Jutiklis

Jutiklis — matavimo įrenginys, keičiantis matuojamą dydį kitu, dažniausiai elektriniu, jam proporcingu dydžiu, signalu, kurį patogu apdoroti ir perduoti. Matuojami įvairiausi dydžiai: linijinis ar kampinis poslinkis, greitis, temperatūra, šviesos intensyvumas, slėgis, masė ir t.t. Jutiklis matuojamą dydį apdoroja keičiant į jam proporcingą srovę, įtampą, skaitmeninį formatą. Jutikliai plačiai naudojami įvairiose technikos srityse, įvairiuose mechatronikos įrenginiuose.

Pneumatinis oro jutiklis

Rūšys

Geigerio-Miulerio skaitiklis: Geigerio-Miulerio vamzdis (juodas cilindras) ir skaičiuotuvas, fiksuojantis impulsų skaičių per laiko tarpą

Jutikliai yra įvairiausių rūšių, tipų ir konstrukcijų. Bendriausiu atveju, jie būna dviejų tipų:

• Parametriniai (keičiantis kontroliuojamam įėjimo dydžiui kinta jutiklių parametrai, kaip induktyvumas, talpa, elektrinė varža ir t.t., todėl kinta ir išėjimo parametrai, kaip įtampos, srovės dydžiai. Jiems būtinas išorinis energijos šaltinis. Parametrinių jutiklių pavyzdžiai: varžiniai, induktyvieji, talpiniai jutikliai);
• Generatoriniai (vyksta tiesioginis vienos energijos rūšies keitimas kitos rūšies energija, kaip, pavyzdžiui, fotoelektriniuose jutikliuose šviesos energija transformuojama į elektros energiją, o termoporose - šilumos energiją į elektros ir pan.).

Jutiklis pagal sandarą gali būti: paprastasis (sudaro tik jautrusis elementas) ir sudėtingas (be jautriojo elemento yra papildomi įtaisai, kaip rastriniai diskai, kodavimo juostos, stiprintuvai ir t.t.).

Jutikliai pagal paskirtį:

• Deformacijų ir slėgio jutikliai;
• Pozicijos, krypties, poslinkio ir judesio jutikliai;
• Šviesos ir radiacijos jutikliai;
• Temperatūros jutikliai;
• Garso, infragarso ir ultragarso jutikliai;
• Kietojo kūno, skysčių ir dujų jutikliai;
• Aplinkos ir atmosferos jutikliai.

Pagal veikimo principą jutikliai gali būti naudojami skirtingos paskirties jutikliuose, pavyzdžiui, varžiniai jutikliai ri deformacijos, ir temperatūros, ir poslinkio nustatymui. Jutikliai pagal veikimo principą:

• Varžiniai (įėjimo signalas keičia jutiklio elektrinę varžą, jei jutiklis įjungtas į elektros grandinę, jo išėjimo signalas yra įtampa, srovė);

Varžiniai jutikliai: potenciometriniai jutikliai (kintamasis varžas su trimis išvadais, potenciometras, judamasis kontaktas reaguoja į kampinį arba linijinį poslinkį ir formuoja elektrinę įtampą), skystieji elektrolitiniai (jutikliai elektrolito pagrindu), kontaktinės varžos (varža kinta nuo kontakto su kūnu), termistoriai (jutiklį sudaro varžinė medžiaga - puslaidininkis, kai didinama temperatūra, puslaidininkio varža mažėja) ir įtempio jutikliai (nusodinta vielelė su popieriaus juostele, skirta mažoms deformacijoms nustatyti, deformuojantis kūnui, kinta jutiklio varža).

• Induktyvieji (jautrusis elementas - ritė, maitinama kintamąja elektros srove, kai objektas sukasi arba tiesiai juda link ritės, oro tarpas tarp jų keičia ritės induktyvumą, tokiu būdu nustatomas poslinkis) ir transformatoriniai (sudaro dvi ritės, nejudantis magnetolaidis ir judantis inkaras, nustatantys slenkamąjį judėjimą);
• Talpiniai (jautrusis elementas - kondensatorius, maitinamas kintamąja elektros srove, kaip ir induktyviųjų jutiklių, tokiu pat principu nustatomi objekto poslinkiai ir judėjimo kampas) ir pjezoelektriniai (jautrusis elementas - Pjezo kristalas, reaguojantis į mechaninį ir elektrinį poveikį, jei kristalas deformuojamas, susidaro elektrinis impulsas, o jei kristalas paveikiamas elektrinio lauko, padidėja slėgis ultragarso diapozone);
• Fotoelektriniai, optiniai (visų fotoelektrinių jutiklių principas pagrįstas fotoefekto reiškiniu, naudojami fotoimtuvai, kaip fotovaržos, fotodiodai, fototranzistoriai reaguoja į šviesos, elektromagnetinių spindulių poveikį, leidžia įvertinti apšvietą, spinduliavimo intensyvumą, linijinį ir kampinį poslinkį, objektų temperatūrą);
• Radiaciniai (jautrusis elementas - inertinės dujos, radioaktyvi dalelė, patenkanti į vamzdį, jonizuoja dujas, kurios tampa laidžios ir sukuria elektros srovę, šiuo principu plačiai naudojamas Geigerio ir Miulerio skaitiklis);
• Terminiai (pagr. jutikliai - termoporos, sudarytos iš dviejų skirtingų laidininkų, pavyzdžiui, chromelis - aliumelis, radžis - platina, kaitinant vieną laidininkų sujungimo tašką, atsiranda termoelektrovara, sukurianti srovę grandinėje);
• Pneumatiniai (jautrusis elementas - oras, kintant jo kiekiui, ar spūdumui, kinta slėgis) ir hidrauliniai (jautrusis elementas - skystis, kintant jo kiekiui, ar spūdumui, kinta slėgis);
• Kompensaciniai (sudaro šaltinis, kompensuojantis jutiklio užfiksuotą signalą, kad tiriamasis objektas nebūtų apkrautas ir nebūtų iškraipomas signalas).

Jutiklių klaidų mažinimo būdai

Svarbiausios jutiklių rodikliai: jautrumas ir matavimo paklaida. Išvengti paklaidų beveik neįmanoma, todėl naudojami keli būdai jų išvengti ir gauti gana tikslius rodmenis. Pagr. mažinimo būdai:

• Signalo kompensavimas kitais energijos šaltiniais;
• Grįžtamojo ryšio sistemos panaudojimas;
• Signalo filtravimas
• Amplitudės ir dažnio moduliacija;
• Statinė ir dinaminė korekcija.

Nuorodos

• http://www.mdpi.com/ - žurnalas apie jutiklius. (angl.)