Czujnik | Typy czujników

Rozważmy system pomiarowy. Składa się on z urządzenia wejściowego, które wykrywa środowisko lub otoczenie, aby wygenerować sygnał wyjściowy, bloku przetwarzania sygnałów, który przetwarza sygnał z urządzenia wejściowego, oraz urządzenia wyjściowego, które przedstawia sygnał w formie bardziej czytelnej i użytecznej dla operatora ludzkiego lub maszynowego.

Pierwszym etapem jest urządzenie wejściowe, którym głównie będziemy się zajmować w tym rozdziale.

Czujnik

Czujnik to urządzenie, które reaguje na zmiany fizyczne zjawiska lub zmiennych środowiskowych, takich jak ciepło, ciśnienie, wilgotność, ruch itp. Ta zmiana wpływa na fizyczne, chemiczne lub elektromagnetyczne właściwości czujników, które są następnie przetwarzane do bardziej użytecznej i czytelnej formy. Czujnik to serce systemu pomiarowego. Jest to pierwszy element, który wchodzi w kontakt ze zmiennymi środowiskowymi, aby wygenerować sygnał wyjściowy.

Sygnał wygenerowany przez czujnik jest równoważny ilości, która ma być zmierzona. Czujniki są używane do pomiaru określonej charakterystyki dowolnego obiektu lub urządzenia. Na przykład termopara, termopara wykryje energię cieplną (temperaturę) na jednym z jej złączy i wygeneruje odpowiednie napięcie wyjściowe, które można zmierzyć za pomocą woltomierza. Wszystkie czujniki muszą być kalibrowane względem pewnej wartości odniesienia lub standardu, aby zapewnić dokładne pomiary. Poniżej znajduje się rysunek termopary.

Zauważ, że przetwornik i czujnik nie są tym samym. W powyższym przykładzie termopary, termopara działa jako przetwornik, ale dodatkowe obwody lub komponenty, takie jak woltomierz, wyświetlacze itp., tworzą razem czujnik temperatury.

Dlatego przetwornik po prostu przekonwertuje energię z jednej formy na drugą, a resztę pracy wykonują podłączone obwody. Całe to urządzenie tworzy czujnik. Czujniki i przetworniki są ze sobą ściśle związane.

Charakterystyka czujników

Dobry czujnik powinien mieć następujące cechy

1. Wysoka czułość: Czułość wskazuje, jak bardzo zmienia się wyjście urządzenia przy zmianie o jedną jednostkę wejścia (ilość do zmierzenia). Na przykład napięcie czujnika temperatury zmienia się o 1 mV dla każdej zmiany temperatury o 1°C, wówczas czułość czujnika wynosi 1 mV/°C.

2. Liniowość: Wyjście powinno zmieniać się liniowo z wejściem.

3. Wysoka rozdzielczość: Rozdzielczość to najmniejsza zmiana wejścia, którą urządzenie może wykryć.

4. Mało szumów i zakłóceń.

5. Niewielkie zużycie energii.

Rodzaje czujników

Czujniki są klasyfikowane na podstawie natury mierzonej ilości. Oto rodzaje czujników z kilkoma przykładami.

Klasyfikacja czujników

W zależności od mierzonej ilości

• Temperatura: Odporny detektor temperatury (RTD), termistor, termopara

• Ciśnienie: Rurka Bourdon'a, manometr, membrany, wskaźnik ciśnienia

• Siła/moment obrotowy: Gauge naprężeń, komórka obciążenia

• Prędkość/pozycja: Tachometr, enkoder, LVDT

• Światło: Fotodioda, Rezystor zależny od światła

I tak dalej.
(2) Aktywne i pasywne czujniki: W zależności od wymagań energetycznych, czujniki mogą być klasyfikowane jako aktywne i pasywne. Czujniki aktywne to te, które nie wymagają zewnętrznego źródła zasilania do swojego działania. Generują one energię wewnątrz siebie, aby działać, dlatego nazywane są typem samoogenerowanym. Energia do działania pochodzi z mierzonej ilości. Na przykład kryształ piezoelektryczny generuje wyjście elektryczne (ładunek), gdy jest poddawany przyspieszeniu.

Czujniki pasywne wymagają zewnętrznego źródła zasilania do ich działania. Większość opornikowych, indukcyjnych i pojemnościowych czujników jest pasywna (podobnie jak oporniki, cewki i kondensatory są nazywane urządzeniami pasywnymi).

(3) Czujniki analogowe i cyfrowe: Czujnik analogowy konwertuje mierzoną wielkość fizyczną na formę analogową (ciągłą w czasie). Termopara, RTD, gauge naprężeń są nazywane czujnikami analogowymi. Czujnik cyfrowy generuje wyjście w postaci impulsów. Enkodery są przykładem czujników cyfrowych.

(4) Czujniki odwrotne: Istnieją niektóre czujniki, które są zdolne do wykrywania wielkości fizycznej, aby przekonwertować ją na inną formę, a także do wykrywania formy sygnału wyjściowego, aby uzyskać wielkość w oryginalnej formie. Na przykład, gdy kryształ piezoelektryczny jest poddawany drganiom, generuje napięcie. Jednocześnie, gdy kryształ piezoelektryczny jest poddawany zmiennemu napięciu, zaczyna drgać. Ta właściwość sprawia, że są one odpowiednie do użycia w mikrofonach i głośnikach.

Oświadczenie: Szanuj oryginał, dobre artykuły warto dzielić, w przypadku naruszenia praw autorskich prosimy o kontakt.