Проектування

Яке призначення датчиків? Безконтактні датчики: огляд, принцип дії, призначення

Сучасний автомобіль складається з безлічі механічних, електромеханічних та електронних компонентів. Оптимальна робота двигуна повинна забезпечуватись незалежно від зовнішніх умов. При зміні зовнішніх факторів робота вузлів і компонентів повинна адаптуватися під них. Датчики автомобіля служать своєрідним пристроєм, що стежить за роботою автомобіля. Розглянемо основні датчики:

3. Датчик витрати повітря в авто – на що впливає?

Принцип роботи датчика витрати повітря заснований на вимірюванні кількості тепла, відданого потоку повітря у колекторі впускного двигуна. Нагрівальний
елемент датчика встановлено перед повітряним фільтром автомобіля. Зміна
швидкості потоку повітря і, відповідно, його масової частки, відбивається на ступені
зміни температури нагрівальної спіралі MAF-сенсора

«Троїння» двигуна під час роботи і втрата потужності говорить про можливий вихід із ладу датчика витрати повітря.

4. Кисневий датчик, лямда-зонд - несправність датчика

Кисневий датчик або лямда-зонд визначає кількість кисню у випускному колекторі, що залишився після згоряння палива. Лямда-зонд входить до електронної системи керування двигуном, яка регулює кількість палива, забезпечуючи його повноту згоряння. Підвищена витрата палива характеризує можливу несправність датчика.

5. Датчик дросельної заслінки - ознаки несправності

Цей датчик є електромеханічним пристроєм, що складається з чутливого елемента і крокового двигуна.

Чутливим елементом є
температурний датчик, а кроковий двигун є виконавчим механізмом.
Цей електромеханічний пристрій змінює положення дросельної заслінки
щодо температури охолоджуючої рідини. Таким чином, частота обертання
колінчастого валу двигуна залежить від ступеня нагрівання ОЖ.

Характерною ознакою несправності цього датчика є відсутність прогрівальних оборотів та підвищена витрата палива.

6. Датчик тиску масла - функції, вихід з ладу

На автомобілях японської марки встановлюється датчик тиску масла мембранного.
типу. Датчик і двох порожнин, розділених гнучкою мембраною. Масло
впливає на мембрану з одного боку, прогинаючись від тиску. У вимірювальній
порожнини датчика мембрана з'єднана зі штоком реостата.

Залежно від тиску моторної олії, мембрана прогинається більше або менше, змінюючи при цьому загальний опір сенсора. Датчик тиску олії розташований на блоці циліндрів двигуна.

лампочка тиску масла, що горить, на панелі автомобіля може свідчити про вихід з ладу датчика.

7. Чи не працює датчик детонації у двигуні?

Датчик детонації двигуна вимірює кут випередження запалювання. При нормальній роботі двигуна датчик перебуває у «холостому» режимі. При зміні процесу
згоряння у бік вибухового характеру згоряння палива-детонації, датчик посилає сигнал електронної системиуправління двигуном для зміни кута випередження
запалення у бік зменшення.

Він розташований у районі повітряного фільтра на блоці циліндрів. Для перевірки працездатності датчика детонації необхідно виконати .

8. Датчик кута повороту розподільного валу - троїть двигун

Цей датчик знаходиться на головці блоку циліндрів та вимірює частоту обертання
розподільного валу двигуна, та на основі сигналів від датчика, блок управління визначає поточне положення поршнів у циліндрах.

Нерівномірність роботи двигуна та троїння свідчить про некоректну роботу датчика. Перевірку здійснюють за допомогою омметра, вимірюючи опір між клемами сенсора.

9. Датчик АБС/ABS в автомобілі - перевіряємо працездатність

Датчики АБС електромагнітного типу встановлюються на колесах автомобіля та входять до антиблокувальної системи автомобіля.

Функцією датчикає вимірювання частоти обертання колеса. Об'єктом вимірювання датчика є сигнальний зубчастий диск, встановлений на ступиці колеса. При несправному датчику АБС контрольна лампочка на панелі управління не гасне після запуску двигуна.

Технологія визначення працездатності датчика полягає у вимірі опору між контактами датчика, при несправності опір дорівнює нулю.

10. Датчик рівня палива в автомобілі - як перевірити працездатність?

Датчик рівня палива встановлюється в корпус бензонасоса та складається з декількох компонентів. Поплавок за допомогою довгої штанги впливає на секторний реостат, який змінює опір датчика в залежності від рівня палива у баку автомобіля. Сигнали датчика надходять на стрілочний або електронний покажчик на панелі керування автомобіля. Перевірка працездатності датчика рівня палива здійснюється омметром, яким вимірюється опір контактів датчика.

Що таке датчик?

Напевно, вам не раз доводилося чути таке слово, як «датчик». Очевидно, що під цим словом мається на увазі якийсь технічний пристрій. Що ж є датчик і як він працює? Які види датчиків бувають? Розглянемо усі ці питання докладніше.

Поняття датчика

В даний час датчиком прийнято називати елемент, який перетворює інформацію, що отримується від середовища, в електричний сигнал з метою подальшої передачі інформації на якийсь інший пристрій. Зазвичай датчик є конструктивно відокремленою частиною вимірювальної системи.

Датчики використовуються повсюдно: в автомобілях, системах опалення, водопостачання, на виробництві, в медицині, навіть у закладах громадського харчування для вимірювання температури з метою визначення ступеня готовності страви.

Класифікація датчиків

Існує кілька типів класифікації датчиків. Ми наведемо найголовніші.

За типом виміру:

Датчики тиску;
Датчики витрати;
Датчики вимірювання рівня;
Датчики вимірювання температури;
Датчики концентрації;
Датчики радіоактивності;
Датчики переміщення;
Датчики кутового становища;
Датчики вимірювання механічних величин;
Датчики вібрації.

Класифікація за технологією виготовлення:

Датчики елементні;
Датчики інтегральні.

Класифікація за принципом дії:

Сюди входять:

Оптичні датчики, які використовують електромагнітне випромінювання та реагують на водяну пару, дим і різні видиаерозолів. Належать до безконтактних датчиків. В основі принципу їх роботи лежить уловлювання чутливим сенсором впливу будь-якого подразника, наприклад, водяної пари. Дані датчики широко використовуються в автоматизованих системах управління.
Індуктивні датчики. Належать до безконтактних датчиків, призначені для здійснення обчислення положення об'єкта. Індуктивні датчики добре вловлюють коливання електромагнітного поля. В основі їх конструкції лежить генератор, який створює електромагнітне поле, вплив якого на металевий об'єкт породжує амплітуди коливань, на які і реагує датчик. Такі датчики широко використовуються в металошукачах, а також у різноманітних електронних замках.
Ємнісні датчики. Саме такі датчики використовують в автомобілях як датчики дощу, сенсорні кнопки. побутової техніки, датчики вимірювання рідини. Принцип їх дії у тому, щоб реагувати вплив рідини. Ізолятор таких датчиків має діелектричну проникність. Рідина, впливаючи на ізолятор, викликає виникнення електричного сигналу, який перетворюється на інформацію. Такі датчики набули широкого поширення в побутовій техніці.
Тензодатчики. Тензодатчики являють собою пристрій для вимірювання сили, тиску, моменту, що крутить, прискорення або переміщення. Механізм їх дії ґрунтується на принципі сили пружності. Такі датчики набули широкого поширення в різних типах ваг. Вони перетворюють величину деформації в електричний сигнал, тобто датчик вловлює вплив якої-небудь сили на нього, після чого пружний елемент деформується і відбувається зміна опору тензорезистора, який вбудований в такий датчик. Далі відбувається перетворення інформації на електричний сигнал і передача її на інший пристрій, наприклад, дисплей.
П'єзоелектричні датчики. Такі датчики широко використовуються в мікрофонах та сонарах. Їх принцип дії заснований на поляризації діелектрика під впливом механічної напруги. Іншими словами, п'єзоелектричні датчики вловлюють зміну електричного поля, на яку було надано механічну дію. Наприклад, у мікрофоні це вплив голосом. Результатом деформації стане перетворення отриманого сигналу електричний і передача його на інший пристрій. Дані датчики отримали своє народження завдяки Жаку та П'єру Кюрі у 1880 році.
Магнітно-електричні датчики. Це датчики, принцип дії яких ґрунтується на так званому ефекті Холла. Дані датчики використовуються в смартфонах як основа роботи електронного компасу, в електродвигунах, у вимірниках сили струму.
Нанодатчики. Перебувають у стадії розробки. Найбільш затребуваною сферою для них має стати медицина та робототехніка. Передбачається, що ці датчики стануть новим класом і знайдуть у майбутньому повсюдне використання. Їх принцип роботи буде схожий з багатьма іншими датчиками (звідси назви нано-п'єзодатчики, нано-тензодатчики і т.д.), але розміри їх будуть набагато менше

