Типы датчиков и их принципиальные схемы

Обычно , мы используем обычные настенные розетки для включения промышленных или бытовых приборов, таких как вентиляторы, охладители, промышленные двигатели и т. д. Но регулярно управлять переключателями очень сложно. Следовательно, системы домашней и промышленной автоматизации разработаны для упрощения управления всеми необходимыми электрическими и электронными нагрузками. Эта автоматизация в энергосистеме может быть спроектирована с использованием различных типов датчиков и цепей датчиков. Итак, эта статья дает исчерпывающий обзор того, что такое датчик, различных типов, принципа действия, а также принципиальные схемы.

Что такое датчик?

Устройство, которое выдает выходные данные, обнаруживая изменения в количествах или событиях, можно определить как датчик. В общем, датчики называют устройствами, которые генерируют электрический сигнал или оптический выходной сигнал, соответствующий изменениям уровня входных сигналов. Существуют различные типы датчиков, например, термопара, которую можно рассматривать как датчик температуры, который вырабатывает выходное напряжение в зависимости от изменений температуры на входе.

Можно наблюдать множество видов датчиков во многих областях, используемых для различных приложений. Рассмотрим несколько типов датчиков . .

Различные типы датчиков в электронике

В повседневной жизни мы привыкли часто использовать различные типы датчиков в наших энергосистемах, например, электрические и электронные приборы, системы управления нагрузкой, домашнюю автоматизацию и т. д. промышленная автоматизация и т. д.

Все типы датчиков можно разделить на аналоговые и цифровые. Но есть несколько типов датчиков, таких как датчики температуры, ИК-датчики, ультразвуковые датчики, датчики давления, датчики приближения и сенсорные датчики, которые часто используются в большинстве электронных приложений.

1. Датчик температуры
2. ИК-датчик
3. Ультразвуковой датчик
4. Датчик касания
5. Датчики приближения
6. Датчик давления
7. Датчики уровня
8. Датчики дыма и газа

Датчик температуры

Температура - одна из наиболее часто измеряемых величин окружающей среды по разным причинам. Существуют различные типы датчиков температуры, которые могут измерять температуру, такие как термопары, термисторы, полупроводниковые датчики температуры, резистивные датчики температуры (RTD) и так далее. В зависимости от требований для измерения температуры в различных приложениях используются разные типы датчиков.

Цепь датчика температуры

Простой датчик температуры со схемой может использоваться для включения или выключения нагрузки при определенной температуре, которая определяется датчиком температуры (здесь используется термистор). Схема состоит из батареи, термистора, транзисторов и реле, которые подключены, как показано на рисунке.

Реле активируется датчиком температуры, определяя желаемую температуру. Таким образом, реле включает подключенную к нему нагрузку (нагрузка может быть переменного или постоянного тока). Мы можем использовать эту схему для автоматического управления вентилятором в зависимости от температуры.

Практическое применение датчика температуры

В первую очередь рассмотрим датчики температуры, которые снова подразделяются на датчики различных типов, такие как термисторы, цифровые датчики температуры и т. д.

Программируемый цифровой контроллер температуры - это практический электронный проект на основе встроенной системы, который он разработан, который используется для управления температурой любого устройства в соответствии с требованиями промышленных приложений. Комплект схемы цифрового датчика температуры показан на рисунке ниже.

Блок-схема схемы проекта может быть представлена ​​следующим образом с различными блоками, как показано на рисунке.

Блок питания состоит из источника переменного тока 230 В, понижающего трансформатора для понижения напряжения, выпрямителя для выпрямления напряжения с переменного на постоянный, регулятора напряжения для поддержания постоянной выходной мощности. Напряжение постоянного тока для ввода в схему проекта.

ЖК-дисплей подключен к микроконтроллерам 8051 для отображения значений температуры в диапазоне от -55 ° C до + 125 ° C. Цифровой датчик температуры IC DS1621 используется для передачи 9-битных показаний температуры на микроконтроллер.

Энергонезависимая память EEPROM используется для хранения заданных пользователем (максимальных и минимальных) настроек температуры с помощью набора переключателей на микроконтроллерах 8051. К микроконтроллеру подключено реле, которым можно управлять с помощью драйвера транзистора. Нагрузка может управляться с помощью этого реле (здесь нагрузка представлена ​​в виде лампы для демонстрационных целей).

