Что такое дискретные датчики

Что такое дискретные датчики

Сразу хочу сказать, что типов и видов датчиков неимоверное множество. Они различаются типом измеряемого параметра, способом измерения, конструкцией, диапазоном измерения, видом выходного сигнала и т.д. Мы же будем рассматривать только те типы и виды, которые применяются в наших с Вами инженерных системах зданий.

Что такое датчик? Давайте для себя просто определим, что это устройство, с помощью которого мы измеряем значение какого-либо технологического параметра.

Перейдем к конкретике.

Аналоговые измерительные датчики – первичные преобразователи. Такой тип датчиков применяется в системах непрерывного измерения и регулирования. Принцип действия этих датчиков состоит в том, что при изменении параметра происходит соответствующее изменение его выходного сигнала. Дискретные измерительные датчики – сигнализаторы (датчики-реле). Такой тип датчиков применяется, когда необходимо отследить конкретное значение измеряемого параметра для каких либо дальнейших действий. Эти датчики устанавливаются там, где отсутствует необходимость получения всех значений измеряемого параметра. Часто нужно знать, достиг ли параметр какого-либо конкретного значения. В этом случае измерительная система выдает сигнал только при достижении заданного ограничительного значения.

Датчики (измерительные преобразователи ) температуры.

Поэтому в качестве аналоговых датчиков можно применить так называемые термопреобразователи сопротивления. Физический смысл их работы основан на изменении сопротивления применяемого в качестве чувствительного элемента металла в зависимости от температуры среды, в которую он погружен. Пропуская через этот элемент электрический ток, мы можем получить зависимость изменения напряжения от температуры. Раньше в качестве такого металла применялась медь. Были медные чувствительные элементы с сопротивлением 50 Ом или 100 Ом при 0 гр.С. Их недостатком было то, что при значительных длинах проводов, которые соединяли их с вторичными устройствами, сопротивление этих проводов было соизмеримо, а то и больше, чем сопротивление самих датчиков. Это, естественно, вносило погрешности в измерения, которые необходимо было компенсировать. Сейчас от этой проблемы ушли, применяя металлы, имеющие 500 Ом или 1000 Ом при 0?С. Это платина (Pt) и никель (Ni). Поэтому сегодня в инженерных системах чаще всего применяются датчики типа Pt 1000.

В наших системах используются погружные термопреобразователи сопротивления, чувствительный элемент которых непосредственно погружен в измеряемую среду, и накладные, которые измеряют температуру поверхности, предполагая, что она приблизительно равна температуре самой среды. Когда какие применять, мы рассмотрим при изучении автоматизации конкретных систем. В качестве дискретных датчиков температуры чаще всего применяются манометрические

термометры. Это устройства, в которых чувствительным элементом является термобаллон, который соединен капиллярной трубкой с сильфоном. При изменении температуры термобаллона изменяется давление в системе и сильфон перемещает механизм, который заканчивается контактными устройствами. Часто можно услышать название таких датчиков – сигнализаторы температуры или термостаты. Еще нам понадобится биметаллический датчик. Но о нем поговорим, когда будем рассматривать автоматизацию электронагревателей.

Датчики (измерительные преобразователи ) давления и перепада давлений. Датчики давления, как и датчики температуры, бывают аналоговые и дискретные. Раньше использовались мембранные и сильфонные датчики, принцип действия которых был основан на механическом перемещении (сжатии или расширении) данных чувствительных элементов при изменении давления среды. Далее эти чувствительные элементы имели шток, перемещающийся в магнитном поле и меняющий величину, например, магнитной индукции. Сейчас в качестве чувствительных элементов все чаще применяют тензорезисторы. При сжатии или расширении такого резистора меняется его сопротивление. А дальше, так же, как и в термопреобразователях сопротивления, данный резистор включается в электрическую схему. Дискретные датчики давления рассчитаны на необходимость фиксации конкретного значения давления или перепада давления. Для этого применяются электроконтактные манометры и дифманометры, в качестве чувствительных элементов которых применены трубчатые пружины и мембраны.

Датчики (измерительные преобразователи) влажности. Почти все современные аналоговые датчики влажности имеют емкостной чувствительный элемент. Их принцип работы основан на изменении емкости чувствительного элемента при изменении влажности. Далее этот чувствительный элемент включен в измерительную схему вторичного прибора. Достаточно часто встречаются совмещенные аналоговые датчики влажности и температуры. Таким образом в точке отбора, где требуется измерение этих двух параметров, устанавливается один прибор вместо двух. Такой датчик имеет два независимых выходных сигнала – один по влажности, другой по температуре. Дискретные датчики влажности отличаются от аналоговых наличием контактной группы, позволяющей срабатывающей только при заданном значении. Такие датчики также называют гигростатами.

