Коста Попов
преподава по Електроника
в град Разград
Големина на текста:
Датчици
Сензори за магнитни, електрически, акустични, геометрични, химични и механични
величини
Оптималното протичане на технологичните процеси в индустрията се определя в
немалка степен от коректното измерване на параметрите им. Съществува огромно
разнообразие от методи и средства за измерване на магнитни, електрически, акустични,
геометрични, химични и механични величини. Всеки от които в по-голяма или по-малка
степен подходящ за дадено приложение. В статията ще ви запознаем с принципи на
работа, метрологични специфики и приложна област на основни видове датчици.
Магнитни сензори
Според създадената през 1960 г. Международна система измерителни единици SI,
интензивността на магнитно поле (нарича се и напрегнатост) Н е 1 A/m в средата на
соленоид с дължина 1 m, през който протича ток 1 А. Магнитната индукция В е 1 Т
(тесла), когато в хомогенно магнитно поле върху линеен проводник с ток 1 А,
разположен перпендикулярно на силовите линии, действа сила 1 N. Производителите на
сензори за магнитни величини продължават да използват по-старите мерни единици на
системата CGS - оерщед за интензивност (1 Ое = 79,58 A/m), гаус за индукция (1 G =
10-4 T) и максуел за магнитен поток (1 Maxwell = 10-8 Wb). В геофизиката за
интензивност се използва единицата гама (1 g = 79,58.10-4 A/m). В зависимост от
максималната стойност на Н съществуват 3 групи сензори - за слаби, средни и силни
полета.
Магнитните сензори за слаби полета (Low Field Sensor) измерват В под 0,1 nT и
основните им приложения са за научни изследвания, в медицината и военната техника.
Специфична особеност, която се отчита в тяхната конструкция, е измерването на
значително по-малки стойности на Н от измененията на земното магнитно поле. С най-
голяма чувствителност са свръхпроводящите сензори (Superconducting Quantum
Interference Device) SQUID за измерване на Н между десетина fT и десетина Т.
Необходимостта от работа при ниски температури (обикновено
-269°С) е една от причините те да нямат индустриално приложение. Вторият вид са
сензорите с бобина (Search-Coil Sensor), чийто принцип на действие се основава на
закона на Фарадей (в проводящ кръг, поставен в променливо магнитно поле, се
индуцира електродвижещо напрежение, равно на скоростта на изменение на полето и с
противоположен знак). Могат да се измерват стойности на В между 1 рТ и 100 kT,
посредством индуцираното напрежение, което изисква променливо магнитно поле или
движение на сензора. Типично приложение е за контрол на автомобилното движение,
като преминаващите коли се регистрират по предизвикваните промени в земното
магнитно поле.
Сензорите за средни магнитни полета (Medium Field Sensor) се наричат още сензори за
земното магнитно поле (Earth’s Field Sensor), тъй като поради обхвата им от 0,1 nT до 1
mT най-често се използват за измерване на Н на земното магнитно поле (от 0,1 до 10
mT). Типични приложения са реализация на компаси, за регистрация на аномалии в
полето поради наличието на метални предмети и определяне на скоростта на изменение
на полето. Сред най-старите (създадени през 1928 г.) и все още най-масово използвани
са сензорите за поток (Fluxgate Sensor). Поради своя принцип, сензорите за поток са
сравнително големи и не така надеждни, както други съвременни интегрални сензори.
Магнитоиндуктивните сензори (Magnetoinductive Sensor) представляват релаксационен
генератор, чиято честота f0 е пропорционална на Н. Измерват Н обикновено в
границите от 0,1 A/m до 1 kA/m, имат малка постояннотокова консумация и ниска цена.
Приложението им се ограничава в създаването на компаси.
Много по-голямо е приложението на анизотропните магниторезистивни сензори
(Anisotropic Magnetoresistive Sensor), означавани като AMR сензори. С AMR сензорите
могат да се измерват променливи магнитни полета с честота до 1 MHz. Използват се за
измерване на земното магнитно поле (навигация и компаси), определяне наличието,
големината и посоката на други магнитни полета, както и за тяхната промяна поради
наличие на метални предмети. Областите на приложение включват контрол на трафик,
хранително-вкусова промишленост, земеделие, изкопни работи, лабораторни уреди.
Сензорите за силни магнитни полета (High Field Sensor, Bias Magnet Field Sensor) се
използват за измерване на полета с В над 1 mT, като горната граница достига до 10 kT.
Обикновено те се създават от предназначени за целта постоянни магнити, а
въздействието върху сензора е за кратко време. В зависимост от принципа на действие
съществуват 3 основни вида сензори от този тип. Първият са сензорите на Хол. Вторият
вид сензори са магниторезисторите (Magnetoresistor) MR. Те използват
полупроводников слой от InSb или InAs с дебелина няколко mm, чиято дължина е
значително по-малка от w. Така се получава съпротивление между няколко стотици W и
няколко kW. Третият вид са гигантските магниторезистори (Giant Magnetoresistive
Device) GMR, чието странно наименование произтича от силното изменение (до 70%)
на съпротивлението им с Н. Физическото явление, на което те се основават, е открито
през 1988 г., благодарение на успехите в получаването на много тънки слоеве (под 10
nm) от магнитни и проводящи немагнитни материали. Основно предимство на GMR
резисторите са малките размери, значителните изходни напрежения, големите
чувствителност и температурна стабилност и сравнително ниска цена.
Сензори за ток
Действието им се основава на известния от физиката закон B = (2.10-7 I)/r, който дава
магнитната индукция в Т на разстояние r в m, създадена от линеен проводник с
диаметър d<<r с ток I в А. За определяне на I се измерва стойността на В чрез
магниторезистор или сензор на Хол.
За повишаване на чувствителността на сензора и измерване на малки токове се използва
магнитопровод, който концентрира магнитните силови линии в сензора.
Наименованието сензори за ток с отворена верига (Open Loop Current Sensor) се отнася
за всички свързвания, при които изходният сигнал се използва непосредствено за
оценка на стойността на измервания ток. За измерване на големи токове при малко
разстояние r са подходящи сензори за ток със затворена верига (Closed Loop Current
Sensor), наричани още сензори с обратна връзка (Feedback Current Sensor). Основните
им предимства в сравнение със сензорите с отворена верига са липсата на принципни
ограничения за големината на I, много добрата линейна зависимост между Uo и I,
големият обхват и точност на измерването, по-широката честотна лента и по-голямото
бързодействие. Типични приложения са регулиране на оборотите на ел. двигатели,
системи с обратна връзка, токова защита, токозахранвания, честотни конвертори и др.
В зависимост от вида на изходния сигнал съществуват линейни сензори за ток (Linear
Current Sensor) LCS и цифрови сензори за ток (Digital Current Sensor) DCS. Формата на
изходния сигнал на първите практически съвпада с тази на тока, което ги прави особено
подходящи за системи със затворен кръг. Изходното им напрежение при липса на
измерван ток обикновено е половината от захранващото, увеличава се при ток в едната
посока и намалява при ток в другата посока. Някои LCS имат възможност за настройка
на обхвата и чувствителността при пускането им в експлоатация. Наименованието
сензор за ток с индустриално приложение (Industrial Output Current Sensor) се отнася за
LCS с изходен сигнал ток (напр. 4-20 mA) или напрежение (напр. 1-5 V). Двете
логически нива на DCS обикновено са няколко десетки от V и захранващото
напрежение и преминаването от едното в другото става при достигане на дадена
стойност на измервания постоянен ток или при преминаване през нулата на променлив
ток. Типични приложения са за подаване на алармен сигнал, включване на двигатели и
отваряне на вентили.
Сензори за геометрични величини
Голямото разнообразие на геометрични величини се свежда обикновено до измерване
или регистриране на положението на подвижен обект спрямо неподвижен или спрямо
някаква реперна точка.
Контактни сензори
Те са два основни вида - изключватели и потенциометрични сензори. В зависимост от
областите на приложение и условията на работа, изключвателите имат няколко
разновидности. Първата са крайните изключватели (Limit Switch) LS, които обуславят
нормалната работа на машина или устройство, т.е. задействането им не означава
аварийна ситуация. Вторият тип се състои от две части - едната съдържа клемите и се
закрепва неподвижно, а другата е с актуатора и контактите и лесно се поставя и сваля,
което улеснява ремонта. Друга разновидност са предпазните изключватели (Safety

