En general, fem servir quadres de presa de paret convencionals per encendre electrodomèstics o electrodomèstics com ara ventiladors, refrigeradors, motors industrials, etc. Però és molt difícil fer funcionar els interruptors regularment. Per tant, domòtica i es desenvolupen sistemes d'automatització industrial per facilitar el control de totes les càrregues elèctriques i electròniques necessàries. Aquesta automatització en un sistema de potència es pot dissenyar utilitzant diversos tipus de sensors i circuits de sensors. Per tant, aquest article ofereix una visió general completa del que és un sensor, els diferents tipus, el principi juntament amb els diagrames de circuits.
Què és el sensor?
Un dispositiu que proporciona una sortida detectant els canvis en quantitats o esdeveniments es pot definir com a sensor. En general, els sensors s’anomenen els dispositius que generen un senyal elèctric o un senyal de sortida òptica corresponent a les variacions del nivell d’entrada. Hi ha diferents tipus de sensors, per exemple, considerem un termoparell que es pot considerar com un sensor de temperatura que produeix una tensió de sortida basada en els canvis de temperatura d’entrada.
Es poden observar molts tipus de sensors en molts dominis emprats per a diverses aplicacions. Considerem alguns dels tipus de sensors .
Tipus de sensors
Diferents tipus de sensors en electrònica
En el nostre dia a dia, estem habituats a implementar diferents tipus de sensors amb freqüència en els nostres sistemes de potència, com ara aparells elèctrics i electrònics, sistemes de control de càrrega, domòtica o automatització industrial, etc.
Bàsicament es poden classificar en tot tipus de sensors sensors analògics i digitals . Però, hi ha alguns tipus de sensors, com ara sensors de temperatura, sensors IR, ultrasons, sensors de pressió, sensors de proximitat i sensors tàctils que s’utilitzen sovint en la majoria d’aplicacions electròniques.
- Sensor de temperatura
- Sensor IR
- Sensor d'ultrasons
- Sensor tàctil
- Sensors de proximitat
- Sensor de pressió
- Sensors de nivell
- Sensors de fum i gas
Sensor de temperatura
La temperatura és una de les quantitats ambientals mesurades més sovint per diferents motius. Hi ha diferents tipus de sensors de temperatura que poden mesurar la temperatura, com ara un termoparell , termistors, sensors de temperatura de semiconductor, detectors de temperatura de resistència (RTD), etc. En funció del requisit, s’utilitzen diferents tipus de sensors per mesurar la temperatura en diferents aplicacions.
Sensor de temperatura
Circuit del sensor de temperatura
Un senzill sensor de temperatura amb el circuit es pot utilitzar per activar o apagar la càrrega a una temperatura específica que detecta el sensor de temperatura (aquí s’utilitza el termistor). El circuit consta de la bateria, el termistor, els transistors i el relé que es connecten tal com es mostra a la figura.
Circuit del sensor de temperatura
El relé s’activa mitjançant el sensor de temperatura detectant la temperatura desitjada. Així, el relé encén la càrrega que hi està connectada (la càrrega pot ser de CA o CC). Podem utilitzar aquest circuit per controlar el ventilador automàticament en funció de la temperatura.
Aplicació pràctica del sensor de temperatura
Considerem principalment sensors de temperatura que es classifiquen de nou en diferents tipus de sensors, com ara termistors, sensors digitals de temperatura, etc.
El controlador de temperatura digital programable és un projecte electrònic dissenyat basat en un sistema integrat pràctic que s’utilitza per controlar la temperatura de qualsevol dispositiu en funció del requisit d’aplicacions industrials. El kit de circuits del sensor de temperatura digital es mostra a la figura següent.
El diagrama de blocs del circuit del projecte es pot representar de la següent manera amb diferents blocs, tal com es mostra a la figura.
El bloc d'alimentació consisteix en un subministrament de CA de 230 V, transformador reductor per reduir la tensió, un rectificador per rectificar la tensió de CA a CC, un regulador de tensió per mantenir la tensió de sortida de CC constant per donar entrada al circuit del projecte.