ИК-датчик

Небольшие фоточипы с фотоэлементами, которые используются для излучения и обнаружения инфракрасного света, называются ИК-датчиками. ИК-датчики обычно используются для разработки технологий дистанционного управления. Инфракрасные датчики могут использоваться для обнаружения препятствий роботизированному транспортному средству и, таким образом, контролировать направление движения роботизированного транспортного средства. Существуют различные типы датчиков, которые можно использовать для обнаружения инфракрасного света.

Цепь ИК-датчика

Простая схема ИК-датчика используется в нашей повседневной жизни в качестве пульта дистанционного управления для телевизора. Он состоит из схемы ИК-излучателя и ИК-приемника, которые могут быть спроектированы, как показано на рисунке.

Схема ИК-излучателя, которая используется контроллером в качестве пульта дистанционного управления, используется для излучения инфракрасного света. Этот инфракрасный свет отправляется или передается в схему ИК-приемника, которая взаимодействует с устройством, таким как телевизор или робот с дистанционным управлением через ИК-порт. На основе полученных команд осуществляется управление телевизором или роботом.

Практическое применение ИК-датчика

ИК-датчики часто используются для проектирования пультов дистанционного управления телевизорами. Это простой проект электроники на основе ИК-датчика, используемый для дистанционного управления роботизированным транспортным средством с помощью обычного телевизионного или ИК-пульта. Схема проекта роботизированного транспортного средства, управляемого ИК-датчиком, показана на рисунке.

Блок-схема роботизированных транспортных средств с ИК-управлением состоит из различных блоков, таких как двигатели и водолаз, подключенных к микроконтроллерам 8051, аккумулятор для источника питания, блок ИК-приемника и пульт от телевизора. или ИК-пульт, как показано на рисунке.

Здесь пульт от телевизора на основе ИК-датчика используется для удаленной отправки команд роботизированному транспортному средству пользователем. На основе команд, полученных ИК-приемником, подключенным к микроконтроллеру на стороне приемника. Микроконтроллер генерирует соответствующие сигналы для управления двигателями, чтобы управлять направлением роботизированного транспортного средства вперед или назад, влево или вправо.

Ультразвуковой датчик

Датчик, который работает по принципу, аналогичному принципу сонара или радара, и оценивает атрибуты цели путем интерпретации, называется ультразвуковыми датчиками или трансиверами. Существуют различные типы датчиков, которые классифицируются как активные и пассивные ультразвуковые датчики, которые можно различать в зависимости от работы датчиков.

Высокочастотные звуковые волны, генерируемые активными ультразвуковыми датчиками, принимаются обратно ультразвуковым датчиком для оценки эха. Таким образом, временной интервал, используемый для передачи и приема эха, используется для определения расстояния до объекта. Но пассивные ультразвуковые датчики используются только для обнаружения ультразвукового шума, который присутствует в определенных условиях.

Ультразвуковой модуль, показанный на рисунке выше, состоит из ультразвукового передатчика, приемника и схемы управления. Практическое применение ультразвукового датчика со схемой можно использовать в качестве схемы ультразвукового датчика расстояния, как показано ниже.

Каждый раз, когда на схему подается питание, ультразвуковые волны генерируются и передаются от датчика и отражаются обратно от препятствия или объекта впереди него. Затем получатель принимает его, и общее время, затрачиваемое на отправку и получение, используется для расчета расстояния между объектом и датчиком. Микроконтроллер используется для обработки и управления всеми операциями с использованием методов программирования. ЖК-дисплей соединен со схемой для отображения расстояния (обычно в см).

Практическое применение ультразвукового датчика

Ультразвуковые датчики со схемами могут использоваться для измерения расстояния до объекта. Этот метод используется там, где мы не можем реализовать обычные методы для измерения таких недоступных областей, как зоны с высокой температурой или давлением и т. Д. Комплект схемы проекта измерения расстояния на основе ультразвукового датчика показан на рисунке.

Измерение расстояния с помощью блок-схемы проекта ультразвукового датчика показано на блок-схеме ниже. Он состоит из различных блоков, таких как блок питания, ЖК-дисплей, ультразвуковой модуль, объект, расстояние до которого необходимо измерить, и микроконтроллеры 8051.

