Что определяет выбор типа датчика

Выбор датчиков, основные принципы и критерии выбора

Все датчики классифицируются по измеряемому параметру. Помимо этого, они также могут быть классифицированы как пассивные или активные. В пассивных датчиках мощность, необходимая для получения выхода, обеспечивается самим измеренным физическим явлением (например, температурой), тогда как для активных датчиков требуется внешний источник питания.

Кроме того, датчики классифицируются как аналоговые или цифровые на основе типа выходного сигнала. Аналоговые датчики производят непрерывные сигналы, которые пропорциональны воспринимаемому параметру и обычно требуют аналого-цифрового преобразования перед подачей на цифровой контроллер.

Цифровые датчики, с другой стороны, производят цифровые выходы, которые могут напрямую взаимодействовать с цифровым контроллером. Часто цифровые выходы производятся путем добавления аналого-цифрового преобразователя в чувствительный блок.

Если требуется много датчиков, более экономично выбирать простые аналоговые датчики и связывать их с цифровым контроллером, оснащенным многоканальным аналого-цифровым преобразователем.

Обычно выходной сигнал от датчика требует последующей его обработки (конвертации), прежде чем сигнал может быть подан в контроллер. Выходной сигнал датчика может быть демодулирован, усилен, отфильтрован и изолирован, так что сигнал может быть принят обычным аналого-цифровым преобразователем контроллера (смотрите — Унифицированные аналоговые сигналы в системах автоматики). Вся электроника интегрирована в одну микросхему и может быть непосредственно сопряжена с контроллерами.

Производитель датчика обычно предоставляет калибровочные кривые. Если датчики стабильны, то нет необходимости их перекалибровать. Тем не менее, датчик должен быть перекалиброван после его интеграции с системой управления. Это по существу требует, чтобы для датчика был установлен известный входной сигнал, и чтобы его выходной сигнал регистрировался для установления правильного масштабирования.

Если датчик используется для измерения, изменяющегося во времени входного сигнала, необходима динамическая калибровка. Использование синусоидальных входов – самый простой и надежный способ динамической калибровки.

При выборе подходящего датчика для определения требуемого физического параметра необходимо учитывать ряд статических и динамических факторов. Ниже приведен список типичных факторов:

1. Диапазон – разность между максимальным и минимальным значением порога измерения параметра.

2. Разрешение – наименьшее изменение, которое может заметить датчик.

3. Точность – разница между измеренным значением и истинным значением.

4. Прецизионность – Возможность повторного измерения с заданной точностью.

5. Чувствительность – отношение изменения выходного сигнала к изменению входного.

6. Смещение нуля – ненулевое выходное значение при нулевом входном сигнале.

7. Линейность – процент отклонения от наиболее подходящей линейной калибровочной кривой.

8. Дрейф нуля – изменение выходного сигнала из нулевого значения в течение определенного периода времени при отсутствии изменения входного сигнала.

9. Время отклика – временной интервал между входным и выходным сигналами.

10. Полоса пропускания – Частота, при которой выходная величина падает на 3 дБ.

11. Резонанс – частота, при которой происходит пик выходной величины.

12. Рабочая температура – диапазон температур, при котором датчик должен использоваться.

13. Мертвая зона – диапазон значений измерения, который не может измерить датчик.

14. Отношение сигнал/шум – отношение между амплитудами сигнала и шумом на выходе.

Выбор датчика, который удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям, к требуемой спецификации затруднен. Например, выбор датчика положения с точностью до микрометра в диапазоне одного или несколько метров исключает большинство датчиков. Во многих случаях отсутствие необходимого датчика требует перестройки всей системы.

Как только вышеупомянутые функциональные факторы будут удовлетворены, формируют список датчиков. Окончательный выбор датчиков будет зависеть от размера, степени формирования сигнала, надежности, ремонтопригодности и стоимости.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Определение типа датчика и способа подключения

Вначале следует определить наиболее эффективный для рассматриваемого случая тип датчика (катушка или емкостная антенна) и способ подачи сигнала (прямое подключение или индуктивный способ).