La pantalla LCD està connectada als microcontroladors 8051 per mostrar les lectures de temperatura en el rang de -55 graus C a + 125 graus C. El sensor de temperatura digital IC DS1621 s’utilitza per proporcionar lectures de temperatura de 9 bits al microcontrolador.
La memòria no volàtil EEPROM s’utilitza per emmagatzemar els paràmetres de temperatura definits per l’usuari (màxima i mínima) mitjançant un conjunt de commutadors als microcontroladors 8051. Es connecta un relé al microcontrolador que es pot accionar mitjançant el controlador de transistors. La càrrega es pot conduir mitjançant aquest relé (aquí la càrrega es representa com un llum amb finalitats demostratives).
Sensor IR
Els petits xips fotogràfics que tenen una fotocèl·lula que s’utilitzen per emetre i detectar la llum infraroja s’anomenen sensors IR. Els sensors IR es fan servir generalment per dissenyar tecnologia de control remot. Sensor IR es pot utilitzar per detectar obstacles del vehicle robotitzat i controlar així la direcció del vehicle robotitzat. Hi ha diferents tipus de sensors que es poden utilitzar per detectar llums infrarojos.
Sensor IR
Circuit del sensor d’IR
Un senzill circuit de sensor IR s’utilitza en el nostre dia a dia com a control remot d’un televisor. Consisteix en circuits emissors d’IR i circuits receptors d’IR que es poden dissenyar tal com es mostra a la figura.
Circuit del sensor d’IR
El circuit emissor IR que el controlador utilitza com a control remot s’utilitza per emetre llum infraroja. Aquesta llum infraroja s’envia o es transmet cap al circuit del receptor d’IR que s’interface amb el dispositiu com un televisor o un robot controlat per IR. En funció de les ordres rebudes, es controla el televisor o robot.
Aplicació pràctica del sensor IR
Els sensors IR es fan servir sovint per dissenyar comandaments a distància de TV. És un projecte electrònic senzill basat en el sensor IR que s’utilitza per controlar un vehicle robotitzat de forma remota mitjançant el comandament general del televisor o Comandament IR . A la figura es mostra el circuit del projecte del vehicle robotitzat controlat per sensor IR.
El diagrama de blocs dels vehicles robòtics controlats per IR consisteix en diferents blocs, com ara motors i bussejadors de motors, interfaciats amb els microcontroladors 8051, bateria per a la font d’alimentació, bloc de receptor IR i control remot de TV o control remot IR, tal com es mostra a la figura.
Aquí, el comandament a distància del televisor basat en el sensor IR s’utilitza per enviar comandes al vehicle robot de forma remota per part de l’usuari. Basat en les ordres rebudes pel receptor IR connectat al microcontrolador a l’extrem del receptor. El microcontrolador genera senyals adequats per conduir els motors de manera que es pugui controlar la direcció del vehicle robotitzat cap endavant o cap enrere o cap a l'esquerra o cap a la dreta.
Sensor d'ultrasons
Un transductor que funciona amb un principi similar al sonar o radar i que calcula els atributs de l'objectiu mitjançant la interpretació s'anomena sensors o transceptors d'ultrasons. Hi ha diferents tipus de sensors que es classifiquen com a sensors d’ultrasons actius i passius que es poden diferenciar en funció del funcionament dels sensors.
Les ones de so d’alta freqüència generades pels sensors ultrasònics actius són rebudes pel sensor ultrasònic per avaluar el ressò. Per tant, l'interval de temps que es pren per transmetre i rebre l'eco s'utilitza per determinar la distància a un objecte. Però els sensors passius d'ultrasons només s'utilitzen per detectar el soroll ultrasònic present en condicions específiques.
Sensor d'ultrasons amb circuit
El mòdul d'ultrasons que es mostra a la figura anterior consisteix en un transmissor d'ultrasons, un receptor i un circuit de control. L'aplicació pràctica d'un sensor d'ultrasons amb el circuit es pot utilitzar com a circuit de sensor de distància ultrasònic, tal com es mostra a continuació.
