ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ και ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ με την χρήση ηλεκτρονικού πολυμέτρου ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ Βασικές Έννοιες Αρχές λειτουργίας Λιούσας Βασίλειος Ηλ/γος Μηχ/κος Π.Ε. 17.07
Το πολύμετρο Το πολύμετρο είναι ένα πολλαπλό όργανο μέτρησης ηλεκτρικών μεγεθών, το οποίο μπορεί να αντικαταστάσει διάφορα άλλα όργανα όπως: Το Ωμόμετρο, Το Αμπερόμετρο Το Βολτόμετρο Το Συχνόμετρο Το Καπασιτόμετρο κ.τ.λ Και μπορείτε να μετρήσετε αντίστοιχα ηλεκτρικά μεγέθη όπως Αντίσταση (Ohm) Ρεύμα συνεχές και εναλλασσόμενο (Amper) Τάση συνεχή και εναλλασσόμενη (Volt) Συχνότητα (Hertz) Χωρητικότητα (Farad) κ.τ.λ 2
Στα πολύμετρα διακρίνουμε τα εξής βασικά μέρη 1. Τον περιστρεφόμενο διακόπτη επιλογής κλιμάκων (διακόπτης μεταγωγής). 2. Τις περιοχές μέτρησης: αντίστασης, τάσης, ρεύματος, διόδου 3. Τους (τρεις) ακροδέκτες εισόδου (COM, V / Ω,mA και 10ADC). 4. Τους ακροδέκτες σύνδεσης τρανζίστορ (hfe). (NPN/PNP). 5. Την οθόνη ανάγνωσης μετρήσεων - πληροφοριών. Οθόνη πληροφοριών Κλίμακες περιοχών μέτρησης Περιστρεφόμενος διακόπτης επιλογής Υποδοχείς σύνδεσης τρανζιστορς Υποδοχείς σύνδεσης ακροδεκτών Ακροδέκτες σύνδεσης Σχ. 1 3
Ο περιστροφικός διακόπτης επιλογής αφενός ρυθμίζει ποιο ηλεκτρικό μέγεθος θα μετρηθεί (τάση, ρεύμα, αντίσταση ή άλλο) και αφετέρου την κλίμακα (περιοχή) μέτρησης. Έχει συνήθως τις ακόλουθες επιλογές: Συνεχούς τάσης ( V=) με πέντε ή περισσότερες θέσεις. Εναλλασσόμενης τάσης ( V ) με πέντε ή περισσότερες θέσεις. Αντίστασης (Ω) με πέντε ή περισσότερες θέσεις. Βομβητή για αντιστάσεις μικρότερες από 100 Ω. Έντασης συνεχούς ρεύματος (10A=) από 0 10 amperes. Έντασης συνεχούς ρεύματος (A=) από 200 μα 200 ma με τέσσερις θέσεις. Μέτρησης διόδου. Μέτρησης τρανζίστορ (hfe). Τη θέση OFF, όπου το όργανο είναι εκτός λειτουργίας. Οι ακροδέκτες εισόδου είναι τρεις (ή και τέσσερις σε κάποια μοντέλα). Για τη μέτρηση τάσης, αντίστασης και έντασης ρεύματος μέχρι 200 ma συνδέονται οι ακροδέκτες εισόδου: Αρνητικός ακροδέκτης ( ) COM και θετικός ακροδέκτης (+) V Ω και ma. Για τη μέτρηση ρεύματος τιμής 0 10 Α συνδέονται οι ακροδέκτες εισόδου: COM ( ) και 10 Α. Προετοιμασία μέτρησης με πολύμετρο Πριν ξεκινήσουμε την παρακάτω διαδικασία δεν συνδέουμε το πολύμετρο στο κύκλωμα. Το πολύμετρο έχει τρεις υποδοχές (βλ. σχήμα 1), η κάτω είναι ο ουδέτερος ακροδέκτης (COM), ο οποίος σε μετρήσεις συνεχούς αντιστοιχεί στο σύμβολο (-), και εκεί συνδέουμε πάντα το μαύρο ακροδέκτη. Στις άλλες υποδοχές, [οι οποίες σε μετρήσεις συνεχούς αντιστοιχούν στο σύμβολο (+)], συνδέεται ο κόκκινος ακροδέκτης ανάλογα με την θέση του 4
επιλογέα και τη μέτρηση που θέλουμε να κάνουμε, για παράδειγμα στο πολύμετρο του σχήματος αν θέλουμε να μετρήσουμε τάση ή αντίσταση, συνδέουμε τον κόκκινο ακροδέκτη στη μεσαία υποδοχή (V / Ω), ενώ αν θέλουμε να μετρήσουμε ένταση ρεύματος συνδέουμε τον κόκκινο ακροδέκτη στη πάνω υποδοχή (Α). Για τη μέτρηση ακολουθούμε τα εξής βήματα: 1. Για να μετρήσουμε τάση ή ένταση θα πρέπει πρώτα να επιλέξουμε αν το συγκεκριμένο μέγεθος είναι συνεχές ή εναλλασσόμενο οπότε και τοποθετούμε τον περιστροφικό επιλογέα στη θέση (+) ή (~) αντίστοιχα 2. Επιλέγουμε με τον περιστροφικό επιλογέα το μέγεθος που πρόκειται να μετρήσουμε (τάση V, ένταση A ή ma ή μα, αντίσταση Ω). 3. Κάνουμε μία εκτίμηση της τιμής του μεγέθους και τοποθετούμε τον επιλογέα σε μία ένδειξη μεγαλύτερη από την αναμενόμενη τιμή, δηλαδή αν πρόκειται να μετρήσουμε εναλλασσόμενη τάση και η αναμενόμενη τιμή είναι περίπου 80V τότε στο συγκεκριμένο πολύμετρο πρέπει να τοποθετήσουμε τον επιλογέα στην περιοχή (~) και στην ένδειξη 100V ή 300V ή 1000V. ΠΡΟΣΟΧΗ: Αν δε γνωρίζουμε την τιμή του μετρούμενου μεγέθους τοποθετούμε τον επιλογέα στην μέγιστη δυνατή τιμή. Στη συνέχεια, αν είναι εφικτό, ανάλογα με την τιμή που διαβάζουμε στην οθόνη, τοποθετούμε τον επιλογέα σε μικρότερες ενδείξεις για να πάρουμε ακριβέστερες μετρήσεις. 5