Прямое подключение, как следует из названия, подразумевает физическое соединение передатчика с искомой линией, что требует доступа либо к жилам кабеля, либо к поверхности кабельного канала (трубопровода), и предоставляет богатый выбор схем образования сигнальной цепи. К тому же оно обеспечивает наиболее мощный сигнал, поданный точно на нужную цепь. Поэтому, если возможно прямое подключение, следует предпочесть именно его. Исключение составляют случаи, когда линия находится под напряжением. Несмотря на то что выход передатчика обычно защищен от воздействия напряжения переменного тока до 240 В, подключать его к проводникам кабеля, находящимся под напряжением, не рекомендуется. В этой ситуации лучше подойдет индуктивное устройство сопряжения (индуктивный щуп) или индуктивная антенна.

Таким образом, датчик в виде катушки предоставляет гораздо большие возможности, чем датчик в виде антенны. Однако, чтобы использовать катушку, сигнал нужно подавать на замкнутую цепь, по которой сможет течь достаточный для имеющейся чувствительности приемника ток.

Если речь идет о двух проводниках кабеля (пара жил или жила и экран), то организовать такую цепь можно лишь в двух случаях. Во-первых, если удаленное окончание цепи доступно и можно замкнуть проводники, на которые подан сигнал. Во-вторых, если оно нагружено (например, проводники подключены к нагрузке или входным цепям какого-либо оборудования). Сказанное относится и к парам проводников, замкнутых из-за пониженного сопротивления изоляции.

Замкнутая цепь может быть также организована с помощью одного проводника (жилы, экранирующей оболочки, металлической брони или центрального несущего элемента кабеля, проводящего кабельного канала). Для этого на удаленном конце его надо соединить с шиной заземления. Этот способ пригоден только для линий, находящихся на территории одного здания (СКС, охранно-пожарная сигнализация и электропитание), так как генератор должен подключаться не просто к тому же проводнику, но и к той же шине заземления.

Очень важно понимать, что дальность, на которой приемник будет в состоянии определить сигнал, в существенной мере зависит от назначения и конструкции кабеля. Поскольку одна из задач, которые разработчики решают при создании большинства кабелей (особенно высокочастотных), — это минимизация излучения передаваемого сигнала, то выбор проводников, на которые будет подаваться сигнал, следует производить с особой тщательностью. Трассировка кабелей в экране или защитном покрытии (рукаве, оплетке из проволоки или фольги) возможна, так как они не устраняют магнитное поле полностью. Гораздо сильнее сигнал ослабляется в кабелях, бронированных стальной лентой или проволокой. Он почти полностью блокируется кабельными каналами из стальных или алюминиевых труб. Поэтому такие линии можно трассировать, только подавая сигнал на сами каналы или получив доступ к кабелю в переходных и распределительных коробках.

Последний вариант подачи сигнала в трассируемый кабель путем непосредственного подключения — соединение генератора с проводником, лежащего в грунте кабеля. В этом случае цепь может замыкаться через емкостные утечки сигнала с проводника на землю, поскольку в качестве сигнала используется напряжение переменного тока. Заземлять удаленный конец не требуется.

Подключение же передатчика к проводнику внутри кабеля (жиле, экрану, металлической броне или центральному несущему элементу) позволяет минимизировать эффект растекания тока или перенос сигнала на находящиеся рядом объекты. Так, коаксиальный кабель с изолированным экраном и многопарный телефонный кабель в полиэтиленовой оболочке трассируются на большую дальность, чем свитый силовой кабель и многопарный телефонный кабель в свинце. На дальность влияет также наличие воды в каналах канализации, где проходит трассируемый кабель. Нужно помнить, что у короткого отрезка кабеля может не оказаться емкостных утечек, наличие которых позволяет обеспечить ток, достаточный для имеющейся чувствительности приемника. Тогда выход один: заземлить удаленный конец линии или перейти на использование высокочастотного сигнала.