Sempre que es dóna una font d'alimentació al circuit, es generen ones ultrasòniques que es transmeten des del sensor i es reflecteixen des d'un obstacle o un objecte que hi ha al davant. Després, el receptor el rep i el temps total que es triga a enviar i rebre s’utilitza per calcular la distància entre l’objecte i el sensor. El microcontrolador s’utilitza per processar i controlar operacions senceres mitjançant tècniques de programació. La pantalla LCD està connectada al circuit per mostrar la distància (generalment en cm).
Aplicació pràctica del sensor d'ultrasons
Els sensors d’ultrasons amb circuits es poden utilitzar per mesurar la distància d’un objecte. S'utilitza aquest mètode, on no podem implementar els mètodes convencionals per mesurar zones inaccessibles, com ara zones d'alta temperatura o pressió, etc. El kit de circuits del projecte de mesura de distància basat en el sensor d'ultrasons es mostra a la figura.
La mesura de la distància mitjançant el diagrama de blocs del circuit del projecte del sensor d’ultrasons es mostra al diagrama de blocs següent. Consisteix en diferents blocs com ara un bloc d’alimentació, pantalla LCD, mòdul d’ultrasons, un objecte la distància del qual s’ha de mesurar i la 8051 microcontroladors .
El transductor d'ultrasons utilitzat en aquest projecte consisteix en un transmissor i un receptor d'ultrasons. Les ones transmeses des del transmissor d'ultrasons es reflecteixen de nou al receptor d'ultrasons de l'objecte. El temps que es triga a enviar i rebre aquestes ones es calcula utilitzant la velocitat del so.
Sensor tàctil
Els sensors tàctils es poden definir com a commutadors que s’activen mitjançant el tacte. Hi ha diferents tipus de sensors tàctils que es classifiquen en funció del tipus de tocs, com ara el commutador tàctil de capacitat, la resistència interruptor tàctil i commutador tàctil piezoelèctric.
Sensor tàctil
Circuit del sensor tàctil
El circuit representa una simple aplicació d’un sensor tàctil que consisteix en un temporitzador 555 que funciona en mode monoestable, sensor o placa tàctil, LED, bateria i components electrònics bàsics.
Circuit del sensor tàctil
El circuit està connectat tal com es mostra a la figura anterior. Durant l'estat normal, quan no es toca la placa tàctil, el LED roman en estat apagat. Si una vegada que es toca la placa tàctil, es dóna un senyal als 555 temporitzadors. En detectar el senyal rebut de la placa tàctil, el temporitzador 555 activa el LED i, per tant, el LED s’encén indicant el tacte realitzat al sensor o placa tàctil.
Aplicació pràctica del sensor tàctil
Una càrrega sensible al tacte està dissenyada per controlar la càrrega. El quadre del circuit del projecte del commutador de càrrega controlat tàctil es mostra a la figura.
El commutador de càrrega controlat tàctil basat en principis del sensor tàctil consisteix en diferents blocs, com ara el bloc de 555 temporitzadors , la placa del sensor tàctil o la placa tàctil, el relé i la càrrega tal com es mostra al diagrama de blocs del commutador de càrrega controlat per tacte.
Els 555 temporitzadors que s’utilitzen al circuit es connecten en mode monoestable, que s’utilitza per accionar un relé per encendre una càrrega durant un temps fix. El passador dels 555 temporitzadors està connectat a la placa tàctil, de manera que es poden activar 555 temporitzadors mitjançant el tacte. Sempre que es desencadenen 555 temporitzadors mitjançant el tacte (la tensió es desenvolupa amb el tacte del cos humà), proporciona una lògica alta durant un interval de temps fixat. Aquest interval de temps fix es pot canviar canviant la connexió constant de temps RC al temporitzador. Així, la sortida del temporitzador 555 condueix la càrrega a través del relé i la càrrega s'apaga automàticament després d'un temps fixat.
