Назначение и область применения индикаторов
По типу назначения и области применения индикаторы делятся на показывающие устройства, устройства для отсчёта непрерывного значения по шкале, устройства для цифрового отсчёта, устройства для вывода графической информации, дискретные устройства для вывода аналоговых показаний.
Показывающее устройство — совокупность элементов средства измерений, которые обеспечивают визуальное восприятие значений измеряемой величины или связанных с ней величин. Показывающие устройства подразделяются на аналоговые и цифровые, существуют также устройства, в которых непрерывные или аналоговые показания имитируются дискретными или цифровыми методами.
Аналоговые показывающие устройства бывают двух видов для отображения текущего значения одной величины, или для отображения взаимосвязи двух и более величин, в виде графика на экране. Ранее показывающие устройства назывались отсчётными устройствами.
Шкальные показывающие устройства включают в себя шкалу и указатель, положение которого относительно отметок шкалы определяет показание средства измерений. В качестве указателя может использоваться стрелка, световое пятно или поверхность столбика жидкости, как, например, у ртутного термометра или электрохимического счётчика наработки.
Наиболее часто встречаются стрелочные показывающие устройства, включающие в себя шкалу, стрелку и измерительный механизм, обеспечивающий её перемещение.
У светолучевых устройств в качестве измерительного механизма используется, обычно, чувствительный гальванометр на растяжках, к которому прикреплено зеркальце, отражающее лучик от специальной лампы. Светолучевые показывающие устройства имеют большую чувствительность и меньшую инерционность.
1 – цифровой светодиодный индикатор, 2 – клавиши управления прибором
Рис. 1.19.Схема прибора с цифровым светодиодным индикатором
Цифровой индикатор — прибор для отображения значения какой-либо величины в дискретном виде, чаще в виде набора цифр. Имеют фиксированный набор элементов отображения, это сегментов, расположенных как произвольно, так и сгруппированных в знаки, цифры, буквы, символы. Изначально для выполнения этой задачи использовались специализированные приборы, которые были способны отображать только цифры, потом были созданы и индикаторы, отображающий буквы, а также символы, знаки препинания, и другую информацию.
Показывающее устройство или табло цифрового измерительного прибора
визуализирует информацию о числовых значениях в виде ряда цифр, дополнительно могут использоваться также буквы и другие знаки для индикации единиц измерения, сигнала о переполнении табло и других данных.
Электронное табло представляет собой отдельный модуль или печатную плату и включает в себя собственно средство индикации и управляющую электронную часть.
Средство индикации может быть реализовано в виде линейки отдельных цифровых индикаторов, сегментных или газоразрядных, либо в интегральном оформлении, например, в виде многоразрядного сегментного индикатора или матричного экрана, на котором синтезируются изображения цифр и букв. Кроме электронных табло существуют и механические индикаторы, постепенно выходящие из употребления.
Механические индикаторы представляют собой несколько роликов или дисков с цифрами по окружности и ряд окошечек, в которых появляются цифры отдельных роликов или дисков. В настоящее время механические индикаторы используются в основном в качестве простых счётчиков механических импульсов и в счетчиках электроэнергии старых моделей.
Устройства для вывода графической информации внешне представляют собой экран, в виде электронно-лучевой, жидкокристаллический, светодиодный, на котором изображается информация в виде графиков зависимости измеряемой величины от времени или другого параметра, либо характеристик, семей характеристик, показывающих взаимосвязь различных величин.
Показывающие устройства в виде экранов применяются, обычно, для определённых классов приборов, таких как осциллографы, различных панорамных измерителей, некоторых дефектоскопов.
Дискретные устройства для вывода аналоговых показаний представляются устройствами визуальной информации, в которых синтезируется на много сегментных индикаторах либо матричных экранах. В простейшем случае используется имитация указателя в виде светящегося столбика переменной длины, который формируется множеством сегментов индикатора, расположенных в одну линию, цепью управления такого индикатора служит, обычно, простое устройство дискретизации аналогового сигнала, состоящее из последовательности пороговых элементов.