Датчики (измерительные преобразователи) расхода. В наших с Вами системах встречаются ультразвуковые, индукционные, вихревые аналоговые расходомеры и расходомеры, в которых измерение расхода выполняется путем измерения разности давлений на так называемом сужающем устройстве с последующей обработкой значений параметра по соответствующей формуле. В частности, такие расходомеры входят вместе с термопреобразователями сопротивления в комплект теплосчетчиков. Дискретные датчики расхода могут быть выполнены в виде крыльчатки, вращающейся в потоке жидкости. С такого датчика сигнал выдается в виде импульса при совершении каждого полного ее оборота. Считая эти импульсы можно организовать учет количества жидкости, прошедшей через прибор за определенное время. Сигнализаторы также могут быть выполнены в виде заслонки, установленной поперек потока. Чем больше расход, тем больше давление потока на ее поверхность и больший угол ее отклонения от вертикального положения. При определенном угле отклонения срабатывает контакт и выдается сигнал о наличии расхода. Такие сигнализаторы расхода часто называют реле протока. Датчики (измерительные преобразователи) уровня жидкости Аналоговые датчики уровня – это те же датчики дифференциального давления, т.к. любой столб жидкости создает разность давлений между верхним и нижним уровнем. Дискретные датчики уровня (фактически это датчики наличия жидкости) построены на принципе электропроводности жидкости и состоят из минимум двух электродов, через которые проходит электрический ток. При погружении их в воду образуется замкнутая электрическая цепь. В частности такие системы применяются в дренажных приямках для измерения наличия уровня в них воды.

Источник

Типы датчиков

Какие датчики мы можем использовать в системе управления

Датчики можно классифицировать по типу выходного сигнала на дискретные, аналоговые и цифровые.

Датчики с дискретным выходом. Наиболее частоиспользуемые датчики:

1. Индуктивные. Принцип действия индуктивного датчика основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в чувствительную зону выключателя металлического, магнитного, ферромагнитного материала. При подаче питания в области его чувствительной поверхности образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. Применяют для обнаружения, подсчета и позиционирования металлических объектов. Зона срабатывания 0-20 мм.

2. Емкостные. Между датчиком и окружающей средой существует электростатическое поле. Датчик работает на определение изменения емкости в этой цепи. Между окружающей средой и датчиком существует электростатическое поле, при изменении емкости в данном поле (при попадании в поле любого объекта) происходит срабатывание. Применяют для обнаружения, подсчета и позиционирования металлических и неметаллических объектов, а также для контроля уровня жидкости и сыпучих веществ в резервуарах. Зона срабатывания 0-50 мм.

3. Фотоэлектрические. Состоит из источника (излучателя) и приемника оптического излучения, которые могут располагаться в одном корпусе (моноблочные датчики) или в разных корпусах (двухблочные датчики). Источник датчика создает оптическое излучение в заданном пространстве, приемник реагирует на отраженный от объекта световой поток или на прерывание его. Применяют для обнаружения и подсчета металлических и неметаллических объектов. Зона срабатывания 0-10000 мм.

4. Механические. Принцип действия основан на механических контактах. Контроллируемый объект задевает подвижную часть датчика, происходит переключение контактов датчика. Применяют для обнаружения любых объектов, чаще используются как аварийные концевые выключатели.

5. Магнитные (герконы). Герконовый датчик содержит два контакта из ферромагнитного сплава, заключенных в колбу. Если к контактам поднести магнитный элемент – они замыкаются, образуя непрерывную электромагнитную сеть. Чаще всего применяют для обнаружения положения поршня пневмоцилиндров исполнительных устройств.

6. Световые барьеры. Представляют собой колонны с установленными через определенный шаг оптическими датчиками. Используются для контроля безопасности установленной зоны.

Датчики с аналоговым выходом.

1. Датчики с аналоговым выходом чаще всего существуют в виде первичного преобразователя и преобразующего устройства. Это могут быть: измерители уровня, рН-метры, расходомеры, амперметры, вольтметры, тензометрические датчики и др.

2. Датчики давления. Предназначены для измерения избыточного давления в гидро- и пневмосистемах, системах водоподготовки и теплоснабжения, котельной автоматике, автоматике водоканалов, тепловых пунктах, объектах газового хозяйства и т.п.

