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詳解常見的幾種傳感器特點

2020-03-13 09:35:23來源:中國機器人網 閱讀量:2220

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  【物流設備網 市場行情傳感器是信息時代的常用產品,幾乎隨處可見。它是人類從外界獲取信息的關鍵?,F在人們單靠自身的感覺器官,在研究自然現象和規律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況,就需要傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。
 
  微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器的存在和發展,讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官,讓物體慢慢變得活了起來。通常根據其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
 
  新技術革命的到來,世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中,首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中,要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數,使設備工作在正常狀態或理想狀態,并使產品達到優良質量。因此可以說,沒有眾多的優良的傳感器,現代化生產也就失去了基礎。
 
  傳感器的特點包括微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化等,它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代,而且還可能建立新型工業,從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術基礎上的,已成功應用在硅器件上做成硅壓力傳感器。下面介紹幾種傳感器的分類。
 
  1、電阻式
 
  電阻式傳感器是將被測量,如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。
 
  2、稱重
 
  稱重傳感器是一種能夠將重力轉變為電信號的力電轉換裝置,是電子衡器的一個關鍵部件。能夠實現力電轉換的傳感器有多種,常見的有電阻應變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平,電容式用于部分電子吊秤,而絕大多數衡器產品所用的還是電阻應變式稱重傳感器。電阻應變式稱重傳感器結構較簡單,準確度高,適用面廣,且能夠在相對比較差的環境下使用。因此電阻應變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運用。
 
  3、壓阻式
 
  壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件,擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時,各電阻值將發生變化,電橋就會產生相應的不平衡輸出。
 
  用作壓阻式傳感器的基片(或稱膜片)材料主要為硅片和鍺片,硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視,尤其是以測量壓力和速度的固態壓阻式傳感器應用較為普遍。
 
  4、激光
 
  利用激光技術進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表,它的優點是能實現無接觸遠距離測量,速度快,精度高,量程大,抗光、電干擾能力強等。
 
  激光傳感器工作時,先由激光發射二極管對準目標發射激光脈沖。經目標反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器,被光學系統接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器,因此它能檢測極微弱的光信號,并將其轉化為相應的電信號。利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現無接觸遠距離測量。
 
  5、霍爾
 
  霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器,廣泛地應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面?;魻栃茄芯堪雽w材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數,能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。
 
  6、生物
 
  生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科,是發展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監控方法,也是物質分子水平的快速、微量分析方法。
 
  各種生物傳感器有以下共同的結構:包括一種或數種相關生物活性材料(生物膜)及能把生物活性表達的信號轉換為電信號的物理或化學換能器(傳感器),二者組合在一起,用現代微電子和自動化儀表技術進行生物信號的再加工,構成各種可以使用的生物傳感器分析裝置、儀器和系統。
 
  7.溫度
 
  溫度傳感器是指能感受溫度并轉換成可用輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分,品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類,按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。
 
  8.接觸式
 
  接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸,又稱溫度計。溫度計通過傳導或對流達到熱平衡,從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。
 
  一般測量精度較高。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計的一種感溫元件,可用于測量1.6~300K范圍內的溫度。
 
  9.非接觸式
 
  它的敏感元件與被測對象互不接觸,又稱非接觸式測溫儀表。這種儀表可用來測量運動物體、小目標和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對象的表面溫度,也可用于測量溫度場的溫度分布。常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律,稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法(見光學高溫計)、輻射法(見輻射高溫計)和比色法(見比色溫度計)。
 
  非接觸測溫優點:測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制,因而對可測溫度上限原則上沒有限制。對于1800℃以上的高溫,主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術的發展,輻射測溫 逐漸由可見光向紅外線擴展,700℃以下直至常溫都已采用,且分辨率很高。
 
  10.熱電偶
 
  熱電偶是溫度測量中頗為常用的溫度傳感器。其主要好處是寬溫度范圍和適應各種大氣環境,而且結實、價低,無需供電,也很便宜。熱電偶由在一端連接的兩條不同金屬線(金屬A和金屬B)構成,當熱電偶一端受熱時,熱電偶電路中就有電勢差??捎脺y量的電勢差來計算溫度。
 
  11.熱敏電阻
 
  熱敏電阻是用半導體材料, 大多為負溫度系數,即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會造成大的阻值改變,因此它是十分靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性度很差,并且與生產工藝有很大關系。制造商給不出標準化的熱敏電阻曲線。
 
  12.加速度傳感器
 
  加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調電路等部分組成。傳感器在加速過程中,通過對質量塊所受慣性力的測量,利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據傳感器敏感元件的不同,常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應變式、壓阻式、壓電式等。
 
  13.壓電式
 
  壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計。它也屬于慣性式傳感器。壓電式加速度傳感器的原理是利用壓電陶瓷或石英晶體的壓電效應,在加速度計受振時,質量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率時,則力的變化與被測加速度成正比。
 
  14.壓阻式
 
  基于MEMS硅微加工技術,壓阻式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點,易于集成在各種模擬和數字電路中,廣泛應用于汽車碰撞實驗、測試儀器、設備振動監測等領域。
 
  15.電容式
 
  電容式加速度傳感器是基于電容原理的極距變化型的電容傳感器。電容式加速度傳感器/電容式加速度計是對比較通用的加速度傳感器。在某些領域無可替代,如安全氣囊,手機移動設備等。電容式加速度傳感器/電容式加速度計采用了微機電系統(MEMS)工藝,在大量生產時變得經濟,從而保證了較低的成本。
 
  16.伺服式
 
  伺服式加速度傳感器是一種閉環測試系統,具有動態性 能好、動態范圍大和線性度好等特點。其工作原理,傳感器的振動系統由 "m-k”系統組成,與一般加速度計相同,但質量m上還接著一個電磁線圈,當基座上有 加速度輸入時,質量塊偏離平衡位置,該位移大小由位移傳感器檢測出來,經伺服放大器 放大后轉換為電流輸出,該電流流過電磁線圈,在永久磁鐵的磁場中產生電磁恢復力,力圖使質量塊保持在儀表殼體中原來的平衡位置上,所以伺服加速度傳感器在閉環狀態下工作。
 
  17.光纖傳感器
 
  光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光信號經過光纖送入調制器,使待測參數與進入調制區的光相互作用后,導致光的光學性質(如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等)發生變化,成為被調制的信號源,在經過光纖送入光探測器,經解調后,獲得被測參數。
 
  18.熱電偶傳感
 
  熱電偶由兩個不同材料的金屬線組成,在末端焊接在一起。再測出不加熱部位的環境溫度,就可以準確知道加熱點的溫度。由于它還需有兩種不同材質的導體,所以稱之為熱電偶。不同材質做出的熱電偶使用于不同的溫度范圍,它們的靈敏度也各不相同。熱電偶的靈敏度是指加熱點溫度變化1℃時,輸出電位差的變化量。對于大多數金屬材料支撐的熱電偶而言,這個數值大約在5~40微伏/℃之間。
 
  傳感器種類繁多,在某個特定應用場景里面需要特殊的傳感器,隨著第三代傳感器的發展,這類傳感器的特點是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物,使傳感器具有一定的人工智能,未來幾年也將出現大量的智能傳感器。
 
  原標題:詳解常見的幾種傳感器特點

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