De la mateixa manera, podem desenvolupar sistemes elèctrics senzills i innovadors projectes electrònics utilitzant sensors més avançats, com ara un sistema d’obertura automàtica de portes basat en el sensor PIR. Generació d’electricitat basada en sensors de pressió que es pot implementar col·locant les plaques piezoelèctriques (són un tipus de sensors de pressió) sota un interruptor de velocitat a les autopistes per generar electricitat per als enllumenats públics de la carretera. Circuit de detector de proximitat basat en el sensor de proximitat.
Ara, anem a avançar i coneixem els tipus de sensors basats en cada domini, com ara l'IoT, la robòtica, la construcció i en moltes indústries.
Sensors a IoT
L’IoT és la plataforma on, recentment, és l’abast central de totes les coses relacionades amb la tecnologia. La funció de l'IoT és proporcionar múltiples tipus d'informació i intel·ligència mitjançant la implementació de diversos tipus de sensors. Aquests sensors funcionen per recopilar informació, funcionar-hi i compartir-la entre diversos dispositius connectats. Amb tota la informació recollida, els sensors permeten una funcionalitat automàtica i fan que la tecnologia sigui més intel·ligent. A continuació es mostren els fitxers tipus de sensors a l'IoT domini.
Sensors de proximitat
Es tracta d’un tipus de sensor IoT on identifica l’existència o la inexistència de l’objecte circumdant o troba les propietats de l’objecte. A continuació, converteix el senyal detectat en un formulari que l’usuari entén clarament o que pot ser un simple dispositiu electrònic que no entra en contacte amb ells.
Circuit del sensor de proximitat
L’aplicació de sensors de proximitat es troba principalment en el domini minorista, on poden conèixer el moviment i l’associació que existeix entre el producte i el consumidor. Amb això, els usuaris poden rebre notificacions ràpides d'actualitzacions de descomptes i ofertes exclusives de productes interessants. I l’altre domini es troba en els automòbils.
Per exemple, quan inverteixis un cotxe, obtindràs sons si es troba algun obstacle i aquí s’implementa el funcionament del sensor de proximitat.
Hi ha molts altres tipus de sensors de proximitat:
- Sensors capacitius
- Sensors inductius
- Sensors fotoelèctrics
Sensor químic
Aquests sensors s’implementen en diverses indústries. L'objectiu principal d'aquests sensors és significar qualsevol tipus de canvi en el líquid o detectar variacions químiques de l'aire. S’implementen de manera crucial a les ciutats més grans perquè és important buscar canvis i proporcionar seguretat a la població.
La implementació essencial dels sensors químics es pot veure en l’observació atmosfèrica comercial i en la gestió de processos que poden ser productes químics evolucionats intencionadament o fortuïtament, exposició perillosa o radioactiva, operacions reutilitzables a estacions espacials, indústries farmacèutiques i molts altres.
Els sensors químics més utilitzats són
- Tipus de gas electroquímic
- Chemical FET
- Resistència química
- IR no dispersiu
- Tipus d'elèctrode de vidre de pH
- Nanorod d'òxid de zinc
- Tipus de clorur fluorescent
Sensor de gas
Són gairebé els mateixos que els sensors químics, però s’implementen exclusivament per observar modificacions de la qualitat de l’aire i esbrinar l’existència de diferents tipus de gasos. De manera similar als sensors químics, s’utilitzen en múltiples dominis com l’agricultura, la salut, la fabricació i s’utilitzen per a l’observació de la qualitat de l’aire, el reconeixement de gasos tòxics o inflamables, la supervisió de gasos perillosos a les indústries del carbó, empreses de petroli i gas, investigació de laboratori químic, enginyeria - pintures , plàstics, cautxú, medicaments i petroquímics, i altres.
Alguns dels sensors de gas més implementats són de
- Tipus d’hidrogen
- Tipus de control de l’ozó
- Higròmetre
- Sensor de diòxid de carboni
- Tipus de gasos electroquímics
- Tipus de comptes catalítics
- Tipus de contaminació atmosfèrica
- Tipus de detecció de monòxid de carboni
- Tipus de detecció de gasos
Tot es tracta sensors de gasos i productes químics i els seus tipus.