Ультразвуковой преобразователь, используемый в этом проекте, состоит из ультразвукового передатчика и приемника. Волны, передаваемые ультразвуковым передатчиком, отражаются обратно в ультразвуковой приемник от объекта. Время, необходимое для отправки и приема этих волн, рассчитывается с использованием скорости звука.

Датчик касания

Сенсорные датчики можно определить как переключатели, которые активируются касанием. Существуют различные типы сенсорных датчиков, которые классифицируются в зависимости от типа касаний, например емкостный сенсорный переключатель, резистивный сенсорный переключатель и пьезоэлектрический сенсорный переключатель.

Схема сенсорного датчика

Схема представляет собой простое приложение сенсорного датчика, которое состоит из таймера 555, работающего в моностабильном режиме, сенсорного датчика или пластины, светодиода, батареи и основных электронных компонентов.

Схема подключена, как показано на рисунке выше. В нормальном состоянии, когда сенсорная панель не трогается, светодиод остается в выключенном состоянии. Если один раз прикоснуться к сенсорной панели, таймеры 555 подадут сигнал. Регистрируя сигнал, полученный от сенсорной панели, таймер 555 активирует светодиод, и, таким образом, светодиод светится, указывая на прикосновение к сенсорному датчику или пластине.

Практическое применение сенсорного датчика

Сенсорная нагрузка предназначена для управления нагрузкой. Проектная схема переключателя нагрузки с сенсорным управлением показана на рисунке.

Переключатель нагрузки с сенсорным управлением, основанный на принципе сенсорного датчика, состоит из различных блоков, таких как блок питания, таймеры 555, сенсорная панель или сенсорная панель, реле и нагрузка, как показано на блок-схема сенсорного выключателя нагрузки.

555 таймеров, используемых в схеме, подключены в моностабильном режиме, который используется для управления реле для включения нагрузки на фиксированный период времени. Триггерный штифт таймеров 555 соединен с сенсорной панелью, таким образом, таймеры 555 могут запускаться прикосновением. Каждый раз, когда таймер 555 запускается прикосновением (напряжение возникает при прикосновении к телу человека), он выдает высокий логический уровень в течение фиксированного интервала времени. Этот фиксированный интервал времени можно изменить, изменив соединение постоянной времени RC с таймером. Таким образом, выход таймера 555 управляет нагрузкой через реле, и нагрузка автоматически отключается через фиксированный промежуток времени.

Точно так же мы можем разрабатывать простые и инновационные проекты в области электрики и электроники, используя более совершенные датчики, такие как система автоматического открывания дверей на основе PIR-датчика. Производство электроэнергии на основе датчиков давления, которое может быть реализовано путем размещения пьезоэлектрических пластин (это один из типов датчиков давления) под выключателем скорости на автомагистралях для выработки электроэнергии для уличных фонарей на автомагистралях. Схема датчика приближения на основе датчика приближения.

Теперь давайте продвинемся вперед и узнаем типы датчиков для каждой области, например, в IoT, робототехнике, строительстве и во многих отраслях.

Датчики в IoT

Интернет вещей - это платформа, на которой до недавнего времени он был центром всего, что связано с технологиями. Функция Интернета вещей состоит в том, чтобы доставлять различные типы информации и интеллекта с помощью различных датчиков. Эти датчики работают для сбора информации, работы с ней и обмена между несколькими подключенными устройствами. Со всей собранной информацией датчики обеспечивают автоматическое функционирование и делают технологию умнее. Ниже приведены типы датчиков в Интернете вещей . домен.

Датчики приближения

Это тип датчика IoT, который определяет наличие или отсутствие окружающего объекта или находит свойства объекта. Затем он преобразует обнаруженный сигнал в форму, понятную пользователю, или может быть простым электронным устройством, которое не контактирует с ним.

Датчики приближения применяются в основном в сфере розничной торговли, где они могут обнаруживать движение и связь, существующую между продуктом и потребителем. Благодаря этому пользователи могут получать быстрые уведомления об обновлениях скидок и эксклюзивных предложениях интересных товаров. Другая область - автомобили.

Например, при движении задним ходом вы будете слышать звуки, если обнаружите какое-либо препятствие, и здесь реализована работа датчика приближения.

