Ivalt.ru

И-Вольт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое дискретный выключатель

Входы и выходы контроллера

Для расчёта системы Умный Дом в первую очередь требуется определиться с количеством входов и выходов контроллера, которые нам понадобятся. Также входы и выходы могут быть дискретными и аналоговыми, бывают также выходы ШИМ для управления светодиодными лентами. При настройке контроллеров понимание этих понятий также является необходимым.

Рассмотрим их по очереди, затем разберём пример расчёта нужного нам количества.

Входы и выходы контроллера

Вход контроллера позволяет ему получать информацию от какого-то элемента. Ко входам подключаются все датчики всех типов и выключатели. Выключатель или датчик даёт сигнал о нажатии или о срабатывании, контроллер его получает, значит, для контроллера это вход.

Контроллер не посылает на датчики и выключатели никаких сигналов, только получает сигналы от них.

Выход контроллера позволяет контроллеру выдавать сигнал. То есть, управлять чем-то. Например, светом, шторами, приводами радиаторов, сиреной, дверным замком, розетками — чем угодно, подавая на него напряжение или замыкая контакты.

Дискретные и аналоговые сигналы

Вход или выход может быть дискретным либо аналоговым.

Дискретный сигнал — это либо единица, либо ноль. Грубо говоря, либо есть сигнал, либо нет.

Датчик движения либо видит движение, либо нет, промежуточных состояний у него нет. Поэтому он подключается к дискретному входу контроллера. То есть, контроллер получает от него либо сигнал «движение есть» либо сигнал «движения нет».

Аналогично, выключатель либо нажат, либо не нажат. На дискретный вход либо приходит напряжение, либо не приходит.

Дискретный выход — это наличие управляющего воздействия или его отсутствие. Свет включен или выключен. Шаровый кран открыт или закрыт. В розетке есть напряжение или нет, без промежуточных вариантов. Такой сигнал даёт дискретный выход контроллера.

Аналоговый сигнал может принимать разные значения. Самые распространённые варианты сигналов это напряжение от 0 до 10 вольт и ток от 4 до 20 миллиампер. Иногда встречается напряжение от 1 до 10 вольт (чтобы при минимальном сигнале 1 вольт давал понять о том, что устройство подключено) или ток от 0 до 20 мА.

Аналоговый сигнал дают датчики различных переменных значений. Например, датчики температуры с выходным сигналом от 0 до 10 вольт. Если известно, что датчик измеряет температуру в диапазоне от 0 до +50 градусов Цельсия, то 0 вольт на выходе датчика соответствуют 0 градусов, 5 вольт соответствуют 25 градусам, 9 вольт соответствуют 45 градусам. Может использоваться датчик влажности воздуха, датчик уровня углекислого газа, датчик температуры пола или любых других параметров. Все эти датчики дают аналоговый сигнал, подключаются к аналоговому входу контроллера.

Аналоговый выход используется контроллером для передачи управляющего сигнала 0-10 вольт на какое-либо устройство. Например, на диммер освещения или регулятор скорости вентилятора.

Выход ШИМ

ШИМ расшифровывается как «широтно-импульсная модуляция». В наших задачах он используется для регулирования яркости светодиодных лент. На один цвет ленты нужен один выход ШИМ. Контроллер EasyHomePLC имеет на борту 6 выходов ШИМ с мощностью каждого до 1,4 ампер. Если подключаемая лента требует больший ток (скорее всего, это так), то надо использовать усилитель сигнала ШИМ для светодиодной ленты, они бывают в отдельном корпусе или на DIN рейку.

Контроллер Beckhoff не имеет собственных ШИМ выходов, для регулировки яркости ленты в нём используется аналоговый выход 0-10 вольт и отдельный диммер для светодиодных лент.

Порты RS485 и RS232

Через эти порты мы можем подключать различные дополнительные устройства к контроллеру.

По RS232 подключается только GSM модем, он используется для отправки тревожных сообщений и приёма управляющих сообщений, и приёмопередатчик беспроводной системы управления светом и климатом Noolite.

