Датчики | Apiklima

Датчики

Датчики температуры

Датчик температуры (преобразователь температуры) – это контрольно-измерительный прибор, который сообщает о том, какая температура в системе, которую он контролирует. При этом, значение температуры определяется с помощью электрического сигнала на выходе или при использовании термосопротивления, прибора с переменным сопротивлением, которое может изменяется пропорционально изменению температуры.

Датчик температуры

Датчик температуры отличается по действию от термостата, в котором сигнал подается только после достижения определенной температуры.

Датчик (преобразователь) температуры также иногда называют термометром сопротивления. Принцип действия основан на измерении платинового или медного калиброванного сопротивления.

Градуировкой преобразователя называют саму зависимость сопротивления датчика от температуры. В настоящий момент в промышленности наиболее используемыми градуировками являются 50 П, 100 П, 50 М, 100 М. Опытным путем установлено, что наиболее точные результаты при измерении дают те температурные датчики, которые сделаны путем платинового напыления на керамику или из платиновой проволоки.

Какие бывают датчики температуры?

Температурные датчики, можно разделить на бесконтактные датчики температуры и контактные датчики температуры.

Первые применяют принцип измерения мощности инфракрасного излучения, которое идет от любого объекта (будь он холодный или горячий). Бесконтактные датчики температуры используются в тех отраслях, где затруднен доступ к измеряемым деталям или при необходимости измерения высоких температуры – от 1500 до 3000 градусов.

Некоторые модели таких бесконтактных датчиков специально разработаны для измерения температуры прозрачных объектов – пленки и стекла, существуют датчики для работы в пыльной или задымленной среде.

Контактные датчики температуры представлены, в основном, термопарами и термосопротивлением. Данный способ измерения температуры основан на том, что различные металлы и полупроводники свое электрическое сопротивление с изменением температуры, вследствие чего, передается электрический сигнал.

Как частный случай, следует отметить кремниевые датчики температуры. Принцип их работы основан на способности кремния, как полупроводника, изменять собственное электрическое сопротивление вследствие изменения температуры. Такие датчики температуры, как правило, снабжаются дополнительными схемами усиления и обработки сигнала, что позволяет подключить такой датчик температуры напрямую к компьютеру.

Где используются датчики температуры?

Для контроля температуры воздуха в помещениях, например, в хранилищах.

В котельных датчик следит за тем, чтобы температура пара (газа) или жидкости (вода, масло и др.) поддерживалась постоянной, для обеспечения безопасности и комфорта.

В гидравлике заданная температура жидкости или масла поддерживается для обеспечения эффективности работы оборудования.

А также во многих других отраслях промышленности, основным производственным фактором является температура.

Отдельно следует отметить такой вид оборудования, как искробезопасный (взрывозащищенный) датчик (преобразователь) температуры. Такие датчики не дают искры, которая может воспламенить вещество, температура которого измеряется данным взрывозащищенным датчиком.

 

Датчики влажности

Датчики влажности используются для автоматизации и диспетчеризации, различного рода помещений и теплиц, а так же технологических процессов. Датчики влажности имеют выходной сигнал, обычно это 4…20 мА или 0…10 В. Для удобства автоматизации так же применяются комбинированные датчики с выходным сигналом по температуре и по влажности одновременно.

Датчик влажности

Влажность — один из параметров, контроль которого особенно необходим в системах централизованного управления климатом больших помещений и помещений со специальным климатическим режимом.

По своей структуре датчики влажности представляют собой многослойный чувствительный элемент с чередованием губчатой платины и полимера, нанесенный на подложку из кремния, на которой выполнена схема нормализации и усиления сигнала. В зависимости от исполнения, датчики выпускаются в бескорпусном варианте, в металлическом корпусе с термосопротивлением или в исполнении с пылезащитным фильтром и термосопротивлением.

Датчики работоспособны в диапазоне температур от –40 до 85°С и относительной влажности от 0 до 100% (без конденсации влаги на поверхности чувствительного элемента).

Датчики влажности нашли широкое применение в производстве, холодильной технике, сублимационных процессах, медицинской технике, зарядных устройствах, аналитических приборах и метеорологической технике. Их преимуществами являются высокая точность, компактность габаритов, малое энергопотребление и возможность проведения измерений в широком диапазоне давлений.

Подключение датчиков не вызывает трудностей, т.к. выходной сигнал достаточен для преобразования его в напряжение на обычном резисторе. Особую осторожность следует соблюдать при использовании датчиков в условиях повышенной влажности, вблизи точки росы, т.к. при намокании датчик очень быстро (всего за несколько минут) безвозвратно деградирует. Для предотвращения подобной ситуации можно подогревать датчик, используя дополнительные элементы. Для контроля этого процесса, а также для дополнительного удобства, в состав корпусных датчиков введены датчики температуры.

