Rodzaje czujników w automatyce

  • -

Rodzaje czujników w automatyce

Category : Bez kategorii

Rodzaje czujników w automatyce – jak działają ?

 

Z tego artykułu dowiesz się jak działają czujniki przyspieszenia (akcelerometry), czujniki przechyłu, czujniki drgań, czujniki PIR, czujniki obrotu i siły.  

We współczesnej automatyce stosowanej w halach produkcyjnych i nie tylko wszędzie można zaobserwować obecność różnorakich typów czujników. Można zmierzyć praktycznie wszystkie wielkości fizyczne przy użyciu różnego rodzaju czujników, przetworników. Od pomiaru prądu, napięcia, przez pomiar wilgotności, po liczbę wyprodukowanych elementów na linii produkcyjnej. Istnieją nawet czujniki rozpoznające kolory czy kształt badanego przedmiotu, bądź odległości pomiędzy czujnikiem a przedmiotem. Czujniki towarzyszą nam także w życiu codziennym. Jadąc samochodem, dziesiątki sensorów dba o poprawną pracę silnika, układu paliwowego, układu hamulcowego, układów bezpieczeństwa, można by długo wymieniać. Nawet smartfon, z którym się praktycznie nie rozstajemy wyposażony jest w szereg czujników takich jak akcelerometr, żyroskop, czujnik przechyłu, czujnik temperatury, czujnik dotyku itp.

Czujka PIR

 

Czujka PIR, bądź inaczej pasywna podczerwieni jest powszechnie stosowana w systemach sygnalizacji włamania i napadu. PIR jest podobna do czujnika termicznego. Te czujniki / detektory podczerwieni są elementem czujnika ruchu które często można spotkać na podjazdach do posesji. Gdy zbliżamy się do drzwi załączają światło oświetlając nam drogę. Podczerwień to światło niewidzialne dla ludzkiego oka. Czujniki PIR to urządzenia piroelektryczne, to znaczy że generują napięcie podczas ogrzewania lub chłodzenia czujnika. Każda zmiana temperatury w promieniowaniu cieplnym (czyli podczerwieni) na wyższą lub niższą, np. w wyniku podmuchu powietrza jest traktowana jako alarm. Aby zapobiec fałszywym alarmom stosuje się skomplikowane algorytmy sterowania. W każdym takim czujniku powinna być regulacja czułości (odległości od jakiej czujnik wykryje ruch) i opóźnienie załączenia przedmiotu sterowanego tym czujnikiem. Poniżej widoczny jest przykładowy czujnik PIR. Zwykle element piroelektryczny jest umieszczony za plastikową soczewką wykonaną z tworzywa sztucznego.

Akcelerometr

 

Akcelerometry znajdują się wewnątrz smartfonów, tabletów, a także używane są jako czujniki przyspieszenia w maszynach do testów wibracyjnych. Akcelerometry spotykane w elektronice użytkowej są zazwyczaj tanie i znajdziemy je w praktycznie każdym współczesnym telefonie. Te do zastosowań profesjonalnych są zazwyczaj odpowiednio droższe, ale także dokładniejsze. Wiele akcelerometrów wykorzystuje technikę MEMS ( systemy mikroelektromechaniczne) jako technologię wykrywania przyspieszenia. Polega ona na tym, że w środku czujnika znajdują się zawieszone struktury krzemowe które poruszają się swobodnie w kierunku wyczuwalnego przyspieszenia. Ruch tych struktur przekształcany jest na sygnał zrozumiały dla urządzeń sterujących, dzięki czemu można odpowiednio zareagować na niechciane przyspieszenia.

Akcelerometry montowane są w maszynach przemysłowych w celu wykrywania i monitorowania drgań. Ciekawym zastosowaniem akcelerometrów jest stabilizacja obrazu w aparatach fotograficznych. Podczas wykonywania zdjęcia, gdzie drży ludzka ręka, czujnik wykrywa przyspieszenia i sygnał wysyła do mikrokontrolera. Mikrokontroler zaś steruje silnikami obiektywu kompensując drgania ręki.

Czujniki obrotów

 

Najprostszym czujnikiem obrotów jest zwykły potencjometr pracujący jako dzielnik napięcia, w którym napięcie jest proporcjonalne do kąta obrotu.

Znacznie lepszymi czujnikami są enkodery, powszechnie używane do pomiaru pozycji kątowej. Zapewniają określoną liczbę równo rozmieszczonych impulsów na obrót.

 

Inaczej nazywane są enkoderami inkrementalnymi. Enkodery inkrementalne zapewniają względne sprzężenie zwrotne pozycji (można za ich pomocą odczytać także prędkość i kierunek) poprzez generowanie strumienia impulsów binarnych, które są proporcjonalne do obrotu wału silnika. Enkodery mają dwa kanały, które są przesunięte względem siebie w fazie o 90 stopni.

Czujniki siły

 

Istnieje wiele rodzajów czujników siły, z których dwa to czujniki tensometryczne i czujniki siły . Komórka pomiarowa przekształca odkształcenie materiału mierzone za pomocą tensometru w sygnał elektryczny. Jeden typ czujnika obciążenia wykorzystuje belkę zginaną. Załóżmy, że czujnik tensometryczny jest zamontowany na belce. Gdy siła jest przykładana do belki, belka zaczyna się lekko wyginać, powodując zgięcie tensometru, co prowadzi do zmiany jego elektrycznego sygnału wyjściowego. Na rysunku poniżej pokazano przykład czujnika obciążenia.