Czujniki - typy i zastosowania

Czujniki ciśnienia

Czujniki ciśnienia są zwykle używane do pomiaru ciśnienia gazu lub cieczy. Zwykle czujnik ciśnienia działa jako przetwornik. Generuje ciśnienie w analogowym sygnale elektrycznym lub cyfrowym. Istnieje również kategoria czujników ciśnienia, które są klasyfikowane ze względu na ciśnienie, niektóre z nich to czujnik ciśnienia bezwzględnego, czujnik ciśnienia względnego. Istnieje również rodzaj czujnika ciśnienia, który informuje o niskim poziomie benzyny lub oleju w samochodzie.

Czujniki ciśnienia to typowe przetworniki, które wykrywają ciśnienie i przekształcają je na parametry sygnału elektrycznego. Typowymi przykładami czujników ciśnienia są tensometry, pojemnościowe czujniki ciśnienia i piezoelektryczne czujniki ciśnienia. Tensometry działają na zasadzie zmiany rezystancji przy zastosowaniu ciśnienia, gdzie jako piezoelektryczne czujniki ciśnienia działają na zasadzie zmiany napięcia na urządzeniu pod wpływem ciśnienia.

Schemat obwodu czujnika ciśnienia:

Poniżej przedstawiono schemat obwodu miernika pomiaru ciśnienia opartego na mikrokontrolerze PIC:

Obwód składa się z następujących elementów:

• Mikrokontroler PIC, który otrzymuje sygnał wejściowy z czujnika ciśnienia i odpowiednio przekazuje dane wyjściowe do 4 siedmiosegmentowego panelu wyświetlacza.
• 6-pinowy czujnik ciśnienia IC MPX4115, który jest silikonowym czujnikiem ciśnienia i zapewnia wysoki analogowy sygnał wyjściowy.
• 4 siedmiosegmentowe wyświetlacze otrzymujące dane wejściowe z mikrokontrolera PIC i sterowane przez każdy tranzystor.
• Układ kryształów zapewniający wejście zegara do mikrokontrolera.

Działanie czujnika ciśnienia:

Powyższe wideo opisuje, w jaki sposób czujnik ciśnienia jest połączony z mikrokontrolerem, aby wyświetlać wartość ciśnienia na siedmiosegmentowym wyświetlaczu. Czujnik ciśnienia składa się z 6 pinów i jest podłączony do zasilania 5V.

Pin 3 jest podłączony do zasilania, pin 2 jest uziemiony, a pin 1 jest połączony z pinem RA0 / AN0 mikrokontrolera jako wejście analogowe. Do wyświetlania wartości używamy tutaj czterocyfrowego siedmiosegmentowego wyświetlacza, który jest sterowany przez konfigurację wspólnej anody czterech tranzystorów.

Tutaj czujnik ciśnienia 28,50 PSI jest podłączony do mikrokontrolera, więc gdy możemy zmienić wartość czujnika na niską lub wysoką, mikrokontroler wykrywa te wartości i wyświetla na siedmiosegmentowym wyświetlaczu.

Jeśli ta wartość ciśnienia przekroczy swoje progi, mikrokontroler alarmuje użytkownika. W ten sposób można podłączyć dowolny typ czujnika do mikrokontrolera w celu monitorowania, przetwarzania i wyświetlania wartości w czasie rzeczywistym.

Zastosowania czujnika ciśnienia:

Istnieje wiele zastosowań czujników ciśnienia, takich jak wykrywanie ciśnienia, wykrywanie wysokości, wykrywanie przepływu, wykrywanie linii lub głębokości.

• Jest również używany w czasie rzeczywistym, alarmy samochodowe, a kamery drogowe wykorzystują czujniki ciśnienia, aby wiedzieć, czy ktoś przekracza prędkość.
• Czujniki ciśnienia są również używane w wyświetlaczach dotykowych, aby określić punkt przyłożenia nacisku i podać odpowiednie wskazówki do procesora.
• Są również wykorzystywane w cyfrowych ciśnieniomierzach i respiratorach.
• Przemysłowe zastosowanie czujników ciśnienia obejmuje monitorowanie gazów i ich ciśnienia parcjalnego.
• Są również używane w samolotach, aby zapewnić równowagę między ciśnieniem atmosferycznym a systemem sterowania.
• Służą również do określania głębokości oceanów w przypadku operacji morskich w celu określenia odpowiednich warunków pracy systemów elektronicznych.

