Что такое индуктивный датчик и как он работает

Что такое индуктивный датчик и как он работает?

Для обеспечения нормальной работы двигателя используется множество механизмов и контроллеров, предназначенных для выполнения разных функций. Одним из таких девайсов является индуктивный датчик. Что это за контроллер, каков его принцип работы, какие бывают виды устройств? Об этом мы поговорим ниже.

Устройство и принцип действия

Индукционные датчики положения, помимо электронного компаратора, содержат в своем составе следующие обязательные компоненты:

• стальной корпус с разъемом для соединительного шнура;
• встроенный чувствительный элемент, регистрирующий на изменения магнитного поля, выполнен в виде стального сердечника с катушкой;
• исполнительный релейный модуль;
• индикатор активации на светодиоде.

Конструкции различных моделей датчиков металла могут иметь некоторые отличия. Они не влияют на сам индукционный датчик, принцип работы его от этого не меняется.

В соответствии с устройством прибора суть его работы описывается следующим образом:

• перемещение металлической части контролируемого объекта приводит к изменению индуктивности чувствительного элемента датчика;
• отклонение объясняется искажением его магнитного поля, следствием которого является изменение параметров электрической схемы и ее активация (светодиод загорается);
• после этого срабатывает электронный модуль и посылает сигнал на исполнительное устройство;
• при поступлении импульса о превышении перемещением допустимого предела выходной (релейный) узел отключает контролируемое оборудование от сети.

Каждая модель имеет собственный показатель чувствительности по перемещению – зазор смещения. Для различных образцов этот параметр варьируется в пределах от 1 микрона до 20 миллиметров.

Принцип работы емкостных датчиков приближения заключается в использовании емкостных связей, где сам датчик выполняет роль обкладки конденсатора, а диэлектриком обычно является воздух. Вторая обкладка – земля.

Датчики имеют в своем составе чувствительный электрод, который испускает электрическое поле и формирует емкость. При этом у прибора формируется определенная рабочая зона чувствительности. Если в эту зону попадает объект (с более высокой диэлектрической проницаемостью), то емкость начинает увеличиваться. При превышении заданного в настройках уровня, датчик фиксирует наличие объекта и переключает выходное реле.

На рисунке ниже показан пример с жидкостью. Наличие жидкости вызывает переключение выхода датчика.

Как проверить индукционный датчик на исправность

Установка индуктора коленчатого вала

Способов проверки существует довольно много, все зависит от навыков автомобилиста и наличия необходимых приборов.

• Наиболее примитивным способом проверки исправности индуктивного датчика является его визуальный осмотр. В процессе осмотра определяется наличие механических повреждений и нарушение изоляции и целостности проводов.
• Второй не менее простой способ заключается в банальной замене тестируемого датчика. Но скажем сразу – способ не лучший и, мало того, что он требует наличия нескольких резервных датчиков, он еще и крайне неточен.
• Если под рукой имеется тестер, то можно проверить датчик и с большой вероятностью сказать, неисправен ли он. Для этого необходимо достать индукционный датчик из посадочного гнезда, соблюдая полярность, подключить к питающим клеммам напряжение от аккумулятора автомобиля. Если длины штатных проводов достаточно, то можно использовать их и не отключать датчик от бортовой сети. Затем отключается сигнальный провод (он обычно имеет маркировку «В») и между ним и корпусом автомобиля подключается вольтметр. Далее, к датчику необходимо несколько раз поднести и убрать металлический предмет, при этом показания вольтметра должны замеряться. Если показания вольтметра не изменились, то датчик необходимо заменить на исправный.

Осциллограф

• Более сложный способ проверки индукционного датчика при помощи измерительных приборов потребует от автолюбителя хорошего навыка обращения с осциллографом. Для того чтобы определить исправен датчик или нет, необходимо снять его характеристики в процессе работы и сравнить с эталонными. Образцовые характеристики можно найти на сайте производителя датчика. Для съема характеристик осциллограф подключается как и вольтметр, только датчик остается на штатном месте. Потом двигатель автомобиля заводится, и на экране осциллографа появляется искомая характеристика. Если эталонная и измеренная характеристики значительно не совпадают, то датчик необходимо заменить.

Использование 4х измерительных головок позволяет проводить измерение сразу на 4х катушках зажигания и тем самым анализировать сигналы сразу от всех цилиндров двигателя. Так как импульсы зажигания в разных цилиндрах никогда не происходят в один момент, это позволяет суммировать сигналы от всех измерительных головок и получить на выходе один сигнал с серией последовательных импульсов, характеризующих систему зажигания в целом.

