传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础,是当今世界上极其重要的高新技术,所有现代化设备、设备几乎都离不开传感器。 它是一项蓬勃发展的现代化传感器技术,涉及微机械和微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感器技术、神经网络技术和模糊控制理论等多个学科的综合技术
一、传感器定义:
“接受预定测量并根据一定规律将其转换为可用信号的装置或装置通常由传感器和转换元件构成”。 传感器是感知测量到的信息,按照一定的规则将感知到的信息转换为电信号或其他必要形式的信息并输出,满足信息的传输、处理、保存、显示、记录、控制等要求的检测装置。 它是实现自动检测和自动控制的主要环节。
二、传感器分类:
传感器有很多分类方法,但常见的分类方法有两种,一种是按照被测物理量进行分类,另一种是按照传感器的结构进行分类。
测量的按物理量划分的传感器常见有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、扭矩传感器等。
根据工作原理分为以下几种
1 .电传感器
电传感器是非电量测量技术中应用范围广泛的传感器,常用电阻式传感器、电容式传感器、感应式传感器、磁电式传感器及涡流式传感器等。
电阻式传感器是利用变阻器将被测量的非电量转换为电阻信号的原理制作的。 电阻式传感器有电位计式、触点电阻式、电阻应变片式、压阻式传感器等。 电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。
电容式传感器是利用通过改变静电电容的几何尺寸、改变电介质的性质和含量来改变静电电容的原理制作的。 主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。
感应型传感器是利用通过改变磁路几何尺寸、磁铁的位置来改变电感、互感的电感量、压磁效应的原理来制作的。 主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。
磁电式传感器是利用电磁感应原理,将测量的非电量转换为电量的传感器。 主要用于流量、转速、位移等参数的测量。
涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动,切断磁力线,在金属内形成涡流的原理制成的。 主要用于位移和厚度等参数的测量。
2 .磁性传感器
磁传感器是利用铁磁物质的几种物理效应制成的,主要用于位移、转矩等参数的测量。
3 .光电式传感器
光电传感器在非电能测量和自动控制技术中占有重要地位。 它是利用光电器件的光电效应和光学原理制作的,主要用于光强、光束、位移、浓度等参数的测量。
4 .电位型传感器
电位型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制作的,主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。
5 .电荷传感器
电荷传感器是利用压电效应原理制作的,主要用于力和加速度的测量。
6 .半导体传感器
半导体传感器利用半导体压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触引起的物质变化等原理制成,主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。
7 .谐振式传感器
谐振式传感器的原理是通过改变电气和机械的固有参数来改变谐振频率,主要用于测量压力。
8 .电化学传感器
电化学传感器是以离子传导为基础制作的,根据其电特性的形成,电化学传感器分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器、电解式传感器等。 电化学传感器主要用于测量溶解于气体、液体或液体中的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数。
根据传感器对信号的检测、转换过程,传感器可以分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两种。 前者将输入传感器的非电量转换为电信号并一次输出,例如当对感光电阻照射光时电阻值发生变化,并将光信号直接转换为电信号并输出。 后者是将输入到传感器的非电量暂时转换为其他非电量后转换为电信号并输出的传感器,例如使用了弹簧管传感器的压力传感器与之相当,当压力作用在弹簧管上时弹簧管产生变形,传感器将其变形量转换为电信号并输出。
三.传感器的应用
1 .电阻式传感器
电阻式传感器的基本原理是将测量的变化转换为传感器元件的电阻值变化,经过转换电路转换为电信号后输出。 应用: 1、应变电阻传感器,用于测量拉伸应力和其他物理量; 热敏电阻传感器,测量温度; 用于测量几何位置(角度、位移)的滑动臂式电阻传感器;用于测量磁场的磁阻传感器。 感光性电阻传感器,用于测定光强度; 吸湿介质电阻传感器,用于测量湿度; 用于测量水溶性离子浓度的液体电阻率传感器。
2 .电容式传感器
测量压电微位移、振动台、电镜微调、望远镜透镜微调、精密微位移测量、液位、湿度及物质成分等。
3 .感应式传感器
检测距离的衰减性。 铁质易滑动,适合感应式传感器的检测,另外,易滑动的被测定部的尺寸为标准被测定物尺寸(标准被测定物尺寸为额定检测距离的3倍,
此应用中,标准尺寸应为 120*120mm),这样的话就会有一定的衰减;现场抗干扰能力。这个是不容忽视的问题,普通电感式传感器容易被电机或变频器干扰,很多技术人员只对在此附近的应用选择相应强抗电磁干扰的传感器。但在汽车制造车间,厂房大,现场技术人员习惯使用对讲机沟通,尤其是边走边用对讲机对话时,会不经意的靠近传感器,导致短暂失效;安装方面。随着电感式传感器的普及,传感器不仅仅在电气性能方面有所提升,其机械方面的设计也越来越人性化。要在最大程度的实现人性化安装。减少了多种近似产品的备货和减少了安装、维护的时间;稳定运行的保障。在车厂的使用中,要杜绝任何油污、尘污的侵蚀。另外,滑翘经过轨道时,震动是长期存在的,优异的抗震动性同样是有着非常重要的作用。4. 磁电式传感器
磁电式传感器主要用于振动测量。其中惯性式传感器不需要静止的基座作为参考基准,它直接安装在振动体上进行测量,因而在地面振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。常用地测振传感器有动铁式振动传感器、圈式振动速度传感器等。
5. 电涡流式传感器
电涡流式传感器可应用于测量振动,位移,厚度,转数,温度,硬度等参数,还可以进行无损探伤。KD2306 电涡流式传感器在位移方面的应用,可用于旋转机器轴向位移和胀差检测。
6. 电势型传感器
电感式传感器具有结构简单、动态响应快、易实现非接触测量等突出的优点,特别适合用于酸类,碱类,氯化物,有机溶剂,液态 CO2,氨水,PVC 粉料,灰料,油水界面等液位测量,目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、粮食等行业中应用广泛。
7. 半导体传感器
半导体传感器的主要应用领域是工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程。半导体传感器按输入信息分为物理敏感、化学敏感和生物敏感半导体传感器三类。
8. 谐振式传感器
谐振式传感器具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点。主要用于测量压力,也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。
9. 电化学式传感器
化学传感器在环境与卫生监测中的应用 :在环境与卫生监测中,常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。电化学生物传感器在疾病早期诊断中的应用:DNA 电化学生物传感器是近几年国际热点研究的一类新型生物传感器,其具有特异性强、灵敏度高、检测快速、简单经济的特点,因此在肿瘤等重大疾病的早期诊断中具有重要的意义。