Щоб дізнатися про датчики більше, прочитайте ці статті.

Електротехнічна енциклопедія #16.

Датчики

Класифікація датчиків, основні вимоги до них

Автоматизація різних технологічних процесів, ефективне керування різними агрегатами, машинами, механізмами потребують численних вимірів різноманітних фізичних величин.

Датчики(у літературі часто називають також вимірювальними перетворювачами), або по-іншому, сенсориє елементами багатьох систем автоматики - з допомогою отримують інформацію про параметри контрольованої системи чи устройства.

Датчик – це елемент вимірювального, сигнального, регулюючого або керуючого пристрою, що перетворює контрольовану величину (температуру, тиск, частоту, силу світла, електричну напругу, струм і т.д.) сигнал, зручний для вимірювання, передачі, зберігання, обробки, реєстрації, а іноді і для впливу їм на керовані процеси. Або простіше, датчик– це пристрій, що перетворює вхідний вплив будь-якої фізичної величини сигнал, зручний для подальшого використання.

Датчики, що використовуються, дуже різноманітні і можуть бути класифіковані за різними ознаками:

Залежно від виду вхідної (вимірюваної) величини розрізняють: датчики механічних переміщень (лінійних та кутових), пневматичні, електричні, витратоміри, датчики швидкості, прискорення, зусилля, температури, тиску та ін.

В даний час існує приблизно наступний розподіл частки вимірювань різних фізичних величин у промисловості: температура – 50%, витрата (масовий та об'ємний) – 15%, тиск – 10%, рівень – 5%, кількість (маса, обсяг) – 5%, час – 4%, електричні та магнітні величини – менше 4%.

На вигляд вихідний величини, в яку перетворюється вхідна величина , розрізняють неелектричніі електричні: датчики постійного струму (ЕРС або напруги), датчики амплітуди. змінного струму(ЕРС або напруги), датчики частоти змінного струму (ЕРС або напруги), датчики опору (активного, індуктивного або ємнісного) та ін.

Більшість датчиків є електричними. Це зумовлено такими перевагами електричних вимірів:

Електричні величини зручно передавати на відстань, причому передача здійснюється із високою швидкістю;

Електричні величини універсальні у тому сенсі, що будь-які інші величини можуть бути перетворені на електричні і навпаки;

Вони точно перетворюються на цифровий код і дозволяють досягти високої точності, чутливості та швидкодії засобів вимірювань

За принципом дії датчики можна розділити на два класи: генераторніі параметричні(Давачі-модулятори). Генераторні датчики здійснюють безпосереднє перетворення вхідної величини електричний сигнал.

Параметричні датчики вхідну величину перетворять на зміну будь-якого електричного параметра ( R, L або C) датчика.

За принципом дії датчики також можна розділити на омічні, реостатні, фотоелектричні (оптико-електронні), індуктивні, ємнісні та ін.

Розрізняють три класи датчиків:

Аналогові датчики, тобто датчики, що виробляють аналоговий сигнал, пропорційно до зміни вхідної величини;

Цифрові датчики, що генерують послідовність імпульсів або бінарне слово;

Бінарні (двійкові) датчики, які виробляють сигнал лише двох рівнів: "ввімкнено/вимкнено" (іншими словами, 0 або 1); набули широкого поширення завдяки своїй простоті.

Вимоги до датчиків :

Однозначна залежність вихідної величини від вхідної;

Стабільність показників у часі;

Висока чутливість;

Малі розміри та маса;

Відсутність зворотного на контрольований процес і контрольований параметр;

Робота за різних умов експлуатації;

- різні варіантимонтажу.

Параметричні датчики (датчики-модулятори) X перетворюють на зміну будь-якого електричного параметра ( R , L або C ) Датчика. Передати на відстань зміну перелічених параметрів датчика без енергонесучого сигналу (напруги або струму) неможливо. Виявити зміну відповідного параметра датчика тільки можна за реакції датчика на струм або напруга, оскільки перераховані параметри і характеризують цю реакцію. Тому параметричні датчики вимагають застосування спеціальних вимірювальних ланцюгів із живленням постійним або змінним струмом.

Омічні (резистивні) датчики – принцип дії ґрунтується на зміні їх активного опору при зміні довжини l, площі перерізу Sабо питомого опору p:

R= p l /S

Крім того, використовується залежність величини активного опору від контактного тиску та освітленості фотоелементів. Відповідно до цього омічні датчики ділять на: контактні, потенціометричні (реостатні), тензорезисторні, терморезисторні, фоторезисторні.

Контактні датчики - це найпростіший видрезисторних датчиків, які перетворюють переміщення первинного елемента в стрибкоподібну зміну опору електричного кола. За допомогою контактних датчиків вимірюють та контролюють зусилля, переміщення, температуру, розміри об'єктів, контролюють їх форму тощо. До контактних датчиків відносяться дорожніі кінцеві вимикачі, контактні термометриі так звані електродні датчики, що використовуються в основному для вимірювання граничних рівнів електропровідних рідин.

Контактні датчики можуть працювати як на постійному, так і змінному струмі. Залежно від меж вимірювання контактні датчики можуть бути граничними і багатограничними. Останні використовують для вимірювання величин, що змінюються у значних межах, у своїй частини резистора R, включеного в електричний ланцюг, послідовно закорочуються.

Недолік контактних датчиків - складність здійснення безперервного контролю та обмежений термін служби контактної системи. Але завдяки граничній простоті цих датчиків їх широко застосовують у системах автоматики.

Реостатні датчики являють собою резистор з активним опором, що змінюється. Вхідний величиною датчика є переміщення контакту, а вихідний – зміна опору. Рухливий контакт механічно пов'язаний з об'єктом, переміщення (кутове або лінійне) якого необхідно перетворити.

Найбільшого поширення набула потенціометрична схема включення реостатного датчика, в якій реостат включають за схемою дільника напруги. Нагадаємо, що дільником напруги називають електротехнічний пристрій для розподілу постійної або змінної напруги на частини; дільник напруги дозволяє знімати (використовувати) тільки частину наявної напруги за допомогою елементів електричного ланцюга, що складається з резисторів, конденсаторів або котушок індуктивності. Змінний резистор, що включається за схемою дільника напруги, називають потенціометром.

Зазвичай реостатні датчики застосовують у механічних вимірювальних приладахдля перетворення їх показань в електричні величини (струм або напруга), наприклад, у вимірниках поплавця рівня рідин, різних манометрах і т. п.