По RS485 подключается огромное множество устройств: многие кондиционеры, вентмашины, генераторы, модули входов и выходов контроллера разного типа, диммеры, конвекторы Varmann и даже приводы электроштор.

У контроллера EasyHomePLC на борту два порта 232 и два порта 485. У контроллера Beckhoff по одному порту, но мы можем ставить дополнительные модули расширения и увеличивать количество портов.

Расчёт количества входов и выходов

Для подсчёта необходимого количества модулей расширения контроллера надо подсчитать, сколько нам понадобится всего входов и выходов. Возьмём для примера 2-комнатную квартиру.

10 групп света — это 10 дискретных выходов.

3 радиатора — это ещё 3 выхода.

Два крана перекрывания подачи воды в квартиры. Они работают одновременно, так что можно считать 1 дискретный выход.

Три электрошторы. У каждой может быть сигнал открывания и закрывания, так что это 6 выходов.

3 электрических тёплых пола это 3 дискретных выхода.

Посчитаем также общее отключение розеток квартиры (1 выход) и вытяжку санузла (ещё 1 выход).

Нужно ли нам диммирование каких-то групп света? Если да, то считаем аналоговые выходы по количеству диммируемых групп.

Далее считаем входы:

12 выключателей освещения,

3 выключателя штор,

3 датчика движения,

1 датчика открывания входной двери,

3 датчика протечки воды.

Аналоговые входы: 3 датчика температуры воздуха и 3 датчика температуры тёплого пола.

Итого получаем: 25 дискретных выходов, 22 дискретных входа, 6 аналоговых входов.

Если хотим подключить к системе GSM модем, то нам нужен порт RS-232.

Если хотим подключить управление кондиционером, то нам нужен порт RS-485 для подключения ИК-передатчика.

Контроллер EasyHomePLC даёт нам 32 входа, 16 из которых могут быть использованы как дискретные, что полностью покрывает наши потребности по входам.

Также у контроллера есть порты RS232 и RS485.

У контроллера 9 встроенных реле (дискретных выводов), нам нужен дополнительно блок 16 дискретных выходов Овен. Итого, вся автоматика Умный Дом обойдётся в 40 000 рублей + 12 000 рублей, всего 52 тысячи. Добавляем к комплекту модем, реле, приводы радиаторов, ИК-передатчики для кондиционеров, получим стоимость всего комплекта в районе 100 тысяч рублей (зависит от точного количества элементов).

На контроллере Beckhoff такую систему реализовывать нецелесообразно, у центрального контроллера CX8080 нет собственных входов и выходов, придётся набирать их модулями расшинения. Но при желании можно, стоимость контроллера и модулей расширения составит порядка 135 тысяч рублей (без датчиков).

ⓘ Дискретное устройство. Дискрeтное устрoйство — техническое устройство, которое может представлять собой электронную, электрическую, пневматическую схемы, механи ..

ⓘ Дискретное устройство

Дискрeтное устрoйство — техническое устройство, которое может представлять собой электронную, электрическую, пневматическую схемы, механическое устройство или программу управления. Со стороны математики дискретное устройство является логической функцией. В системе управления дискретное устройство является преобразователем информации, материальными носителями которой есть сигналы.

1. Цель и задачи

Целью и задачей дискретного устройства является выяснение набора правил, которые будут описывать элементарные действия в определенной последовательности над исходными данными любой задачи, требующей решения.В дискретном устройстве определение последовательности из нулей 0 и единиц 1. По иному дискретное устройство называется одноактным автоматом.

2. Принцип работы

Выходные переменные в дискретном устройстве зависят от возможных комбинаций входных величин. Незамедлительное изменение выходных величин при изменении входных обуславливает определение устройства одноактным. Несмотря на то, что запаздывание присуще любому техническому устройству, в дискретном одноактном оно очень мало или вовсе не влияет на технический процесс. Процесс обмена информацией происходит в несколько этапов. Информация передается сигналами, которые шифруются, кодируются и запоминаются. Сигнал является функцией времени, даже если сообщение к таковой не относится. Дискретными являются сигналы, функция которых принимает только определенные дискретные значения 0 и 1. Дискретное устройство имеет конечное число входов, следовательно его состояние можно описать конечным числом комбинаций. Количество возможных комбинаций значений входных величин будет равно 2 n при n значениях входов.