К основным типам можно отнести 4 типа датчиков влажности. Они различаются по основным показателям, работают разными методами и соответственно применяются в различных ситуациях.

Первый вид, это: емкостные датчики относительной влажности. Они используются в основном в бытовых целях, в технике, промышленном оборудовании и в метеорологии. Чувствительность датчика сохраняется в широком диапазоне, они восстанавливаются от конденсата, легко взаимозаменяемы и способны работать в высоких температурах. Такие датчики состоят и подложки и тонкопленочного полимера. Объем полимера увеличивается в условиях влажности, благодаря чему изменяется объем конденсатора.

Емкостные датчики точки росы характеризуются стабильностью и повторяемостью. Главной же положительной стороной является относительно невысокая цена при высоком качестве. К минусам можно отнести отсутствие линейного выхода, и как следствие они не способны работать как датчики сигнализации.

Следующий тип, это: резистивные датчики влажности. В основе их работы лежит принцип изменения электрического сопротивления при увеличении влажности подложки. Их плюсами являются низкая стоимость, взаимозаменяемость и возможность удаленного использования.

Ну и последним типом датчиков можно назвать: теплопроводящие датчики абсолютной влажности. Они измеряют абсолютную влажность. Теплопроводимость сухого и насыщенного влажными парами воздуха разные, измеряя эту разницу можно определить уровень влажности. Благодаря своей конструкции такие датчики способны работать в высоких температурах, они мало подвержены коррозии и загрязнениям.

 

Датчики давления

Датчик давления — это измерительное устройство, с изменяемыми физическими параметрами. Суть работы датчика давления заключается в том, что его параметры меняются в зависимости от давления среды (измеряться может давление пара или другого газа, а также жидкости). Устройство преобразует давление в электрический или пневматический сигнал, а также в цифровой код. Помимо преобразования давления, данный вид датчика служит для измерения перепада давлений и разряжений.

Датчик давления

Датчики (преобразователи) давления применяются для контроля давления практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Нужно особо отметить, что давление является важным параметром любого технологического процесса и одной из ведущих теплотехнических величин.

Искробезопасные взрывозащищенные датчики измерения давления применяются в агрессивных и опасных средах, а также там, где искрообразование может привести к пожару или взрыву.

В состав любого датчика давления входит:

  • первичный преобразователь давления с чувствительным элементом;
  • различные по конструкции корпусные детали;
  • схемы для повторной обработки сигнала.

Классификация по принципу действия

Оптические

Оптические датчики давления могут быть построены на двух принципах измерения: волоконно-оптическом и оптоэлектронном.

Волоконно-оптические

Волоконно-оптические датчики давления являются наиболее точными и их работа не сильно зависит от колебания температуры. Чувствительным элементом является оптический волновод. Об измеряемой величине давления в таких приборах обычно судят по изменению амплитуды и поляризации проходящего через чувствительный элемент света.

Оптоэлектронные

Датчики этого типа состоят из многослойных прозрачных структур. Через эту структуру пропускают свет. Один из прозрачных слоев может изменять свои параметры в зависимости от давления среды. Есть 2 параметра, которые могут изменяться: первый это показатель преломления, второй это толщина слоя.

Понятно, что при изменении этих параметров будут меняться характеристики проходящего через слои света, это изменение будет регистрироваться фотоэлементом. Более подробно об оптоэлектронных датчиках давления можно почитать в этом PDF документе. К достоинствам датчика этого типа можно отнести очень высокую точность.

Магнитные

Другое название таких датчиков — индуктивные. Чувствительная часть таких датчиков состоит их Е-образной пластины, в центре которой находится катушка, и проводящей мембраны чувствительной к давлению. Мембрана располагается на небольшом расстоянии от края пластины. При подключении катушки, создается магнитный поток, который проходит через пластину, воздушный зазор и мембрану. Магнитная проницаемость зазора примерно в тысячу раз меньше магнитной проницаемости пластины и мембраны. Поэтому, даже небольшое изменение величины зазора влечет за собой заметное изменение индуктивности.

Емкостные

Имеет одну из наиболее простых конструкций. Состоит из двух плоских электродов и зазора между ними. Один из этих электродов представляет собой мембрану на которую давит измеряемое давление, вследствие, чего изменяется величина зазора. То есть, по сути, этот тип датчиков представляет собой конденсатор с изменяющейся величиной зазора. А как известно емкость конденсатора зависит от величины зазора. Емкостные датчики способны фиксировать очень маленькие изменения давления.