Есть много других типов датчиков приближения, а именно:

• Емкостные датчики
• Индуктивные датчики
• Фотоэлектрические датчики

Химический датчик

Эти датчики применяются в различных отраслях промышленности. Основная цель этих датчиков - сигнализировать о любых изменениях в жидкости или обнаруживать любые химические изменения в воздухе. Они крайне важны в крупных городах, потому что важно следить за изменениями и обеспечивать безопасность населения.

Существенное внедрение химических сенсоров можно увидеть в коммерческих наблюдениях за атмосферой и в управлении процессами, которые могут быть как преднамеренно, так и случайно выделенными химическими веществами, опасными или радиоактивными веществами, многократно используемыми операциями на космических станциях, фармацевтической промышленности и многих других.

Наиболее часто используемые химические датчики:

• Электрохимический тип газа.
• Химический полевой транзистор
• Химический резистор
• Недисперсионный ИК
• Тип стеклянного электрода pH
• Наностержень из оксида цинка
• Тип флуоресцентного хлорида

Датчик газа

Они почти такие же, как химические датчики, но используются исключительно для наблюдения за изменениями качества воздуха и определения наличия различных типов газов. Подобно химическим датчикам, они используются во многих областях, таких как сельское хозяйство, здравоохранение, производство, и используются для наблюдения за качеством воздуха, распознавания токсичного или горючего газа, наблюдения за опасными газами в угольной промышленности, нефтегазовой отрасли, химических лабораторий, инженерных работ - красок. , пластмассы, резина, медицина и нефтехимия и др.

Некоторые из наиболее часто используемых датчиков газа

• Тип водорода
• Тип мониторинга озона
• Гигрометр
• Датчик углекислого газа
• Электрохимический газообразный тип
• Тип каталитических шариков
• Тип загрязнения воздуха
• Тип обнаружения угарного газа
• Тип обнаружения газа

Это все о газовых и химических датчиках и их типы.

Датчики влажности

Влажность - это термин, который определяется как количество пара, присутствующего в атмосферном воздухе или других газообразных веществах. Датчики влажности обычно используют датчики температуры, поскольку для большинства производственных операций требуются точные рабочие условия. Измеряя влажность, можно убедиться, что вся процедура проходит легко, и когда происходит резкое изменение, они сразу же начинают действовать, поскольку эти датчики быстрее определяют изменение.

Эти датчики влажности используются во многих областях, таких как жилые и коммерческие, для отопления, вентиляции и охлаждения. Даже эти датчики можно наблюдать во многих других областях, таких как покраска, больницы, фармацевтика, метеорология, автомобилестроение, теплицы и промышленность по нанесению покрытий.

Это в основном используемые типы датчиков в Интернете вещей . домен.

Датчики в робототехнике

Датчики имеют большее значение в индустрии робототехники, поскольку они позволяют роботу получать информацию об окружающей среде и тем самым облегчают выполнение необходимых операций. Без этих датчиков роботы могут выполнять лишь несколько монотонных действий, ограничивающих возможности робота.

Обладая всеми этими способностями, роботы могут выполнять множество высокоуровневых операций. Давайте поговорим подробнее о различных типах датчиков в робототехнике .

Датчик ускорения

Этот тип датчика используется для расчета значений угла и ускорения. Акселерометр в основном используется для расчета ускорения. Существует два типа сил, которые показывают воздействие на акселерометр, а именно:

Статическая сила - Это сила трения, которая существует между любыми двумя объектами. Расчет силы тяжести позволяет узнать величину наклона робота. Этот расчет полезен для балансировки роботов или для определения того, движется ли робот на подъеме или на плоской кромке.

Динамическая сила - Это измеряется как величина ускорения, необходимая для движения объекта. Расчет динамической силы с помощью акселерометра определяет скорость или скорость движения робота.

Эти датчики акселерометра доступны в нескольких конфигурациях. Тип выбора зависит от требований отрасли. Некоторые из параметров, которые необходимо проверить перед правильным выбором датчика, - это полоса пропускания, тип выходного сигнала, цифровой или аналоговый, общее количество осей и чувствительность.

На рисунке ниже показана принципиальная схема датчика ускорения.

Звуковой датчик

Эти датчики обычно представляют собой микрофонные устройства, которые используются для определения звука и подачи соответствующего уровня напряжения на основе обнаруженного уровня звука. С помощью звукового датчика можно изготавливать небольшого робота для навигации в зависимости от уровня принимаемого звука.

