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传感器 - 检测装置 编辑词条 修改义项名

所属类别 :
科学技术
科学技术
编辑分类

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。

基本信息

  • 中文名称

    传感器

  • 外文名称

    transducer/sensor

  • 性    质

    检测装置

  • 特    点

    微型化、数字化、智能化等

  • 首要环节

    实现自动检测和自动控制

折叠 编辑本段 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。[1]

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,必须借助于感觉器传感器传感器官。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。[2]

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。

折叠 编辑本段 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。

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。

折叠 编辑本段 基本功能

敏感元件的分类:

生物类,基于酶、抗体、和激素等传感器传感器分子识别功能。

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)。

折叠 编辑本段 常见种类

折叠 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。

折叠 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

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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℃对传感器传感器应电阻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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。[1]

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。[3]

折叠 编辑本段 主要特性

折叠 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。

折叠 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。

折叠 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。

折叠 编辑本段 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。

传感器技术及产业特点

传感器技术及其产业的特点可以归纳为:基础、应用两头依附;技术、投资两个密集;产品、产业两大分散。

基础、应用两头依附

基础依附,是指传感器技术的发展依附于敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术这四块基石。敏感机理千差万别,敏感材料多种多样,工艺设备各不相同,计测技术大相径庭,没有上述四块基石的支撑,传感器技术难以为继。

应用依附是指传感器技术基本上属于应用技术,其市场开发多依赖于检测装置和自动控制系统的应用,才能真正体现出它的高附加效益并形成现实市场。也即发展传感器技术要以市场为导向,实行需求牵引。

 技术、投资两个密集

技术密集是指传感器在研制和制造过程中技术的多样性、边缘性、综合性和技艺性。它是多种高技术的集合产物。由于技术密集也自然要求人才密集。传感器传感器

投资密集是指研究开发和生产某一种传感器产品要求一定的投资强度,尤其是在工程化研究以及建立规模经济生产线时,更要求较大的投资。

产品、产业两大分散

产品结构和产业结构的两大分散是指传感器产品门类品种繁多(共10大类、42小类近6000个品种),其应用渗透到各个产业部门,它的发展既有各产业发展的推动力,又强烈地依赖于各产业的支撑作用。只有按照市场需求,不断调整产业结构和产品结构,才能实现传感器产业的全面、协调、持续发展。

折叠 传感器安装注意事项

(1)内部电路板和其他零件的更换及相关操作必须由专业工程师或技术人员进行。

(2)打开壳盖前须保证设备断电至少10min。壳盖的打开须由专业工程师或技术人员进行。

(3)防爆型的必须转移到一个安全的区域进行维修保养、拆卸、再组装。

(4)转换器电路板组件中包含敏感部件,可能会被静电损坏。小心操作以免直接接触电子

部件或电路板上的电路图案,必要时需采取相应的防静电措施。

CHLBU型轮辐式拉压力传感器,采用十字剪切梁结构,具有良好的自然线性、抗偏载能力强、精度高、外形高度低、安装方便稳定,在料斗称、汽车衡、轨道衡等电子称中广泛应用,在各种工业称重系统中做力的分析与测量。

产品技术参数:

参数技术指标参数技术指标
精度0.05%F·S输入阻抗380±10/700±15 Ω
灵敏度1 ~2mV/V输出阻抗350±3/650±3 Ω
蠕变±0.05 %F ·S/30min绝缘电阻≥5000 M Ω
非线性±0.03 %F·S工作温度范围-30  ~ +70 ℃
滞后误差±0.03%F·S允许过负荷150 %F·S
重复性误差±0.03%F·S密封等级IP67
零点温度系数±0.05%F·S/10℃材质合金钢/不锈钢
输出温度系数±0.05%F·S/10℃供桥电压5 ~15VDC 建议 10VDC
接线方式红线: 激励 (+)  黑线: 激励 (-); 绿线: 信号 (+)  白线: 信号 (-)注:以实物传感器接线定义为主

折叠 编辑本段 常用术语

1、传感器

能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常有敏感元件和转换元件组成。

1)敏感元件是指传感器中能直接(或响应)被测量的部分。

2)转换元件指传感器中能较敏感元件感受(或响应)的被测量转换成是与传输和(或)测量的电信号部分。

3)当输出为规定的标准信号时,则称为变送器。

2、测量范围

在允许误差限内被测量值的范围。

3、量程

测量范围上限值和下限值的代数差。

4、精确度

被测量的测量结果与真值间的一致程度。

5、重复性

在所有下述条件下,对同一被测的量进行多次连续测量所得结果之间的符合程度:

相同测量方法

相同观测者

相同测量仪器

相同地点

相同使用条件

在短时期内的重复。

6、分辨力

传感器在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量。

7、阈值

能使传感器输出端产生可测变化量的被测量的最小变化量。

8、零位

使输出的绝对值为最小的状态,例如平衡状态。

9、激励

为使传感器正常工作而施加的外部能量(电压或电流)。

10、最大激励

在市内条件下,能够施加到传感器上的激励电压或电流的最大值。

11、输入阻抗

在输出端短路时,传感器输入端测得的阻抗。

12、输出

有传感器产生的与外加被测量成函数关系的电量。

13、输出阻抗

在输入端短路时,传感器输出端测得的阻抗。

14、零点输出

在室内条件下,所加被测量为零时传感器的输出。

15、滞后

在规定的范围内,当被测量值增加和减少时,输出中出现的最大差值。

16、迟后

输出信号变化相对于输入信号变化的时间延迟。

17、漂移

在一定的时间间隔内,传感器输出中有与被测量无关的不需要的变化量。

18、零点漂移

在规定的时间间隔及室内条件下零点输出时的变化。

19、灵敏度

传感器输出量的增量与相应的输入量增量之比。

20、灵敏度漂移

由于灵敏度的变化而引起的校准曲线斜率的变化。

21、热灵敏度漂移

由于灵敏度的变化而引起的灵敏度漂移。

22、热零点漂移

由于周围温度变化而引起的零点漂移。

23、线性度

校准曲线与某一规定直线一致的程度。

24、非线性度

校准曲线与某一规定直线偏离的程度。

25、长期稳定性

传感器在规定的时间内仍能保持不超过允许误差的能力。

26、固有频率

在无阻力时,传感器的自由(不加外力)振荡频率。

27、响应

输出时被测量变化的特性。

28、补偿温度范围

使传感器保持量程和规定极限内的零平衡所补偿的温度范围。

29、蠕变

当被测量机器多有环境条件保持恒定时,在规定时间内输出量的变化。

30、绝缘电阻

如无其他规定,指在室温条件下施加规定的直流电压时,从传感器规定绝缘部分之间测得的电阻值。

参考资料:

百科兴趣圈