Това е само предварителен преглед

За да разгледате всички страници от този документ натиснете тук.

Датчици - видове, класификация

Сензори за магнитни, електрически, акустични, геометрични, химични и механични величини...
Изпратен от:
mi60nka
на 2013-05-31
Добавен в:
Лекции
по Електроника
Статистика:
96 сваляния
виж още
 
Подобни материали
 

Капацитивни сензори

06 юни 2009
·
140
·
6
·
496
·
118
·
1

Сензори за механични деформации Сензорите за механични деформации(премествания) (Strain Gauge) SG са широко разпространени, тъй като се използват и като съставна част на много други сензори за механични величини. В случая става въпрос за механични прем...
 

Измерване на ток, напрежение и мощност с електромеханични аналогови уреди.

17 мар 2006
·
690
·
3
·
129
·
379

Запознаване с основните уреди за измерване на ток, напрежение и мощност, както и с начините за разширяване на обхватите им.
 

Протокол по ел.измерване

04 юли 2007
·
111
·
4
·
88
·
113

Измерване на мощности в постояннотокови и еднофазни променливи вериги.
 

Повиквателни и сигнални устройства

21 апр 2007
·
165
·
8
·
1,588
·
86

Освен електроакустичните преобразуватели, от чието качество пряко зависи качеството на телефонирането...
 

Компенсатори

21 май 2007
·
104
·
2
·
114

Теоретична обосновка. Задачи за изпълнение. Схеми. Резултати от задачите за изпълнение.
1 2 3 »
 
Онлайн тестове по Електроника
Тест по полупроводникови елементи
тематичен тест по Електроника за Ученици от 12 клас
Тестовите въпроси са свързани със знания относно ДИОДИТЕ и техните характеристики по електроника. Въпросите са с един верен отговор.
(Лесен)
15
218
1
09.01.2012
» виж всички онлайн тестове по електроника

Датчици - видове, класификация

Материал № 1004050, от 31 май 2013
Свален: 96 пъти
Прегледан: 141 пъти
Предмет: Електроника, Технически науки
Тип: Лекция
Брой страници: 8
Брой думи: 705
Брой символи: 4,482

Потърси помощ за своята домашна:

Имаш домашна за "Датчици - видове, класификация"?
Намери бързо решение, с помощтта на потребители на Pomagalo.com:

Намери частен учител

Коста Попов
преподава по Електроника
в град Разград
с опит от  23 години
100 32

виж още преподаватели...
Последно видяха материала