Sensors d'humitat
Humitat és el terme que s’especifica com la quantitat de vapor que existeix a l’aire atmosfèric o en altres substàncies gasoses. Sensors d'humitat generalment s’adhereixen a la utilització de sensors de temperatura ja que la majoria de les operacions de fabricació necessiten unes condicions operatives exactes. Amb la mesura de la humitat, es pot assegurar que tot el procediment es faci fàcilment i que, quan es produeixi una modificació brusca, es faci una acció immediata ja que aquests sensors identifiquen la variació més ràpidament.
Molts dels dominis, com ara els residencials i comercials, utilitzen aquests sensors d’humitat amb finalitats de calefacció, ventilació i refrigeració. Fins i tot aquests sensors es poden observar en molts altres dominis, com ara la pintura, els hospitals, la farmacèutica, la meteorologia, l’automòbil, els hivernacles i les indústries de recobriment.
Aquests són els més utilitzats tipus de sensors a l'IoT domini.
Sensors en robòtica
Els sensors tenen més importància en la indústria de la robòtica, ja que permeten informar al robot de l’entorn que l’envolta i, per tant, li faciliten les operacions necessàries. Sense la implementació d’aquests sensors, els robots només poden realitzar algunes activitats monòtones que restringeixen la capacitat del robot.
Amb totes aquestes habilitats, els robots poden realitzar moltes operacions d'alt nivell. Anem a discutir més clarament sobre diversos Tipus de sensors en robòtica .
Sensor d’acceleració
Aquest tipus de sensor s’utilitza per calcular valors angulars i d’acceleració. Un acceleròmetre s’utilitza principalment per al càlcul de l’acceleració. Hi ha dos tipus de forces que mostren l’impacte en un acceleròmetre i són:
Força estàtica - Aquesta és la força de fricció que existeix entre dos objectes. Amb el càlcul de la força gravitatòria, es pot conèixer el valor d’inclinació del robot. Aquest càlcul és útil per a l'equilibri robòtic o per saber si el robot té un moviment de conducció en pujada o en una vora plana.
Força dinàmica - Es mesura com la quantitat d'acceleració necessària per al moviment d'un objecte. El càlcul de la força dinàmica a través d’un acceleròmetre defineix la velocitat o la velocitat del moviment del robot.
Aquests sensors d’acceleròmetres estan disponibles en múltiples configuracions. El tipus de selecció depèn de les exigències de la indústria. Alguns dels paràmetres que s'han de comprovar abans d'una selecció adequada del sensor són l'amplada de banda, el tipus de sortida digital o analògic, el nombre total d'eixos i la sensibilitat.
La imatge següent mostra el diagrama esquemàtic d’un sensor d’acceleració.
Sensor de so
Aquests sensors solen ser dispositius de micròfon que s’utilitzen per conèixer el so i proporcionar el nivell de tensió corresponent en funció del nivell de so detectat. Amb la implementació d’un sensor de so, es pot fabricar un petit robot per navegar en funció del nivell del so rebut.
En comparació amb els sensors de llum, el procés de disseny dels sensors de so és una mica complicat. Això es deu al fet que els sensors de so ofereixen una diferència de voltatge molt mínima i s’ha d’amplificar per proporcionar variacions de voltatge mesurables. A continuació es mostra el circuit de commutació del sensor de so:
Sensor de llum
Els sensors de llum són una mena de dispositius transductors que s’utilitzen per identificar la llum i generen un canvi de voltatge que és el mateix que la intensitat de llum que es troba sota sensors de llum .
Hi ha principalment dos tipus de sensors a la indústria de la robòtica i aquests són el fotoresistor i el fotovoltaic. Fins i tot hi ha altres tipus de sensors de llum que no s’implementen gaire com el fototransistor i els fototubs.
Resistència fotogràfica
Es tracta d’una mena de resistència emprada principalment per a la detecció de llum. En això, el valor de resistència canvia en correspondència amb el nivell d'intensitat de la llum. La llum que cau sobre el fotoresistor té una relació inversa amb el valor de resistència del fotoresistor. En la majoria dels casos, el fotoresistor es denomina fins i tot LDR, que és una resistència dependent de la llum. El diagrama de circuits de la fotoresistència es mostra a continuació:
Cèl·lules fotovoltaiques
Les cèl·lules fotovoltaiques són els dispositius de transformació d’energia que s’utilitzen per convertir la radiació solar en una forma d’energia elèctrica. S’utilitzen principalment en el procés de fabricació de robots solars. Les cèl·lules fotovoltaiques per separat es tenen en compte com a dispositius de font d’energia, que és l’aplicació que es combina amb els condensadors i els transistors i que poden transformar-lo en un dispositiu sensor.
Sensors tàctils
Es tracta d’un tipus de sensor que indica el contacte que hi ha entre el sensor i l’objecte. Els sensors tàctils probablement s’implementen en escenaris quotidians, com ara a les làmpades que disminueixen o milloren la brillantor tocant la base i els botons d’elevació. A més, hi ha moltes aplicacions extenses de sensors tàctils on les persones no són exactament conscients. Els principals tipus de sensors tàctils són
Sensor tàctil
Aquest és el sensor que té la capacitat de detectar i identificar el tacte de l’objecte i del sensor. Alguns dels dispositius on s’utilitzen els sensors tàctils són interruptors limitadors, micro interruptors i altres. Quan algun dels connectors entri en contacte amb alguna de les seccions sòlides, aquest dispositiu serà més manejable i això atura el moviment robotitzat. A més, s’utilitza amb la finalitat d’inspeccionar-la quan es fa servir una sonda per mesurar la mida dels components.
Sensor de força
S’utilitza per mesurar els valors de força de múltiples operacions, com ara la descàrrega i càrrega de la màquina, el transport de material i altres que són operades per un robot. Aquest sensor també s'utilitza àmpliament en l'enfocament del muntatge per analitzar els problemes. Hi ha múltiples enfocaments que s’implementen en aquest sensor, com ara la detecció conjunta i la detecció tàctil.
A part d’aquests, hi ha molts tipus de sensors en moltes indústries. Anem a fer una descripció ràpida d'aquests:
Tipus de sensors utilitzats a la construcció
Els sensors més utilitzats a la indústria de la construcció són:
- Sensors de temperatura
- Sensors de detecció de moviment
- Sensors de tensió i corrent elèctrics
- Sensors de detecció de fum i incendis
- Sensors de càmera
- Sensors de gas
Tipus de sensors en teledetecció
Hi ha principalment dos tipus de sensors de teledetecció, que són sensors actius i passius.
Sensors actius
Aquests generen energia per escanejar les coses i les ubicacions i, a continuació, un sensor identifica i calcula la quantitat de radiació retroescampada o reflectida de l'objecte objectiu. Els exemples de sensors actius són RADAR i LIDAR, on la diferència de temps que hi ha entre el procés d’emissió i el procés de retorn es calcula determinant l’àrea, la velocitat i la direcció de l’objecte.
Sensors passius
Aquests sensors recullen la radiació que és radiada o reflectida per les ubicacions o objectes circumdants. L’exemple més crucial d’un sensor passiu és la llum solar reflectida. I els altres exemples són radiòmetres, objectes acoblats a càrrega, infrarojos i càmeres de treball.
La classificació dels sensors en teledetecció és
Tipus de sensors en teledetecció
Per al disseny diferents tipus de circuits basats en sensors podeu descarregar el nostre llibre electrònic gratuït per dissenyar projectes electrònics pel vostre compte. També podeu contactar amb nosaltres per obtenir ajuda tècnica publicant les vostres idees a la secció de comentaris que hi ha a continuació. Aquí teniu una pregunta, quins són altres tipus de sensors i principalment disseny de circuits de sensors de cabal ?