Длина сигнальных кабелей выбрана таким образом, чтобы было комфортно работать как с рядными двигателями, так и V-образными, и оппозитными.

В качестве шнура используется мягкий микрофонный кабель с плотной экранирующей оплеткой. Разъем для подключения датчика к осциллографу — BNC.

Корпус датчика изготовлен из полиуретана и надежно защищает чувствительный элемент датчика от возможных механических повреждений.

При разработке датчика особое внимание было уделено местам соединения сигнальных кабелей, как наиболее подверженное повреждениям. Внутри каждого соединения используется печатная плата, на которой располагаются электронные компоненты датчика, а сама плата несет силовую нагрузку, а также надежно крепит кабель. Данные монолитные соединения предотвращают обрыв кабеля при случайном рывке, а также значительно продлевает срок его службы.

Датчик разрабатывался для использования совместно с мотор-тестером MT Pro, но также может применяться и с любым другим осциллографом, подключается к любому аналоговому каналу.

Методика диагностики

Чувствительным элементом датчика Lx1 является катушка индуктивности. Для захвата сигнала вторичного напряжения, измерительную головку датчика необходимо установить на поверхности катушки зажигания, в ее электромагнитном поле. Как правило, верхняя часть катушки зажигания представляет собой плоскость, на которой и нужно расположить измерительную головку. Фиксацию на корпусе катушки удобно выполнять при помощи двухстороннего скотча на вспененной основе. Перед монтажом обязательно необходимо очистить поверхность катушки и датчика от грязи и пыли.

Как работает датчик

Катушка зажигания двигателя внутреннего сгорания работает по принципу повышающего трансформатора и имеет две обмотки и общий сердечник. Следовательно, изменение силы тока в первичной обмотке приводит к появлению ЭДС и изменению тока во вторичной обмотке, и наоборот. Если расположить дополнительную катушку индуктивности в электромагнитном поле катушки зажигания, то в ней также будет возникать ЭДС, пропорционально изменениям магнитного поля в катушке. Таким образом, можно получить осциллограмму вторичного напряжения.

Форма сигнала вторичного напряжения зависит от расположения датчика относительно поля катушки.

Поэтому, при размещении измерительной головки, следует придерживаться следующих рекомендаций. Ось симметрии датчика должна располагаться вдоль оси сердечника катушки зажигания. Расстояние между катушкой и головкой должно быть минимально возможным. Если визуально не получается определить тип катушки зажигания, то оптимальное размещение датчика можно определить практически, изменяя его положение относительно катушки зажигания, пока на осциллографе не получим сигнал с наибольшей амплитудой.

Точное расположение датчика синхронизации Lx1 не столь критично, так как его задача только детектировать импульс пробоя.

Датчики влажности. Виды и работа. Применение и особенности

Приборы, измеряющие влажность, называют гигрометрами. Их можно также назвать и датчики влажности. В обыденной жизни влажность – это немаловажный параметр. Она важна для сельхозугодий, техники.

От процента влажности зависит здоровье человека. Метеозависимые люди очень чувствительны к этому параметру. Также от нее зависит здоровье больных астмой, гипертонией. Когда воздух сухой здоровые люди чувствуют сонливость, раздражение кожи, зуд. Излишне сухой воздух провоцирует болезни дыхания.

На заводах и фабриках влажность оказывает влияние на сохранность сырья и выпускаемой продукции, и станков. В сельскохозяйственных угодьях влажность оказывает влияние на почву, ее плодородие. Чтобы владеть информацией о влажности применяют гигрометры (датчики влажности).

Классификация датчиков влажности

Некоторые приборы изготавливают калиброванными под определенную влажность, но для точной настройки нужно знать точное значение этого параметра в воздухе.

Влажность измеряется по параметрам:

• Воздух и газы определяются по влажности в г*м 3 при абсолютной величине, или при относительной величине в RН.
• Твердые предметы, жидкости, измеряют в % от веса образца .
• Жидкостей не смешиваемых, влажность меряют частями воды (ррm) .

Емкостные датчики влажности

Эти чувствительные элементы можно представить, как элементарные конденсаторы с двумя пластинами, между которыми находится воздух. Это наиболее простая конструкция. Воздух не проводит электрический ток в сухом состоянии. При ее изменении, меняется и емкость конденсатора.

Конструкцией более сложной является емкостный датчик с диэлектриком, который значительно изменяется от влажности. Такой способ повышает качество датчика, по сравнению с воздушным типом.