Источник

Первичные средства измерения. Аналоговые и дискретные датчики

Типов и видов датчиков существует огромное множество. Они различаются типом измеряемого параметра, способом измерения, конструкцией, диапазоном измерения, видом выходного сигнала и т.д. Рассмотрим только те типы и виды, которые применяются в инженерных системах зданий.

Аналоговые измерительные датчики – это первичные преобразователи.
Такой тип датчиков применяется в системах непрерывного измерения и регулирования. Принцип действия таких датчиков состоит в том, что при изменении параметра происходит соответствующее изменение его выходного сигнала.

Дискретные измерительные датчики – сигнализаторы, реле и т.п.
Такой тип датчиков применяется, когда необходимо отследить конкретное значение измеряемого параметра для каких либо дальнейших действий.
Эти датчики устанавливаются там, где отсутствует необходимость получения всех значений измеряемого параметра, там, где необходимо знать, достиг ли параметр какого-либо конкретного значения. В этом случае измерительная система выдает сигнал только при достижении заданного ограничительного значения.

Датчики (измерительные преобразователи ) температуры.
Физический смысл работы преобразователей температуры (термосопротивлений) основан на изменении сопротивления применяемого в качестве чувствительного элемента металла в зависимости от температуры среды, в которую он погружен. Пропуская через этот элемент электрический ток, мы можем получить зависимость изменения напряжения от температуры. Раньше в качестве такого металла применялась медь. Были медные чувствительные элементы с сопротивлением 50 Ом или 100 Ом при 0ºС. Их недостатком было то, что при значительных длинах проводов, которые соединяли их с вторичными устройствами, сопротивление кабеля было соизмеримо, а то и больше, чем сопротивление самих датчиков. Это, естественно, вносило погрешности в измерения, которые необходимо было компенсировать. Сейчас от этой проблемы ушли, применяя металлы, имеющие 500 Ом или 1000 Ом при 0ºС. Это платина (Pt) и никель (Ni). Поэтому сегодня в инженерных системах чаще всего применяются датчики типа Pt 1000.
В современных системах чаще используются погружные термопреобразователи сопротивления, чувствительный элемент которых непосредственно погружен в измеряемую среду, и накладные, которые измеряют температуру поверхности, предполагая, что она приблизительно равна температуре самой среды. В качестве дискретных датчиков температуры чаще всего применяются манометрические термометры. Это устройства, в которых чувствительным элементом является термобаллон, который соединен капиллярной трубкой с сильфоном. При изменении температуры термобаллона изменяется давление в системе и сильфон перемещает механизм, который заканчивается контактными устройствами. Часто можно услышать название таких датчиков – сигнализаторы температуры или термостаты. Бывают также и
биметаллические датчики.

Датчики (измерительные преобразователи ) давления и перепада давлений.
Датчики давления, как и датчики температуры, бывают аналоговые и дискретные.
Раньше использовались мембранные и сильфонные датчики, принцип действия которых был основан на механическом перемещении (сжатии или расширении) данных чувствительных элементов при изменении давления среды. Далее эти чувствительные элементы имели шток, перемещающийся в магнитном поле и меняющий величину, например, магнитной индукции. Сейчас в качестве чувствительных элементов все чаще применяют тензорезисторы. При сжатии или расширении такого резистора меняется его сопротивление. А дальше, так же, как и в термопреобразователях сопротивления, данный резистор включается в электрическую схему. Дискретные датчики давления рассчитаны на необходимость фиксации конкретного значения давления или перепада давления. Для этого применяются электроконтактные манометры и дифманометры, в качестве чувствительных элементов которых применены трубчатые пружины и мембраны.
Датчики (измерительные преобразователи) влажности.
Датчики влажности

Почти все современные аналоговые датчики влажности имеют емкостной чувствительный элемент. Их принцип работы основан на изменении емкости чувствительного элемента при изменении влажности. Далее этот чувствительный элемент включен в измерительную схему вторичного прибора. Достаточно часто встречаются совмещенные аналоговые датчики влажности и температуры. Таким образом, в точке отбора, где требуется измерение этих двух параметров, устанавливается один прибор вместо двух. Такой датчик имеет два независимых выходных сигнала – один по влажности, другой по температуре.
Дискретные датчики влажности отличаются от аналоговых наличием контактной группы, срабатывающей только при заданном значении. Такие датчики также называют гигростатами.