Przykład czujnika ciśnienia - przetwornik piezoelektryczny

Przetwornik piezoelektryczny to urządzenie pomiarowe, które przekształca impulsy elektryczne w drgania mechaniczne i odwrotnie. Piezoelektryczny kryształ kwarcu i efekt piezoelektryczny to dwie rzeczy, które należy zrozumieć na temat przetworników piezoelektrycznych.

Piezoelektryczny kryształ kwarcu:

Kryształ kwarcu to materiał piezoelektryczny. Może generować napięcie, gdy kryształ jest poddawany pewnym naprężeniom mechanicznym. Kryształ piezoelektryczny wygina się w różnych kierunkach przy różnych wartościach częstotliwości. Nazywa się to trybem wibracji. Aby uzyskać różne tryby wibracji, kryształ może być wykonany w różnych kształtach.

Efekt piezoelektryczny:

Efekt piezoelektryczny to generowanie ładunku elektrycznego w niektórych kryształach i ceramice w wyniku przyłożonego do nich naprężenia mechanicznego. Szybkość wytwarzania ładunku elektrycznego jest proporcjonalna do przyłożonej siły. Efekt piezoelektryczny działa w odwrotnej kolejności, również w taki sposób, że po przyłożeniu napięcia do materiału piezoelektrycznego może ono generować pewną energię mechaniczną.

Przetworniki piezoelektryczne mogą być stosowane w mikro telefonach ze względu na ich wysoką czułość, gdzie przetwarzają ciśnienie akustyczne na napięcie. Mogą być stosowane w akcelerometrach, czujnikach ruchu, a także jako detektory i generatory ultradźwięków. Na propagację ultradźwięków w materiale nie ma wpływu jego przezroczystość.

Podanie:

Przetworniki piezoelektryczne mogą być używane zarówno jako elementy wykonawcze, jak i czujniki. Czujnik zamienia siłę mechaniczną na impulsy napięcia elektrycznego, a siłownik przekształca impulsy napięcia w wibracje mechaniczne. Czujniki piezoelektryczne mogą wykrywać nierównowagę obracających się części maszyn. Mogą być używane do ultradźwiękowego pomiaru poziomu i pomiaru natężenia przepływu. Oprócz wibracji do wykrywania nierównowagi, mogą być używane do pomiaru ultradźwiękowych poziomów i natężeń przepływu.

Czujnik wilgotności

Czujnik wilgotności wykrywa wilgotność względną. Oznacza to, że mierzy zarówno temperaturę powietrza, jak i wilgotność. Wykrywanie wilgotności jest niezbędne w układach sterowania w przemyśle i gospodarstwie domowym. Są one przeznaczone do zastosowań o dużej objętości, wrażliwych na koszty, na przykład automatyki biurowej, kontroli powietrza w samochodach, sprzętu gospodarstwa domowego i systemów sterowania procesami przemysłowymi, a także w zastosowaniach, w których wymagana jest kompensacja wilgotności. Czujniki wilgotności są zwykle typu pojemnościowego lub rezystancyjnego.

Reakcja czujników kondensatorowych jest bardziej liniowa w porównaniu z czujnikami rezystancyjnymi. Czujniki pojemnościowe są dodatkowo używane w całym zakresie od 0 do 100 procent wilgotności względnej (RH), gdzie element rezystancyjny jest zwykle ograniczony do około 20 do 90 procent wilgotności względnej (RH). Tutaj omówimy czujnik pojemnościowy.

Pojemnościowy czujnik wilgotności zmienia swoją pojemność w zależności od wilgotności względnej otaczającego powietrza. Stała dielektryczna czujnika zmienia się wraz z poziomem wilgotności w sposób możliwy do zmierzenia. Pojemność rośnie wraz z wilgotnością względną.

Czujnik wilgotności

Funkcje:

• Wysoka niezawodność i długoterminowa stabilność.
• Jest stosowany w obwodach z wyjściem napięciowym lub częstotliwościowym.
• Komponent bezołowiowy. Komponenty nie zawierają ołowiu.
• Natychmiastowa zmiana na desaturację z fazy nasyconej.
• Szybki czas reakcji.

Specyfikacje:

• Wymagania dotyczące zasilania: od 5 do 10 VDC.
• Komunikacja: komponent pojemnościowy.
• Wymiary: średnica 0,25 x 0,40 cala (średnica 6,2 x 10,2 mm).
• Zakres temperatury roboczej: -40 do 212 ° F (-40 do 100 ° C).