Датчик у вигляді простого реостату майже не використовується внаслідок значної нелінійності його статичної характеристики I н = f(х), де I н- Струм у навантаженні.

Вихідною величиною такого датчика є падіння напруги U вих між рухомим та одним з нерухомих контактів. Залежність вихідної напруги від переміщення x контакту U вих = f(х) відповідає закону зміни опору вздовж потенціометра. Закон розподілу опору за довжиною потенціометра, який визначається його конструкцією, може бути лінійним або нелінійним.

Потенціометричні датчики, що конструктивно являють собою змінні резистори, виконують з різних матеріалів - обмотувального дроту, металевих плівок, напівпровідників і т.д.

Тензорезистори (тензометричні датчики) служать для виміру механічних напруг, невеликих деформацій, вібрації. Дія тензорезисторів заснована на тензоефект, що полягає в зміні активного опору провідникових і напівпровідникових матеріалів під впливом докладених до них зусиль.

Термометричні датчики (терморезистори) – опір залежить від температури. Терморезистори як датчики використовують двома способами:

1) Температура терморезистора визначається довкіллям; Струм, що проходить через терморезистор, настільки малий, що не викликає нагрівання терморезистора. При цьому терморезистор використовується як датчик температури і часто називається «термометром опору».

2) Температура терморезистора визначається ступенем нагріву постійним за величиною струмом та умовами охолодження. В цьому випадку температура, що встановилася, визначається умовами тепловіддачі поверхні терморезистора (швидкістю руху навколишнього середовища - газу або рідини - відносно терморезистора, її щільністю, в'язкістю і температурою), тому терморезистор може бути використаний як датчик швидкості потоку, теплопровідності навколишнього середовища, щільності газів і т.д. п. У датчиках такого роду відбувається як би двоступінчасте перетворення: вимірювана величина спочатку перетворюється на зміну температури терморезистора, яке потім перетворюється на зміну опору.

Терморезистори виготовляють як із чистих металів, так і з напівпровідників.Матеріал, з якого виготовляється такі датчики, повинен володіти високим температурним коефіцієнтом опору, по можливості лінійною залежністю опору від температури, відтворюваністю властивостей і інертністю до впливів навколишнього середовища. Найбільшою мірою всім зазначеним властивостям задовольняє платина; у трохи меншій – мідь та нікель.

Порівняно з металевими терморезисторами більш високою чутливістю мають напівпровідникові терморезистори (термістори).

Індуктивні датчики служать для безконтактного отримання інформації про переміщення робочих органів машин, механізмів, роботів тощо. та перетворення цієї інформації на електричний сигнал.

Принцип дії індуктивного датчика заснований на зміні індуктивності обмотки на магнітопроводі залежно від положення окремих елементів магнітопроводу (якоря, сердечника та ін.). У таких датчиках лінійне чи кутове переміщення X(вхідна величина) перетворюється на зміну індуктивності ( L) Датчика. Застосовуються для вимірювання кутових та лінійних переміщень, деформацій, контролю розмірів тощо.

У найпростішому випадку індуктивний датчик є котушкою індуктивності з магнітопроводом, рухомий елемент якого (якір) переміщається під дією вимірюваної величини.

Індуктивний датчик розпізнає і відповідно реагує на всі струмопровідні предмети. Індуктивний датчик є безконтактним, не вимагає механічного впливу, працює безконтактно за рахунок зміни електромагнітного поля.

Переваги

- немає механічного зносу, відсутні відмови, пов'язані зі станом контактів

- відсутня брязкіт контактів і хибні спрацьовування

- висока частота перемикань до 3000 Hz

- стійкий до механічних впливів

Недоліки - порівняно мала чутливість, залежність індуктивного опору від частоти напруги живлення, значний зворотний вплив датчика на вимірювану величину (за рахунок тяжіння якоря до сердечника).

Ємнісні датчики - принцип дії заснований на залежності електричної ємності конденсатора від розмірів, взаємного розташування обкладок і від діелектричної проникності середовища між ними.

Для двообкладного плоского конденсатора електрична ємність визначається виразом:

З = e 0 e S /h

де e 0- діелектрична постійна; e- Відносна діелектрична проникність середовища між обкладками; S- Активна площа обкладок; h- Відстань між обкладинками конденсатора.

Залежності C(S) та C(h) використовують для перетворення механічних переміщень зміну ємності.

Ємнісні датчики, як і індуктивні, живляться змінним напругою (зазвичай підвищеної частоти - до десятків мегагерц). Як вимірювальні схеми зазвичай застосовують мостові схеми і схеми з використанням резонансних контурів. У разі, зазвичай, використовують залежність частоти коливань генератора від ємності резонансного контуру, тобто. Датчик має частотний вихід.

Позитивні якості ємнісних датчиків - простота, висока чутливість і мала інерційність. Недоліки – вплив зовнішніх електричних полів, відносна складність вимірювальних пристроїв.

Ємнісні датчики застосовують для вимірювання кутових переміщень, дуже малих лінійних переміщень, вібрацій, швидкості руху тощо, а також для відтворення заданих функцій (гармонічних, пилкоподібних, прямокутних тощо).

Ємнісні перетворювачі, діелектрична проникністьe яких змінюється за рахунок переміщення, деформації або зміни складу діелектрика, застосовують як датчики рівня непровідних рідин, сипких і порошкоподібних матеріалів, товщини шару непровідних матеріалів (товщиноміри), а також контролю вологості та складу речовини.

Датчики – генератори

Генераторні датчики здійснюють безпосереднє перетворення вхідної величини X у електричний сигнал. Такі датчики перетворюють енергію джерела вхідної (вимірюваної) величини одночасно електричний сигнал, тобто. вони є хіба що генераторами електроенергії (звідки і назва таких датчиків - вони генерують електричний сигнал).

Додаткові джерела електроенергії для роботи таких датчиків принципово не потрібні (проте додаткова електроенергія може знадобитися для посилення вихідного сигналу датчика, його перетворення на інші види сигналів та інших цілей). Генераторними є термоелектричні, п'єзоелектричні, індукційні, фотоелектричні та багато інших типів датчиків.

Індукційні датчики перетворюють вимірювану неелектричну величину в ЕРС індукції. Принцип дії датчиків ґрунтується на законі електромагнітної індукції. До цих датчиків відносяться тахогенератори постійного і змінного струму, що є невеликими електромашинними генераторами, у яких вихідна напруга пропорційна кутової швидкості обертання валу генератора. Тахогенератори використовуються як датчики кутової швидкості.

Тахогенератор є електричною машиною, що працює в генераторному режимі. При цьому вироблена ЕРС пропорційна швидкості обертання та величині магнітного потоку. Крім того, зі зміною швидкості обертання змінюється частота ЕРС. Застосовуються як датчики швидкості (частоти обертання).

Температурний датчикі. У сучасному промисловому виробництві найпоширенішими є вимірювання температури (так, на атомній електростанції середнього розміру є близько 1500 точок, у яких виробляється такий вимір, але в великому підприємстві хімічної промисловості подібних точок присутні понад 20 тис.). Широкий діапазон вимірюваних температур, різноманітність умов використання засобів вимірювань та вимог до них визначають різноманіття засобів вимірювання температури, що застосовуються.

Якщо розглядати датчики температури для промислового застосування, можна виділити їх основні класи: кремнієві датчики температури, біметалічні датчики, рідинні і газові термометри, термоіндикатори, термістори, термопари, термоперетворювачі опору, інфрачервоні датчики.