В более сложных случаях из сегментов индикатора или пикселей матричного экрана синтезируется изображение стрелочного прибора с подвижной стрелкой. Для управления выводом изображения используется сложное электронное устройство, включающее в себя аналого-цифровой преобразователь и цепи для синтеза изображения.
Дисплеи отличаются от индикаторов наличием матрицы индикаторных элементов, из которых может произвольно формироваться любое, а не только фиксированное, изображение.
Газоразрядный индикатор состоит из десяти тонких металлических электродов и катодов, каждый из которых соответствует одной цифре или знаку, при этом они включаются индивидуально. Электроды сложены так, что различные цифры появляются на разных глубинах, в отличие от плоского отображения, в котором все цифры находятся на одной плоскости по отношению к зрителю. Трубка наполнена инертным газом неоном или другими смесями газов, с небольшим количеством ртути. Единственный технический недостаток в том, что цифры укладываются стопкой одна за другой, перекрывая друг друга. Когда между анодом и катодом прикладывается электрический потенциал постоянного тока, вблизи катода возникает свечение.
Светодиодные индикаторы представлены обычно в виде семисегментных индикаторов. Светодиод или светоизлучающий диод — это полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда электроны и дырки рекомбинируют с излучением фотонов из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой. Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета до среднего инфракрасного диапазона. Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников, например, кремния, германия или карбида кремния, свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния.
В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов. Светодиоды получили в настоящее время очень широкое применение в ручных электрических фонарях, яркость которых аналогична яркости бытовых ламп накаливания, в уличном, промышленном и бытовом освещении, в качестве индикаторов, в виде одиночных светодиодов, например индикатор включения на панели прибора, так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло, например цифры на часах. Массив светодиодов используется в больших уличных экранах, в бегущих строках. Такие массивы часто называют кластерами светодиодов, светодиодными кластерами, или просто кластерами. Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и светофорах. Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического излучения, то есть передача сигнала по оптоволокну, пульту ДУ, светотелефону, интернету.
В подсветке жидкокристаллических экранов мобильных телефонов, мониторов, телевизоров тоже используются технологии светодиодов, а также в играх, игрушках, значках, USB-устройствах, гаджетах. Особенно свое применение светодиоды получили в дорожных знаках и светофорах, освещении и подсветке.
Жидкокристаллические индикаторы — это индикаторы на основе жидких кристаллов, обычно способны отображать достаточно много информации, в том числе графической, стоимость индикатора мало зависит от количества сформированных сегментов дисплея, а только от размера пластины. Широкое распространение приобрели из-за крайне низкого энергопотребления собственно индикатора. Из-за применяемого материала, то есть стекла, обладают недостаточной механической прочностью и поэтому очень хрупкие изделия из них.
Вакуумно-люминесцентные индикаторы используют явление люминесценции при бомбардировке люминофора электронами с небольшой энергией. Индикатор на флуоресцирующих стёклах крайне редко встречающийся тип индикатора. Он не получил широкого распространения как вид сегментного индикатора, в котором используется следующее явление, если в толще листа прозрачного материала, пропитанного люминофором, например флюоресцеином натрия, возбудить люминофор, то наиболее интенсивно его свечение будет наблюдаться с торца листа. Индикаторы, в зависимости от модификации, имеют красный либо жёлтый цвет свечения. Подсветка флуоресцирующих стёкол в них производится сменными миниатюрными лампами накаливания. Индикаторы различаются высотой знака и наличием встроенной схемы управления. Индикатор содержит встроенную схему управления. Все индикаторы выполнены в пластмассовом корпусе и подключаются к внешним устройствам с помощью соединителей.
Применение индикаторов характеризуется прежде всего тем, что именно этими приборами электроника широко входит в быт человека. Можно упомянуть такие изделия, как электронные цифровые часы, калькуляторы, автомобильные индикаторные панели, настроенные шкалы радиоприемников, указатели программ телевизоров, индикаторы кухонного оборудования. В промышленности эти приборы являются обязательным элементом периферийных устройств, автоматизированных систем управления, контрольно-измерительной аппаратуры, сервисных устройств транспортных и связных систем.
Практическая часть