Читать еще:  Абб выключатели нагрузки каталог

3. Классификация дискретных устройств

Модель дискретного устройства, которая отражает лишь его свойства переработки сигналов называют дискретным автоматом. В таком автомате выделяются множества состояний входов, выходов и множество внутренних состояний. Сигналы — двухзначные, а элементы памяти двоичные, т.е. каждый с двумя внутренними состояниями. Автоматы, в зависимости от вида функций выходов подразделяются на комбинационные автоматы и автоматы с памятью.

В комбинационном автомате, называемом также автоматом без п а м я т и, или комбинационным устройством схемой, каждый сигнал на выходе логические 0 или 1 определяется лишь сигналами логические 0 или 1, действующими в данный момент времени на входах автомата, и не зависит от сигналов, ранее действовавших на этих входах.

Комбинационный автомат не имеет памяти, он не хранит информации о своей прошлой работе.

В автоматах с памятью, называемых также последовательностными устройствами, выходной сигнал определяется не только значениями сигналов на входах в данный момент времени, но и его внутренним состоянием. Внутреннее состояние автомата зависит от состояний его элементов памяти. Дискретные устройства с памятью, имеющие конечное число состояний, называют конечными автоматами.

В зависимости от того, как определены дискретные моменты времени, в которые рассматривается функционирование автоматов, последние разделяют на синхронные и асинхронные.

В синхронных автоматах внутренние переменные изменяются одновременно с изменением входных сигналов. Их изменения измеряют в определенные моменты времени, определяющиеся генератором синхронизирующих действий. Состояния входа, памяти и выхода автомата рассматриваются только в моменты поступления синхронизирующих импульсов. Во время действия синхронизирующего импульса состояние внутренних элементов памяти не изменяется.Смена состояний внутренних элементов памяти происходит после окончания импульса в интервале и обязательно завершается к моменту поступления каждого следующего синхронизирующего импульса.

Асинхронные автоматы характеризуются переходами из одного в другое состояние в произвольные и не определенные моменты времени. Дискретные моменты в таких автоматах определяется длительностью тактов, т.е. интервалом времени, в течение которого состояние автомата не меняется.

В классе синхронных автоматов, в зависимости от вида функции выхода различают следующие типы автоматов: автомат Мили и автомат Мура. Если выходной сигнал зависит от внутреннего состояния устройства и не зависит от входного сигнала, то тип такого дискретного устройства называется автоматом Мура. Если выходной сигнал одновременно в некотором такте дискретного времени зависит и от входного сигнала и от состояния автомата, он относится к автоматам Мили.

В дискретных устройствах переменные не могут изменяться непрерывно, их изменения происходят в дискретные моменты времени, т.е. тактовые моменты.

Классифицируют дискретные устройства по характеру входных и выходных сигналов на:

  • Потенциальные.
  • Импульсные.
  • Смешанные.

Дискретные устройства, работающие с электрическими сигналами подразделяют по конструктивному исполнению на контактные и бесконтактные.

4. Анализ комбинированных дискретных устройств

Задача анализа комбинационного дискретного устройства состоит в нахождении функции алгебры логики ФАЛ, реализованной устройством. Функция алгебры логики может быть представлена в аналитическом виде или в форме таблицы истинности. Анализ проводят для определения функциональных свойств комбинационного устройства по его схеме или для проверки правильности функционирования разработанной схемы. Такая проверка необходима, так как при разработке сложных устройств не всегда удается достаточно полно формализовать предъявляемые к схеме требования, которые в этом случае учитываются на основании эвристических соображений разработчика. Анализ может проводиться также с целью определения работоспособности схемы в режимах, отличающихся от заданных при проектировании.

Для примера рассмотрим работу устройства железнодорожной автоматики, ее необходимо анализировать при повреждении некоторых его элементов. При этом важно выполнить основное требование: любое повреждение не должно приводить к изменению алгоритма функционирования, которое может нарушить условия обеспечения безопасности движения поездов. При анализе ставят задачу определения возможности упрощения схемы устройства. Это достигается соответствующим преобразованием и минимизацией ФАЛ. Особой задачей анализа является выяснение поведения дискретного устройства в переходных режимах и выявление возможностей нарушений работы в эти периоды.

