Αισθητήρες - Τύποι & εφαρμογές

Αισθητήρες πίεσης

Οι αισθητήρες πίεσης χρησιμοποιούνται γενικά για τη μέτρηση της πίεσης αερίου ή υγρών. Συνήθως ένας αισθητήρας πίεσης λειτουργεί ως μορφοτροπέας. Παράγει την πίεση σε αναλογικό ηλεκτρικό ή ψηφιακό σήμα. Υπάρχει επίσης μια κατηγορία αισθητήρων πίεσης που ταξινομούνται ως προς την πίεση, μερικοί από αυτούς είναι αισθητήρες απόλυτης πίεσης, αισθητήρας πίεσης μετρητή. Υπάρχει επίσης ένας τύπος αισθητήρα πίεσης που σας ενημερώνει πότε το αυτοκίνητό σας έχει χαμηλή κατανάλωση φυσικού αερίου ή λαδιού.

Οι αισθητήρες πίεσης είναι τυπικοί μετατροπείς που αισθάνονται την πίεση και τη μετατρέπουν σε παραμέτρους ηλεκτρικού σήματος. Τυπικά παραδείγματα αισθητήρων πίεσης είναι μετρητές πίεσης, χωρητικοί αισθητήρες πίεσης και πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες πίεσης. Οι μετρητές τάσης λειτουργούν βάσει της αρχής της αλλαγής στην αντίσταση με την εφαρμογή της πίεσης, όπου οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες πίεσης λειτουργούν στην αρχή της αλλαγής τάσης σε όλη τη συσκευή κατά την εφαρμογή της πίεσης.

Διάγραμμα κυκλώματος αισθητήρα πίεσης:

Το παρακάτω είναι το διάγραμμα κυκλώματος ενός μετρητή πίεσης με βάση μικροελεγκτή PIC:

Το κύκλωμα περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:

• Ένας μικροελεγκτής PIC που λαμβάνει είσοδο από τον αισθητήρα πίεσης και, κατά συνέπεια, δίνει την έξοδο στον πίνακα επτά επτά τμημάτων.
• Ένας αισθητήρας πίεσης 6 ακίδων IC MPX4115 ο οποίος είναι ένας αισθητήρας πίεσης πυριτίου και παρέχει υψηλό αναλογικό σήμα εξόδου.
• 4 οθόνες επτά τμημάτων λαμβάνουν είσοδο από τον μικροελεγκτή PIC και οδηγούνται από κάθε τρανζίστορ.
• Μια κρυσταλλική διάταξη για την παροχή ρολογιού στο μικροελεγκτή.

Λειτουργία αισθητήρα πίεσης:

Το παραπάνω βίντεο περιγράφει τον τρόπο διασύνδεσης του αισθητήρα πίεσης με τον μικροελεγκτή για την εμφάνιση της τιμής της πίεσης σε οθόνη επτά τμημάτων. Ο αισθητήρας πίεσης αποτελείται από 6 ακίδες και συνδέεται με παροχή 5V.

Ο ακροδέκτης 3 συνδέεται στην τροφοδοσία ρεύματος, ο ακροδέκτης 2 είναι γειωμένος και ο ακροδέκτης 1 συνδέεται με τον ακροδέκτη RA0 / AN0 του μικροελεγκτή ως αναλογική είσοδο. Για την εμφάνιση των τιμών εδώ χρησιμοποιούμε 4 ψηφία επτά τμημάτων που οδηγείται από κοινή διαμόρφωση ανόδου τεσσάρων τρανζίστορ.

Εδώ ο αισθητήρας πίεσης 28,50 PSI συνδέεται με τον μικροελεγκτή, οπότε όταν μπορούμε να αλλάξουμε την τιμή του αισθητήρα σε χαμηλή ή υψηλή, ο μικροελεγκτής ανιχνεύει αυτές τις τιμές και τις οθόνες στην οθόνη επτά τμημάτων.

Εάν αυτή η τιμή πίεσης υπερβεί τα επίπεδα κατωφλίου, ο μικροελεγκτής δίνει συναγερμό στο χρήστη. Με αυτόν τον τρόπο μπορεί κανείς να διασυνδέσει οποιονδήποτε τύπο αισθητήρα με τον μικροελεγκτή για παρακολούθηση, επεξεργασία και εμφάνιση των τιμών σε πραγματικό χρόνο.

