V automatizačních a telemechanických systémech plní senzory funkce počátečních nebo měřicích prvků. S jejich pomocí dostávají automatické systémy externí informace. Přesnost a spolehlivost senzorů do značné míry určuje odpovídající provozní vlastnosti systému jako celku. Snímače musí mít vysokou citlivost a přesnost, dlouhou životnost a bezproblémový provoz, malé rozměry a hmotnost a nízkou cenu.
Senzor se skládá ze snímací, mezilehlé a ovládací části. Vnímající část reaguje na změny vstupní hodnoty х a převádí ji na nějakou mezihodnotu, která se porovnává s referenční hodnotou podobné fyzikální veličiny a následně působí na akční část snímače, která generuje výstupní signál .
V závislosti na fyzikální povaze vstupní veličiny х Existují elektrické, tepelné, mechanické, optické, akustické, kapalinové a plynové senzory. Elektrické snímače měří proud, napětí, výkon, frekvenci, magnetický tok; tepelný – teplota a množství tepla; mechanické – síla, tlak, pohyb, rychlost, zrychlení; optická – svítivost; akustické – síla zvuku, jeho frekvence a výkon; kapalina a plyn – tlak a rychlost.
Senzory každého typu jsou dále klasifikovány podle principu činnosti snímací části. Například optické senzory jsou fotoelektrické, fotochemické, fototermické a fotomechanické.
Jiný typ snímače je dán fyzikální podstatou výstupní veličiny . Nejpoužívanějšími snímači s elektrickými výstupními veličinami jsou odporové, indukční, kapacitní, proudové, napěťové, fázové a frekvenční snímače.
V závislosti na počtu transformací vstupní hodnoty X které se vyskytují v senzoru, se rozlišují senzory s přímým a mezilehlým převodem. U snímačů s přímým převodem vstupní veličina х přímo převedena na výstupní hodnotu . Tyto snímače jsou designově nejjednodušší, protože nemají mezičást. U snímačů s mezikonverzí může dojít k několika transformacím vstupní veličiny.
Podle typu transformace x→y Senzory jsou rozděleny do dvou tříd: s kontinuálním a diskrétním převodem. Kontinuální převodní senzory jsou měřící senzory. V nich neustálá změna hodnoty х odpovídá neustálé změně množství . Diskrétní konverzní senzory monitorují stav diskrétních objektů, tj. objektů, které mají konečný počet stavů. Většina ovládaných objektů je dvoupolohová a má dva stavy – „zapnuto“ a „vypnuto“. Diskrétní senzory jsou proto obvykle senzory binární informace, jejichž výstupní veličina je y = 0 nebo y = 1.
V souvislosti s rozvojem polovodičové techniky a širokým využitím mikroprocesorů a mikropočítačů v moderních automatizačních systémech se objevily nové trendy ve vývoji senzorů. Tyto trendy jsou dány skutečností, že senzory musí pracovat ve spojení s mikroprocesory a mikropočítači. Proto jsou cennými vlastnostmi moderních senzorů jejich integrální design a malá velikost. Ten umožňuje vyrobit několik senzorů v jednom pouzdře a získat tak kombinovaný senzor pro měření několika fyzikálních parametrů současně. Integrovaný design také umožňuje integraci senzorů do jiných obvodů rozhraní mikropočítače. Slibným směrem vývoje je výroba „inteligentních“ senzorů. V tomto případě jsou snímače a mikroprocesor umístěny ve stejném krytu, což umožňuje okamžité zpracování signálů přicházejících ze snímačů.
Rýže. 1.9. Odporové senzory
Přímé převodní senzory. Nejjednodušší snímač s přímou konverzí je tensosondy (rýže. 1.9, a), který se používá k měření deformací a mechanických napětí na povrchu součástí. Tenzometr je vyroben z drátu P s vysoký odpor (konstanta) a malý průměr (0,006 – 0,020 mm), který je umístěn ve formě stejných a častých smyček mezi dvěma listy tenkého papíru Б a držet se jich. Na konce drátu jsou připájeny měděné vodiče (vývody), pomocí kterých se tenzometr zařadí do měřicího obvodu. Tenzometr je pevně přilepen k povrchu dílu a spolu s ním se deformuje. Relativní změna odporu R úměrné deformaci l a napětí na povrchu součásti:
kde k — konstantní.
V tenzometru se mechanická veličina (deformace) přímo převádí na elektrickou veličinu (odpor).
