压力传感器的作用与分类【www.4066.com】

2019-11-24 08:40栏目:仪器仪表
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恒奥德仪器仪表介绍传感器传感器(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。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。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、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。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、农业现代化、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。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。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。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。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。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)。常见种类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。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。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。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。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。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。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。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。智能传感器智能传感器是具有信息处理功能的传感器,带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。智能电网与众多智慧体系一样,不是单独的个体,而是众多装备与技术共同作用的产物。其中在监测第一线的传感器设备虽小,但绝对重要。在智能电网发展中,利用传统的传感器已经无法对某些电力产品的质量、故障定位等作出快速直接测量并在线监控。而利用智能传感器可直接测量,对产品质量指标、以及故障等进行测量(如温度、压力、流量)。例如,为了满足智能电网发展需求,我国推出了光纤电流传感系统,实现了管线电流传感系统的全数字闭环控制,具有稳定性和线性度好、灵敏度高等特点,满足了大量程范围的高精度测量要求。 目前,智能传感器已经成为国际上传感器研究的热点和前沿。大力发展智能传感器研究,应采取的跨越式的发展思路,是占领未来信息技术制高点的关键措施。视觉传感器视觉传感器分为二维视觉传感器和三维视觉传感器,二维视觉基本上就是一个可以执行多种任务的摄像头。从检测运动物体到传输带上的零件定位等等。二维视觉在市场上已经出现了很长一段时间,并且占据了一定的份额。许多智能相机都可以检测零件并协助机器人确定零件的位置。与二维视觉相比,三维视觉是最近才出现的一种技术。三维视觉系统必须具备两个不同角度的摄像机或使用激光扫描器。通过这种方式检测对象的第三维度。同样,现在也有许多的应用使用了三维视觉技术。例如零件取放,利用三维视觉技术检测物体并创建三维图像,分析并选择最好的拾取方式。力/力矩传感器力/力矩传感器则给机器人带去了触觉。机器人利用力/力矩传感器感知末端执行器的力度。多数情况下,力/力矩传感器都位于机器人和夹具之间,这样,所有反馈到夹具上的力就都在机器人的监控之中。有了力/力矩传感器,像装配,人工引导、示教,力度限制等应用才能得以实现。碰撞检测传感器这种传感器有各种不同的形式。这些传感器的主要应用是为作业人员提供一个安全的工作环境,协作机器人最有必要使用它们。一些传感器可以是某种触觉识别系统,通过柔软的表面感知压力,如果感知到压力,将给机器人发送信号,限制或停止机器人的运动。有些传感器还可以直接内置在机器人中。有些公司利用加速度计反馈,还有些则使用电流反馈。在这两种情况下,当机器人感知到异常的力度时,触发紧急停止,从而确保安全。但是在机器人停止之前,你还是会被它撞到。因此最安全的环境是完全没有碰撞风险的环境,这就是接下来这个传感器的使命。安全传感器要想让工业机器人与人进行协作,首先要找出可以保证作业人员安全的方法。这些传感器有各种形式,从摄像头到激光等,目的只有一个,就是告诉机器人周围的状况。有些安全系统可以设置成当有人出现在特定的区域/空间时,机器人会自动减速运行,如果人员继续靠近,机器人则会停止工作。零件检测传感器在零件拾取应用中,无法知道机器人抓手是否正确抓取了零件。而零件检测应用可以为你提供抓手位置的反馈。例如,如果抓手漏掉了一个零件,系统会检测到这个错误,并重复操作一次,以确保零件被正确抓取。其它传感器市场上还有很多的传感器适用于不同的应用。例如焊缝追踪传感器等。触觉传感器也越来越受欢迎。这一类的传感器一般安装在抓手上用来检测和感觉所抓的物体是什么。传感器通常能够检测力度,并得出力度分布的情况,从而知道对象的确切位置,让你可以控制抓取的位置和末端执行器的抓取力度。另外还有一些触觉传感器可以检测热量的变化。主要特性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,因此传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。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。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。技术特点中国传感器产业正处于由传统型向新型传感器发展的关键阶段,它体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化发展的总趋势。传感器技术历经了多年的发展,其技术的发展大体可分三代:第一代是结构型传感器,它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二代是上70年代发展起来的固体型传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,是利用材料某些特性制成。如:利用热电效应、霍尔效应、光敏效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。 第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器,是微型计算机技术与检测技术相结合的产物,使传感器具有一定的人工智能。

将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变,然后由位移敏感元件或应变计(见电阻应变计、半导体应变计)转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体,如压阻式传感器中的固态压力传感器。压力是生产过程和航天、航空、国防工业中的重要过程参数,不仅需要对它进行快速动态测量,而且还要将测量结果作数字化显示和记录。大型炼油厂、化工厂、发电厂和钢铁厂等的自动化还需要将压力参数远距离传送,并要求把压力和其他参数,如温度、流量、粘度等一起转换为数字信号送入计算机。因此压力传感器是极受重视和发展迅速的一种传感器。压力传感器的发展趋势是进一步提高动态响应速度、精度和可靠性以及实现数字化和智能化等。常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器(见变磁阻式传感器、差动变压器式压力传感器)、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器、谐振式压力传感器等。 压力传感器的基本知识一、传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是:“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置,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。二、传感器的分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法,但比较常用的有如下三种:1、按传感器的物理量分类,可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器2、按传感器工作原理分类,可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。3、按传感器输出信号的性质分类,可分为:输出为开关量(“1”和"0”或“开”和“关”)的开关型传感器;输出为模拟型传感器;输出为脉冲或代码的数字型传感器。关于传感器的分类:1.按被测物理量分:如:力,压力,位移,温度,角度传感器等;2.按照传感器的工作原理分:如:应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等;3.按照传感器转换能量的方式分:能量转换型:如:压电式、热电偶、光电式传感器等;能量控制型:如:电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等;4.按照传感器工作机理分:结构型:如:电感式、电容式传感器等;物性型:如:压电式、光电式、各种半导体式传感器等;5.按照传感器输出信号的形式分:模拟式:传感器输出为模拟电压量;数字式:传感器输出为数字量,如:编码器式传感器。三、传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。四、传感器的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。五、传感器的线性度通常情况下,传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中,为使仪表具有均匀刻度的读数,常用一条拟合直线近似地代表实际的特性曲线、线性度就是这个近似程度的一个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线;或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线,此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。六、传感器的灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△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。灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如,某位移传感器,在位移变化1mm时,输出电压变化为200mV,则其灵敏度应表示为200mV/mm。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。七、传感器的分辨力分辨力是指传感器可能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力时,其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同,因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示,则称为分辨率。八、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。九、电阻应变式传感器传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应,即在外力作用下产生机械形变,从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类,金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高(通常是丝式、箔式的几十倍)、横向效应小等优点。十、压阻式传感器压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件,扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时,各电阻值将发生变化,电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片材料主要为硅片和锗片,硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视,尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。十一、热电阻传感器热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合,这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等,它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃~+500℃范围内的温度。十二、传感器的迟滞特性迟滞特性表征传感器在正向和反向行程间输出-一输入特性曲线不一致的程度,通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出F·S的百分比表示。迟滞可由传感器内部元件存在能量的吸收造成。(来源:本文由铭动科技 www.shmind.com编撰,铭动科技专注压力传感器压力控制器、压力开关水泵控制器等系列产品,转载请保留版权信息,谢谢)

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