Εφαρμογές αισθητήρα πίεσης:

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές για αισθητήρα πίεσης όπως ανίχνευση πίεσης, ανίχνευση υψομέτρου, ανίχνευση ροής, ανίχνευση γραμμής ή βάθους.

• Χρησιμοποιείται επίσης σε πραγματικό χρόνο, οι συναγερμοί αυτοκινήτων και οι κάμερες κυκλοφορίας χρησιμοποιούν αισθητήρες πίεσης για να γνωρίζουν εάν κάποιος επιταχύνει.
• Οι αισθητήρες πίεσης χρησιμοποιούνται επίσης στις οθόνες αφής για να προσδιορίσουν το σημείο εφαρμογής της πίεσης και να δώσουν τις κατάλληλες οδηγίες στον επεξεργαστή.
• Χρησιμοποιούνται επίσης σε ψηφιακές συσκευές παρακολούθησης της πίεσης του αίματος και στους αναπνευστήρες.
• Η βιομηχανική εφαρμογή αισθητήρων πίεσης περιλαμβάνει την παρακολούθηση των αερίων και τη μερική πίεση τους.
• Χρησιμοποιούνται επίσης σε αεροπλάνα για να παρέχουν ισορροπία μεταξύ της ατμοσφαιρικής πίεσης και του συστήματος ελέγχου.
• Χρησιμοποιούνται επίσης για τον προσδιορισμό του βάθους των ωκεανών σε περίπτωση θαλάσσιων επιχειρήσεων για τον προσδιορισμό κατάλληλων συνθηκών λειτουργίας για τα ηλεκτρονικά συστήματα.

Ένα παράδειγμα αισθητήρα πίεσης - πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας

Ο πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας είναι μια συσκευή μέτρησης που μετατρέπει τους ηλεκτρικούς παλμούς σε μηχανικές δονήσεις και αντίστροφα. Οι πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι χαλαζία και το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο είναι τα δύο πράγματα που απαιτούνται για να κατανοήσουμε τους πιεζοηλεκτρικούς μορφοτροπείς.

Πιεζοηλεκτρικό κρύσταλλο χαλαζία:

Ένας κρύσταλλος χαλαζία είναι ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό. Μπορεί να παράγει τάση όταν ασκείται μηχανική τάση στον κρύσταλλο. Ο πιεζοηλεκτρικός κρύσταλλος λυγίζει σε διαφορετικές κατευθύνσεις σε διαφορετικές τιμές συχνοτήτων. Αυτό ονομάζεται τρόπος δόνησης. Για την επίτευξη διαφορετικών τρόπων δόνησης, ο κρύσταλλος μπορεί να κατασκευαστεί σε διαφορετικά σχήματα.

Πιεζοηλεκτρική επίδραση:

Το πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα είναι η παραγωγή ηλεκτρικού φορτίου σε συγκεκριμένους κρυστάλλους και κεραμικά λόγω της εφαρμοζόμενης μηχανικής καταπόνησης σε αυτά. Ο ρυθμός παραγωγής ηλεκτρικού φορτίου είναι ανάλογος με τη δύναμη που ασκείται σε αυτό. Το πιεζοηλεκτρικό εφέ λειτουργεί σε αντίστροφη σειρά επίσης έτσι ώστε όταν εφαρμόζεται τάση σε πιεζοηλεκτρικό υλικό μπορεί να παράγει κάποια μηχανική ενέργεια.

Οι πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μικρά τηλέφωνα λόγω της υψηλής ευαισθησίας τους όταν μετατρέπουν την ηχητική πίεση σε τάση. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε επιταχυνσιόμετρα, ανιχνευτές κίνησης και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ανιχνευτές υπερήχων και γεννήτριες. Η διάδοση με υπερήχους δεν επηρεάζεται σε υλικό από τη διαφάνεια του.

Εφαρμογή:

Οι πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο ως ενεργοποιητές όσο και ως αισθητήρες. Ο αισθητήρας μετατρέπει τη μηχανική δύναμη σε παλμούς ηλεκτρικής τάσης και ο ενεργοποιητής μετατρέπει τους παλμούς τάσης σε μηχανικές δονήσεις. Οι πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες μπορούν να ανιχνεύσουν ανισορροπίες περιστρεφόμενων εξαρτημάτων της μηχανής. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη μέτρηση επιπέδων υπερήχων και στη μέτρηση εφαρμογών ρυθμού ροής. Εκτός από τους κραδασμούς για την ανίχνευση ανισορροπιών, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση των επιπέδων υπερήχων και του ρυθμού ροής.