Кремнієві датчики температури використовують залежність опору напівпровідникового кремнію від температури. Діапазон вимірюваних температур -50 ... +150 0 C . Застосовуються переважно для вимірювання температури всередині електронних приладів.

Біметалевий датчик зроблений із двох різнорідних металевих пластин, скріплених між собою. Різні метали мають різний температурний коефіцієнт розширення. Якщо з'єднані в пластину метали нагріти або охолодити, то вона зігнеться, замкне (розімкне) електричні контакти або переведе стрілку індикатора. Діапазон роботи біметалічних датчиків -40 ... +550 0 C . Використовуються для вимірювання поверхні твердих тіл та температури рідин. Основні галузі застосування – автомобільна промисловість, системи опалення та нагрівання води.

Термоіндикатори – це особливі речовини, що змінюють колір під впливом температури. Зміна кольору може бути оборотною та необоротною. Виготовляються у вигляді плівок.

Термоперетворювачі опору

Принцип дії термоперетворювачів опору (терморезисторів) ґрунтується на зміні електричного опору провідників та напівпровідників залежно від температури (розглянуто раніше).

Платинові терморезистори призначені для вимірювання температур у межах від -260 до 1100 0 С. Широке поширення на практиці отримали більш дешеві мідні терморезистори, що мають лінійну залежність опору від температури.

Недоліком міді є невеликий її питомий опір і легка окислюваність при високих температурах, внаслідок чого кінцева межа мідних термометрів опору обмежується температурою 180 0 C . За стабільністю та відтворюваністю характеристик мідні терморезистори поступаються платиновим. Нікель використовується в недорогих датчиках вимірювання в діапазоні кімнатних температур.

Напівпровідникові терморезистори (термістори) мають негативний або позитивний температурний коефіцієнт опору, значення якого при 20 0 C становить (2…8)*10 –2 (0 C ) –1 , тобто. на порядок більше, ніж у міді та платини. Напівпровідникові терморезистори при дуже малих розмірах мають високі значення опору (до 1 МОм). Як напівпров. матеріалу використовуються оксиди металів: напівпровідникові терморезистори типів КМТ - суміш оксидів кобальту та марганцю та ММТ - міді та марганцю.

Напівпровідникові датчики температури мають високу стабільність характеристик у часі та застосовуються для зміни температур у діапазоні від –100 до 200 0 С.

Термоелектричні перетворювачі (термопари) ринцип дії термопар заснований на термоелектричному ефекті, який полягає в тому, що за наявності різниці температур місць з'єднань (спаїв) двох різнорідних металів або напівпровідників у контурі виникає електрорушійна сила, звана термоелектрорушійна (скорочено термо-ЕРС). У певному інтервалі температур можна вважати, що термо-ЕРС прямо пропорційна різниці температурΔT= Т 1 – Т 0 між спаєм та кінцями термопари.

З'єднані між собою кінці термопари, що занурюються в середу, температура якої вимірюється, називають робочим кінцем термопари. Кінці, які перебувають у навколишньому середовищі, і які зазвичай приєднують проводами до вимірювальної схеми, називають вільними кінцями. Температуру цих кінців необхідно підтримувати незмінною. При цій умові термо-ЕРС Е т залежатиме лише від температури T 1робітничого кінця.

U вих = E т = С( Т 1 – Т 0) ,

де З - коефіцієнт, що залежить від матеріалу провідників термопари.

Створювана термопарами ЕРС порівняно невелика: вона не перевищує 8 мВ на кожні 100 0 С і зазвичай не перевищує абсолютної величини 70 мВ. Термопари дозволяють вимірювати температуру в діапазоні від -200 до 22000С.

Найбільшого поширення виготовлення термоелектричних перетворювачів отримали платина, платинородій, хромель, алюмель.

Термопари мають такі переваги: простота виготовлення та надійність в експлуатації, дешевизна, відсутністьджерел живлення та можливість вимірювань у великому діапазоні температур.

Поряд із цим термопарам властиві і деякі недоліки- менша, ніж у терморезисторів, точність вимірювання, наявність значної теплової інерційності, необхідність введення поправки на температуру вільних кінців та необхідність застосування спеціальних з'єднувальних проводів.

Інфрочервоні датчики (пірометри) - Використовують енергію випромінювання нагрітих тіл, що дозволяє вимірювати температуру поверхні на відстані. Пірометри поділяються на радіаційні, яскраві та кольорові.

Радіаційні пірометри використовуються для вимірювання температури від 20 до 2500 0 С, причому вимірює прилад інтегральну інтенсивність випромінювання реального об'єкта.

Яскраві (оптичні) пірометри використовуються для вимірювання температур від 500 до 4000 0 С. Вони засновані на порівнянні у вузькій ділянці спектра яскравості об'єкта, що досліджується, з яскравістю зразкового випромінювача (фотометричної лампи).

Колірні пірометри засновані на вимірі відношення інтенсивностей випромінювання на двох довжинах хвиль, що вибираються зазвичай у червоній або синій частині спектра; вони використовуються для вимірювання температури в діапазоні від 800°С.

Пірометри дозволяють вимірювати температуру в важкодоступних місцях і температуру об'єктів, що рухаються, високі температуриде інші датчики вже не працюють.

Для вимірювання температур від – 80 до 250 0 З часто використовуються звані кварцові термоперетворювачі, використовують залежність власної частоти кварцового елемента від температури. Робота даних датчиків полягає в тому, що залежність частоти перетворювача від температури і лінійність функції перетворення змінюються залежно від орієнтації зрізу щодо осей кристала кварцу. Дані датчики широко використовуються у цифрових термометрах.

П'єзоелектричні датчики

Дія п'єзоелектричних датчиків заснована на використанні п'єзоелектричного ефекту (п'єзоефекту), що полягає в тому, що при стисканні або розтягу деяких кристалів на їх гранях з'являється електричний заряд, величина якого пропорційна діючій силі.

П'єзоефект оборотний, тобто прикладена електрична напруга викликає деформацію п'єзоелектричного зразка - стиснення або розтяг його відповідно до знака прикладеної напруги. Це явище, зване зворотним п'єзоефектом, використовується для збудження та прийому акустичних коливань звукової та ультразвукової частоти.

Використовуються для вимірювання сил, тиску, вібрації та ін.

Оптичні (фотоелектричні) датчики

Розрізняють аналоговіі дискретніоптичні датчики. У аналогових датчиків вихідний сигнал змінюється пропорційно до зовнішньої освітленості. Основна сфера застосування – автоматизовані системи управління освітленням.

Датчики дискретного типу змінюють вихідний стан на протилежний при досягненні заданого значення освітленості.

Фотоелектричні датчики можуть бути застосовані практично у всіх галузях промисловості. Датчики дискретної дії використовуються як своєрідні безконтактні вимикачі для підрахунку, виявлення, позиціонування та інших завдань будь-якої технологічної лінії.

, реєструє зміну світлового потокуу контрольованій області , пов'язане зі зміною положення у просторі будь-яких рухомих частин механізмів та машин, відсутності чи присутності об'єктів. Завдяки великим відстаням спрацьовування оптичні безконтактні датчики знайшли широке застосуванняу промисловості і не лише.

Оптичний безконтактний датчик складається з двох функціональних вузлів, приймача та випромінювача. Дані вузли можуть бути виконані як в одному корпусі, так і різних корпусах.

За методом виявлення об'єкта фотоелектричні датчики поділяються на 4 групи:

1) перетин променя- у цьому методі передавач та приймач розділені по різних корпусах, що дозволяє встановлювати їх навпроти один одного на робочій відстані. Принцип роботи заснований на тому, що передавач постійно посилає світловий промінь, який приймає приймач. Якщо світловий сигнал датчика припиняється, через перекриття стороннім об'єктом, приймач негайно реагує змінюючи стан виходу.