Czujniki wilgotności mają szeroki zakres zastosowań, takich jak zastosowania przemysłowe i domowe, zastosowania medyczne i są wykorzystywane do wskazywania poziomu wilgotności w środowisku.

Pomiar wilgotności jest trudny. Ogólnie wilgotność powietrza mierzy się jako ułamek maksymalnej ilości wody, jaką powietrze może wchłonąć w określonej temperaturze. W warunkach atmosferycznych i w danej temperaturze frakcja ta może wahać się od 0 do 100%. Ta wilgotność względna obowiązuje tylko w określonej temperaturze i ciśnieniu atmosferycznym. Dlatego ważne jest, aby na czujnik wilgotności nie miała wpływu ani temperatura, ani ciśnienie.

Obwód czujnika wilgotności

Prąd przepływający przez termistor powoduje jego nagrzewanie się, zwiększając tym samym jego temperaturę. Rozpraszanie ciepła jest większe w uszczelnionym termistorze w porównaniu z termistorem odsłoniętym ze względu na różnicę w przewodnictwie cieplnym pary wodnej i suchego azotu. Różnica w rezystancji termistorów jest proporcjonalna do bezwzględnej wilgotności.

Czujnik gazu:

Czujniki gazu są podstawowym elementem wielu systemów bezpieczeństwa i nowoczesnej metodologii, dostarczając do systemu kluczowych informacji zwrotnych z kontroli jakości. Są one dostępne w szerokich specyfikacjach w zależności od poziomów czułości, rodzaju wykrywanego gazu, pomiarów fizycznych i różnych elementów.

Czujniki gazu są zwykle zasilane bateriami. Przekazują ostrzeżenia za pomocą serii sygnałów dźwiękowych i wizualnych, takich jak alarmy i migające światła, w przypadku wykrycia niebezpiecznych poziomów oparów gazu. Inny gaz jest używany jako punkt odniesienia przez czujnik, ponieważ mierzy stężenie gazu.

Czujnik gazu

Moduł czujnika składa się ze stalowego egzoszkieletu, pod którym znajduje się element czujnikowy. Ten element czujnikowy jest poddawany działaniu prądu przez przewody połączeniowe. Przepływający przez niego prąd nazywany jest prądem grzewczym. Gazy zbliżające się do elementu czujnikowego ulegają jonizacji i są absorbowane przez element czujnikowy. Zmienia to rezystancję elementu czujnikowego, co zmienia wartość prądu wychodzącego z niego.

Funkcje:

1. Stabilna wydajność, długa żywotność, niski koszt.
2. Prosty obwód napędowy.
3. Szybka odpowiedź.
4. Wysoka wrażliwość na gaz palny w szerokim zakresie.
5. Stabilna wydajność, długa żywotność, niski koszt.

Detektory gazów mogą być używane do wykrywania gazów palnych, łatwopalnych i trujących oraz zużycia tlenu. Ten typ urządzenia jest szeroko stosowany w przemyśle i można go znaleźć w różnych obszarach, na przykład na platformach wiertniczych, do przesiewania form produkcyjnych i nowych technologii, takich jak fotowoltaika. Mogą być dodatkowo wykorzystywane do gaszenia pożarów.

Czujnik gazu nadaje się do wykrywania gazów palnych, na przykład wodoru, metanu lub propanu / butanu (LPG).

Obwód czujnika gazu

Kiedy gazy palne lub redukujące wejdą w kontakt z elementem pomiarowym, ulegają katalitycznemu spalaniu, co powoduje wzrost temperatury, co powoduje zmianę rezystancji elementu. Zmiana rezystancji czujnika jest uzyskiwana jako zmiana napięcia wyjściowego na rezystorze obciążającym (RL) szeregowo z rezystancją czujnika (RS). Stężenie badanego gazu określa się na podstawie zmiany przewodnictwa, gdy powierzchnia czujnika pochłania gazy redukujące. Stałe napięcie wyjściowe 5 V karty gromadzenia danych jest dostępne dla podgrzewacza czujnika (VH) i dla obwodu wykrywającego (VC).

Teraz masz już pojęcie o typach czujników i ich zastosowaniach, jeśli masz jakieś pytania na ten temat lub na elektryczność i projekty elektroniczne zostaw komentarze poniżej.

Typowy obwód roboczy