Ртутные

Тоже очень простой измерительный прибор. Работает по принципу сообщающихся сосудов. На один из этих сосудов давить измеряемое давление. Давление определяется по величине ртутного столба.

Пьезоэлектрические

Чувствительным элементом датчиков этого типа является пьезоэлемент — материал, выделяющий эклектический сигнал при деформации (прямой пьезоэффект). Пьезоэлемент находится в измеряемой среде, он будет выделять ток пропорциональный величине изменения давления. Так как электрический сигнал в пьезоматериале выделяется только при деформировании, а при постоянном давлении деформирование не происходит, то этот датчик пригоден только для измерения быстро меняющегося давления.

Пьезорезонансные

Этот тип тоже использует пьезоэффект, только в отличие от прошлого типа тут используется обратный пьезоэффект — изменение формы пьезоматериала в зависимости от подаваемого тока. В датчиках данного типа используется резонатор (например пластина) из пьезоматериала, на которую нанесены с двух сторон электроды. На электроды по переменно подается напряжение разного знака, таким образом пластина изгибается то в одну то в другую сторону с частотой подаваемого напряжения. Но если на эту пластину подать силу, например мембраной чувствительной к давлению, то частота колебания резонатора изменится. Частота резонатора и будет показывать величину, с которой давление давит на мембрану, а она в свою очередь давит на резонатор.

Резистивные

По-другому этот тип датчиков называет тензорезистивный. Тензорезистор — это элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от деформирования. Эти тензоризисторы устанавливают на мембрану чувствительную к изменению давления. В итоге, при давлении на мембрану она изгибается и изгибает тензоризисторы, закрепленные на ней. Вследствие чего, сопротивление на них меняется и меняется величина тока в цепи.

 

Датчики скорости воздуха

Датчик скорости и расхода воздуха (анемометр) -  измерительное устройство, которое применяется для определения скорости ветра, а также скорости газовых или воздушных потоков.

Датчик скорости воздуха

Скорость воздуха является весьма важным параметром состояния атмосферы и одной из главных характеристик воздушного потока, которую необходимо учитывать при проектировании, монтаже, наладке и контроле систем вентиляции и кондиционирования. В качестве основного средства измерения скорости движения воздуха применяются анемометры, различающиеся между собой как по принципу действия, так и по техническим характеристикам.

При выборе анемометра для решения конкретных практических задач по измерению скорости воздуха необходимо учитывать множество факторов, таких как диапазон измерений анемометра, погрешность измерения скорости воздушного потока, диапазон рабочих температур, степень защиты анемометра от воздействия агрессивных факторов окружающей среды и уровень взрывозащиты, влагозащищенность и водонепроницаемость анемометра, габаритные размеры, как самого прибора, так и чувствительного элемента анемометра и т.д.

В новейших моделях анемометров для определения скорости воздушного потока применяются новые типы высокоточных датчиков и чувствительных элементов. Кроме этого, анемометры часто оснащаются дополнительными функциями, позволяющими кроме определения скорости воздуха измерять объемный расход, температуру, направление воздушного потока, относительную и абсолютную влажность, освещенность, содержание вредных примесей и некоторые другие параметры, например, некоторые анемометры имеют в своем арсенале даже электронный компас. Большие многофункциональные и высококонтрастные жидкокристаллические дисплеи таких анемометров снабжаются подсветкой, что позволяет производить измерение скорости воздушного потока и других параметров микроклимата в условиях недостаточной освещенности.

Возросшие объемы измерения скорости воздушного потока и расхода воздуха диктуют необходимость оснащения анемометров большим объемом встроенной памяти. Немаловажное значение при этом приобретает и возможность подключения анемометра к персональному компьютеру, а также наличие в комплекте поставки анемометра специального программного обеспечения, предназначенного для проведения статистической обработки результатов измерений с применением новейших научно-обоснованных методик расчета. Использование такого программно-аппаратного комплекса для измерения скорости воздушного потока существенно облегчает регистрацию и ввод измерительных данных, повышая точность и достоверность анализа больших массивов информации и оказывая положительное влияние на качество выполненных работ и общее увеличение производительности труда.

С ростом требований, предъявляемых к измерительной технике, производители анемометров постоянно работают над повышением качества измерительных приборов, используя в производстве анемометров высококачественные электронные компоненты, комплектующие, сырье и материалы. Как правило, хороший анемометр наряду с прекрасными техническими характеристиками отличают богатая комплектация, детально продуманная эргономика и профессиональный дизайн.