Анализ реальных схем, с точки зрения логики их работы, проводят в два этапа. Сначала из имеющейся принципиальной схемы удаляют все несущественные, вспомогательные элементы, которые не влияют на логику работы схемы, а лишь обеспечивают устойчивость ее работы. Получается схема, состоящая из элементов, выполняющих только логические функции. Затем анализируют полученную схему.

5. Алгоритм синтеза комбинированных дискретных устройств

Синтез комбинационного дискретного устройства состоит в построении принципиальной схемы по заданному словесному описанию алгоритма работы. Синтез проводят в несколько этапов. Сначала вводят входные переменные и выходные функции. Затем с использованием таблицы истинности задают ФАЛ, отображающие соотношение между состояниями входов и выходов в каждый данный

момент времени. В дальнейшем функции алгебры логики представляют в базисе И, ИЛИ, НЕ и находят их минимальные формы. На заключительных этапах синтеза выбирают элементный базис и строят принципиальную схему дискретного устройства. На заключительных этапах синтеза выбирают элементный базис и строят принципиальную схему дискретного устройства. Комбинационное устройство на элементах И-НЕ строят в следующей последовательности: функцию алгебры логики, отражающую соотношение между состояниями входов и выходов, минимизируют с получением МДНФ, затем полученное логическое выражение записывают через операцию И-НЕ.

6. Абстрактная теория автоматов

Абстрактная теория автоматов рассматривает дискретное устройство как «черный ящик», т. е. не интересуется его внутренней структурой и тем, как построена реальная схема. Методы этой теории определяют поведение дискретного устройства в терминах входных и выходных последовательностей сигналов. Это позволяет найти самые общие закономерности функционирования дискретного устройства. Введем несколько новых понятий на примере автомата Мура, имеющего один вход и один выход. Работа автомата определяется следующим алгоритмом: лампа горит после нечетного числа нажатии кнопки нечетного и не горит после четного числа нажатий. Набор входных переменных будем называть входной буквой. В данном примере существуют два набора входных переменных х = 0 и х = 1, которые обозначим соответственно буквами а и b. Множество входных букв назовем входным алфавитом А = <а. Ь). Аналогично наборы выходных переменных будем называть выходными б у к в а м и, а их множество - выходным алфавитом. В автомате Мура каждому внутреннему состоянию соответствует выходная буква равная О лампа не горит или выходная буква равная 1, лампа горит. Внутренние состояния автомата, которым соответствует включенное состояние следует называть отмеченными.

7. Основные теоремы теории автоматов

Связь между регулярными событиями и конечными автоматами устанавливают две основные теоремы абстрактной теории автоматов. Они доказаны С.К. Клини США и В.М. Глушковым СССР и здесь даются без доказательства.

Теорема 1. Любой конечный автомат представляет регулярное событие.

Теорема 2. Любое регулярное событие может быть представлено в конечном автомате.

Теорема 3. следует из теорем 1 и 2. Класс событий, представимых в конечных автоматах, в точности совпадает с классом регулярных событий.

Таким образом, регулярными выражениями можно задать отображение слов, осуществляемое любым конечным автоматом. В то же время из теорем следует, что не всякие условия работы могут быть выполнены конечным автоматом дискретным устройством. Можно сформулировать такие условия работы устройства, что для их реализации невозможно построить схему конечного автомата. Последнее можно выполнить только тогда, когда условия работы устройства записываются регулярным выражением

Читать еще:  Как подключить несколько выключателей от коробки

Дискретно-пропорциональное управление

ЧТО ТАКОЕ ДИСКРЕТНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ?

Сначала очень коротко о пропорциональной команде. Если положение какого-либо исполнительного механизма на модели, например руля катера, меняется по закону изменения положения рычага управления передатчика, то говорят, что модель выполняет пропорциональную команду оператора. Чаще всего, и это естественно, зависимость положения исполнительного механизма от положения органа управления делают линейной (прямо пропорциональной).

