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传感器

传感器

传感器(英文名称:transducer/sensor)是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

目录

主要作用

主要特点

基本功能

常见种类

4.1 电化学传感器

4.2 电量传感器

4.3 电阻式传感器

4.4 称重传感器

4.5 温度传感器

4.6 位移传感器

4.7 压力传感器

4.8 液位传感器

主要特性

5.1 传感器动态特性

5.2 传感器的分辨率

5.3 传感器的灵敏度

1 主要作用

  传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域,如工业自动化、农业现代比、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。

  据前瞻产业研究院发布的《中国传感器制造行业发展前景与投资预测分析报告前瞻》显示,近年来,国内传感器应用主要分布在机械设备制造、家用电器、科学仪器仪表、医疗卫生、通信电子以及汽车等领域。

  人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。传感器汇总图片精选(6张)而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。

  新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到 s的瞬间反应。此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然,要获取大量人类感官无法直接获取的信息,没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对象信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的先驱。

  传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。

  由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。

2 主要特点

  传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化,它不仅促进了传统产业的改造和更新换代,而且还可能建立新型工业,从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统(MEMS)技术基础上的,已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。

  接近传感器工程项目,是代替限位开关等接触式检测方式,以无需接触检测对象进行检测为目的的传感器的总称。

  
接近传感器工程项目是传感器家族中非常重要的一员,在工业上应用非常广泛。虽然单只接近传感器的价格不是很高,但是一般工厂都是批量需要,所以接近传感器也是有很大市场的。一提到接近传感器,大家都知道比较有名的像图尔克、欧姆龙、巴鲁夫等,这些传感器品牌相当长时间内占据了接近传感器很大市场。

  
我们一般将检测金属存在的感应型接近传感器、检测金属及非金属物体存在的静电容量型接近传感器、利用磁力产生的直流磁场的开关定义为“接近传感器”。——智研咨询整理

  
以前国内接近传感器工程项目主要依靠图尔克、欧姆龙、巴鲁夫等进口品牌,进口的接近传感器由于价格昂贵,供货周期长所以不能满足很多客户的需要,国内很多工厂希望找到国产的接近传感器,在这种情形下很多传感器厂家开始生产接近传感器,起初都是引进国外的机器和人才来仿制进口的接近传感器,但是随着国内传感器技术的发展,现在已经有了很多自主品牌的接近传感器,很大程度上已经能够满足国内的需要。

  
目前国内很多工厂都是使用国产接近传感器或者正在尝试使用国产接近传感器。接近传感器已经不再依赖进口品牌了。

3 基本功能

  敏感元件的分类:

  生物类,基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

  化学类,基于化学反应的原理。

  物理类,基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。

  常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟:

  压敏、温敏、传感器流体传感器——触觉

  气敏传感器——嗅觉

  光敏传感器——视觉

  声敏传感器——听觉

  化学传感器——味觉

  通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类(还有人曾将敏感元件分46类)。

4 常见种类

4.1 电化学传感器

  电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。可分为一氧化碳传感器、二氧化氮传感器、甲醛传感器等。

4.2 电量传感器

  电量传感器是一种将被测电量参数(如电流,电压,功率,频率,功率因数等信号)转换成直流电流、直流电压并隔离输出模拟信号或数字信号的装置。产品符合国标GB/T13850-1998。注:真有效值电压电流变送器用于测量电网中波形畸变较严重的电压或电流信号,也可以测量方波,三角波等非正弦波形。 信瑞达LF系列电量传感器通用技术条件:

  引用标准及规则:GB/T13850-1998

  相对湿度:≤93%

  准确度等级: 0.2、0.5级

  贮藏条件:温度-40~+70℃,相对湿度20~90%,无凝露

  工作温度:-10~55℃

  平均无故障时间:≥30000h

4.3 电阻式传感器

  电阻式传感器是将被测量,如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

4.4 称重传感器

  称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力→电转换装置,是电子衡器的一个关键部件。

  能够实现力→电转换的传感器有多种,常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平,电容式用于部分电子吊秤,而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单,准确度高,适用面广,且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。