Датчики (измерительные преобразователи) расхода.
В системах измерения встречаются ультразвуковые, индукционные, вихревые аналоговые расходомеры и термомассовые расходомеры. Дискретные датчики расхода могут быть выполнены в виде крыльчатки, вращающейся в потоке жидкости. С такого датчика сигнал выдается в виде импульса при совершении каждого полного ее оборота. Считая эти импульсы можно организовать учет количества жидкости, прошедшей через прибор за определенное время. Такие датчики могут называться также сигнализаторами расхода.
Сигнализаторы также могут быть выполнены в виде заслонки, установленной поперек потока. Чем больше расход, тем больше давление потока на ее поверхность и больший угол ее отклонения от вертикального положения. При определенном угле отклонения срабатывает контакт и выдается сигнал о наличии расхода. Такие сигнализаторы расхода часто называют реле протока.

Датчики (измерительные преобразователи) уровня жидкости
Аналоговые датчики уровня – это те же датчики дифференциального давления, т.к. любой столб жидкости создает разность давлений между верхним и нижним уровнем.
Дискретные датчики уровня (фактически это датчики наличия жидкости) построены на принципе электропроводности жидкости и состоят из минимум двух электродов, через которые проходит электрический ток. При погружении их в воду образуется замкнутая электрическая цепь. В частности такие системы применяются в дренажных приямках для измерения наличия уровня в них воды.

Датчики (измерительные преобразователи) качества воздуха.
В системах вентиляции и кондиционирования воздуха все чаще поддерживаются не только температура и влажность воздуха, но и его качество, т.е. количество углекислого газа, озона, таких примесей как, сигаретный дым, запах пота, алкоголя, выхлопных газов и т.д. Для измерения этих параметров применяются датчики определяющие наличие в воздухе каких-то отдельных веществ, например углекислого газа, и датчики анализирующие качество воздуха по комплексу присутствующих в нем примесей.
Такие датчики также могут быть аналоговыми и дискретными.

Остались вопросы? Не стесняйтесь задавать их:ФОРМА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

1. Типовые компоненты и датчики контрольно-диагностических средств/ М – во образования Респ. Беларусь, Учреждение образования «Полоц. гос. ун – т». – Новополоцк: ПГУ, 2004. – 382
2. Фрайден Д. Современные датчики/ Дж. Фрайден. – Москва: Техносфера, 2005. – 588 с. – (Мир электроники)
4. Школа автоматчиков. УРОК №5. Основы автоматизации
5. Бейлина, Р.А. Микроэлектронные датчики/ Р.А. Бейлина, Ю.Г. Грозберг, Д.А. Довгяло. Новополоцк: ПГУ, 2001. – 307 с.

Источник

Датчики дискретных параметров

К основным дискретным параметрам, преобразуемым датчи­ками в электрические сигналы, можно отнести состояние объекта («включен —выключен», «открыт—закрыт» и т.д.) и количество объектов. Частным случаем параметра «состояние» можно считать параметр «код» (операции, позиции и т.д.), который, как и со­стояние, определяется по некоторому признаку или набору при­знаков.Как уже говорилось ранее, любой аналоговый (т.е. непрерыв­ный) параметр может быть дискретизирован, т.е. представлен на­бором значений, отличающихся одно от другого на определен­ную величину. Предположим, что суппорт обрабатывающего станка может иметь фиксированные значения угла поворота 0, 10, 20° и т.д. Угол поворота — величина аналоговая, но если пронумеро­вать положения суппорта, то мы будем иметь дело с дискретными величинами — кодами позиций: 1, 2, 3 и т.д. Для получения ин­формации о том, на какой угол повернут суппорт в данный мо­мент, можно использовать датчик углового перемещения, но если на суппорте есть указатель, по которому можно определить код позиции суппорта, то проще использовать датчик состояния.

Разница между датчиками состояния и количества заключает­ся в следующем. Датчик состояния формирует электрический сиг­нал, однозначно соответствующий одному из двух или несколь­ких признаков состояния объекта. Например, двигатель включен — на выходе датчика есть сигнал; двигатель выключен — на выходе датчика сигнала нет. И наличие, и отсутствие сигнала содержат информацию о состоянии объекта.

Датчик количества формирует сигнал при наличии единствен­ного признака (например, при наличии изделия на конвейере), после чего он возвращается в исходное состояние. При каждом очередном появлении этого признака формируется новый сиг­нал, т.е. именно в наличии этого сигнала заключается полезная информация.

Сигналы с датчика количества поступают на устройство обра­ботки дискретных сигналов — счетчик, который подсчитывает количество поступивших сигналов, а значит, количество объек­тов, с которыми связан датчик. Сигналы с датчика состояния по­ступают на другое устройство — регистр, по которому оператор или управляющее устройство судят о состоянии объекта, с кото­рым связан датчик.

