Контактные датчики: особенности, виды, преимущества и недостатки
Контактные датчики широко используются в промышленности, науке, быту. Узнайте об их устройстве и разновидностях в нашей подробной статье.
Что такое контактные датчики и как они устроены
Контактные датчики - это приборы, которые реагируют на механическое воздействие путем изменения электрического сопротивления в электрической цепи. Они предназначены для преобразования механического перемещения в электрический сигнал.
Принцип действия контактных датчиков основан на изменении электрического сопротивления при механическом воздействии. Когда измеряемая величина достигает заданного значения, включенные в цепь электрические контакты либо замыкаются, либо размыкаются. Это приводит к резкому изменению сопротивления электрической цепи и формированию выходного сигнала датчика.
Конструктивно контактный датчик состоит из подвижных электрических контактов, пружины и корпуса. Контакты могут быть выполнены из различных материалов в зависимости от условий эксплуатации. Пружина обеспечивает возврат контактов в исходное состояние после снятия механического воздействия.
Статические характеристики контактных датчиков имеют релейный характер, так как выходной сигнал изменяется скачком при достижении порогового значения.
К достоинствам контактных датчиков можно отнести простоту конструкции, надежность, возможность работы как на постоянном, так и на переменном токе. К недостаткам - наличие электрической дуги при размыкании контактов, чувствительность к ударам и вибрациям.
Основные виды контактных датчиков
Существует несколько разновидностей контактных датчиков:
- Однопредельные - реагируют при превышении одного порогового значения.
- Двухпредельные - реагируют при выходе контролируемой величины за верхний или нижний порог.
- Многопредельные - имеют несколько пар контактов и реагируют при превышении нескольких пороговых значений.
- Контактные датчики с разрывом цепи - размыкают электрическую цепь при срабатывании.
- Контактные датчики с замыканием на часть сопротивления - замыкают цепь на часть резистора.
- Датчики с электронным усилителем - контакты включены в цепь усилителя, что повышает чувствительность.
Однопредельные датчики наиболее просты по конструкции, но менее функциональны. Двухпредельные датчики позволяют контролировать выход величины за допустимые пределы. Многопредельные используют для определения множества пороговых значений. Датчики с электронным усилителем обладают повышенной чувствительностью за счет малых токов в цепи усилителя.
Материалы для контактов датчиков
Контакты датчиков работают в сложных условиях, поэтому к выбору материала предъявляются высокие требования:
- Износостойкость
- Электропроводность
- Твердость
- Температурная стойкость
- Коррозионная стойкость
Наиболее часто применяются следующие материалы:
- Платина и золото - при малых контактных давлениях, не окисляются, но невысокая твердость.
- Серебро - оптимальное сочетание свойств при средних давлениях.
- Вольфрам и молибден - высокая твердость, для больших давлений.
- Родий - твердость, коррозионная стойкость, долговечность.
Правильный подбор материала контактов позволяет увеличить срок службы и надежность контактных датчиков в конкретных условиях эксплуатации.
Виды контактных датчиков
Контактные датчики в сортировочных автоматах
Контактные датчики широко используются в сортировочных автоматах для разделения деталей по размерам. К таким датчикам предъявляются высокие требования по точности и скорости срабатывания.
Контактные датчики с неоновыми лампочками
Для обеспечения высокой точности сортировки используют контактные датчики с неоновыми лампочками в цепи сигнализации. Такие лампы потребляют намного меньшую мощность по сравнению с лампами накаливания, что снижает эрозию контактов датчика и повышает точность измерений.
Контактные датчики температуры
Одним из распространенных видов контактных датчиков являются контактные датчики температуры. Они реагируют на достижение заданной температуры среды путем размыкания или замыкания электрической цепи.
Магнитоконтактные датчики
Магнито контактные датчики и датчики магнитно контактные работают по принципу изменения магнитного поля. Они используются для контроля положения объектов, содержащих ферромагнитные материалы.
Контактные датчики давления
Еще одним распространенным применением контактных датчиков является измерение давления. Контактный датчик давления замыкает или размыкает цепь при достижении заданного уровня давления среды.
Бесконтактные датчики
В отличие от контактных, бесконтактные датчики не имеют непосредственного контакта с объектом. Они используют различные физические принципы для определения параметров объекта.
Типы бесконтактных датчиков
Существует несколько основных типов бесконтактных датчиков:
- Индуктивные датчики - реагируют на изменение магнитного поля от металлического объекта.
- Емкостные датчики - основаны на изменении электрической емкости конденсатора при приближении объекта.
- Оптические датчики - используют отраженный от объекта световой луч.
- Ультразвуковые датчики - посылают и принимают отраженные ультразвуковые волны.
Преимущества бесконтактных датчиков
К достоинствам бесконтактных датчиков относятся:
- Отсутствие механического износа
- Высокая чувствительность
- Возможность работы в агрессивных средах
- Компактные размеры
Недостатки бесконтактных датчиков
К недостаткам бесконтактных датчиков можно отнести:
- Более высокая стоимость
- Чувствительность к электромагнитным помехам
- Ограничение по расстоянию срабатывания
Области применения бесконтактных датчиков
Бесконтактные датчики широко используются в промышленности, робототехнике, системах безопасности и других областях, где требуется высокая надежность и точность.
Перспективы развития датчиков
В будущем ожидается дальнейшее совершенствование датчиков разных типов, повышение их чувствительности и точности, а также снижение стоимости.
Совершенствование конструкции датчиков
Современные тенденции в развитии датчиков направлены на улучшение их конструктивных характеристик:
- Повышение механической прочности и виброустойчивости
- Увеличение коррозионной стойкости
- Расширение температурного диапазона
- Уменьшение габаритных размеров
Это достигается применением новых конструкционных материалов, совершенствованием технологий производства, внедрением конструктивных решений, повышающих надежность датчиков.
Повышение точности измерений
Еще одна важная тенденция - рост точностных характеристик датчиков. Это обеспечивается за счет:
- Применения новых физических принципов измерения
- Использования высокоточных материалов и компонентов
- Внедрения схем компенсации погрешностей
- Совершенствования методов калибровки
Улучшение метрологических характеристик
Важным направлением является улучшение метрологических свойств датчиков:
- Повышение чувствительности и разрешающей способности
- Снижение порога чувствительности
- Расширение динамического диапазона
- Уменьшение времени отклика
Это позволяет использовать датчики для измерения малых величин и быстропротекающих процессов.
Разработка интеллектуальных датчиков
Перспективным направлением является создание интеллектуальных датчиков, содержащих микропроцессор для обработки данных. Такие датчики позволяют:
- Автоматически корректировать измерения
- Хранить калибровочные данные
- Передавать результаты по цифровым интерфейсам