2) відображення від рефлектора- у цьому методі приймач та передавач датчика знаходяться в одному корпусі. Навпроти датчика встановлюється рефлектор (відбивач). Датчики з рефлектором влаштовані так, що завдяки фільтру поляризації вони сприймають відображення тільки від рефлектора. Це рефлектори, котрі працюють за принципом подвійного відображення. Вибір відповідного рефлектора визначається необхідною відстанню та монтажними можливостями.

Світловий сигнал, що посилається передавачем, відбиваючись від рефлектора потрапляє в приймач датчика. Якщо світловий сигнал припиняється, приймач негайно реагує змінюючи стан виходу.

3) відображення від об'єкта- у цьому методі приймач та передавач датчика знаходяться в одному корпусі. Під час робочого стану датчика всі об'єкти, що потрапляють до його робочої зони, стають своєрідними рефлекторами. Як тільки світловий промінь, відбившись від об'єкта, потрапляє на приймач датчика, той негайно реагує, змінюючи стан виходу.

4) фіксоване відбиття від об'єкта -принцип дії датчика такий же як і у "відображення від об'єкта" але більш чуйно реагує на відхилення від налаштування на об'єкт. Наприклад, можливе детектування здутого затору на пляшці з кефіром, неповне наповнення вакуумної упаковки з продуктами і т.д.

За своїм призначенням фотодатчики поділяються на дві основні групи: датчики загального застосування та спеціальні датчики. До спеціальних відносяться типи датчиків, призначені для вирішення більш вузького кола задач. Наприклад, виявлення кольорової мітки на об'єкті, виявлення контрастної межі, наявність етикетки на прозорій упаковці тощо.

Завдання датчика виявити об'єкт з відривом. Ця відстань варіюється в межах 0,3мм-50м, залежно від вибраного типу датчика та методу виявлення.

Мікрохвильові датчики

На зміну кнопково-релейним пультам приходять мікропроцесорні автоматичні системиуправління технологічним процесом(АСУ ТП) найвищої продуктивності та надійності, датчики оснащуються цифровими інтерфейсами зв'язку, проте це не завжди призводить до підвищення загальної надійності системи та достовірності її роботи. Причина полягає в тому, що самі принципи дії більшості відомих типів датчиків накладають обмеження на умови, в яких вони можуть використовуватися.

Наприклад, для стеження за швидкістю руху промислових механізмів широко застосовуються безконтактні (ємнісні та індуктивні), а також тахогенераторні пристрої контролю швидкості (УКБ). Тахогенераторні УКБ мають механічний зв'язок з об'єктом, що рухається, а зона чутливості безконтактних приладів не перевищує кількох сантиметрів.

Все це не тільки створює незручності при монтажі датчиків, але і суттєво ускладнює використання цих приладів в умовах пилу, що налипає на робочі поверхні, викликаючи помилкові спрацьовування. Перераховані типи датчиків не здатні безпосередньо контролювати об'єкт (наприклад, стрічку конвеєра) - вони налаштовуються на рух роликів, крильчаток, натяжних барабанів і т. д. Вихідні сигнали деяких приладів настільки слабкі, що нижче рівня промислових перешкод від роботи потужних електричних машин.

Аналогічні проблеми виникають з використанням традиційних сигналізаторів рівня - датчиків наявності сипкого продукту. Такі пристрої потрібні для своєчасного відключення подачі сировини у виробничі ємності. До помилкових спрацьовувань призводить не тільки налипання та пил, а й дотик потоку продукту при його надходженні в бункер. У приміщеннях, що не опалюються, на роботу датчиків впливає навколишня температура. Помилкові спрацьовування сигналізаторів викликають часті зупинки та запуски навантаженого технологічного обладнання - основну причину його аварій, призводять до завалів, обриву конвеєрів, виникнення пожежо- та вибухонебезпечних ситуацій.

Зазначені проблеми кілька років тому призвели до розробки принципово нових типів приладів - датчиків контролю швидкості, датчиків руху і підпору, робота яких заснована на взаємодії контрольованого об'єкта з радіосигналом частотою близько 10 10 Гц.

Використання мікрохвильових методів контролю над станом технологічного устаткування дозволяє повністю позбутися недоліків датчиків традиційних типів.

Відмінними рисами цих пристроїв є:

Відсутність механічного та електричного контакту з об'єктом (середовищем), відстань від датчика до об'єкта може становити кілька метрів;

Безпосередній контроль об'єкта (транспортерної стрічки, ланцюга), а не їх приводів, натяжних барабанів тощо;

Мале енергоспоживання;

нечутливість до налипання продукту за рахунок великих робочих відстаней;

Висока завадостійкість та спрямованість дії;

Разове налаштування на весь термін служби;

Висока надійність, безпека, відсутність іонізуючих випромінювань.

Принцип дії датчика заснований на зміні частоти радіосигналу, відображеного від об'єкта, що рухається. Це явище ( "ефект Доплера") широко використовується в радіолокаційних системах для дистанційного виміру швидкості. Об'єкт, що рухається, викликає появу електричного сигналу на виході мікрохвильового приймально-передаючого модуля.

Оскільки рівень сигналу залежить від властивостей відбиває об'єкта, датчики руху можуть використовуватися для того, щоб сигналізувати про обрив ланцюга (стрічки), наявність на конвеєрній стрічці будь-яких предметів або матеріалів. Стрічка має гладку поверхню та низький коефіцієнт відображення. Коли повз датчик, встановлений над робочою гілкою транспортера, починає рухатися продукт, збільшуючи коефіцієнт відображення, прилад сигналізує про рух, тобто, фактично про те, що стрічка не порожня. По тривалості вихідного імпульсу можна значному відстані судити про розмір переміщуваних предметів, виробляти селекцію тощо.

При необхідності заповнити будь-яку ємність (від бункера до шахти) можна точно визначити момент закінчення засипки - опущений на певну глибину датчик показуватиме рух наповнювача доти, доки не буде засипаний.

Конкретні приклади використання мікрохвильових датчиків руху в різних галузях промисловості визначаються її специфікою, але в цілому вони здатні вирішувати найрізноманітніші завдання безаварійної експлуатації обладнання та підвищити інформативність автоматизованих систем управління.

Список використаних джерел

1) Є.М. Гордін, Ю.Ш. Митник, В.А. Тарлінський

Основи автоматики та обчислювальної техніки

Москва "Машинобудування", 1978

2) Густав Олссон, Джангуїдо Піані

Цифрові системи автоматизації та управління

СПб.: Невський Діалект, 2001

3) В.В.Сазонов Методичні вказівкидо виконання лабораторної роботи

«Дослідження реостатного датчика лінійних переміщень»

4) Чугайнов Н.Г. Реферат «Температурний датчик», Красноярськ 2003

5) Федосов А. В. Реферат «Датчики швидкості» - Москва 2003

6) Д. Н. Шестаков, генеральний директор ТОВ "ПромРадар"

Мікрохвильові датчики промислового застосування

7) Журнал "Сучасна електроніка" 6, 2006

8) Каталог підприємства «Сенсор»

9) Компоненти OMRON / Фотоелектричні датчики

Автор статті : Сергій Нікулін, викладач УО "Гомельський державний політехнічний коледж " .

Датчик присутності – електронний прилад, який реєструє безконтактними методами об'єкти певного класу біля свого контролю.

Залежно від результатів реєстрації він може комутувати електричні імпульси, за сигналами яких інші пристрої виконують різноманітні дії.