Για παράδειγμα, αν πρόκειται να μετρήσουμε μία άγνωστη εναλλασσόμενη τάση, τοποθετούμε το επιλογέα στο 1000V στο εναλλασσόμενο (~). Αν η τιμή που θα διαβάσουμε στην οθόνη είναι πάνω από 300V τη δεχόμαστε, αν είναι από 100V έως 300V μπορούμε να τοποθετήσουμε τον επιλογέα στα 300V για να πάρουμε πιο ακριβή μέτρηση, αν η τιμή είναι από 30V έως 100V μπορούμε να τοποθετήσουμε τον επιλογέα στα 100V κ.ο.κ. 4. Όταν πρόκειται να μετρήσουμε κάποιο συνεχές μέγεθος (τάση ή ένταση). Συνδέουμε πάντα τον κόκκινο ακροδέκτη σε θετικότερο σημείο από τον μαύρο ακροδέκτη. Τα ελεύθερα άκρα των συνδετικών καλωδίων συνδέονται στο προς μέτρηση κύκλωμα είτε παράλληλα για την μέτρηση τάσης είτε σε σειρά για την μέτρηση ρεύματος όπως φαίνεται στις αντίστοιχες εικόνες. μέτρηση τάσης (volt) Στη μέτρηση τάσης, το πολύμετρο χρησιμοποιείται ως βολτόμετρο. Επομένως, το συνδέουμε παράλληλα στο εξάρτημα (όπως αντίσταση, πυκνωτής, πηνίο) του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε την τάση, και ακολουθούμε τα βήματα της προηγούμενης παραγράφου. 6
Μέτρηση Ρεύματος (Amper) Για να μετρήσουμε ένταση ρεύματος, το πολύμετρο χρησιμοποιείται ως αμπερόμετρο. Επομένως, το συνδέουμε σε σειρά στον κλάδο του κυκλώματος του οποίου θέλουμε να μετρήσουμε την ένταση και ακολουθούμε τα βήματα της προηγούμενης παραγράφου. Μέτρηση αντίστασης με πολύμετρο Αν πρόκειται να μετρήσουμε αντίσταση τότε το πολύμετρο χρησιμοποιείται ως ωμόμετρο. Σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει η αντίσταση να μην είναι συνδεδεμένη με άλλα εξαρτήματα του κυκλώματος και να μη βρίσκεται υπό τάση. Για τη μέτρηση αντιστάσεων το όργανο διαθέτει εσωτερικές μπαταρίες που δίνουν την απαιτούμενη τάση. Γι αυτό κάθε μέτρηση αντίστασης πρέπει να γίνεται χωρίς τάση στο κύκλωμα. Πριν μετρήσετε αντίσταση αποσυνδέστε την από την τάση της πηγής. 7
Μέτρηση Αντιστάσεων 1. Τοποθετήστε τον επιλογικό διακόπτη κλίμακας σε μία από τις κλίμακες των Ωμ. 2. Συνδέστε τους ακροδέκτες στα άκρα της αντίστασης που θέλετε να μετρήσετε. 3. Διαβάστε την ένδειξη στην κλίμακα των Ωμ. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΧΡΗΣΗΣ Για τη μέτρηση συνεχούς τάσης ο διακόπτης επιλογής του πολυμέτρου της εικόνας πρώτα στρέφεται στη θέση 20 V= ( δηλαδή στην περιοχή μέτρησης 0 20 V DC). Κατόπιν συνδέεται παράλληλα στο κύκλωμα με τους ακροδέκτες COM ( ) και V Ω ma (+) ό π ως α κριβώς ένα βο λτόμετ ρο. Η τ ιμ ή της μετ ρο ύμενη ς τάση ς δ ιαβά ζετα ι απευθείας στην οθόνη με ακρίβεια δύο δεκαδικών ψηφίων. Το πρόσημο (+) στην οθόνη υποδηλώνει ότι η σύνδεση του οργάνου στο κύκλωμα είναι ορθή. Αν εμφανιστεί το πρόσημο ( ), πρέπει να αντιστραφεί η πολικότητα της σύνδεσης. 8
Για τη μέτρηση συνεχούς ρεύματος το πολύμετρο θα συνδεθεί ως αμπερόμετρο (με το διακόπτη επιλογής στη θέση 10 A= και τους ακροδέκτες στις θέσεις COM και 10A ). Αν το μετρούμενο ρεύμα στην κλίμακα 0 10 Α DC είναι ίσο ή μικρότερο από την τιμή 0,2 (σε Α), τότε ο διακόπτης επιλογής πρέπει να στραφεί στη θέση 200m (δηλαδή στην περιοχή μέτρησης 0 200 ma DC) και η τιμή του ρεύματος διαβάζεται σε ma Η μέτρηση αντίστασης, όπως αναφέραμε και πιο πάνω, γίνεται πάντοτε με την αντίσταση αποσυνδεμένη από το κύκλωμα (τουλάχιστον το ένα άκρο της αντίστασης να είναι ελεύθερο), και μέσω των ακροδεκτών COM ( ) και V Ω (+) καθώς και το διακόπτη επιλογής στην κατάλληλη θέση (Ω ή kω). **** Όλα τα παραπάνω ισχύουν γενικά για κάθε τύπο πολυμέτρου. (Για όποιες διαφορές υπάρχουν στους ακροδέκτες εισόδου ή στις κλίμακες μέτρησης, όπως και για τα λοιπά τεχνικά χαρακτηριστικά του πολυμέτρου, η καλύτερη πηγή πληροφόρησης είναι ο οδηγός χρήσης (Instruction manual) που συνοδεύει το όργανο). 9
Γενικά για την χρήση των οργάνων μέτρησης Κάθε όργανο μέτρησης σχεδιάζεται από τον κατασκευαστή του έτσι ώστε να παρέχει ασφάλεια στον χρήστη. Όμως, κανένας σχεδιασμός δεν μπορεί να σας προφυλάξει απόλυτα από μία κακή χρήση του πολυμέτρου και το ενδεχόμενο να υποστείτε ένα ηλεκτρικό σοκ. Τα ηλεκτρικά κυκλώματα μπορεί να είναι επικίνδυνα ή και θανατηφόρα όταν υπάρχει έλλειψη προσοχής και δεν ακολουθούνται ορισμένοι πρακτικοί κανόνες ασφαλείας. Πριν συνδέσετε το πολύμετρο σ ένα κύκλωμα βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα δεν είναι υπό τάση. Πριν κάνετε οποιαδήποτε μέτρηση ελέγξτε δύο φορές τη θέση του επιλογικού διακόπτη κλίμακας (ότι η θέση του αντιστοιχεί στο μέγεθος που θέλετε να μετρήσετε) και τη σύνδεση των ακροδεκτών του πολυμέτρου. Πριν αλλάξετε θέση στον επιλογικό διακόπτη αποσυνδέστε το πολύμετρο από το κύκλωμα ή θέστε το τελευταίο εκτός τάσης. Όταν το πολύμετρο είναι Ωμόμετρο, δηλαδή ο επιλογικός διακόπτης κλίμακας είναι σε μία από τις κλίμακες των Ωμ, μην το συνδέετε ποτέ σε κύκλωμα που είναι υπό τάση. 10
Αισθητήρες ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ 1. Tα αισθητήριε (sensors) είναι διατάξεις που μετατρέπουν καποια γεγονοτα ή φυσικα μεγεθη σε ηλεκτρικο σημα, προκειμενου να γινει η μετρηση τους a. π.χ. το μικροφωνο μετατρεπει ακουστικη ενεργεια σε ηλεκτρικο σημα 2. Oι μετατροπεις (transducers) μετατρεπουν καποια μορφη ενεργειας σε καποιαν αλλη μορφη ενεργειας (οχι απαραιτητα ηλεκτρικη) a. ο ορισμος ειναι πιο γενικος απο αυτον του αισθητηριου b. π.χ. το μεγαφωνο μετατρεπει το ηλεκτρικο σημα στην εισοδο του σε ακουστικη ενεργεια 3. Tα παθητικα αισθητηρια επαφιενται στο περιβαλλον για τη παροχη της ενεργειας (ή του μεσου) της μετρουμενης ποσοτητας a. π.χ. οι φωτοαντιστασεις 4. Tα ενεργητικα αισθητηρια παρεχουν τα ιδια ενεργεια στο περιβαλλον τους, για την πραγματοποιηση της μετρησης a. π.χ. τα αισθητηρια υπερηχων H χρήση των αισθητήριων συνδυασμένα με τους ανάλογους αλγορίθμους επεξεργασίας και αξιοποίησης της παρεχομένης πληροφορίας, προσδίδει την απαραίτητη "ευφυΐα" σε μηχανικές διατάξεις!!!!!!!!!. 11
Kριτηρια Επιλογής Αισθητήρων 1. Aκριβεια, Eπαναληψιμοτητα και Διακριτικη Iκανοτητα a. Aκριβεια (accuracy): Ποια ειναι η μεγαλυτερη αποκλιση της τιμης της εξοδου του αισθητηριου για μια συγκεκριμενη διεγερση απο την ιδανικη b. Eπαναληψιμοτητα (repeatability): Σε ποιο βαθμο η αποκριση του αισθητηριου ειναι σταθερη για την ιδια διεγερση c. Διακριτικη Iκανοτητα (resolution): Oριζεται ως η μικροτερη μεταβολη στην διεγερση η οποια μπορει να γινει αντιληπτη απο το αισθητηριο (δηλαδη να μεταβαλει την εξοδο του) 2. Συμβατοτητα με το περιβαλλον χρησης a. Oι εξωτερικες συνθηκες πρεπει να επιτρεπουν την εξαγωγη του μετρουμενου σηματος απο το αισθητηριο 3. Kαταναλωση ενεργειας a. Oταν η τροφοδοσια γινεται απο μπαταριες, περιοριζεται η δυνατοτητα χρησης αισθητηριων με μεγαλη καταναλωση ή αντιστοιχα μεγαλου αριθμου αισθητηριων 4. Το Mεγεθος a. οφειλει να βρισκεται εντος των προδιαγραφων ωφελιμου βαρους, διαστασεων, και καταναλωσης 5. Σημαντικος επισης παραγοντας σε υλοποιησεις μικρης κλιμακας ειναι η απαιτουμενη υπολογιστικη ισχυς για την υλοποιηση των αλγοριθμων επεξεργασιας του πρωτογενους σηματος του αισθητηριου 6. και φυσικα το KOΣTOΣ 12
ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΘΑ ΔΟΥΜΕ ΚΑΠΟΙΟΥΣ ΒΑΣΙΚΟΥΣ ΤΥΠΟΥΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΚΑΙ ΤΗΝ ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥΣ ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΑ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Το γραμμικό ποτενσιόμετρο Είναι ίσως το απλούστερο αισθητήριο θέσης. Αποτελείται από μια αντίσταση κατά μήκος της οποίας κινείται μια επαφή - η μεσαία λήψη όπως ονομάζεται Η αντίσταση που είναι συνήθως 10 KΩ τροφοδοτείται με συνεχή τάση. Η τάση τότε στη μεσαία λήψη είναι ανάλογη της απόστασής l από τo άκρο της αντίστασης που έχει μηδενική τάση. V=E*L/l = K*l όπου L το συνολικό μήκος της αντίστασης. Είναι φανερό λοιπόν ότι το όργανο μετρά την μετατόπιση l με την βοήθεια του πλάτους της τάσης V. H μέτρηση δε όπως φαίνεται είναι γραμμική. Πρόκειται δηλαδή για ένα αναλογικό όργανο μέτρησης της μετατόπισης. Συνήθως η αντίσταση είναι προσαρμοσμένη σε μια ακίνητη επιφάνεια η δε επαφή σε ένα κινούμενο στέλεχος. Τότε η τάση στη μεσαία λήψη (κινούμενη επαφή) του ποτενσιόμετρου είναι ανάλογη της μετατόπισης του στελέχους. Μπορεί κανείς να βρει στο εμπόριο γραμμικά ποτενσιόμετρα μήκους από μερικά εκατοστά μέχρι και μερικά μέτρα. Η διακριτική ικανότητα (resolution) του οργάνου εξαρτάται από την πυκνότητα των τυλιγμάτων της αντίστασης 13
Παράδειγμά χρήσης του γραμμικού ποτενσιόμετρου Στο σχήμα φαίνεται πως μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα γραμμικό ποτενσιόμετρο για την μέτρηση της στάθμης υγρού σε δοχείο. Η μεσαία λήψη παρακολουθεί τη στάθμη με τη βοήθεια του πλωτήρα και του αντίβαρου. Τη τάση της μεσαίας λήψης παρακολουθούμε με τη βοήθεια βολτομέτρου, το οποίο έχομε βαθμονομήσει κατάλληλα. Ο Γραμμικός Μεταβλητός Διαφορικός Μετασχηματιστής (Linear Variable Differential Transformer - LVDT) Το ποτενσιόμετρο (της προηγούμενης εφαρμογής) έχει περιορισμένο χρόνο ζωής και απαιτεί για την κίνησή του κάποια δύναμη λόγω της τριβής της κινούμενης επαφής με την αντίσταση. Τα μειονεκτήματα αυτά δεν υπάρχουν στο Γραμμικό Μεταβλητό Διαφορικό Μετασχηματιστή. Αυτός αποτελείται βασικά από ένα σωλήνα στον οποίο υπάρχουν τρία ομοαξονικά τυλίγματα 14
Το κεντρικό απ' αυτά είναι το πρωτεύον τα δε δύο άλλα τα δευτερεύοντα (ακριβώς ίδια). Μέσα στον σωλήνα κινείται ελεύθερα ένας μαγνητικός πυρήνας. Το πρωτεύον τροφοδοτείται με εναλλασσόμενη υψίσυχνη τάση και τα δευτερεύοντα συνδέονται εν σειρά και με αντίθετη πολικότητα. Όταν ο μαγνητικός πυρήνας βρίσκεται στο κέντρο, λόγω συμμετρίας οι τάσεις που επάγονται στα δευτερεύοντα πηνία είναι ίσες και αφού συνδέονται αντίθετα, η έξοδος είναι μηδέν. Η μετακίνηση του πυρήνα δημιουργεί ένα σήμα (εναλλασσόμενη τάση) στην έξοδο που το πλάτος του είναι ανάλογο της μετατόπισης, η δε φάση του δείχνει την κατεύθυνση της κίνησης. Είναι δυνατόν τώρα να παρεμβάλουμε κατάλληλες ανορθωτικές διατάξεις στην έξοδο του αισθητηρίου ούτως ώστε να μετατρέψουμε την εναλλασσόμενη τάση σε συνεχή, αν αυτό είναι επιθυμητό στην εφαρμογή μας. Ο Γραμμικός Μεταβλητός Διαφορικός Μετασχηματιστής είναι όργανο μεγάλης ακρίβειας αλλά μικρού εύρους μέτρησης (μερικά εκατοστά). Χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις που χρειαζόμαστε να μετρήσομε με μεγάλη ακρίβεια μικρές μετατοπίσεις. Γραμμικοί κωδικοποιητές θέσης (Linear Encoders) Πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία των αισθητηρίων οδήγησαν στην κατασκευή ψηφιακών οργάνων ανάγνωσης γραμμικής θέσης που ονομάζονται κωδικοποιητές θέσης. Αναφερόμενοι στο σχήμα 4.5, βλέπουμε σχηματικά πως μπορεί να είναι ένας τέτοιος κωδικοποιητής. Πάνω σε μια μακρόστενη μεταλλική πλάκα έχουν ανοιχτεί σε ίσες αποστάσεις οι οπές που φαίνονται. Κατά μήκος της πλάκας έχει τη δυνατότητα να ολισθαίνει ο παλμοδότης - στη προκειμένη περίπτωση μια λεπτή κατασκευή σε μορφή Π που αγκαλιάζει τη πλάκα. Από την μια μεριά του Π υπάρχει φωτεινή πηγή που εκπέμπει λεπτή δέσμη φωτός και από την άλλη φωτοδίοδος ή φωτοτρανζίστορ - ηλεκτρονικές μονάδες που άγουν ηλεκτρικά όταν πέσει πάνω τους φως. Ας υποθέσομε ότι ο παλμοδότης ξεκινά από την αρχή της πλάκας και κινείται. Για κάθε οπή που συναντά και περνά θα υπάρχει στην έξοδο ένας παλμός. Ο αριθμός λοιπόν των παλμών αντιπροσωπεύει τον αριθμό των οπών που έχει συναντήσει ο παλμοδότης κατά τη κίνησή του. Όμως η απόσταση μεταξύ των οπών είναι συγκεκριμένη, άρα η απόσταση που έχει διανύσει ο παλμοδότης είναι : Απόσταση = Αριθμός παλμών * απόσταση μεταξύ οπών 15
Άρα για τη μέτρηση της απόστασης που διανύθηκε, αρκεί να μετρηθεί ο αριθμός των παλμών που έδωσε ο παλμοδότης. Σχ4.5 Απόσταση = Αριθμός παλμών * απόσταση μεταξύ οπών Η διακριτική ικανότητα του οργάνου είναι η απόσταση μεταξύ δύο οπών ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΑ ΓΩΝΙΑΚΗΣ ΘΕΣΗΣ ΚΑΙ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ Σε γενικές γραμμές μπορούμε να πούμε ότι για κάθε αισθητήριο γραμμικής θέσης - ταχύτητας υπάρχει το αντίστοιχο γωνιακής θέσης - ταχύτητας. Το περιστροφικό (κοινό) ποτενσιόμετρο είναι ίσως το όργανο με την πιο διαδεδομένη χρήση. Το ηλεκτρικό σήμα (τάση) στη μεσαία λήψη είναι συνήθως ανάλογο της γωνίας περιστροφής. Συνήθως η στροφή είναι περιορισμένη στις 360 0, αλλά υπάρχουν και ποτενσιόμετρα περισσοτέρων περιστροφών. 16
Ο περιστροφικός μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής είναι το ακριβές ανάλογο του γραμμικού και χρησιμοποιείται για την μέτρηση γωνιών στροφής. Στην προκειμένη βέβαια περίπτωση ο πυρήνας στρέφεται αντί να ολισθαίνει. Για την μέτρηση γωνιών στροφής και ταχύτητας περιστροφής χρησιμοποιείται η ταχογεννήτρια. Η ταχογεννήτρια είναι το πιο διαδεδομένο ίσως αισθητήριο μέτρησης γωνιακής ταχύτητας. Είναι βασικά ένας μικρός κινητήρας συνεχούς ρεύματος που χρησιμοποιείται σαν γεννήτρια. Η τάση που δίδει στην έξοδο της είναι ανάλογη της ταχύτητας περιστροφής, ενώ η πολικότητα της τάσης μας δίνει πληροφορία σχετικά με την φορά περιστροφής. Κωδικοποιητές Γωνιακής Θέσης Όπως και στην γραμμική κίνηση, υπάρχουν και για την περιστροφική ψηφιακά αισθητήρια θέσης, οι κωδικοποιητές γωνιακής θέσης (rotary shaft encoders). Όπως και με τους γραμμικούς αντίστοιχους χωρίζονται και αυτοί σε "απόλυτους" και "αυξητικούς". 17
Σχ 4.8 Στο σχήμα 4.8 συγκρίνονται ένας γραμμικός και ένας γωνιακός κωδικοποιητής θέσης. Και οι δύο αυτοί τύποι, κυκλοφορούν σήμερα ευρέως και είναι διαθέσιμοι σε κατηγορίες ανάλογα με την επιθυμητή διακριτική τους ικανότητα. Από τα ψηφιακά όργανα που περιγράψαμε, ο γωνιακός κωδικοποιητής θέσης έχει ίσως τις περισσότερες εφαρμογές. Τέτοια όργανα υπάρχουν διαθέσιμα με διακριτικές ικανότητες μέχρι και κάποια δέκατα της μοίρας. Υπάρχει όπως φαίνεται και στο Σχήμα 4.8 ένας δίσκος πάνω στον οποίο είναι χαραγμένες οπές, καθώς και παλμοδότης. Η όλη κατασκευή είναι κλεισμένη σε κυλινδρικό κουτί από το οποίο βγαίνει μόνο ο άξονας πάνω στον οποίο είναι στερεωμένος ο δίσκος. Αρκεί να συνδέσει κανείς το άξονα αυτό πάνω στον άξονα του οποίου θέλει να μετρήσει τη γωνία στροφής. Το όργανο χρησιμοποιείται κατά κόρο στις αυτόματες εργαλειομηχανές για μέτρηση της θέσης του φορείου καθώς και σε ρομποτικές εφαρμογές. 18
Μέτρηση Μετατόπισης Τράπεζας Αυτόματης Εργαλειομηχανής Σχ 4.9 Στο Σχήμα 4.9 φαίνεται πως συνήθως χρησιμοποιείται ένας κωδικοποιητής γωνιακής θέσης για τη μέτρηση της μετατόπισης της τράπεζας αυτόματης εργαλειομηχανής. Η τράπεζα κινείται με τη βοήθεια κοχλία κίνησης και περικοχλίου. Ο κοχλίας παίρνει κίνηση από κινητήρα (συνεχούς ρεύματος) μέσω του μειωτήρα. Η μέτρηση της μετατόπισης της τράπεζας γίνεται έμμεσα, μετρώντας δηλαδή τη γωνία στροφής του ρότορα του κινητήρα. Ας υποθέσομε ότι α) ο κοχλίας κίνησης έχει βήμα 5 χιλιοστά. β) ότι η σχέση μείωσης είναι 3:1 γ) ότι ο κωδικοποιητής δίδει 360 παλμούς/περιστροφή. Τότε σε ένα παλμό αντιστοιχεί μετατόπιση του φορείου : 5 mm /(360*3) 1/200 mm που αποτελεί και τη διακριτική ικανότητα μέτρησης της θέσης της τράπεζας και που είναι απόλυτα ικανοποιητική : Στις αυτόματες εργαλειομηχανές επιθυμούμε ακρίβειες κατεργασίας της τάξης του 1/100 mm. Ας σημειωθεί ότι ο μειωτήρας είναι συνήθως απλώς ένα ζεύγος σύγχρονων τροχαλιών με ιμάντα για να αποφεύγονται οι τζόγοι των γραναζιών. Η ανάγνωση βέβαια της θέσης γίνεται από τον Η/Υ που ελέγχει την μηχανή. Μπορεί ακόμη να σκεφθεί κανείς ότι αφού πρόκειται για κοπή κάποιου κομματιού, δεν ενδιαφέρει η απόλυτη θέση : Το κοπτικό εργαλείο φέρεται κοντά στο κομμάτι που πρόκειται να κοπεί και η θέση της τράπεζας μηδενίζεται. 19
Eφαρμογη γωνιακού Kωδικοποιητη Mια πολυ διαδεδομενη χρηση των οπτικων κωδικοποιητων γωνιας ειναι για την μετρηση της κινησης της "μπιλιας" των μηχανικων mouse στους υπολογιστες Xρησιμοποιουνται δυο αξονες για την καταγραφη της (x,y) μετακινησης του mouse, μεσω της μπιλιας κινησης Kαθε αξονας ειναι εφοδιασμενος με οπτικο κωδικοποιητη, ο οποιος υπολογιζει την περιστροφη του συγκεκριμενου αξονα, χρησιμοποιωντας 2 ζευγη πομπου-ανιχνευτη υπερυθρων ακτινων O κωδικοποιητης εχει 36 συνολικα ανοιγματα 20
Αισθητήρια θερμοκρασίας Δεν υπάρχει ίσως άλλη κατηγορία αισθητηρίων που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, για την οποία να υπάρχει τόση ποικιλία οργάνων σε σχετικά χαμηλές τιμές, όσο αυτή των αισθητηρίων θερμοκρασίας. Ο έλεγχος της θερμοκρασίας είναι επιθυμητός σε πλείστες όσες εφαρμογές και γι αυτό θα προσπαθήσομε να δώσομε μια εικόνα του φάσματος των οργάνων που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση της. Θερμόμετρα υγρού Είναι τα αρχαιότερα θερμόμετρα που όμως και σήμερα χρησιμοποιούνται σε πολλές εφαρμογές λόγω κυρίως του χαμηλού κόστους τους. Δεν κρίνεται σκόπιμο να αναλυθεί η λειτουργία τους μιας και αυτή είναι απλή αλλά και αρκετά γνωστή. Το πρόβλημα με τα θερμόμετρα υγρού είναι ότι δεν μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν σαν αισθητήρια σε ένα σύστημα αυτομάτου ελέγχου ούτε να δώσουν τη μέτρηση σε Η/Υ, παρά το ότι έχουν γίνει προσπάθειες και υπάρχουν κάποιοι τύποι κατάλληλοι γι αυτό το σκοπό. Αισθητήρια θερμοκρασίας διμεταλλικού τύπου Η δεύτερη αυτή κατηγορία αισθητηρίων θερμοκρασίας, στηρίζουν την λειτουργία τους στο φυσικό φαινόμενο της διαστολής των μετάλλων. Πιο συγκεκριμένα στην ιδιότητα ενός διμεταλλικού ελάσματος - έλασμα αποτελούμενο από δύο συγκολλημένα μεταξύ τους ελάσματα - να κάμπτεται μα την αύξηση της θερμοκρασίας. 21
Τα ελάσματα πρέπει να είναι από υλικά με διαφορετικούς συντελεστές θερμικής διαστολής και η κάμψη οφείλεται ακριβώς σ αυτή την ανισοτροπία του διμεταλλικού ελάσματος όσον αφορά την διαστολή του. Σχήμα 4.12 Όταν το ένα άκρο του ελάσματος είναι σταθερά τοποθετημένο, τότε το άλλο μετακινείται, και η θέση του είναι ένδειξη της θερμοκρασίας (Σχήμα 4.12). Είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσομε κάποιο αισθητήριο θέσης στη συνέχεια και να πάρομε ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο (υπό συνθήκες) της θερμοκρασίας. Τέτοια αισθητήρια κυκλοφορούν ευρέως λόγω κυρίως του μικρού τους κόστους και της απλότητας τους. Υπάρχουν διάφορες παραλλαγές στη βασική χρήση του διμεταλλικού ελάσματος. Στην πιο ενδιαφέρουσα απ αυτές, το διμεταλλικό έλασμα χρησιμοποιείται σαν επαφή που ανοίγει ή κλείνει κάποιο ηλεκτρικό κύκλωμα. Η συσκευή τότε είναι ο γνωστός μας από την πλατιά χρήση του θερμοστάτης. Θερμοστάτες χρησιμοποιούνται σε οικιακές συσκευές (σίδηρο, τοστιέρα), για τον έλεγχο της κεντρικής θέρμανσης, αλλά και σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές όταν είναι επιθυμητός έλεγχος θερμοκρασίας δύο θέσεων (ON-OFF). Θερμόμετρα ηλεκτρικής αντίστασης Η κατηγορία αυτή των αισθητηρίων θερμότητας βασίζεται στo φαινόμενο της μεταβολής της ηλεκτρικής αντίστασης των μετάλλων και των ημιαγωγών όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία. Το απλούστερο από τα παραπάνω αισθητήρια αποτελείται από ένα λεπτό σύρμα από χαλκό ή νικέλιο ή πλατίνα που αφού πάρει κατάλληλο σχήμα - συνήθως μαιάνδρου - κλείνεται σε ένα προστατευτικό περίβλημα. Στο σχήμα 4.13 φαίνονται μερικοί τύποι τέτοιων αισθητηρίων διαγραμματικά καθώς και στην εμπορική τους μορφή. 22
Το παραπάνω αισθητήριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για την μέτρηση της θερμοκρασίας ενός υγρού ή αερίου - οπότε απλώς εμβαπτίζεται στο ρευστό - είτε για την μέτρηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας των στερεών - οπότε το αισθητήριο έχει τη μορφή λεπτού φιλμ και επικολλάται στην επιφάνεια της οποίας επιθυμούμε να μετρήσουμε την θερμοκρασία. Η μέτρηση συνεπώς της θερμοκρασίας ανάγεται και πάλι σε μέτρηση μικρών μεταβολών ηλεκτρικής αντίστασης - όπως και στη περίπτωσης της παραμόρφωσης. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι η ίδια : Γέφυρα και ενισχυτική διάταξη. Θερμίστορς Μια άλλη κατηγορία θερμομέτρων αντίστασης είναι τα θερμίστορς (thermistors). Αυτά σε αντίθεση με τα προηγούμενα που χρησιμοποιούν μεταλλικό στοιχείο αντίστασης, διαθέτουν ημιαγωγό στοιχείο. Το πλεονέκτημα τους είναι η μεγάλη ευαισθησία σε μεταβολές της θερμοκρασίας. Σε αντίθεση με τους μεταλλικούς αγωγούς, παρουσιάζουν μείωση της αντίστασης με την αύξηση της θερμοκρασίας. Συνηθισμένα θερμίστορς έχουν αντίσταση της τάξης των 100 Ω σε υψηλές θερμοκρασίες και εκατοντάδες megaohms σε χαμηλές θερμοκρασίες. Τα θερμίστορς χρησιμοποιούνται σε όλο και περισσότερες εφαρμογές καθώς το κόστος τους πέφτει και η αξιοπιστία τους ανεβαίνει. Θερμοστοιχεία Ένα άλλο αισθητήριο θερμοκρασίας είναι το θερμοστοιχείο του οποίου η αρχή λειτουργίας είναι γνωστή από παλιά και είναι το θερμοηλεκτρικό φαινόμενο : Όταν δύο συρματίδια από διαφορετικά υλικά ενώνονται σε δύο διαφορετικά σημεία (επαφές) έτσι που να σχηματίζεται βρόχος μεταξύ των επαφών αυτές δε έχουν διαφορετική θερμοκρασία, αναπτύσσεται τάση μεταξύ τους που είναι ευθέως ανάλογη της διαφοράς θερμοκρασίας τους. Στο σχήμα 4.14 φαίνεται όλη η διάταξη. 23
Σχ 4.14 Οι αναπτυσσόμενες τάσεις είναι της τάξης των μιλιβόλτς (mv) και συνεπώς απαιτούνται ευαίσθητα ηλεκτρονικά για τη σωστή μέτρηση τους. Ακόμη για να είναι δυνατή η μέτρηση της θερμοκρασίας πρέπει να υπάρχει μια άλλη θερμοκρασία αναφοράς - αφού το θερμοστοιχείο μόνο διαφορές θερμοκρασίας αντιλαμβάνεται. Η θερμοκρασία αυτή - που συνήθως είναι το 0 ο - προσομοιώνεται ηλεκτρονικά. Αυτό σημαίνει ότι το ηλεκτρονικό κύκλωμα του αισθητηρίου παράγει την τάση που θα παρήγαγε η κρύα επαφή. Έτσι το όργανο διαθέτει μόνο μια επαφή που χρησιμοποιείται απ ευθείας για την μέτρηση της θερμοκρασίας όπως σχηματικά φαίνεται στο σχήμα. ΑΙΣΘΗΤΉΡΙΑ ΠΙΈΣΕΩΣ Επειδή η πίεση ορίζεται σαν η εξασκούμενη σε μια επιφάνεια δύναμη δια της επιφάνειας αυτής, καταλαβαίνει κανείς ότι είναι δυνατόν να μετρηθεί η πίεση αν μετρηθεί η δύναμη που εξασκεί αυτή πάνω σε μια γνωστή επιφάνεια. Έτσι τα περισσότερα αισθητήρια πίεσης χρησιμοποιούνται κατά βάση κάποιο αισθητήριο δύναμης. 24
Συσκευές μέτρηση πίεσης. Οι διάφορες συσκευές για μέτρηση πίεσης χωρίζονται σε δύο βασικούς τύπους: Στον τύπο σύγκρισης δύναμης. Χρησιμοποιούνται μανόμετρα και διατάξεις ζύγισης, όπου η πίεση μετριέται μέσω της δύναμης που εξασκείται σε μια επιφάνεια γνωστού εμβαδού. Στον τύπο ελαστικής παραμόρφωσης. Χρησιμοποιούνται ελαστικά μηχανικά στοιχεία τα οποία παραμορφώνονται κάτω από την επίδραση της πίεσης. Οι μετρητές πίεσης συγκρίνουν την πίεση που πρόκειται να μετρηθεί με μια πίεση αναφοράς. Ανάλογα με την πίεση αναφοράς χωρίζονται στις κατηγορίες : Σχετικής πίεσης ως προς την ατμοσφαιρική. Συγκρίνουν την μετρούμενη πίεση με την ατμοσφαιρική. Σχετικής πίεσης. Συγκρίνουν την μετρούμενη πίεση με την πίεση που υπάρχει σ ένα σφραγισμένο χώρο μέσα στο μετρητή. Απόλυτης πίεσης. Μετρούν την πίεση ως προς το κενό. Διαφορικής πίεσης. Αναφέρονται στη διαφορά της μέτρησης δύο πιέσεων. ΤΥΠΟΙ ΜΕΤΡΗΤΩΝ ΠΙΕΣΗΣ Μανόμετρα και διατάξεις ζύγισης Τα μανόμετρα συγκρίνουν την άγνωστη πίεση με την πίεση που δημιουργείτε από μια στήλη υγρού (συνήθως υδραργύρου). Οι διατάξεις ζύγισης χρησιμοποιούνται κυρίως για μέτρηση οργάνων με πιο μικρή ακρίβεια ή για μετρήσεις ακρίβειας. 25
Το έμβολο 2 προωθείται προς τα μέσα, με αποτέλεσμα η πίεση P του υγρού αυξάνει έως ότου το έμβολο 1 με το γνωστό βάρος B επιπλεύσει. Ισχύει : B = S P, όπου S η διατομή του κυλίνδρου 1. Επειδή το βάρος B και η διατομή S είναι γνωστά, υπολογίζεται η πίεση P και συγκρίνεται με την ένδειξη του ελεγχόμενου μετρητή πίεσης. Ο υπολογισμός της πίεσης μπορεί να γίνει με ακρίβεια ακόμα και 0,01% Διαφράγματα. Ένας μετατροπέας πίεσης αυτού του τύπου αποτελείται συνήθως από ένα διάφραγμα και ένα μετατροπέα θέσης που μετράει την μετατόπιση λόγω παραμόρφωσης του κέντρου του διαφράγματος. Η παραμόρφωση που υφίστανται το διάφραγμα πρέπει να είναι μικρή για να υπάρχει γραμμική σχέση μεταξύ της πίεσης και της μετατόπισης. Φυσητήρες. Είναι διαφορικοί αισθητήρες πίεσης. Χρησιμοποιούνται για μικρές πιέσεις συνήθως μικρότερες από μερικές δεκάδες ατμόσφαιρες. 26
Είναι κατασκευασμένοι από λεπτό σωλήνα κράματος χαλκού που πιέζεται και λαμβάνει τη μορφή ενός αυλακωτού φύλλου. Ο σωλήνας είναι σφραγισμένος στο ένα άκρο του και έχει μια μικρή οπή στο άλλο. Όταν εφαρμοστεί πίεση μέσω της οπής, ο φυσητήρας διαστέλλεται κατά μήκος d. Η πίεση που ασκείται στο φυσητήρα δίνεται από την εξίσωση: P =λ d/α, όπου d η απόσταση που διαγράφεται από το φυσητήρα, A το εμβαδόν διατομής του και λ η σταθερά του. Μετατροπέας πίεσης με ΓΜΔΜ (Γραμμικό Μεταβλητό Διαφορικό Μετασχηματιστή) Οι μετατροπείς αυτοί χρησιμοποιούν έναν ΓΜΔΜ για την μέτρηση της μετατόπισης λόγω παραμόρφωσης ελαστικού στοιχείου το οποίο μπορεί να είναι διάφραγμα, φυσητήρας ή σωλήνας Bourdon. Το ελαστικό στοιχείο παραμορφώνεται γραμμικά λόγω της πίεσης. Η παραμόρφωση αυτή μετατοπίζει τον πυρήνα του ΓΜΔΜ και έτσι δημιουργείται ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο της πίεσης. Επειδή τα ηλεκτρικά τους μέρη δεν είναι εκτεθειμένα στη πίεση, οι μετατροπείς αυτοί χαρακτηρίζονται για την αξιοπιστία τους. 27
Μετατροπείς πίεσης με πιεζοαντίσταση Χρησιμοποιούν ένα διάφραγμα σαν ελαστικό στοιχείο και ελεύθερες ή προσκολλημένες πιεζοαντιστάσεις για τη μέτρηση της μετατόπισης του κέντρου του διαφράγματος ή των τάσεων του διαφράγματος. Οι μετατροπείς πίεσης με ελεύθερες πιεζοαντιστάσεις συνήθως μετρούν τη μετατόπιση του κέντρου του διαφράγματος. Μπορούν να μετρήσουν μέγιστες πιέσεις έως και μερικές εκατοντάδες Kp/cm2. Η ακρίβεια τους είναι καλύτερη από 1% της πλήρους κλίμακας και παρέχουν τάση εξόδου μερικές δεκάδες mv. Οι μετατροπείς πίεσης με προσκολλημένη πιεζοαντίσταση μετρούν την μετατόπιση του κέντρου του διαφράγματος (με χρήση μετατροπέα δύναμης) ή των τάσεων του διαφράγματος (με χρήση συνήθως τεσσάρων προσκολλημένων πιεζοαντιστάσεων στο διάφραγμα). Η ακρίβεια που παρέχουν είναι καλύτερη από το 0.5% της πλήρους κλίμακας και μπορούν να μετρήσουν πιέσεις από μερικά δέκατα του Kp/cm2 έως και μερικές χιλιάδες Kp/cm2. Η τάση εξόδου για μέγιστη πίεση είναι μερικά mv. Αισθητήρια στάθμης υγρού Σε πάρα πολλές εφαρμογές στην βιομηχανία είναι επιθυμητό να παρακολουθούμε την στάθμη σε δοχεία υγρών. Για το σκοπό αυτό υπάρχουν διαφόρων ειδών αισθητήρια στάθμης. Τα περισσότερα απ αυτά χρησιμοποιούν κάποιο πλωτήρα σε συνδυασμό με ένα αισθητήριο γραμμικής ή γωνιακής θέσης. Ακόμη υπάρχει η δυνατότητα μέτρησης της στάθμης, μετρώντας την πίεση στον πυθμένα του δοχείου - η τελευταία πάντως μέτρηση δεν έχει καλή ακρίβεια. 28
Οι μετρητές με βυθιζόμενο σώμα. Η αρχή λειτουργίας του μετρητή στάθμης με βυθιζόμενο σώμα φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα: Ένα σώμα με ειδικό βάρος μεγαλύτερο από το ειδικό βάρος του υγρού εμβαπτίζεται μέσα στο υγρό. Η διαφορά του άγνωστου βάρους με το βάρος του σώματος που εμβαπτίζεται είναι ανάλογη της στάθμης του υγρού. Οι μετρητές με επιπλέον σώμα Οι μετρητές με επιπλέον σώμα μετρούν την στάθμη ενός υγρού μετρώντας την θέση του επιπλέοντας σώματος. Το βαρίδι ισορροπεί το φαινόμενο βάρος του επιπλέοντας σώματος. Αν ανεβεί ή κατεβεί η στάθμη θα ανεβεί ή θα κατεβεί και το επιπλέον σώμα και η 29
τροχαλία θα περιστραφεί αντίστοιχα. Η περιστροφή της τροχαλίας αντιστοιχεί στην μεταβολή της στάθμης. Αισθητήρια ροής Το απλούστερο από τα αισθητήρια της κατηγορίας αυτής είναι το κοινό όργανο μέτρησης της κατανάλωσης νερού που χρησιμοποιείται στα σπίτια μας. Μετράει ποσότητα υγρού και όχι ροή (ποσότητα ανά μονάδα χρόνου) και χρησιμοποιεί για τον σκοπό αυτό περιστρεφόμενο δίσκο που εγκλωβίζει στο περίβλημα του οργάνου ποσότητα υγρού και την οδηγεί στην έξοδο. Έτσι οι περιστροφές του δίσκου αντιστοιχούν σε καθορισμένη ποσότητα υγρού. Μια άλλη ομάδα αισθητηρίων ροής χρησιμοποιούν στην ουσία ένα σωλήνα Ventouri για την μέτρηση. Όπως είναι γνωστό όταν ο σωλήνας ροής στενεύει η πίεση πέφτει και η πτώση πίεσης είναι ανάλογη (υπό συνθήκες) της παροχής. Μια τρίτη ομάδα τέτοιων αισθητηρίων χρησιμοποιεί ένα μικροσκοπικό στρόβιλο. Όταν η ροή περάσει μέσα από το αισθητήριο, ο στρόβιλος περιστρέφεται με ταχύτητα που (υπό συνθήκες) είναι ανάλογη της παροχής. Στη συνέχεια βέβαια απαιτείται αισθητήριο ταχύτητας. Τα αισθητήρια ροής που περιγράψαμε έχουν το κοινό χαρακτηριστικό ότι πρέπει να παρεμβληθούν εν σειρά στο κύκλωμα του οποίου μετριέται η παροχή. Πρόσφατα αναπτύχθηκαν αισθητήρια τα οποία δεν απαιτούν κάτι τέτοιο. Αυτά χρησιμοποιούν ένα πομπό και ένα δέκτη υπερήχων και η λειτουργία τους βασίζεται στο ότι η ταχύτητα διάδοσης του υπερήχου σε ένα υγρό εξαρτάται εκτός των άλλων και από την ταχύτητα του υγρού. Aισθητηρια Προσεγγισης Tα αισθητήρια προσέγγισης (proximity sensors) παρέχουν πληροφορία για τη σχετική απόσταση μεταξύ του αισθητήρα και άλλων αντικειμένων στο περιβάλλον Στο απλούστερο επίπεδο δίνουν δυαδική έξοδο για την ύπαρξη ή όχι κάποιου αντικειμένου μέσα στην εμβέλεια τους Πιο πολύπλοκες διατάξεις παρέχουν (με ακρίβεια που εξαρτάται από τον τύπο του αισθητηρίου και το περιβάλλον χρήσης του) και την απόσταση του αντικειμένου από το αισθητήριο 30
Πρόκειται κυρίως για ενεργητικά αισθητήρια με συνηθέστερους τύπους τους: Αισθητήριες επαφής Mετρητές υπερύθρων Σόναρ υπερήχων Λέιζερ Aισθητηρια Eπαφης Ως επί το πλείστον υλοποιούνται με διακόπτες, οι οποίοι αλλάζουν κατάσταση όταν υπάρξει μηχανική επαφή Πολύ απλή και οικονομική μορφή αισθητηρίου, με πολλαπλές όμως χρήσεις και εφαρμογές Οι διακόπτες παρέχονται σε μεγάλη ποικιλία μοντέλων, είναι ευρέως διαθέσιμοι και διασυνδέονται εύκολα στο σύστημα ελέγχου Επιπρόσθετα, εάν απαιτείται κάποια ειδική κατασκευή, αυτή μπορεί συνήθως να κατασκευαστεί με ευκολία Οι μικροδιακοπτες επιλογής, παρέχουν τρεις ακροδέκτες C - common NC - normally closed (επαφή "κανονικά κλειστή") NO - normally open (επαφή "κανονικά ανοιχτή") C NC NO 31
Eπιταχυνσιομετρα Tα επιταχυνσιομετρα (accelerometers) βασιζονται στη μετρηση της αδρανειακης δυναμης η οποια δημιουργειται οταν καποια μαζα επηρρεαζεται απο καποια μεταβολη στη ταχυτητα. Αναλογα με τον τυπο του επιταχυνσιομετρου, η δυναμη αυτη ενδεχεται να μεταβαλλει τη συμπιεση ενος ελατηριου την εκτροπη μιας ακτινας τη συχνοτητα ταλαντωσης καποιας μαζας Εκτος απο τη μετρηση επιταχυνσεων κινουμενων αντικειμενων, χρησιμοποιουνται σε σειρα αλλων εφαρμογων (κυριως για τη καταγραφη δονησεων) Αρχη Λειτουργιας Eπιταχυνσιομετρων Τα κυρια τμηματα ενος επιταχυνσιομετρου ειναι η κινουμενη μαζα το συστημα αναρτησης η διαταξη μετρησης της μετατοπισης 2 3 1 32