Простейший датчик дискретных параметров — контактный (рис. 4.26). Его дискретный входной параметр — перемещение; диск­ретная выходная величина — сопротивление электрической цепи, которое может быть или равным нулю (контакты замкнуты), или бесконечно большим (контакты разомкнуты). Дискретность вход­ного параметра означает, что датчик воспринимает только два значения перемещения движущегося штока относительно его на­чального положения: либо перемещение меньше определенного значения и контакт разомкнут, либо больше и контакт замкнут. Такой датчик может использоваться, например, как концевой выключатель цепи управления движущимся элементом, достиг­шим крайнего положения, или для контроля предельно допусти­мого размера деталей на конвейере. Погрешность его может быть очень маленькой — около 1 мкм.

Широко используются для преобразования дискретных сигна­лов оптические датчики. В подразд. 4.2.3 была рассмотрена работа оптического датчика как преобразователя аналоговой величины (углового перемещения), работающего в дискретном режиме. Но он может использоваться также и как датчик состояния, и как датчик количества.

В первом случае объект, состояние которого контролируется, должен быть снабжен непрозрачным «флажком», который при одном состоянии объекта перекрывает поток света от источника к приемнику излучения, а при другом его состоянии пропускает этот поток. Соответственно в цепи приемника излучения либо нет тока, либо он есть. Роль флажка может выполнять и сам контро­лируемый объект.

В режиме датчика количества источник и приемник излучения располагаются так, что каждый очередной объект, подлежащий счету, перекрывает оптический канал и очередной сигнал с при­емника излучения передается на счетчик.

Оптические датчики удобны тем, что в них отсутствует меха­нический контакт с контролируемым объектом. Они широко ис­пользуются не только для измерения и контроля технологических параметров, но и для защиты обслуживающего персонала от по­падания в опасную зону. В такой ситуации сигнал с датчика может не только предупредить персонал об опасности, но при необхо­димости автоматически отключить оборудование во избежание травмирования людей.

Комбинация дискретного контактного датчика с первичными механическими преобразователями позволяет создавать дискрет­ные датчики аналоговых параметров, называемые релейными. Кон­тактный датчик размещается рядом с механическим преобразова­телем, выходной величиной которого является перемещение (на­пример, пружинным преобразователем силы, сильфонным пре­образователем давления или биметаллическим — температуры). По достижении заданного значения параметра перемещающийся эле­мент замыкает контакты датчика, формируя выходной сигнал. При изменении параметра в обратном направлении контакты снова размыкаются, причем обычно имеется небольшая разница в зна­чениях параметров, соответствующих замыканию и размыканию контактов (гистерезис).

Контрольные вопросы

1. Дайте определение датчика.

2. Почему именно в электрический сигнал датчик преобразует техно­логический параметр?

3. Какие датчики называются активными? Назовите их.

4. Назовите основные выходные параметры пассивного датчика.

5. Перечислите основные характеристики датчиков.

6. Перечислите виды датчиков перемещения. Что является их входной и выходной величиной?

7. Назовите основные датчики деформации, силы. Что является их входной и выходной величиной?

8. Назовите основные датчики температуры. Что является их входной и выходной величиной?

9. Назовите основные датчики дискретных параметров. Какие прин­ципы положены в основу их работы?

ГЛАВА 5 УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ

Если человек сильно утомлен, то может не заметить, напри­мер, идущего ему навстречу приятеля или не услышать с первого раза звонок в дверь. Но ведь его датчики — глаза и уши — получи­ли информацию и преобразовали ее в сигналы, поступившие в нервную систему. Почему же мозг не отреагировал на эти сигна­лы? Возможно, потому, что они оказались слишком слабыми — из-за переутомления ваша нервная система не обеспечила необ­ходимое усиление этих сигналов или не смогла выделить их на фоне других поступивших сигналов (помех).

В технических системах тоже возможны ситуации, когда сигна­лы датчиков слишком слабые, сопровождаются помехами, поэто­му в них большое внимание уделяют устройствам преобразования сигналов. Эти устройства обеспечивают:

• передачу информационных сигналов от датчиков к аппарату­ре обработки сигналов и управляющих сигналов к исполнитель­ным механизмам;

• предварительную обработку (нормализацию) сигналов дат­чиков;

• преобразование аналоговой величины в дискретную, и на­оборот;

• формирование управляющих сигналов для исполнительных механизмов.

Источник