Автоматичне включення електросушарки під час піднесення рук, спрацьовування деяких типів автомобільних сигналізацій, зупинка конвеєрів у разі заповнення бункерів на промислових підприємствах- Приклади функціонування датчиків присутності.

За принципом дії:

ультразвукові: бар'єрні, дифузійні;
фотоелектричні: бар'єрні (тип Б), рефлекторні (тип Р), дифузійні (тип Д);
ємнісні;
акустичні;
інфрачервоні;
датчики навантаження;
комбіновані.

За кількістю блоків датчика:

однопозиційні;
двопозиційні;
багатопозиційні.

За способом монтажу:накладні та вбудовувані.

За методом отримання вхідного сигналу:активні та пасивні.

За способом передачі вихідного сигналу:дротові та бездротові.

Розглянемо докладно кожен із видів, визначимо області їх застосування, оцінимо переваги та недоліки.

Ультразвукові датчики присутності

Випускають і приймають хвилі, що не уловлюються людським вухом (частотою близько 200 кГц).

Можливі два режими роботи:

Бар'єрний : між датчиками, розташованими навпроти одного, проходить ультразвукова хвиля. Вона не потрапить до приймача, якщо у зоні дії з'явиться сторонній предмет (бар'єр).

Дифузійний : з використанням датчика, що випромінює хвилю, а потім уловлює її, відображену від об'єкта, що опинився на шляху променя.

В обох випадках при появі стороннього предмета комутується сигнал, що передається на пристрої, що виконують.

Переваги ультразвукових датчиків у порівнянні з оптичними, що виконують подібні завдання:

виявлення прозорих об'єктів;
несприйнятливість до світлових спалахів та відблисків;
працездатність у складних умовах (туман, пил, пара).

Недоліки:

низька дальність (верхній поріг) фіксації;
ненадійність реєстрації об'єктів з м'яких матеріалів (тканина, гума пориста);
наявність "сліпої зони" (нижнього порогу виявлення).

Приклади використання ультразвукових датчиків: паркувальні системи сучасних автомобілів, підрахунок кількості одиниць готової продукції на конвеєрі.

Фотоелектричні датчики присутності

Фотоелектричні датчики Б і Д типу працюють за схожою ультразвукової схеми. Відмінність полягає у використанні оптичного випромінювання замість ультразвукового. Це дає такі переваги:

високий поріг фіксації (до 150 м у бар'єрних датчиків);
швидкодія;
відсутність сліпої зони.

Недоліки:

неможливість реєстрації прозорих об'єктів;
збої в умовах туману, пилу, при прояві світлових спалахів та відблисків.

У датчиків типу Р приймач та випромінювач змонтовані в одному корпусі. Випущений промінь відбивається від рефлектора (катафота, відбивача), що знаходиться на відстані до 8 метрів, і повертається назад. Прилад подає сигнал, якщо світловий потік переривається контрольним об'єктом.

У порівнянні з типом Б тип Р втрачає в дальності дії, але його переваги - компактність і простота монтажу.

Фотоелектричні датчики використовуються для контролю за пакувальними та виробничими лініями, перевірки рівня наповнення прозорої тари, запобігання несанкціонованому доступу на закриті території, зупинки промислового обладнанняпри попаданні людини у небезпечні зони.

Ємнісні

Конструктивно є циліндричні або плоскопаралельні конденсатори.

З появою об'єкта у зоні дії змінюється їх діелектрична проникність, отже, і ємність, що викликає спрацьовування (див. ).

Прилади застосовуються для контролю за заповненням резервуарів рідинами та сипучими матеріалами, як лічильники одиниць готової продукції та елементи протиугінних систем автомобілів

Переваги ємнісних датчиків – низька інерційність та високий поріг чутливості. Недолік – можливість збоїв у роботі під впливом зовнішніх електромагнітних полів.

Акустичні датчики присутності

Вони за допомогою п'єзоелектричних матеріалів відбувається перетворення звукової хвилі в електричний сигнал.

Є мікрофонами, що працюють в діапазоні частот 20-20000 Гц:

низькоомні (котушки індуктивності з рухомими магнітами);
високоомні (еквівалентні змінні конденсатори).

Використовуються як звукові датчики світла, що працюють спільно з і економлять електроенергію. При перевищенні порога шуму у кімнаті відбувається автоматичне включеннясвітла. Якщо настає тиша, через 20-25 секунд лампи вимикаються.

Переваги приладу:

простота конструкції;
надійність.

Недоліки:

необхідність використання підсилювачів;
ймовірність помилкових спрацьовувань внаслідок зовнішніх та внутрішніх шумів (різкі звуки з вулиці, включення радіо, телефонні дзвінки).

Інфрачервоні датчики присутності

Принцип дії приладів ґрунтується на фіксації змін потоку інфрачервоних (ІЧ) променів у результаті переміщень людини. Його перебування розпізнається з більшої інтенсивності (порівняно з предметами інтер'єру) випромінювання, яке залежить від температури тіла.

Основні деталі датчика – фотоелементи та мультилінзи, що складається з великої кількості сегментів – маленьких лінз. Кожна з них направляє промені, що потрапляють до неї, на фотоелемент.

Рухаючись, людина опиняється у зонах контролю різних сегментів. Світло на фотоелементі зникає, то з'являється, генеруючи електричний сигнал.

У строгому розумінні за принципом дії такий пристрій, а не присутності. До останньої категорії відносять особливо точні прилади з великою кількістю ділянок контролю. Вони здатні вловлювати наявність людини, яка перебуває у стані майже повного спокою. Фіксуються дрібні жести: похитування головою, натискання пальцями клавіатури тощо.

Радіус виявлення (R) – основна характеристика пристрою. Його монтаж повинен проводитися так, щоб відстань до найдальших кутів кімнати не перевищувала R. У приміщеннях великої площі потрібно встановити кілька датчиків.

Необхідно, щоб по дорозі ІЧ променя був перегородок, навіть скляних, які йому непрозорі.

Неприпустиме попадання на прилад прямого світла ламп, він повинен знаходитись на максимальній відстані від вентиляторів, кондиціонерів та обігрівачів.

Інфрачервоні датчики використовують як засоби, як додатковий і для автоматизації електропостачання, що призводить до економії коштів.

Їх переваги:

точність регулювання;
повна безпека здоров'я через відсутність будь-яких видів випромінювання;
реакція лише на об'єкти, температура яких перевищує граничну.

Недоліки:

неточність функціонування на відкритих просторах (вплив опадів, сонячного світла);
ймовірність неправдивих включень під впливом теплих потоків повітря;
перешкоди від об'єктів, що не пропускають ІЧ випромінювання;
низький діапазон робочих температур.

Датчики навантаження

Це конвертери, що перетворюють механічне зусилля на електричний струм.

Конструктивно датчик є тензорезистором у вигляді тонкого дроту, зигзагоподібно, як обігрівач автомобільного скла, закріплений на еластичній підкладці. Як пружний елемент використається тканина, гума, полімерна плівка.

Під дією сили провідник деформується, опір його змінюється, що генерує електричний сигнал, що подається після посилення виконавчі пристрої.

Використання приладів:

Як датчики присутності пасажира. Штатних – з метою безпеки (індикація пристебнутого ременя та дані для спрацьовування подушок безпеки). Встановлюються індивідуально – контролю за роботою таксі (фіксування стану машини – “вільний/зайнятий”).

В якості елементів стаціонарних та безпеки, що сигналізують про несанкціонований доступ до приміщення.