По сравнению со световыми датчиками процесс проектирования звуковых датчиков несколько сложен. Это связано с тем, что звуковые датчики обеспечивают очень минимальную разницу напряжений, и ее необходимо усиливать, чтобы обеспечить измеримое изменение напряжения. Схема переключения звукового датчика показана ниже:

Датчик освещенности

Датчики света - это своего рода преобразователи, которые используются для определения света и генерируют изменение напряжения, такое же, как интенсивность света, который проходит под датчиками света.

В робототехнике существуют в основном два типа датчиков:фоторезисторные и фотоэлектрические. Даже есть другие типы световых датчиков, которые не так широко распространены, как фототранзисторы и фотолампы.

Фоторезистор

Это своего рода резистор, который в основном используется для обнаружения света. При этом значение сопротивления изменяется в соответствии с уровнем интенсивности света. Свет, падающий на фоторезистор, имеет обратную зависимость от величины сопротивления фоторезистора. В большинстве случаев фоторезистор даже называют LDR, что означает светозависимый резистор. Принципиальная схема фоторезистора показана ниже:

Фотоэлектрические элементы

Фотоэлектрические элементы - это устройства преобразования энергии, которые используются для преобразования солнечного излучения в форму электрической энергии. В основном они используются в процессе производства солнечных роботов. Отдельно фотоэлектрические элементы рассматриваются как устройства источников энергии, которые представляют собой приложение, объединенное как с конденсаторами, так и с транзисторами, и они могут преобразовать их в сенсорное устройство.

Тактильные датчики

Это тип датчика, который определяет контакт между датчиком и объектом. Тактильные датчики, вероятно, применяются в повседневных ситуациях, например, в лампах, которые тускнеют или увеличивают яркость путем прикосновения к их основанию и в кнопках подъема. Кроме того, существует множество обширных областей применения тактильных датчиков, о которых люди точно не знают. Основные типы тактильных датчиков:

Датчик касания

Это датчик, который обладает способностью распознавать и идентифицировать прикосновение объекта к датчику. Некоторые из устройств, в которых используются сенсорные датчики, - это концевые выключатели, микровыключатели и другие. Когда какой-либо из разъемов соприкасается с любой из твердых секций, это устройство становится более удобным, и это останавливает движение робота. Кроме того, он используется для проверки, когда у него есть датчик, используемый для измерения размера компонентов.

Датчик силы

Это используется для измерения значений силы при выполнении нескольких операций, таких как разгрузка и погрузка машины, транспортировка материала и другие операции, выполняемые роботом. Этот датчик также широко используется при сборке для анализа проблем. В этом датчике реализовано несколько подходов, таких как совместное обнаружение, обнаружение тактильной матрицы.

Помимо этого, во многих отраслях промышленности существует множество типов датчиков. Давайте кратко рассмотрим их:

Типы датчиков, используемых в строительстве

В основном в строительстве используются следующие датчики:

• Датчики температуры
• Датчики обнаружения движения
• Датчики электрического напряжения и тока
• Датчики дыма и огня
• Датчики камеры
• Датчики газа

Типы датчиков в дистанционном зондировании

В основном существует два типа датчиков дистанционного зондирования:активные и пассивные.

Активные датчики

Они генерируют энергию для сканирования предметов и местоположений, а затем датчик определяет и вычисляет количество либо рассеянного назад, либо отраженного излучения от целевого объекта. Примерами активных датчиков являются РАДАР и ЛИДАР, где разница во времени между процессом излучения и процессом возврата рассчитывается путем определения площади, скорости и направления объекта.

Пассивные датчики

Эти датчики собирают излучение, которое либо излучается, либо отражается окружающими объектами или объектами. Наиболее ярким примером пассивного датчика является отраженный солнечный свет. И другие примеры - радиометры, объекты с зарядовой связью, инфракрасное излучение и работа с пленочными фотоаппаратами.

Классификация датчиков дистанционного зондирования

Для разработки различных типов схем на основе датчиков вы можете загрузить нашу бесплатную электронную книгу, чтобы самостоятельно разрабатывать проекты электроники. Вы также можете обратиться к нам за технической помощью, разместив свои идеи в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какие еще типы датчиков и в основном схемотехника датчиков потока?