Анемометры находят широкое применение для измерения средней скорости воздуха в системах вентиляции и кондиционирования (воздуховодах, каналах, коробах) промышленных и гражданских зданий, тоннелях метрополитенов, выработках шахт и рудников, для укомплектования лабораторий по охране труда при аттестации рабочих мест, а также для измерения средней скорости ветра при метеорологических наблюдениях. Анемометры требуются для измерения скорости воздуха на суше и море и необходимы представителям многих профессий для обеспечения безопасных условий труда. Анемометры используют в своей профессиональной деятельности строители и шахтеры, военные и спасатели, инженеры и ученые, работники метеослужб и сельского хозяйства, монтажники и наладчики систем вентиляции и кондиционирования воздуха, спортсмены и просто любители активного отдыха.

Краткая классификация анемометров

Анемометр, как измерительный прибор, состоит из трех основных частей:

  • Приемное устройство (чувствительный элемент анемометра, первичный преобразователь анемометра);
  • Вторичный преобразователь (механический, пневматический или электронный блок анемометра);
  • Отсчетное устройство (указатель стрелки, шкала, индикатор, дисплей анемометра).

По принципу действия чувствительных элементов анемометры подразделяются на группы:

  • Заторможенные или динамометрические анемометры (трубки Пито — Прандтля);
  • Вращающиеся анемометры (чашечные, винтовые, крыльчатые анемометры);
  • Поплавковые анемометры;
  • Тепловые анемометры (термоанемометры);
  • Вихревые анемометры;
  • Ультразвуковые анемометры (акустические анемометры);
  • Оптические анемометры (лазерные, доплеровские анемометры).

 

Датчики угарного и углекислого газа ( СО и СО2)

Датчики углексилого газа (газоанализаторы) применяются в автоматизации систем вентиляции с контролируемым качеством воздуха. При наблюдении за входящими и выходящими потоками важно контролировать не только граничные значения отдельных газовых составляющих, но и общее качество воздуха. При регистрации плохого качества воздуха, датчик концентрации углекислого газа управляет подачей свежего воздуха в помещения. Нормой содержания углекислого газа в воздухе считается значение от 600 до 800 ppm.

Датчик углекислого газа (СО2)

Углекислый газ (диоксид углерода, CO2) — бесцветный газ, без запаха, со слегка кисловатым вкусом. Является продуктом жизнедеятельности большинства живых организмов и, одновременно, ценным химическим сырьем. Для отслеживания нормы концентрации углекислого газа в атмосфере жилых или офисных помещений с целью контроля гигиенического состояния воздуха применяется датчик углекислого газа или, по-другому, газоанализатор CO2.

Также, датчики углекислого газа реагируют на оксид углерода (углекислый или угарный газ, СО), углеводородные соединения (пропан, бутан, метан). Они, помимо возгорания, способны обнаружить утечку газа из магистрали, плиты и котла. Принцип работы датчика обнаружения газа основан на свойстве изменения проводимости тонкопленочного слоя диоксида олова при контакте его с определяемым газом. Чувствительность к разного рода газам достигается путем легирования различных присадок в чувствительный слой датчика и нагревом его до температуры, при которой он начинает реагировать на нужный газ.

В зависимости от функциональных возможностей, приборы, осуществляющие газовый контроль, подразделяются на такие виды:

  • газоанализаторы;
  • индикаторы;
  • течеискатели или детекторы утечки;
  • сигнализаторы.

Применение газоанализаторов

Индикаторы и детекторы утечки способны определить лишь наличие контролируемого компонента, количество которого определяется по числу загоревшихся индикаторов, то есть много или мало. Назначение сигнализаторов заключается в подаче сигнала, например, оптического или звукового, если превышен допустимый порог концентрации определяемого газа. И только газоанализатор способен дать количественную оценку самой концентрации измеряемого газа. Газоанализаторы нового поколения снабжаются дополнительными вспомогательными функциями. Это могут быть пороговые устройства, выходные аналоговые и цифровые сигналы, принтеры и многое другое.

Газоанализаторы CO2 определяют количество углекислого газа в помещении и при превышении допустимого порога сигнализируют об этом.

Анализаторы углекислого газа должны устанавливаться во всех помещениях детских садов и школ, лечебных учреждений, библиотек и спортзалов, то есть там, где люди проводят много времени.

Во избежание несчастных случаев анализаторы CO2 должны быть в автоцентрах и в ремонтных зонах. В жилых помещениях контроль над содержанием CO2 позволит поддерживать наиболее комфортные условия.


Датчики

Comments are closed.