Перевага тензорезисторних датчиків навантаження - мала товщина, що забезпечує приховану установку (маскування під килимок біля дверей), та легкість монтажу на пасажирські сидіння.

Недоліки:

необхідність використання підсилювача сигналу;
схильність до механічних навантажень, що багаторазово повторюються, що призводить до виходу з ладу;
зниження чутливості при перепадах температури.

Комбіновані датчики присутності

Іноді задля досягнення поставлених цілей пристрою одного типу недостатньо. У разі їх можна задіяти кілька з різними принципами роботи.

На прикладі розглянемо експлуатацію інфрачервоного датчика присутності у комбінації із датчиком освітленості.

Перший подає сигнал включення ламп при виявленні ним людини у кімнаті.

Другий – у разі показників освітленості нижче встановленого граничного значення.

Працюючи разом, вони в автоматичному режимі запалять світильники лише у разі присутності людей у приміщенні у темний час доби.

Такий підхід створює комфортні умови життєдіяльності та призводить до 30-40% економії електроенергії.

При охороні об'єктів датчики з різним принципом дії об'єднують у системи. Це підвищує надійність та зменшує кількість помилкових спрацьовувань.

Влаштування датчиків присутності

Датчики є приладами, що складаються з одного (однопозиційні), двох (двопозиційні) або декількох (багатопозиційні) блоків. Кожен – пристрій у пластиковому корпусі з мікросхемою для надсилання, приймання та обробки сигналів.

Їх конструктивна особливість – відсутність деталей, що переміщуються, що відчувають механічні навантаження. Виняток – еластичні підкладки з тензорезисторами у датчиках навантаження.

Як наслідок, можливі несправностіобмежуються виходом з ладу деталей мікросхем та самостійного усуненняне підлягають.

Варіанти монтажу датчиків. Залежно від конструктивних особливостейдатчики встановлюються в монтажні коробкиабо безпосередньо на стіни чи стелю (накладні моделі).

Переваг в експлуатації жоден із способів не дає, на вибір можуть вплинути лише дизайнерські рішення.

Способи отримання сигналу. За способом отримання сигналу датчики присутності бувають двох видів:

активні - випромінюють енергію в навколишнє середовищета отримують дані на основі відгуку (ультразвукові, фотоелектричні);
пасивні - фіксують об'єкти за їх властивостями, попередньо не надсилаючи сигнали (інфрачервоні, акустичні, ємнісні, датчики навантаження).

Передача сигналу датчиками присутності. Отримавши та обробивши інформацію, датчик присутності відправляє сигнал на виконавчі пристрої:

за допомогою електричних дротів;
по захищеному радіоканалу.

У другому варіанті відстань між датчиком і блоком, що приймає, досягає 200 м. Використання підсилювачів збільшує цей показник, а перешкоди на шляху - знижують.

При бездротовій передачі сигналу для зв'язку з конкретним виконавчим пристроєм задається датчику його код. Це здійснюється шляхом встановлення джамперів (перемичок).

Якщо використовувати прилади з кодом навчання, то потреби в установці перемичок немає: для комутації достатнього одночасного натискання спеціальних кнопок на датчику та блоці, що приймає.

Переваги бездротової передачі сигналу – простота монтажу обладнання та зниження витрат на електричні дроти.

Виробники та моделі датчиків присутності

Розглянемо які моделі датчиків присутності пропонують світові компанії.

Theben AG (Німеччина)

У 1921 році в Штутгарті Пауль Швенк заснував компанію, що виготовляла таймери та аксесуари для годинника.

Дбайливий господар, прагнучи економії, винайшов і в 1930 році запустив у виробництво перший датчик зворотного відліку для управління освітленням, який став хітом продажів.

Успіх стимулював подальше прагнення інновацій, що перетворило Theben AG на європейського лідера у виробництві приладів для ефективного енергозбереження, різних датчиків, “розумних” тощо.

Датчики присутності Theben, що керують системою освітлення:

SPHINX 104-360	SPHINX 104-360/2	SPHINX 104-360 AP

Принцип дії
інфрачервоний	інфрачервоний	інфрачервоний
Спосіб монтажу
стеля, вбудована	стеля, вбудована	стеля, накладна
Кут охоплення
360 про	360 про	360 про
Радіус контролю
7 м	7 м	7 м
Число каналів
1	2	1
Макс. потужність ламп
1800 Вт	1800 Вт	2000 Вт
Рівень освітленості
10-2000 Лк	10-2000 Лк	10-2000 Лк
Затримка вимкнення
1 с-20 хв	1 с-20 хв	1 с-20 хв
Рівень захисту
IP 41	IP 41	IP 41

Усі прилади обладнані вбудованим регульованим люксметром та пультом дистанційного керування(Див. ).

SPHINX 104-360/2 має другий канал виходу, із затримкою відключення 10 сек – 60 хв, сигнал з якого може подаватися на кондиціонер, радіатор електроопалення, вентилятор.

OMRON (Японія)

Компанія OMRON (м. Кіото), заснована Кадзума Татеїсі у 1933 році. У повоєнні роки вона стала однією з фірм-творців японського економічного дива.

Основний напрямок діяльності – виробництво засобів автоматизації та сенсорних пристроїв. У цій галузі їй належить понад 40% японського ринку. Річний оборот компанії – понад 5 мільярдів доларів.

Фотоелектричні датчики виявлення OMRON:

E3FA/E3FB-B/-V	E3H2	E3T-C

Виявлення об'єкта: максимальна відстань спрацьовування
Бар'єрний режим
20 м	15 м	4 м
Рефлекторний режим
4 м	3 м	2 м
Дифузний режим
1 м	0,3 м	0,3 м
Джерело світла (довжина хвилі)
червоний світлодіод (624 нм)	червоний світлодіод (624 нм)	світлодіоди: інфрачервоний (870 нм), червоний (630 нм)
Напруга живлення
10-30 V постійний струм	10-30 V постійний струм	10-30 V постійний струм

Прилад Е3Н2 обладнаний яскравим світлодіодним індикатором, що спрощує вирівнювання, а габарити Е3Т-С полегшують його монтаж в умовах обмеженого простору.

ESYLUX (Німеччина)

Компанія ESYLUX (м. Аренсбург) розробляє та випускає світильники для аварійного та зовнішнього освітлення, датчики присутності та руху, детектори диму, . Доказом високого рівняпродукції є набутий нею знак якості “German Engineering”. Філії та торгові представництва фірми відкриті у 13 країнах

У таблиці представлені зразки датчиків присутності ESYLUX.

PD 360/8 Basic	PD 360/8 Basic SMB	PD 180i/R

Принцип дії
інфрачервоний	інфрачервоний	інфрачервоний
Спосіб монтажу
стеля, накладна	стеля, вбудована	стіна, вбудований
Кут охоплення

Типи датчиків та їх назви визначаються використанням різних ультразвукових перетворювачів і способів сканування. Залежно від виду перетворювачів можна виділити:

● секторні механічні датчики(sector mechanical probe) - з одно-елементними або багатоелементними кільцевими ґратами;

● лінійні датчики з багатоелементними лінійними решітками;

● конвексні та мікроконвексні датчики(convex або microconvex probe) - з конвексними та мікроконвексними ґратами відповідно;

● фазовані секторні датчики(phased array probe) - з багатоелементними лінійними ґратами;

● датчики з двомірною решіткоюй, лінійні, конвексні та секторні.

Тут ми назвали основні типи датчиків, не обумовлюючи їх медичне призначення, робочу частоту та конструктивні особливості.