В пропорциональной аппаратуре, как правило, используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Ширина модулирующих командных импульсов в передатчике изменяется при изменении положения рычага управления. Демодулятор модели вырабатывает сигнал, перемещающий рабочий орган исполнительного механизма в соответствии с шириной модулирующих импульсов принятого ШИМ сигнала.

В ряде случаев выгодно (с точки зрения простоты и стоимости аппаратуры радиоуправления) использовать для управления конкретной моделью дискретно-пропорциональное управление. Так, например, для включения, выключения и реверсирования (изменения направления вращения ротора) электродвигателей модели вполне достаточно только дискретных команд, а для управления рулевым механизмом необходима пропорциональная команда. Движение такой модели гораздо более естественно, она более маневрена, управлять ею намного легче и приятнее. Шифратор дискретно-пропорциональной системы управления построен таким образом, что он способен формировать одновременно как дискретные, так и пропорциональную команды. О таком шифраторе и пойдет дальнейший рассказ.

МОДУЛЬ ДИСКРЕТНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Его схема представлена на рис. 1. Предположим, что при включении напряжения питания движок переменного резистора R3 и подвижный контакт переключателя SA1 находятся в среднем положении. На инвертирующем выходе (вывод 2) триггера DD3 появляется высокий уровень (рис. 2,в), который разрешит прохождение на базу транзистора VT1 только импульса, поданного на объединенные два верхних по схеме входа элемента DD4.2.


Рис. 1. Принципиальная схема дискретно-пропорционального шифратора

Через некоторое время импульсы тактового генератора (он собран на элементах DD1.1 и DD1.2) начнут поступать на вход восьмиразрядного сдвигового регистра DD2.1, DD2.2 и на верхний вход элемента DD4.2. На выводах регистра будет поочередно появляться уровень 1. Высокий уровень с выхода 3 регистра DD2.1 (рис. 2,б) запустит одновибратор, собранный на элементах DD1.3,DD1.4, на выходе инвертора DD4.3 появится положительный импульс, который достигнет базы транзистора VT1 (рис. 2.д). Длительность этого импульса зависит от положения движка переменного резистора R3. Эта часть выходного сигнала и будет пропорциональной командой.


Рис. 2. Временные диаграммы работы модуля М4

Как только на выходе 4 регистра DD2.2 возникнет высокий уровень, оба регистра возвратятся в исходное состояние и на прямом выходе триггера DD3 уровень изменится с 0 на 1 (рис. 2,г). Это означает, что элемент DD4.1 готов пропустить тактовые импульсы на выход. На выход пройдут пять импульсов — с 11-го по 15-й команды «Стоп» (рис. 2, д). С 16-го тактового импульса весь рассмотренный процесс по формированию пропорционального импульса и сигналов команды «Стоп» вновь повторится.

Если в процессе работы шифратора оператор станет изменять положение движка переменного резистора R3, то длительность пропорционального импульса будет изменяться. При перемещении движка резистора R3 вправо по схеме длительность будет увеличиваться. При крайнем правом положении движка длительность сигнала одновибратора равна 10 мс, при среднем — 6 мс, а при крайнем левом — 2 мс. Резистор R2 ограничивает минимальную длительность импульса. При изменении длительности импульса одновибратора перемещается спад импульса, а не его фронт.

В положении 1 переключателя SA1 в каждой группе будет по четыре тактовых импульса, что соответствует команде «Вперед», в положении 3 в группе будет три импульса — команда «Назад».

В качестве переключателя SA1 в шифраторе использован МПН-1; годится и любой другой малогабаритный на три положения и одно направление. Переменный резистор RЗ-СПО-0,5 группы А.

Для налаживания модуля осциллограф подключают к КТ1, включают напряжение питания модуля и подборкой резистора R2 (движок переменного резистора R3 должен быть в левом по схеме положении) добиваются длительности пропорционального импульса 2 мс. Переводят движок резистора R3 в правое положение и проверяют максимальную длительность импульса. После этого убеждаются в соответствии числа импульсов в группе во всех трех положениях переключателя SA1.