Без заземления не обойтись также в случае выхода кабеля из грунта (например, при организации ввода в здание). Если такой отрезок кабеля не заземлен на удаленном конце, то, начиная с места, где он покинул грунт, трассировать линию не удастся — ток далее течь не будет, так как емкостная связь с грунтом исчезнет.

Когда в качестве обратного провода применяется грунт, генератор нужно размещать в непосредственной близости около точки подключения к кабелю. Путь протекания обратного тока по земле оказывает влияние на суммарное поле (магнитные поля двух близко расположенных проводников с током различного направления вычитаются), поэтому точка заземления генератора не должна находиться рядом с местом подключения к кабелю. Используемый в этом случае металлический штырь для заземления втыкается в землю на небольшом расстоянии (5-10 м) в сторону и вперед по направлению трассировки кабеля.

Смотрите также:

• Заземление
• Методы определения глубины залегания
• Техника трассировки трубопроводов и кабельных каналов
• Особенности индукционных устройств (клипса, антенна)
• Действия оператора
• Идентификация неоднородностей или поиск неисправностей
• Трассоискатели

Как выбирать датчики движения

Датчики движения всё чаще становятся неотъемлемым атрибутом не только общественных зданий, но и жилых домов, квартир или офисов частных компаний, обеспечивая потребителям экономию электроэнергии. Однако, чтобы устройства работали корректно и выполняли свою задачу, их нужно правильно выбирать.

Применение

Датчики движения чаще всего используют для управления осветительными приборами. И дело тут не только в комфорте, но и в экономии: применение датчиков позволяет значительно сократить расход электроэнергии на освещение. Кроме того, датчики движения используются в составе охранных систем, для управления автоматическими дверями, гаражными или складскими воротами, а также в системах «Умный дом», например, для автоматизации работы климатической техники. Так, с помощью датчиков движения можно включать и выключать кондиционеры, регулировать мощность отопления, запускать котлы и т. д.

Выбор типа датчика

Наиболее часто встречаются датчики двух типов: инфракрасные и микроволновые. Инфракрасные датчики реагируют на перемещение в поле их обзора объектов, излучающих тепло, – прежде всего людей и животных. Они пассивны, то есть сами ничего не излучают, а только фиксируют тепловое излучение. Работают инфракрасные датчики в зоне прямой видимости, т. е. если между объектом и датчиком нет преград. При этом они достаточно чувствительны даже к незначительным изменениям температуры, что позволяет выполнять точную настройку. С другой стороны, эти же особенности ограничивают сферу применения инфракрасных датчиков. «Во избежание ложных срабатываний их не рекомендуется устанавливать в зоне действия источников тепла: отопительных приборов, тепловых завес, кондиционеров, инфракрасных обогревателей, в цехах предприятий, вблизи мощных источников освещения, например, галогенных ламп и пр. Кроме того, чувствительность инфракрасных датчиков зависит от температуры окружающей среды, а на улице их точность снижается. Типичная сфера их применения – жилые дома, общественные, офисные и подсобные помещения, тёплые склады, фойе, холлы, подъезды, лестничные клетки и т. п.», – объясняет Александр Мирющенко, ведущий инженер Группы исследований и технического анализа IEK GROUP, одного из ведущих российских производителей и поставщиков электротехники и светотехники. Микроволновые датчики – активные. Они испускают электромагнитные волны высокой частоты и фиксируют отражённое излучение, когда в поле появляются посторонние объекты, независимо от их температуры. Это исключает ложные срабатывания из-за воздействия источников тепла и позволяет устанавливать датчики там, где инфракрасные приборы могут работать некорректно. Правда, микроволновые устройства могут «ошибаться» рядом с мощными внешними источниками электромагнитного излучения. К примеру, электрощитовая – не лучшее место для установки микроволнового сенсора. Одно из преимуществ микроволновых датчиков заключается в том, что их не обязательно монтировать в зоне прямой видимости. Главное, чтобы преграда была диэлектрической 1 или слабопроводящей. Так, чтобы не нарушать дизайн интерьера, датчики можно прятать за навесными потолками, внутри полых перегородок и т. д. Нередко их устанавливают внутри здания, направив излучателем наружу. Таким образом можно спрятать в доме датчик, который будет реагировать на движение у крыльца со стороны улицы. Помимо эстетических преимуществ, скрытая установка датчиков гораздо более эффективна, если они используются в составе охранных систем. Как правило, микроволновые датчики стоят дороже инфракрасных, а дальность их действия немного меньше, зато микроволновый сенсор способен реагировать даже на очень незначительное движение.

Конструкция

Датчики бывают разными (см. рисунок 1): одни предназначены для потолочного монтажа, другие – для настенного. Это не значит, что каждый тип устройства обязательно устанавливать строго на потолке или стенах: всё зависит от конфигурации помещения и поставленной задачи, которая может быть и неординарной. Однако в большинстве случаев конструкция оптимально адаптирована под соответствующее размещение. Также следует обратить внимание на рекомендуемый диапазон возможных высот монтажа.

Настенный инфракрасный датчик с вращением в горизонтальной плоскости

Настенный инфракрасный датчик с вращением в вертикальной плоскости

Микроволновый датчик для встраивания в подвесной или натяжной потолок
Рисунок 1

Выбор датчика по параметрам

По степени защиты IP (ГОСТ 14254-2015) Датчики движения выпускаются с различной степенью защиты IP, что позволяет использовать изделие в разных условиях эксплуатации. IP маркируется двумя цифрами, первая из которых характеризует защищённость от попадания внутрь прибора твёрдых предметов и пыли, а вторая – влагозащищённость. Датчики с маркировкой IP20 подойдут для жилых или офисных помещений. Цифра 2 говорит о том, что устройство имеет корпус, предохраняющий внутренности от контакта с посторонними предметами (размером 12,5 мм и больше), а цифра 0 – об отсутствии защиты от влаги. Для установки под потолком комнаты этого достаточно, а вот для ванной – уже нет. Если помещение влажное или может быть загрязнённым, то нужно выбирать датчики с IP44. Их корпус надёжно защищён от попадания внутрь твёрдых частиц диаметром 1 мм и больше, а также от воздействия брызг. Это вариант для санузлов, кухонь, гаражей, подсобок и складов, подвалов и чердаков, домашних мастерских, подъездов и лестничных клеток и пр. Наиболее надёжная защита в этом классе оборудования – IP65. Такой датчик не боится пыли и кратковременного попадания даже прямой струи воды и может работать в производственном цеху, в помещении автомойки и т. п.

По диаграмме направленности «Перед тем как купить датчик, нужно оценить геометрию помещения, в котором его планируется установить, и правильно определить зону его обзора. Пренебрежение этим этапом часто ведёт к тому, что неправильно выбранный и установленный датчик «не видит» движения там, где нужно пользователю», – советует Александр Мирющенко. Выбрав предполагаемое место размещения прибора, следует провести замеры и определить желаемый угол обзора, а также максимальную дистанцию, на которой датчик должен «почувствовать» движение. Причём измерить это расстояние нужно не в одном направлении, а в нескольких, если целевая зона не ограничена одним дверным проёмом. При необходимости можно нарисовать схему и указать на ней углы и расстояния. Смысл этих действий становится понятен, если сравнить свою схему с диаграммой направленности из паспорта датчика (рисунок 2).

Рисунок 2 Осветлённая область в прямоугольнике – зона обзора датчика, белым пунктиром показана зона уверенной фиксации движения. Также следует учитывать, что сенсоры некоторых датчиков можно по-разному ориентировать в пространстве, корректируя зону обзора (см. рисунок 1).

Настройка

После того как датчик выбран и установлен, его необходимо настроить. У инфракрасных датчиков, как правило, доступна регулировка трех параметров: уровня освещённости, чувствительности и времени отключения. Уровень освещённости (LUX) – измеряемая в люксах пороговая освещенность, при которой датчик начинает или перестаёт срабатывать. Это нужно для того, чтобы свет не включался в дневное время. Иногда для удобства в паспорте датчика так и указывают диапазон освещённости: от минимального значения (например, 3 lux) до дневного света. Подобрать комфортное пороговое значение нетрудно вручную. Для этого нужно дождаться того уровня освещённости, при котором необходимо включать свет, и, вращая регулятор, найти соответствующее положение на шкале. Чувствительность (SENS) датчика определяет дальность, на которой он обнаруживает движущиеся объекты. Стоит учитывать, что наибольшую чувствительность датчик имеет, когда движущийся объект передвигается перпендикулярно лучам зоны обнаружения, наименьшую – при движении параллельно лучам (см. рисунок 3).

Рисунок 3 Время отключения (TIME) – это то время, через которое свет автоматически выключится после прекращения движения в зоне обзора датчика.

Лайфхаки

Устанавливая датчик движения на кухне, нужно предусмотреть, чтобы в зону обзора не попадали нагревательные приборы, например, чайник. Иначе свет будет включаться всякий раз при его закипании. Иногда целесообразно параллельно с датчиком установить обычный выключатель. Например, если пользователь остаётся в неподвижном положении (читает книгу, смотрит телевизор), то через некоторое время датчик, не фиксируя движения, выключит свет.

• Telegram
• Вконтакте
• YouTube
• Яндекс.Дзен

Семь критериев выбора датчика давления

Промышленные датчики давления предназначены для измерения давления и последующего преобразования давления контролируемой среды (жидкости или газа) в унифицированный выходной сигнал. Приборы получили широкое распространение в технологических процессах и применяются в различных областях промышленности: пищевая, фармацевтическая, бумажная и д.р.

Существует множество видов датчиков давления, каждый из которых отличается по назначению, специфике применения и конструктивным особенностям. В этой статье мы расскажем, как из огромного количества вариантов выбрать подходящую модель.

Как выбрать датчики давления — 7 основных критериев

На самом деле критериев выбор куда больше семи — именно поэтому рынок датчиков давления не ограничивается парой десятков вариантов, а предлагает сотни различных моделей, от экономичных приборов для нужд ЖКХ до интеллектуальных настраиваемых датчиков с взрывозащитной оболочкой для нефте-газовой промышленности. Но, чтобы разобраться в назначении и пригодности конкретной модификации, понять подойдет ли она для решения задачи, достаточно при выборе учитывать 7 простых критериев:

1. Тип измеряемого давления.
2. Тип измеряемой среды.
3. Диапазон измерений.
4. Точность измерений (погрешность).
5. Температура процесса (измеряемой среды).
6. Выходной сигнал.
7. Присоединение к процессу.

1. Тип измеряемого давления

По типу измеряемого давления выделяют датчики:

• Абсолютного давления.
• Гидростатического давления.
• Дифференциального давления.
• Избыточного давления.
• Избыточного давление-разрежения.
• Разрежения (вакуумметрического давления).

Датчики абсолютного давления предназначены для измерения величины давления относительно абсолютного вакуума.

Датчики гидростатического давления и змеряют давление столба жидкости, зависящее только от его высоты и от плотности самой жидкости.

Датчики дифференциального давления применяются для измере ния разности (перепада) давлений между двумя точками.

Датчики избыточного давления используются для измерения разницы между абсолютным давлением и относительным (абсолютным) атмосферным давлением.

Преобразователи избыточного давления-разряжения представляют собой сочетание датчиков избыточного и вакуумметрического давлений, т.е. измеряют как давление, так и разрежение.

Преобразователи вакуумметрического давления (разряжения) предназначены для измерения давления меньше атмосферного, т.е. там, где существует разрежение относительно атмосферы.

2. Тип измеряемой среды

Датчики давления могут использоваться для работы с неагрессивными и агрессивными газами и жидкостями, пищевыми, вязкими и абразивными средами, маслами, нефтепродуктами и т.д. Специфика контролируемой среды предполагает особые конструктивные решения датчиков, например, при наличии частиц грязи потребуется использование модификации с разделительной мембраной, которая будет защищать чувствительные элементы прибора от поломки и разрушения.

3. Диапазон измерений

Диапазон измерений датчика давления — это максимальные и минимальные значения, при подаче которых устройство будет осуществлять измерения и преобразование в выходной сигнал. Поэтому необходимо выбирать датчик, диапазон измерений которого соответствует диапазону давления предполагаемых измерений. При этом нужно учитывать как нормальные условия применения, так и случайные колебания давления.

Выделяют датчики высокого и сверхвысокого давления, датчики низкого и сверхнизкого давления, и преобразователи среднего давления.

DMP 334 датчики высокого и сверхвысокого давления	DPS+ датчики особо низких давлений

4. Точность измерений (погрешность)

Для ряда технологических процессов наиболее важным показателем является точность измерений. Поэтому точность — это основная характеристика любого датчика, определяющая погрешность его измерений. Погрешность измерений представляет собой величину максимального расхождения между показаниями реального и эталонного измерения, определяется как максимальное отклонение измеренной характеристики от действительной.

В основном точность датчиков давления составляет 0,5% от диапазона измеряемого давления. Для менее требовательных к точности процессов погрешность может составлять 1,25% диапазона. Также существуют высокоточные датчики давления, погрешность измерений которых не превышает 0,25% и 0,1%.

5. Температура процесса (измеряемой среды)

Каждый из датчиков давления имеет допустимые пороги рабочего температурного диапазона. И важно, чтобы температура процесса не выходила за пределы этих значений.

Например, в пищевой промышленности имеют место кратковременные процессы, занимающие от 20 до 40 минут (санитарная обработка), во время которых температура измеряемой среды может возрастать до 120-145°C. В этом случае необходимо использовать датчики, устойчивые к временному воздействию высоких температур, например датчики давления МИДА-ДИ-12П-12 и МИДА-ДИ-12П-072-К-150.

6. Выходной сигнал

По типу выходного сигнала датчики давления подразделяются на:

• Модели с аналоговым выходным сигналом.
• Исполнения с цифровым выходным сигналом.
• Устройства с релейным выходным сигналом.

Унифицированный токовый сигнал 4…20 мА , где 4 мА соответствуют нижнему значению диапазона измерений, а 20 мА – верхнему является универсальным выходным сигналом для большинства датчиков давления. Помимо этого распространены датчики с токовым аналоговым выходным сигналом 0…20 мА, 0. 5 мА, 20. 0 мА и т.д. Также в промышленности встречаются датчики давления с выходным сигналом напряжения, например: 0. 1 В, 0. 10 В, 0. 5 В.

Датчики давления с цифровым выходным сигналом, помимо аналогового 4…20 мА, могут выпускаться с поддержкой протокола HART, RS-485 и RS-232.

Приборы с релейным выходным сигналом предназначены для замыкания-размыкания цепи при достижении определенного значения давления, тем самым посылая сигнал на вторичные приборы контроля и управления.

7. Присоединение к процессу

Присоединением датчика давления к процессу называется способ монтажа устройства для осуществления измерений — к трубопроводу, импульсной линии и т.д. По типу механического присоединения различают датчики:

• С резьбовыми присоединениями.
• С фланцевыми присоединениями.
• Гигиеническими присоединениями.
• Погружные.

Общепромышленные исполнения датчиков давления наиболее часто монтируются с использованием резьбовых соединений G1/2″ DIN 16288 и M20x1,5.

Заключение

Помимо 7 главных критериев при выборе датчиков давления необходимо учитывать и другие условия эксплуатации: перепады температуры, вибрации, ударов, помех по цепям питания, наличия взрывоопасных установок и т.д. На нашем сайте вы найдете широкий выбор преобразователей давления, датчиков и реле давления, манометров и метрологического оборудования. Только качественные датчики!

Если у вас возникли вопросы при выборе датчиков давления, связаться с нами можно по телефону +7 (4812) 209-311, по электронной почте info@orleks.ru или через форму обратной связи, и мы обязательно вам ответим.