4.5 温度传感器

  1、室温管温传感器:室温传感器用于测量室内和室外的环境温度,管温传感器用于测量蒸发器和冷凝器的管壁温度。室温传感器和管温传感器的形状不同,但温度特性基本一致。按温度特性划分,目前美的使用的室温管温传感器有二种类型:1.常数B值为4100K±3%,基准电阻为25℃对应电阻10KΩ±3%。温度越高,阻值越小;温度越低,阻值越大。离25℃越远,对应电阻公差范围越大;在0℃和55℃对应电阻公差约为±7%;而0℃以下及55℃以上,对于不同的供应商,电阻公差会有一定的差别。温度越高,阻值越小;温度越低,阻值越大。离25℃越远,对应电阻公差范围越大。

  2、排气温度传感器:排气温度传感器用于测量压缩机顶部的排气温度,常数B值为3950K±3%,基准电阻为90℃对应电阻5KΩ±3%。

  3、模块温度传感器:模块温度传感器用于测量变频模块(IGBT或IPM)的温度,目前用的感温头的型号是602F-3500F,基准电阻为25℃对应电阻6KΩ±1%。几个典型温度的对应阻值分别是:-10℃→(25.897─28.623)KΩ;0℃→(16.3248─17.7164)KΩ;50℃→(2.3262─2.5153)KΩ;90℃→(0.6671─0.7565)KΩ。

  温度传感器的种类很多,现在经常使用的有热电阻:PT100、PT1000、Cu50、Cu100;热电偶:B、E、J、K、S等。温度传感器不但种类繁多,而且组合形式多样,应根据不同的场所选用合适的产品。

  测温原理:根据电阻阻值、热电偶的电势随温度不同发生有规律的变化的原理,我们可以得到所需要测量的温度值。

4.6 位移传感器

  位移传感器又称为线性传感器,把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件,传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器,电容式位移传感器,光电式位移传感器,超声波式位移传感器,霍尔式位移传感器。

  在这种转换过程中有许多物理量(例如压力、流量、加速度等)常常需要先变换为位移,然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中,位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同,位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型(如自发电式)和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多,包括电位器式位移传感器、 电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速,应用日益广泛。

4.7 压力传感器

  压力传感器引是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

4.8 液位传感器

  1、浮球式液位传感器

  浮球式液位传感器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。

  一般磁性浮球的比重小于0.5,可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。导管内装有测量元件,它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号,并将电子单元转换成4~20mA或其它标准信号输出。该传感器为模块电路,具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点,电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路,可使输出最大电流不超过28mA,因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。

  2、浮简式液位传感器

  浮筒式液位传感器是将磁性浮球改为浮筒,它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位传感器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。

  3、静压或液位传感器

  该传感器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号,再经放大电路放大和补偿电路补偿,最后以4~20mA或0~10mA电流方式输出。

  但在传感器设备领域,我国产业目前还不能满足市场发展需要。有关人士表示,目前国产的传感器芯片已经大规模使用,例如公交卡、酒店的房卡,以及手机近场支付等领域。但是,高频和超高频等高端芯片,如酒品和服装的标签,和国外相比依然有欠缺,有待进一步的技术突破。我国在低端的温度、湿度传感器方面取得了一些进展,但是在比较高端的传感器方面,尤其是那种将感知、传输和处理集成到小尺寸芯片中的高端微机电系统方面,和国外相比仍有较大差距。传感器领域发展遇阻,也对我国未来一段时间的物联网产业推广造成相当大的困扰,如果用国外产品,在安全性可能会有很多的顾虑。

5 主要特性

5.1 传感器动态特性

  所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

5.2 传感器的分辨率

  分辨率是指传感器可感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说,如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时,传感器的输出不会发生变化,即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨率时,其输出才会发生变化。

5.3 传感器的灵敏度

  灵敏度是指传感器在稳态工作情况传感器下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。

  它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系,则灵敏度S是一个常数。否则,它将随输入量的变化而变化。

  当传感器的输出、输入量的量纲相同时,灵敏度可理解为放大倍数。

  提高灵敏度,可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高,测量范围愈窄,稳定性也往往愈差。

 

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