Датчики и сенсоры

Датчик превращает физическую величину в электрический сигнал: температуру, давление, положение, ток, освещенность или магнитное поле. Без них устройство слепо и может работать только по заранее заданной программе. В разделе собраны датчики температуры и влажности, давления, положения и приближения, тока, оптические и магнитные сенсоры, акселерометры, энкодеры и термисторы.

Основные группы

Группа	Что измеряет	Типовое применение
Температурные	Термисторы, термопары, цифровые датчики	Контроль нагрева, климат, защита оборудования
Магнитные и Холла	Магнитное поле, положение, обороты	Бесконтактные концевики, счет оборотов
Тока	Ток в цепи без ее разрыва	Защита, учет энергии, управление приводом
Давления	Давление газа и жидкости	Пневматика, гидравлика, климат
Оптические	Освещенность, расстояние, наличие объекта	Автоматика, счетчики, барьеры
Движения	Ускорение, наклон, вибрация	Транспорт, диагностика, охрана

Выходной сигнал решает почти все

Датчик выбирают не только по измеряемой величине, но и по тому, в каком виде он отдает результат. Цифровой выход это простое состояние включено или выключено, его удобно заводить прямо на вход микроконтроллера. Аналоговый выход по напряжению требует АЦП, зато дает величину, а не факт события. Токовая петля от 4 до 20 миллиампер применяется в промышленности, потому что не боится длинных линий и наводок, а обрыв провода сразу виден как нулевой ток. Цифровые интерфейсы вроде I2C и SPI позволяют считывать сразу откалиброванное значение и настраивать датчик.

Согласование уровней важнее, чем кажется. Датчик с питанием 24 В и выходом типа открытый коллектор нельзя заводить напрямую на трехвольтовый вход контроллера: нужен делитель, преобразователь уровней или оптопара. Проверка совместимости по питанию и логике экономит и датчик, и плату.

Как выбрать

1. Определите диапазон измерения и требуемую точность. Запас нужен, но избыточный диапазон ухудшает разрешение.
2. Выберите тип выхода под вашу схему: цифровой, аналоговый, токовая петля или цифровой интерфейс.
3. Проверьте напряжение питания и потребление, особенно для автономных устройств.
4. Учтите условия: температуру, влажность, вибрацию и агрессивную среду. Для улицы и цеха нужны серии с расширенным диапазоном и защитой корпуса.
5. Оцените быстродействие: для контроля температуры хватит долей секунды, для защиты по току нужны микросекунды.
6. Продумайте монтаж: на плату, в панель или на кронштейн рядом с механикой.

Частые вопросы

Чем бесконтактный датчик лучше механического концевика?
У него нет изнашивающихся контактов, он не дребезжит и не боится грязи и вибрации, поэтому служит в разы дольше. Принцип работы разобран в статье Датчики Холла: принцип работы, виды и применение, а сами модели собраны в разделе датчиков Холла.

Как измерить ток, не разрывая цепь?
Датчиком на эффекте Холла или трансформатором тока: они реагируют на поле вокруг проводника. Готовые решения собраны в разделе датчиков тока.

Почему показания плывут при нагреве?
У любого датчика есть температурный дрейф нуля и чувствительности, он указан в документации. В широком диапазоне температур берут серии с внутренней компенсацией или калибруют нуль при запуске.

Что делать с помехами на длинной линии?
Использовать токовую петлю вместо напряжения, экранировать кабель, ставить ферритовые фильтры и разделять силовые и сигнальные провода. Для полной развязки применяют оптопары и изоляторы.

Проверить сигнал датчика на месте помогает мультиметр, порядок действий описан в инструкции Как пользоваться мультиметром. Обработку сигнала строят на компонентах из раздела интегральных микросхем.