МОДУЛЬ ДИСКРЕТНО-ПРОПОРЦИОНАЛЬНОГО ДЕШИФРАТОРА

Конечно же, постоянное «улавливание» нужного курса яхты, неизбежное при дискретном управлении рулем, как это описано в предыдущем разделе, весьма утомительно для оператора. Поэтому вполне естественно стремление управлять рулем пропорционально, а для управления ходом вперед и назад достаточно дискретных команд. Такой шифратор — М4 — был уже нами рассмотрен, а сейчас расскажем о дешифраторе к нему. На рис. 3 показана его принципиальная схема. Рассмотрим процесс дешифрации команд на примере команды «Стоп» и пропорционального импульса управления рулем.


Рис. 3. Принципиальная схема дискретно-пропорционального дешифратора

В исходном состоянии (при отсутствии входных импульсов) на всех выходах регистров DD3.1, DD3.2, DD5.1, DD6.1, DD6.2 будет уровень 0, что соответствует команде «Стоп». Поскольку положение руля модели соответствует положению движка резистора R5 (движок резистора механически связан с рулевой машинкой), допустим, что они находятся в среднем положении — «Руль прямо».

Вот на выходе инвертора DD1.1 появился первый пропорциональный импульс (рис. 4,а). Он запустит одновибратор, собранный на элементах DD1.2, DD1.3, и поступит на счетный вход С регистров DD3.1, DD3.2, а также на верхний по схеме вход элемента DD2.2. Так как в этот момент на втором входе этого элемента будет уровень 1, то импульс через элемент не пройдет. В момент окончания импульса уровень 1 появится на выходе 1 регистра DD3.1.

Через время 5Т (рис. 4,б) на выходе одновибратора (выход элемента DD1.3) появится уровень 1, и регистр DD3.1 установится в исходное состояние.


Рис. 4. Временные диаграммы работы модуля M16

Затем на выходе инвертора DD1.1 появятся сигналы команды «Стоп», первый из которых снова запустит одновибратор DD1.2, DD1.3. Импульсы команды вызовут поочередное появление уровня 1 на выходах регистров DD3.1, DD3.2. Уровень 1 с выхода 3 регистра DD3.1 (рис. 4, в) вызовет появление высокого уровня на выходе 1 регистров DD5.1, DD6.1, тем самым даст разрешение на прохождение канального импульса через элемент DD2.2. Через время 5Т по фронту сигнала первого одновибратора (рис. 4,б) регистры DD3.1, DD3.2 установятся в исходное состояние.

Появившийся на выходе элемента DD2.2 положительный пропорциональный импульс запустит на этот раз и второй одновибратор, собранный на элементах DD4.2 и DD4.3. Длительность его импульса зависит от емкости конденсатора С3 и сопротивления резисторов R3, R5. Если предположить, что импульс этого одновибратора точно равен по длительности входному пропорциональному импульсу, то на крайних выводах резистора R4 будут действовать противофазные, но одинаковые по амплитуде и длительности импульсы (рис. 4, д, е). Поэтому на выходе-на выводе 55 модуля — появится постоянное напряжение, равное половине напряжения питания, т. е. сигнал рассогласования отсутствует.

Если же длительности будут разными, на выводе 55 появится сигнал рассогласования той или иной полярности, в зависимости от того, длиннее или короче будет входной пропорциональный импульс. Двигатель рулевой машинки будет вращаться в ту сторону и до тех пор, пока движок резистора R5 не займет положение, при котором сигнал рассогласования станет равным нулю.

Читать еще:  Выключатель с тремя контактами что за провода

В момент окончания пропорционального импульса узел, собранный на элементах DD2.3 и DD2.4, выработает короткий импульс (рис. 4, ж), который переведет регистр DD5.1 в исходное состояние (уровень 0 на выходе 1). Это означает, что элемент DD2.2 закрыт. Через время 5Т регистры DD3.1, DD3.2 возвратятся в исходное состояние.

Затем на вход модуля придет вторая группа команды «Стоп» и весь рассмотренный процесс повторится.

Предлагается самостоятельно рассмотреть процесс дешифрации команд «Вперед» и «Назад» как без помех, так и с ними. При этом следует учесть, что управляющее напряжение первой команды появляется после четвертой группы на выводе 53 модуля, а второй — 54.