Jednoduchý design a teplotní senzory, ve kterém se teplota přeměňuje na napětí (termočlánky) nebo odpor (tepelné rezistory). Ty druhé (obr. 1.9, b) jsou vyrobeny z ocelového, niklového nebo platinového drátu, jehož odpor závisí na teplotě. K měření teploty se používají tepelně citlivé ferity a kondenzátory, u kterých se mění magnetické a dielektrické konstanty. Tepelně citlivé diody a tyristory využívají teplotní závislost vodivosti R – n-přechod na krystal křemíku.
K senzorům odpor odkazuje na široce používaný reostatický senzor (obr. 1.9, PROTI), který transformuje zda
Rýže. 1.10. Schémata měření tloušťky
lineární pohyby mechanismů do odpovídajících odporů R. Při pohybu motoru D na dálku х odpor se úměrně mění R reostat.
В induktivní U snímačů se měřená veličina převádí na indukčnost. Senzor (obr. 1.10, a) měří tloušťku h plech z feromagnetického materiálu. Pokud je hodnota h zvětšuje, pak se vzduchová mezera zmenšuje δ, indukčnost vinutí О zvyšuje, což zaznamenává měřicí obvod.
В kapacitní senzory využívají závislost kapacity kondenzátoru na ploše desek, vzdálenosti mezi nimi a dielektrické konstantě. Kapacitní senzory mohou měřit lineární a úhlové pohyby, rozměry, teplotu, relativní vlhkost vzduchu a další parametry. Kapacitní snímač (obr. 1.10, b) měří tloušťku plechu h vyrobeno z dielektrika, které se nachází mezi deskami А и Б kondenzátor.
Oční optika snímač infračerveného záření (obr. 1.11) měří teplotu ohřívaného tělesa. Skládá se z čočky 2, který detekuje infračervené paprsky vyzařované zahřátým tělesem 1, na povrchu snímacího prvku 3. V důsledku toho se mění odpor prvku nebo na svorkách 4 a objeví se 5 napětí. Obdobný senzor (bolometr) se používá v zařízení pro automatickou detekci přehřátých nápravových skříní ve vlacích.
Senzory s mezikonverzí. Tyto snímače se skládají z několika snímačů přímé konverze, které pracují v sérii. V tomto případě je výstupní hodnota jednoho senzoru vstupní hodnotou dalšího senzoru.
Snímač (obr. 1.L2, a) převádí úhlovou rychlost ω do kapacity kondenzátoru S. Snímací částí snímače je odstředivý regulátor, který převádí úhlovou rychlost na odstředivou sílu ve srovnání s tlakovou silou pružiny П (mezičást). Ve střední části síla způsobuje posun δх spodní spojka regulátoru, která je připojena k horní desce kondenzátoru C. Kondenzátor je výkonná část snímače, jeho kapacita se mění se vzdáleností δС mezi deskami.
Snímač (obr. 1.12, b) převádí napětí U za frekvenci I střídavý proud. Napětí U měřeno voltmetrem V, jehož šipka je připojena ke kondenzátoru С variabilní kapacita. Kondenzátor С součástí hlavního obvodu generátoru G, frekvenci f jehož výstup závisí na kapacitě S. V senzoru se tedy provádějí následující transformace: U→ úhlový pohyb jehly voltmetru V→C→f.
Diskrétní převodní senzory. Tyto senzory monitorují stav objektů a jsou zdrojem vstupních informací v systémech železniční automatizace a telemechaniky.
Pro řízení průjezdnosti úseku koleje od kolejových vozidel se používá kolejový řetěz (obr. 1.13). Kolejový okruh je část úseku ohraničeného izolačními spoji JE. Na jednom konci kolejového obvodu je na kolejnice připojeno napájení a na druhém ovládací zařízení KP, reagující na proud v kolejích, které se používají jako vodiče. Tak jako KP Obvykle se používá elektromagnetické nebo indukční relé. Pokud je stránka zdarma, pak po KP teče velký proud (kotva relé je přitahována). Když je místo obsazeno alespoň jedním párem kol, jehož odpor je 0,06 Ohm, mnohonásobně menší než odpor KP, proud v posledně jmenovaném prudce klesá (relé uvolňuje kotvu). Tedy podle stavu KP lze posoudit, zda je úsek trati volný nebo obsazený.
Magnetický snímač (obr. 1.14) zaznamenává průjezd automobilových ramp přes určitý bod na trati. Tento snímač se nazývá bezkontaktní magnetický pedál a skládá se z permanentního magnetu ODPOLEDNE, vinutí О a ovládacím zařízením KP. Pedál je umístěn v blízkosti kolejnice. Jak se kolo blíží К na parametry pedálu magnetického pole kolem magnetu ODPOLEDNE změna, což má za následek vinutí О vznikne elektromotorická síla, začne jí protékat proud, který zaznamená řídicí zařízení KP.