Второй тип лучше применять для измерений на предметах твердых. Предмет размещается между пластинами конденсатора, который подключается к контуру колебаний, к генератору. Делается замер частоты контура колебаний, по результату рассчитывается емкость образца.

Такой способ измерения содержит негативные стороны. При влажности материала менее 0,5 процента, точность будет низкой, материал должен быть чистым от веществ с высокой проницаемостью. Важнейшим также является геометрическая форма предмета, которая не должна меняться в опыте по измерению влажности.

Третий тип датчика представляет собой тонкопленочный гигрометр, включающий подложку с двумя электродами в виде гребенки. Они являются обкладками. Для компенсации температуры в 1 датчик включены 2 термоэлемента.

Резистивные датчики влажности

Резистивные датчики состоят из 2-х электродов. Они нанесены на подложку. На электроды наложен слой токопроводящего материала. Но этот материал значительно меняет значение сопротивления в зависимости от влажности.

Подходящим по чувствительности материалом стал оксид алюминия. Он поглощает влагу извне, его сопротивление значительно меняется. В итоге полное сопротивление сети датчика имеет большую зависимость от влажности. Значение проходящего тока будет показывать о значении влажности. Преимуществом таких датчиков стала их небольшая стоимость.

Термисторный вариант датчика

Гигрометр на термисторах включает два однотипных термистора. Это нелинейные компоненты. Их сопротивление прямо пропорционально температуре. Один из термисторов расположен в герметичной камере с сухим воздухом. 2-й термистор находится в камере с отверстиями. Через них поступает влажный воздух. Эту влажность нужно определить. Термисторы подключены по мостовой схеме. Разность потенциалов подается на одну диагональ, показания снимают с другой.

При нулевом напряжении на выходе термисторов, их температура одинакова, поэтому влажность обоих термисторов также равна. При нулевом напряжении влажность разная. Поэтому, по измеренному напряжению рассчитывают влажность.

Возникает вопрос, почему при изменении влажности меняется температура термистора. Ответить можно так. При повышении влажности с поверхности термистора испаряется вода, и температура термистора снижается. Чем больше показатель влажности, тем эти процессы протекают более стремительно, термистор остывает быстрее.

Оптические датчики влажности

В его основе действия определения влажности стоит точка росы. Когда достигается это состояние точки росы, то жидкость и газ приобретают равновесие термодинамики.

Если стекло расположить в газовой среде с температурой, находящейся выше точки росы, далее снижать температуру стекла, то на стекле возникнет конденсат. Это процесс перехода воды в жидкое состояние. Температура такого перехода и называется точкой росы. Температура этой точки зависит от давления и влажности среды. В итоге, если мы сможем определить температуру и давление, то легко вычислим и влажность. Такой метод является основным.

Простая цепь датчика включает светодиод, испускающий свет на поверхность зеркала, отражающего и изменяющего его направление. В нашем случае есть возможность изменять температуру зеркала путем подогрева или охлаждения устройством регулировки температуры особой точности. Можно использовать термоэлектрический насос. На зеркало монтируют датчик температуры.

Перед началом замеров температуру зеркала устанавливают так, чтобы его значение было больше точки росы. Затем охлаждают зеркало. На зеркале будут образовываться водяные капли, вследствие этого луч света, поступающий от светодиода, будет преломляться и рассеиваться, что приведет к снижению тока в фотодетекторе.

Владея информацией от фотодетектора, регулятор будет поддерживать температуру на зеркале, а термодатчик определит температуру. Зная давление и температуру, определяют влажность.

Оптический датчик имеет максимальную точность, по сравнению с другими аналогами. Из недостатков можно выделить повышенную стоимость и немалый расход энергии, а также обслуживание, которое заключается в поддержании поверхности зеркала в чистом виде.

Электронный гигрометр

Его принцип действия заключается в изменении электролита, которым покрыт изоляционный материал. Имеются устройства с автоподогревом, поддерживающие температуру точки росы.

Замер температуры точки росы проводится над раствором хлорида лития. Этот раствор очень чувствительный к самым малым изменениям влажности. Для наибольшего удобства к гигрометру прикрепляют термометр. Такой гигрометр имеет повышенную точность, небольшую погрешность. Он может измерить влажность при любой температуре среды.

Большую известность имеют обычные электронные гигрометры с двумя электродами. В почву втыкаются два электрода. По степени проводимости тока определяют влажность. Перед приобретением датчика нужно определиться, для чего он будет применяться, диапазон замеров, точность и т. д. Наиболее точным прибором является оптический датчик. В зависимости от условий нужно обратить внимание на класс защиты, интервал температур измерения.