Αισθητήρας υγρασίας

Ένας αισθητήρας υγρασίας ανιχνεύει σχετική υγρασία. Αυτό σημαίνει ότι μετρά τόσο τη θερμοκρασία του αέρα όσο και την υγρασία. Η ανίχνευση υγρασίας είναι απαραίτητη σε συστήματα ελέγχου σε βιομηχανίες και σε οικιακές. Αυτά έχουν σχεδιαστεί για εφαρμογές μεγάλου όγκου και κόστους, όπως αυτοματισμός γραφείου, έλεγχος αέρα αυτοκινήτου, οικιακές συσκευές και συστήματα ελέγχου βιομηχανικών διεργασιών και επίσης σε εφαρμογές όπου απαιτείται αντιστάθμιση υγρασίας. Οι αισθητήρες υγρασίας είναι γενικά τύπου χωρητικού ή αντίστασης.

Η απόκριση των αισθητήρων πυκνωτή είναι πιο γραμμική σε σύγκριση με τους αισθητήρες αντίστασης. Οι χωρητικοί αισθητήρες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε ολόκληρη την περιοχή από 0 έως 100 τοις εκατό σχετικής υγρασίας (RH), όπου το ανθεκτικό στοιχείο περιορίζεται κανονικά σε περίπου 20 έως 90 τοις εκατό σχετική υγρασία (RH). Εδώ πρόκειται να συζητήσουμε για τον χωρητικό αισθητήρα.

Ένας χωρητικός αισθητήρας υγρασίας αλλάζει την χωρητικότητά του με βάση το RH του περιβάλλοντος αέρα. Η διηλεκτρική σταθερά του αισθητήρα αλλάζει με το επίπεδο υγρασίας με τρόπο που μπορεί να μετρηθεί. Η χωρητικότητα αυξάνεται με σχετική υγρασία.

Αισθητήρας υγρασίας

Χαρακτηριστικά:

• Υψηλή αξιοπιστία και μακροπρόθεσμη σταθερότητα.
• Χρησιμοποιείται σε κυκλώματα με έξοδο τάσης ή συχνότητας.
• Εξαρτήματα χωρίς μόλυβδο. Εξαρτήματα χωρίς μόλυβδο.
• Άμεση αλλαγή σε αποκορεσμό από κορεσμένη φάση.
• Γρήγορος χρόνος απόκρισης.

Προδιαγραφές:

• Απαιτήσεις ισχύος: 5 έως 10 VDC.
• Επικοινωνία: Χωρητικό συστατικό.
• Διαστάσεις: 0,25 x 0,40 σε διάμετρο (6,2 x 10,2 mm διάμετρος).
• Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας: -40 έως 212 ° F (-40 έως 100 ° C).

Οι αισθητήρες υγρασίας έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών όπως βιομηχανικές και οικιακές εφαρμογές, ιατρικές εφαρμογές και χρησιμοποιούνται για να παρέχουν μια ένδειξη των επιπέδων υγρασίας στο περιβάλλον.

Η μέτρηση της υγρασίας είναι δύσκολη. Γενικά η υγρασία στον αέρα μετράται ως το κλάσμα της μέγιστης ποσότητας νερού που μπορεί να απορροφήσει ο αέρας σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Σε ατμοσφαιρικές συνθήκες και δεδομένη θερμοκρασία, αυτό το κλάσμα μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ 0 και 100%. Αυτή η σχετική υγρασία ισχύει μόνο σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία και ατμοσφαιρική πίεση. Επομένως, είναι σημαντικό ο αισθητήρας υγρασίας να μην επηρεάζεται ούτε από τη θερμοκρασία ούτε από την πίεση.

Κύκλωμα αισθητήρα υγρασίας

Το ρεύμα που διέρχεται από το θερμίστορ το προκαλεί θέρμανση, αυξάνοντας έτσι τη θερμοκρασία του. Η απαγωγή θερμότητας είναι περισσότερο στο σφραγισμένο θερμίστορ σε σύγκριση με το εκτεθειμένο θερμίστορ λόγω της διαφοράς στη θερμική αγωγιμότητα υδρατμών και ξηρού αζώτου. Η διαφορά στην αντίσταση των θερμίστορ είναι ανάλογη με την απόλυτη υγρασία.

