvod kontaktního snímače vypadat

Snímač typu kontaktu

Snímač hladiny kapaliny – plovákový spínač

Na Obrázek níže znázorňuje provedení snímače s plovákem, na jehož páce je připevněn malý magnet. V horní části nádrže je instalován jazýčkový spínač. Když je nádrž plná a plovák je nahoře, magnet je blízko jazýčkového spínače a svým magnetickým polem sepne kontakty. Jak plovák klesá, magnetické pole v oblasti jazýčkového spínače slábne a přichází okamžik, kdy magnet nebude schopen udržet kontakty v sepnutém stavu.

Když se kontakty rozepnou, odpor snímače se prudce zvýší 180 na 1380 Ohm. Pro řídící jednotku je to signál k rozsvícení kontrolky na přístrojové desce.

Jak je ze vzorce vidět, proudová síla při nižším odporu je téměř osmkrát větší než při vyšším odporu.

sledování nefunkčnosti osvětlovacích zařízení

Jazýčkové spínače se používají ke sledování provozuschopnosti žárovek.

Na Výkresy znázorňuje obvod s jazýčkovým spínačem ovládaným externí cívkou. Svítí-li ovládaná kontrolka, procházející proud vybudí cívku jazýčkového spínače, sepnou se kontakty a rozsvítí se také signálka.

sledování opotřebení brzdových destiček

Obvod má několik možností, z nichž jedna je znázorněna na obrázku Výkres.

V hloubce odpovídající maximální tloušťce ostění 2 mm, je zapuštěna drátěná smyčka. Když opotřebení dosáhne této hloubky, konec smyčky se opotřebuje a řetěz se přetrhne. V tomto okamžiku odpor řídicího obvodu 180 Ohm odpor se přidává sériově 1200 Ohm. Zvýšení odporu z 180 na 1380 Ohm je řídící jednotkou vnímáno jako signál k rozsvícení osvětlení palubní desky.

Nedostatek kontaktních senzorů — složitost nepřetržitého monitorování a omezená životnost kontaktního systému. Ale kvůli extrémní jednoduchosti těchto senzorů jsou široce používány v automatizačních systémech.