Датчики влажности своими руками

Многие умельцы хотят собственными руками сделать гигрометр для вентилятора. Для такой работы им понадобятся современные цифровые устройства:

• Сенсорные датчики и температуры (DНТ 11, DНТ 22).
• Устройство обработки данных на основе Ардуино.

Arduino – устройство, состоящее из комплекта микропроцессоров, собранных на недорогих микроконтроллерах. Оно имеет открытые понятные схемы. Любой желающий может узнать в интернете, какие составные части входят в схему, какая будет у него цена. Подключение вентилятора к такому устройству не составит труда. Интересным фактом является взаимодействие такого устройства с компьютером. Существует множество драйверов и специальных программ, с помощью которых можно работать и выполнять разные операции.

Если учесть стоимость в настоящее время, то хочется сделать своими руками вытяжной вентилятор в комплекте с датчиком влажности. Но такие устройства рекомендуется изготавливать для задач сложнее. Можно, например, соединить в одну сеть множество разного оборудования. Многие фирмы монтируют датчики влажности на выпускаемое оборудование. Вследствие этого не имеет серьезного смысла этим заниматься, и делать то, что уже давно сделано.

Если сделать увлажнитель для дома и попытаться подключить его к вентилятору, то это совсем другое дело. Для таких целей необходимо разработать несколько схем.

Можно найти и подобный датчик влажности для вентилятора. Такие имеются на оборудовании компании Honeywell. Их действие основывается на способе работы конденсатора. Могут отпугнуть такие понятия, как «особая полимерная изоляция», или «электроды платиновые». Эти устройства стоят не дешево. Сначала нужно изучить этот вопрос и определиться, нужно это или нет. Довольно сложной работой окажется и сборка схемы замера аналогового значения, и градуировка датчика.

Компания Regeltechnik производит сенсоры совмещенного типа для измерения влажности и температуры, как для внешней среды, так и для внутри зданий и помещений.

Канальные датчики влажности

Существуют гидростаты канального вида. Применение их пока остается не очень понятным. В заводских условиях это можно как-либо объяснить. На электростанции имеется контроль множества параметров. Там высокая влажность в вентиляционном канале системой автоуправления может определиться, как нарушение функций оборудования.

Для домашнего хозяйства канальный вентилятор с датчиком влажности нигде не пригодится, так как он не предназначен для контроля значений среды. Если канальный вентилятор эксплуатируется сразу на множество помещений, и образуется влага в канале, то это является командным сигналом для увеличения скорости работы электродвигателя вентилятора. Это возникает при близком к холостому ходу режиме. В этом случае датчик влажности с вентилятором станут мощной системой экономии электричества. Эксплуатация этой системы на полную мощность осуществится только при необходимости.

Можно также сделать управление действием рекуператора и аналогичного оборудования. Его смысл заключается в том, что при нормальном режиме происходит экономия электричества.

Влажность рекомендуется создавать в пределах 40-60 процентов. Иногда появляется в таких случаях задача по увлажнению. Вентилятор с устройством увлажнения может достичь номинальных параметров автоматически, так как в его составе имеется встроенный гигростат, другими словами генератор пара. Эти приборы востребованы в летний период в сухих климатических условиях. Вентиляторы могут при помощи цифровой управляемой системы бороться с капризами природы. Плохой погоды не бывает, но микроклимат всегда можно оптимизировать.

Принцип работы

Ход воде открывается соленоидным клапаном. Рассмотрим его устройство:

Принципиальная схема большого клапана, варианты могут быть разные

Как видно из рисунка, на конце сердечника имеется мембрана, перекрывающая поток воды. Как только сердечник с мембраной поднимается, вода выходит наружу.

За счёт чего поднимается сердечник?

На катушку электромагнита подаётся электрическое напряжение, он срабатывает и втягивает металлический сердечник в соленоид. Если напряжение отключить, сердечник с мембраной опустятся обратно, и вода перекроется. Таким образом в случае поломки или при разрядке батареек клапан закрывается автоматически.

От чего питается?

Краны, как правило, питаются от обычных батареек или от сети через трансформатор (либо комбинируются оба варианта). Поскольку расход электричества невелик, то проще пользоваться батарейками — они безопаснее. Обычно даже в оживлённом общественном месте одной «закладки» хватает на несколько месяцев, если, конечно, не покупать совсем плохие батарейки.

Обратный клапан

Поскольку горячая и холодная вода смешиваются до соленоидного клапана, на входе ставится обратный клапан для предотвращения обратного перетока воды.