Αισθητήρας αερίου:

Οι αισθητήρες αερίου αποτελούν βασικό συστατικό σε πολλά συστήματα ασφαλείας και σύγχρονη μεθοδολογία, παρέχοντας βασικά σχόλια ποιοτικού ελέγχου στο σύστημα. Και αυτά διατίθενται σε ευρείες προδιαγραφές ανάλογα με τα επίπεδα ευαισθησίας, τον τύπο του αερίου που πρέπει να ανιχνευθεί, τις φυσικές μετρήσεις και διάφορα διαφορετικά στοιχεία.

Οι αισθητήρες αερίου λειτουργούν γενικά με μπαταρία. Μεταδίδουν προειδοποιήσεις μέσω μιας σειράς ηχητικών και ορατών σημάτων όπως συναγερμούς και φώτα που αναβοσβήνουν, όταν εντοπίζονται επικίνδυνα επίπεδα ατμών αερίου. Ένα άλλο αέριο χρησιμοποιείται ως σημείο αναφοράς από τον αισθητήρα καθώς μετρά τη συγκέντρωση αερίου.

Αισθητήρας αερίου

Η μονάδα αισθητήρα αποτελείται από έναν χάλυβα εξωσκελετό κάτω από τον οποίο στεγάζεται ένα αισθητήριο στοιχείο. Αυτό το στοιχείο ανίχνευσης υποβάλλεται σε ρεύμα μέσω συνδέσμων. Αυτό το ρεύμα είναι γνωστό ως ρεύμα θέρμανσης μέσω αυτού τα αέρια που πλησιάζουν στο αισθητήριο συστατικό ιονίζονται και απορροφώνται από το αισθητήριο συστατικό. Αυτό αλλάζει την αντίσταση του αισθητήρα που μεταβάλλει την τιμή του ρεύματος που βγαίνει από αυτό.

Χαρακτηριστικά:

1. Σταθερή απόδοση, μεγάλη διάρκεια ζωής, χαμηλό κόστος.
2. Απλό κύκλωμα κίνησης.
3. Γρήγορη ανταπόκριση.
4. Υψηλή ευαισθησία στο εύφλεκτο αέριο σε μεγάλη κλίμακα.
5. Σταθερή απόδοση, μεγάλη διάρκεια ζωής, χαμηλό κόστος.

Οι ανιχνευτές αερίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση καύσιμων, εύφλεκτων και δηλητηριωδών αερίων και κατανάλωσης οξυγόνου. Αυτός ο τύπος συσκευής χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και μπορεί να βρεθεί σε μια ποικιλία τομέων, παραδείγματος χάριν στις εξέδρες λαδιού, για τον έλεγχο των μορφών παραγωγής και των αναδυόμενων τεχνολογιών όπως τα φωτοβολταϊκά. Μπορούν επιπλέον να χρησιμοποιηθούν για την καταπολέμηση της πυρκαγιάς.

Ο αισθητήρας αερίου είναι κατάλληλος για την ανίχνευση εύφλεκτων αερίων, για παράδειγμα υδρογόνου, μεθανίου ή προπανίου / βουτανίου (LPG).

Κύκλωμα αισθητήρα αερίου

Όταν τα εύφλεκτα ή αναγωγικά αέρια έρχονται σε επαφή με το στοιχείο μέτρησης, υποβάλλονται σε καταλυτική καύση, η οποία προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας που προκαλεί αλλαγή στην αντίσταση του στοιχείου. Η αλλαγή στην αντίσταση του αισθητήρα επιτυγχάνεται ως η αλλαγή της τάσης εξόδου κατά μήκος της αντίστασης φορτίου (RL) σε σειρά με την αντίσταση του αισθητήρα (RS). Η συγκέντρωση του υπό δοκιμή αερίου προσδιορίζεται από την αλλαγή στην αγωγιμότητα όταν η επιφάνεια του αισθητήρα απορροφά τα αναγωγικά αέρια. Η σταθερή έξοδος 5V της πλακέτας συλλογής δεδομένων είναι διαθέσιμη για τον θερμαντήρα του αισθητήρα (VH) και για το κύκλωμα ανίχνευσης (VC).

Τώρα έχετε μια ιδέα για τους τύπους του αισθητήρα και τις εφαρμογές του, εάν έχετε απορίες σχετικά με αυτό το θέμα ή σχετικά με το ηλεκτρικό και ηλεκτρονικά έργα αφήστε τα σχόλια παρακάτω.

Ένα τυπικό κύκλωμα εργασίας