В заключение отметим, что сигналы команд «Стоп», «Вперед» и «Назад» одновременно служат синхроимпульсами пропорциональных импульсов.

Резисторы R3, R4 в модуле-СПЗ-1. В качестве резистора R4 в рулевой машинке используется резистор от аппаратуры «Супронар».

«Модульная аппаратура радиоуправления». Изд.ФОСААФ. 1988г.

Что такое датчик: как выглядит, как работает

Чтобы контролировать работу различных систем, используют специальные устройства – датчики (сенсоры, детекторы). Для каждого типа оборудования применяется определённый тип датчиков, оснащенный необходимым функционалом и опциями. При покупке или замене прибора нужно ориентироваться на специфические характеристики и принцип работы новой модели.

  1. Что собой представляет датчик
  2. Базовое устройство и принцип работы
  3. Задачи и функции
  4. Сфера применения
  5. Классификация датчиков
  6. Критерии выбора
  7. Статические качества
  8. Динамические характеристики
  9. Типичные требования для датчиков

Что собой представляет датчик

Датчик — средство измерения различных параметров для формирования сигнала

Датчик − электронное либо электромеханическое устройство, трансформирующее силу воздействия в электрический импульс (сигнал) посредством одного или нескольких преобразователей.

С виду это чёрная коробка, формирующая на входе сигнал, который передается и обрабатывается в дальнейшем. Такие устройства располагают на разных расстояниях от обслуживаемого объекта либо системы. Все зависит от длины кабеля или радиосигнала.

Базовое устройство и принцип работы

По характеру регистрируемых воздействий данные устройства бывают:

  • Контактные, подразумевающие механическое воздействие. Ярким представителем этого вида считаются концевые выключатели – датчики, ограничивающие ход рабочего механизма.
  • Бесконтактные. Работают на нескольких принципах обнаружения сигнала: магнитном, оптическом, микроволновом и пр.

У каждого прибора имеются свои особенности, которые определяют сферу применения. Например, бесконтактные оптико-электронные детекторы работают на удаленном расстоянии от объекта. Остальные используются исключительно на ограниченных расстояниях.

Задачи и функции

Основная задача датчиков заключается в передаче исследуемых параметров на специальный приемник и последующую обработку сигнала. Также они контролируют исследуемый объект и замеряют его характеристики в определенных диапазонах. Существуют многофункциональные модели, фильтрующие, предварительно обрабатывающие необходимые параметры.

Датчики представляют собой часть технических систем, благодаря которым можно выполнять измерение, регулировку, настройку объектов.

Приборы преобразуют полученные данные, например, о контролируемой среде (давление, температура, частота, скорость) в электро-, пневмо-, оптические импульсы. При этом формируется подходящая для передачи и приятия приемником форма для дальнейшей обработки, хранения, регистрации информации.

Сфера применения

Применение датчиков в быту

Различные виды датчиков давно и активно применяются в самых разных сферах:

  • автоматических и телеметрических системах;
  • системах безопасности (пожарной, охранной);
  • робототехнике;
  • здравоохранении;
  • промышленности и производстве;
  • измерительных системах.

В быту их используют в выключателях, барометрах, бытовой технике (тостерах, утюгах, кухонных плитах) и пр.

Датчики нужны там, где для слаженной работы объекта требуется мониторинг определенных факторов. Например, контроль температуры, когда пожарный детектор мгновенно фиксирует превышение порогового значения и передает к узлам сигнализации информацию об этом, а узел активирует звук, свет, автоматическое пожаротушение.

Классификация датчиков

На рынке можно найти много видов сенсоров. Практически все они базируются на воспринимающих элементах, улавливающих определенные параметры объекта. Например, чувствительной частью выступает:

  • лазер либо оптический луч, установленный в детекторах скорости вращения;
  • резистор, изготовленный из специального сплава, меняющий сопротивление под воздействием смены температур: ставится в терморезистивные датчики;
  • спайка из различных сплавов, при некоторых температурах, реагирующая образованием электродвижущей силы;
  • биметаллические пластины, управляющие электрическими контактами;
  • тензометрические элементы, преобразующие величину деформации и меняющие характеристики.