У секторних механічних датчиках (рис.2.11 а, 2.11 б) робоча поверхня (захисний ковпачок) закриває об'єм, в якому знаходиться одноелементний або кільцевий УЗ - перетворювач. Об'єм під ковпачком заповнений акустично прозорою рідиною зменшення втрат при проходженні УЗ - сигналів. Основною характеристикою секторних механічних датчиків, крім робочої частоти, є кутовий розмір сектора сканування, який вказується в маркуванні датчика (іноді додатково дається довжина відповідної дуги Н робочої поверхні). Приклад маркування: 3,5 МГц/90.

У лінійних, конвексних, мікроконвексних та фазованих (секторних) датчиках електронного сканування робоча поверхня збігається з випромінюючою поверхнею перетворювача, яка називається апертурою, І дорівнює їй за розмірами. Характерні розміри апертури використовуються в маркуванні датчиків і допомагають визначитися при виборі датчика.

У лінійних датчиках характерно довжина апертури L (рис.2.11 в), оскільки саме вона визначає ширину прямокутної зони огляду. Приклад маркування лінійного датчика 7,5 МГц/42 мм.

Слід мати на увазі, що ширина зони огляду в лінійному датчику завжди менша на 20-40% довжини апертури. Таким чином, якщо вказано розмір апертури 42 мм, ширина зони огляду не більше 34 мм.

У конвексних датчиках зона огляду визначається двома характерними розмірами - довжиною дуги Н (іноді її хорди), що відповідає опуклій робочій частині, та кутовим розміром сектора сканування у градусі рис.2.11 р. Приклад маркування конвексного датчика: 3,5 МГц/60°/ 60мм. Рідше для маркування використовуєте радіус Rкривизни робочої поверхні, наприклад:

3,5 МГц/60 R(Радіус - 60 мм).

Рис. 2.11. Основні типи датчиків для зовнішнього обстеження: а, б-

секторні механічні (а – кардіологічний, б – з водної

насадкою); в – лінійний електронний; г – конвексний;

д – мікроконвексний; е – фазований секторний

У мікроконвексних датчиках характерним є R - радіус кривизни робочої поверхні (апертури), іноді додатково дається кут дуги α, що визначає кутовий розмір сектора огляду (рис. 2.11, д). Приклад маркування: 3,5 МГц/20R (радіус – 20 мм).

Для фазованого секторного датчика надається кутовий розмір сектора електронного сканування в градусах. Приклад маркування: 3,5 МГц/90 °.

Зображені на рис. 2.11 Датчики використовуються для зовнішнього обстеження. Крім них існує велика кількість внутрішньопорожнинних та вузькоспеціалізованих датчиків.

Доцільно запровадити класифікацію датчиків з областей медичного застосування.

1. Універсальні датчики для зовнішнього обстеження(abdominal probe). Універсальні датчики застосовуються для обстеження абдомінальної області та органів малого тазу у дорослих та дітей.

2. Датчики для поверхнево розташованих органів(small parts probe). Застосовуються для дослідження неглибоко розташованих малих органів та структур (наприклад, щитовидної залози, периферичних судин, суглобів)

3. Кардіологічні датчики(Cardiac probe). Для дослідження серця використовуються датчики секторного типу, що з особливістю спостереження через межреберную щілину. Застосовуються датчики механічного сканування (одноелементні або з кільцевою решіткою) та фазовані електронні.

4. Датчики для педіатрії(Podiatric probes). Для педіатрії використовуються ті ж датчики, що і для дорослих , але тільки з більшою частотою (5 або 7,5 МГц), що дозволяє отримати більш високу якість зображення. Це можливо завдяки малим розмірам пацієнтів.

5. Внутрішньопорожнинні датчики(intracavitary probes). Існує велика різноманітність внутрішньопорожнинних датчиків, які відрізняються між собою по областях медичного застосування.

● Трансвагінальні (інтравагінальні) датчики (transvaginal or edovaginal probe).

● Трансректальні датчики (transrectal or endorectal probe).

● Інтраопераційні датчики (intraoperative probe).

● Трансуретральні датчики (transurethral probes).

● Дані датчиків (transesophageal probes).

● Внутрішньосудинні датчики (intravascular probes).

6. Біопсійні або пункційні датчики(biopsy or puncture probes). Використовуються для точного наведення біопсійних або пункційних голок. З цією метою спеціально сконструйовані датчики, в яких голка може проходити через отвір (або щілину) у робочій поверхні (апертурі).

7. Вузькоспеціалізовані датчики. Більшість датчиків, про які йшлося вище, мають досить широкий спектр застосування. У той же час можна виділити групу датчиків вузького застосування, і про них слід сказати.

● Офтальмологічні датчики (ophtatmology probes).

● Датчики для транскраніальних досліджень (transcranial probes).

● Датчики для діагностики синуситів, фронтитів та гайморитів.

● Датчики для ветеринарії (veterinary probes).

8. Широкосмугові та багаточастотні датчики. У сучасних складних приладах все більшого застосування знаходять широкосмугові датчики. Ці датчики конструктивно оформлені аналогічно звичайним датчикам, розглянутим вище і від них тим, що використовують широкосмуговий УЗ -перетворювач, тобто. датчик із широкою смугою робочих частот.

9. Доплерівські датчики. Датчики застосовуються тільки для отримання інформації про швидкість або спектр швидкості кровотоку в судинах. Про ці датчики розповідається у розділах, присвячених доплерівським УЗ-приладам.

10. Датчики для отримання тривимірних зображень. Спеціальні датчики для отримання 3D (тривимірних) зображень використовуються рідко. Найчастіше застосовуються звичайні датчики двовимірного зображення разом із спеціальними пристроями, що забезпечують сканування третьою координатою.

Якість отриманої інформації залежить від технічного рівня приладу – що складніше і досконаліше прилад, то вище якість діагностичної інформації. Як правило, за технічним рівнем прилади поділяються на чотири групи: - прості прилади; прилади середнього класу; прилади завищеного класу; прилади високого класу (іноді званого high-end).

Серед виробників та користувачів ультразвукової діагностичної техніки відсутні узгоджені критерії оцінки класу приладів, оскільки є дуже велика кількість характеристик та параметрів, якими можна порівнювати прилади між собою. Тим не менш, можна оцінити рівень складності апаратури, від якої значною мірою залежить якість інформації, що отримується. Одним з основних технічних параметрів, що визначають рівень складності ультразвукового сканера, є максимальна кількість приймальних і передавальних каналів в електронному блоці приладу, так як чим більше число каналів, тим краще чутливість і здатність - основні характеристики якості ультразвукового зображення.

У простих (як правило, переносних) ультразвукових сканерах число каналів передачі-приймання не більше 16, у приладах середнього та підвищеного класу 32, 48 та 64. У приладах високого класу число каналів може бути більше 64, наприклад 128, 256, 512 і навіть більше. Як правило, ультразвукові сканери високого та підвищеного класу є приладами з колірним допплерівським картуванням.

Прилади високого класу зазвичай використовують максимально сучасні можливості цифрової обробкисигналів, починаючи майже з виходу датчиків. Тому такі прилади називають цифровими системами або платформами (digital system).

Контрольні питання

1. Що таке акустичний опір та його вплив на відображення

ультразвуку?

2. Як залежить згасання ультразвуку в біологічних тканинах від частоти?

3. Як змінюється спектр імпульсного УЗ – сигналу від глибини?

4. Які режими роботи передбачені в УЗ-сканерах?

5. У чому полягає режим роботи В?

6. У чому полягає режим роботи А?

7. У чому полягає режим роботи М?

8. У чому полягає режим роботи Д?

9.Поясніть роботу УЗ – перетворювача.

10. Які зміни п'єзоелементів зустрічаються в різних типів