Неисправности

Чаще всего сенсорные краны забиваются грязью: частицы попадают на резиновую мембрану, и вода не перекрывается. В этом случае достаточно разобрать и очистить мембрану, а также установить/проверить фильтр грубой очистки (грязевик).

Если смеситель стал странно себя вести, стоит проверить не заляпан ли датчик.

При определённых условиях автоматические краны могут «глючить»: например, если раковина по форме похожа на линзу и при определённом расположении источников света, раковины и крана отражённый луч попадает прямо в датчик — тогда он сработает некорректно. Для исправления ситуации надо слегка изменить взаимное расположение крана, раковины и лампочек. В смесителях «Варион» в комплект входит хромированная латунная кольцевая прокладка толщиной около 5 мм — достаточно подставить её под кран при установке, и «глюк» пропадает.

Схемы сборки

Микроволновый

Для контроля открытых пространств и контроля наличия объектов в нужной зоне, существует емкостное реле. Принцип действия данного устройства заключается в измерении величины поглощения радиоволн. Каждый наблюдал или был участником этого эффекта, когда, приближаясь к работающему радиоприемнику, частота на которой он работает, сбивалась и появлялись помехи.

Поговорим о том, как сделать датчик движения микроволнового типа. Сердцем данного детектора является радио микроволновой генератор и специальная антенна.
На данной принципиальной схеме представлен простой способ сделать микроволновый датчик движения. Транзистор VT1 является высокочастотным генератором и по совместительству радио приемником. Детекторный диод выпрямляет напряжение, подавая смещение на базу транзистора VT2. Обмотки трансформатора Т1 настроены на разную частоту. В начальном состоянии, когда на антенну не воздействует внешняя емкость, амплитуды сигналов взаимно компенсируются и на детекторе VD1 нет напряжения.При изменении частоты, их амплитуды складываются и детектируются диодом. Транзистор VT2 начинает открываться. В качестве компаратора для четкой отработки состояний «включено» и «выключено», используется тиристор VS1, который управляет силовым реле на 12 Вольт.

Ниже предоставлена действенная схема реле присутствия на доступных компонентах, которая поможет собрать детектор движения своими руками или просто пригодится для ознакомления с устройством.

Тепловой

Тепловой ДД (PIR) самый распространенный сенсорный аппарат в хозяйственном секторе. Это объясняется дешевыми комплектующими, простой схемой сборки, отсутствием дополнительных сложных настроек, широким температурным диапазоном работы.

Готовый аппарат можно купить в любом магазине электротоваров. Часто этим сенсором снабжаются светильники, устройства сигнализации и прочие контроллеры. Однако сейчас мы расскажем, как сделать тепловой датчик движения в домашних условиях. Простая схема для повторения выглядит следующим образом:
Специальный тепловой датчик В1 и фото элемент VD1 составляют автоматизированный комплекс управления освещением. Устройство начинает работать только после наступления сумерек, порог срабатывания можно выставить резистором R2. Датчик подключает нагрузку при попадании перемещающегося человека в зону контроля. Время встроенного таймера для отключения можно выставить регулятором R5.

Самоделка из модуля для Arduino

Недорогой сенсор можно сделать из специальных готовых плат для радио конструктора. Так можно получить довольно миниатюрное устройство. Для сборки нам понадобятся модуль датчика движения для микроконтроллеров Arduino и модуль одноканального реле.

На каждой плате распаян разъем из трех штырьков, VCC +5 вольт, GND -5 вольт, OUT выход на детекторе и IN вход на плате реле. Для того, чтобы сделать устройство своими руками, необходимо с источника питания подать на платы 5 Вольт (плюс и минус), например, от зарядки для телефонов, а out и in соединить вместе. Соединения можно проводить с помощью разъемов, но надежнее будет все спаять. Можно руководствоваться схемой ниже. Миниатюрный транзистор, как правило, уже встроен в модуль реле, поэтому дополнительно его ставить не нужно.

При перемещении человека модуль подает сигнал на реле, и оно открывается. Обратите внимание, что есть реле высокого и низкого уровня. Его необходимо подбирать исходя из того, какой сигнал выдает датчик на выходе. Готовый детектор можно поместить в корпус и замаскировать в нужном месте. Дополнительно рекомендуем просмотреть видео, в которых наглядно демонстрируются инструкции по сборке самодельных датчиков движения в домашних условиях. Если у вас останутся какие-либо вопросы, вы всегда можете задать их в комментариях.

Теперь вы знаете, как сделать датчик движения своими руками. Надеемся, предоставленные схемы и видео помогли вам в сборке самодельного сенсора!

Будет полезно прочитать: