czujnik

Czujnik albo czujnik albo receptor jest systemem fizycznym, urządzeniem technicznym albo w szerszym znaczeniu również organem biologicznym, reagującym na zmiany mierzonej wielkości (fizycznej, chemicznej) natychmiast, albo reaguje na przebieg zmiany w czasie.

Najczęstsze czujniki są elektryczne, przekształcające informację o mierzonej wielkości w inne fizyczne obszary, najczęściej na sygnał elektryczny albo na parametr elektryczny. Pozwala to na przekształcenie wielkości niielektrycznej na elektryczne sygnały.

Zastosowanie

Obecnie czujniki są używane praktycznie we wszystkich rodzajach przemysłowych produktów i systemów, jak również w automatyce procesowej, w pomiarach i regulacji. Kilka przykładów: medycyna i urządzenia medyczne, przemysł i produkcja przemysłowa, robotyka, elektronika użytkowa, produkty do domu, środki transportu, samochody, przemysł przetwórczy, rolnictwo i przemysł spożywczy.

Podstawowe właściwości czujników

• jednoznaczność - każdej wartości mierzonej wielkości odpowiada dokładnie jedna wartość wielkości wyjściowej
• jednoznaczna zależność wielkości wyjściowej od wejściowej (liniowa, logarytmiczna)
• czułość - wartość zmiany mierzonej wielkości przy której jeszcze powstaje zauważalna zmiana wielkości wyjściowej
• bezładność - opóźnienie czasowe sygnału wyjściowego po zmianie wielkości wejściowej
• stałość - dane czujnika się nie zmieniają, jeśli się nie zmienia wielkość wejściowa
• niezawodność eksploatacyjna, dokładność, łatwa konserwacja.
• nieliniowość i histereza
• rozdzielczość
• dozwolona błąd
• przesunięcie zera i drift,
• szum,
• czas reakcji,
• charakterystyka częstotliwościowa.

Przegląd

Większość czujników są elektryczne albo elektroniczne, choć istnieją również inne typy. Czujniki są rodzajem przetworników. Czujniki albo bezpośrednio pokazują wartości (np. termometry rtęciowe) albo są połączone z wskaźnikiem (mogą być również pośrednio np. przez analogowy albo cyfrowy konwerter, albo komputer i ekran), aby były czytelne dla człowieka. Techniczne procedury pozwalają produkować coraz więcej czujników MEMS technologią. W większości przypadków w ten sposób zwiększa się możliwość zwiększania czułości.

Rozwój

Rynek światowy z czujnikami dynamicznie rośnie. W Europie na rynku jest ponad sto tysięcy różnych typów czujników. To liczba ilustruje szerokie zastosowanie czujników, jak również fakt, że wybór czujnika na konkretne zastosowanie nie jest prostym zadaniem. Pewnym powodem zwiększenia zainteresowania czujnikami jest również miniaturyzacja tych urządzeń. Za ten trend odpowiada nieustanny postęp w rozwoju technologii kompatybilnych z technologiami informatycznymi. Obecnie dostępne są czujniki oparte na technologii krzemowej lub podobnej dla prawie każdej wielkości i w rozwoju w tej dziedzinie nadal istnieje dalszy potencjał.

Podział

Ponieważ istotna zmiana obejmuje wymianę energii, możemy czujniki dzielić według tego, jakiego rodzaju energii działają lub wykrywają. Według wejściowej mierzonej wielkości rozdzielamy czujniki mechanicznych, termicznych, akustycznych, magnetycznych, świetlnych, elektrycznych wielkości, promieniowania jądrowego i pod. i tym odpowiadają czujniki:

• odległości - mierzy długość linii między dwoma zdefiniowanymi punktami
• pozycji - mierzy współrzędne określonego punktu obiektu w określonym układzie odniesienia

systemie

• przesunięcia - mierzy zmianę pozycji względem punktu odniesienia,
• bliskości - wykrywa znak (dodatni lub ujemny) liniowej odległości między

punktem obiektu i stałym punktem odniesienia,

• poziomu - mierzy odległość górnej krawędzi poziomu cieczy lub materiału sypkiego w zbiorniku

względem określonej poziomej powierzchni odniesienia,

• kąta - mierzy kąt obrotu względem pozycji odniesienia,
• pochylenia - mierzy kąt względem prostopadłej do ziemi,
• tachometr - mierzy prędkość obwodową,
• czujnik wibracji - mierzy ruch wibrującego obiektu, wyrażony jako przesunięcie, prędkość albo

przyspieszenie,

• akcelerometr - mierzy przyspieszenie.

Do czujników siły i podobnych wielkości należą:

• czujnik ciśnienia - mierzy różnicę ciśnienia względem próżni lub do ciśnienia odniesienia (nadciśnienie albo podciśnienie),
• czujnik siły - mierzy siłę normalną albo styczną
• czujnik momentu obrotowego - mierzy moment obrotowy,
• tenzometr - mierzy liniowe względne wydłużenie
• czujnik dotykowy mierzy skutek dotyku,
• macierzowy czujnik dotykowy - mierzy rozkład sił normalnych albo stycznych

Według elektrycznego sygnału wyjściowego dzielimy czujniki na :

• aktywne - przy działaniu wielkości wejściowej zachowują się jak źródło energii elektrycznej: indukcyjne, termoelektryczne, fotoelektryczne, piezoelektryczne czujniki
• pasywne - parametryczne - działaniem wielkości wejściowej zmienia się jeden z parametrów czujnika: oporowe, indukcyjne, pojemnościowe

Według zastosowanego zasady fizycznej:

• dylatacyjne
• deformacyjne
• piezoelektryczne
• termoelektryczne
• fotoelektryczne
• efekt Halla