Также это могут быть магниты, поплавки, химические реактивы.

Классификация датчиков по выходным параметрам (образованию наиболее удобного для восприятия импульса, в который преобразуется входной сигнал исследуемой среды), следующая:

  • электродвижущей силы и напряжения;
  • сопротивления;
  • света, радиосигнала, звука.

Большинство датчиков являются электрическими приборами, так как именно они имеют множество преимуществ:

  • электрический сигнал удобен для передачи на разные расстояния без задержки скорости;
  • любые параметры легко преобразуются в электричество.
  • электросенсоры очень точные, чувствительные, быстродействующие.

Детекторы разделяют на три класса:

  1. Аналоговые, образующие аналоговый сигнал потоку входных данных.
  2. Цифровые или электронные, генерирующие последовательности импульсов.
  3. Бинарные, создающие двухуровневый сигнал.

По принципу действия сенсоры бывают генераторными, гальваническими, тахометрическими, параметрическими, индуктивными, емкостными. Также существуют не особенно распространенные виды классификаций сенсоров:

  • дискретные и непрерывные – по динамическому характеру трансформации;
  • аналоговые и цифровые – по виду измерительных импульсов;
  • проводные и беспроводные – по среде подачи импульсов;
  • одномерные и многомерные – по количеству входящих параметров.

По виду измеряемых величин наиболее популярны следующие разновидности детекторов:

  • давления: абсолютного, избыточного, разрежения, разности давления, давления-разрежения;
  • расхода: механические, ультразвуковые, вихревые, электромагнитные, кориолисовые;
  • уровня: радарные, емкостные, поплавковые, кондуктометрические;
  • температуры: термопара, сопротивления, пирометры, теплового потока;
  • перемещения: абсолютные, относительные;
  • радиоактивности: ионизационные, прямого заряда;
  • фотодатчики: фотодиоидные, фотосопротивления, фотоматричные.

Также бывают датчики влажности, положения, вибрации, механических величин, дуговой защиты.

Критерии выбора

При выборе оборудования в первую очередь учитывают, для каких целей оно приобретается и что нужно оценивать. Если сенсор сломан, ищут новый прибор, совпадающий по прежним параметрам.

Обязательно обращают внимание на следующие критерии:

  • диапазон параметров обслуживаемых факторов (например, температура, давление);
  • время, за которое срабатывает датчик;
  • точность и максимальная погрешность;
  • мощность, включая трансформируемый сигнал;
  • усилие от принимаемого сигнала;
  • выходной импеданс;
  • способность различать импульсы.

Выбирая подходящий датчик, необходимо учитывать совокупность характеристик, соответствующих конкретному оборудованию.

Статические качества

Показывают, насколько корректно работает сенсор на выходе. Данный критерий отображает правильность замеряемых величин через некоторый отрезок времени после их изменения. Сюда входит чувствительность сенсора, его разрешение и линейность, а также коэффициент усиления. Дополнительно изучается отклонение показателей детектора, его рабочий диапазон, отклонение между повторяющимися измерениями и воспроизводимость.

Динамические характеристики

Учитывается время прохождения зоны нечувствительности, период запаздывания подаваемого сигнала, время нарастания и достижения первого максимума. Также необходимо обращать внимание на допустимые статические ошибки и разницу между максимально установленными параметрами от истинной величины. Данные характеристики особенно важны для сверхчувствительных приборов, где минимальные отклонения работы прибора сильно влияют на результат.

Типичные требования для датчиков

Если производитель допускает большую погрешность, и она не оказывает отрицательного воздействия на работу датчика, такое устройство можно приобретать. Однако все виды сенсоров должны соответствовать оптимальным параметрам:

  • однозначность взаимозависимости выходной и входной величины;
  • стабильность качественных показателей во временном пространстве;
  • чувствительность – чем она выше, тем надежней считается прибор;
  • небольшие габариты и маленький вес;
  • широкий диапазон рабочих величин (если это не ухудшает основные его характеристики).

Также необходимо учитывать возможность монтировать устройство на любых плоскостях и поверхностях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector