Виды датчиков положения и их особенности

Датчик положения — это электрическое устройство для определения местоположения и величины смещения подвижного объекта. За что они отвечают и что делают, если сказать простыми словами?

Датчик перемещения отслеживает наличие в данной области элементов исполнительных механизмов, субстанций в твердом, жидком или сыпучем состоянии. Рассмотрим подробнее, что такое датчик положения, принципы действия, типы и устройство.

Принцип работы датчиков положения базируется на трансформации первичных данных о перемещении объекта в электрический сигнал. В зависимости от типа устройства, это может быть оценка изменения электрического сопротивления, емкости, индуктивности или генерации импульсов при перемещении.
Принцип действия датчика позиционирования зависит от характера взаимодействия с объектом отслеживания. В зависимости от типа контакта с движущим объектом различают следующие виды устройств: контактные и бесконтактные.

Контактные или параметрические датчики

Работа приборов строится на трансформации изменений механической величины в электрический сигнал. Когда измеряемая величина доходит до заданного в системе уровня, происходит замыкание/размыкание электроконтактов в электрической цепи. Изменяющие в итоге значения электрического сопротивления сигнализируют о переходе анализируемого предмета за пределы заданного значения.
По количеству пар контактов датчики контактного типа подразделяются на однопредельные, двухпредельные, многопредельные. Простота конструкции, высокая надежность и универсальность срабатывания на различных типах тока – их ключевые преимущества.

Контактные датчики активно используются в автомобилях и промышленных системах автоматического контроля и калибровки по размеру, а также в системах сигнализации.

Бесконтактные датчики положения

Не имеют механического контакта с перемещаемым элементом, взаимодействие с ним происходит только за счет электромагнитного поля. Устройства отслеживают позиционные изменения дистанционно, на расстоянии, что делает их предпочтительными для применения. Приборы также называют сенсорными выключателями или сенсорами. Перечень бесконтактных сенсоров, применяемых в различных промышленных электрических и электронных системах, весьма многообразен.
К датчикам положения относятся бесконтактные устройства: индукционные, магнитные, емкостные, ультразвуковые, оптические и фотоэлектронные.

Рассмотрим подробнее характеристики, особенности и преимущества каждого типа.

• Индукционные или индуктивные датчики
Действие основано на явлении электромагнитной индукции. Под воздействием электрического тока в катушке, генерируется магнитное поле. Реагирование на перемещение объекта происходит за счет активации металла в зоне срабатывания устройства. По сути, это промышленные датчики металла.
Различные индукционные сенсоры нашли широкое применение в станкостроении, высокоточном медооборудовании, в промышленных автоматизированных системах измерения и контроля формы и размера изделия.
•  Емкостные датчики

В области активного поля размещены высокочувствительные пластины конденсатора. При приближении или удалении подвижного предмета пластины смыкаются, изменяется емкость конденсатора и параметры работы генератора. Это служит сигналом об изменении положении анализируемого объекта. Приборы способны измерять линейные и угловые перемещения предметов, а также их размеры.

Устройства отличаются высокой чувствительностью и низкой инерцией, поэтому срабатывают на предметы и жидкости практически из любого материала: металла, стекла, дерева, пластика, жирных и маслянистых веществ и т.д.

Емкостные датчики перемещения активно применяются в различных сферах:

1) Для контроля предельного уровня сыпучих и жидких материалов в резервуарах;
2) В производстве полупроводников, прецизионного оборудования, станков;
3) Для тестирования промышленных сборочных линий;
4) В метрологии, для измерения толщины и плотности непроводящих материалов.

•  Магнитные датчики

Среди сенсоров данной категории наибольший интерес представляют магниторезистивные и магнитогерконовые датчики положения.

1) Магниторезистивные позиционные датчики

 Работа данных механизмов строится на учете изменения электрического сопротивления под воздействием внешнего магнитного поля (магнита).

 Предназначаются для использования:
- в автомобилях для оценки углового смещения (дверей, окон, сидений), контроля частоты вращения агрегатов, таких как АБС, двигатель, а также в тахометрах;

- в электронных блоках управления двигателем, для определения текущего угла открытия дроссельной заслонки;

- в системах неразрушающего контроля;

- в промышленных и бытовых датчиках контроля перемещений.

 2)Герконовые датчики перемещения

Вид контрольно-измерительных приборов, в конструкцию которых вмонтировано электромеханическое устройство, изменяющее состояние подключённой электрической цепи (Геркон - сокращение от «герметизированный контакт»).

Положение контактов зависит от напряжения магнитного потока. Находясь в зоне силовой магнитной линии, контакты намагничиваются, так происходит замыкание цени. При отсутствии значимого электромагнитного воздействия контакты находятся в разомкнутом состоянии.

Широкий спектр назначения датчиков положения с герконовым элементом делает их значимо востребованными в различных сферах: в промышленности, электронике, робототехнике, автомобилях, системах безопасности. Магнитогерконовые датчики показывают открытие/закрытие дверей, окон, крышек. Таким образом данные устройства сигнализируют о технологических сбоях конвейерного оборудования или несанкционированном доступе к объектам.

Оптические или фотоэлектронные сенсоры

Работа датчиков положения базируется на обнаружении светового сигнала в виде пучка света или затемнения. Позволяют определять изменения положения быстродвижущихся объектов. Фотодатчик реагирует как на свет, так и на затемнение в зоне расположения объекта.

Заключение

Датчики положения играют важную роль во многих системах автоматизации и управления. Их выбор зависит от конкретных требований приложения. Важно учитывать такие факторы, как габариты, разрешение, точность, устойчивость к внешним условиям и стоимость. Для некоторых задач может потребоваться комбинация нескольких типов датчиков для достижения оптимального результата.