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    发布者:weike123  发布时间:2019-10-18 13:58:16  访问次数:82

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    (1)、传感器定义及分类

    信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机技术的高速发展,都需要在传感器的方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量和控制中了广泛的应用。随着这些能力的增强,作为信息采集的前端单元,传感器的作用越来越重要。传感器已成为自动化和机器人技术中的关键部件,作为中的一个结构组成,其重要性越来越明显。 广义地来说,传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电的器件。电工会的定义为:“传感器是测量中的一种前置部件,它将输入变量转换成可供测量的”。按照Gopel等的说法是:“传感器是包括承载体和电路连接的元件”,而“传感器则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的传感器”。传感器是传感器的一个组成部分,它是被测量输入的道关口。

    (2)、传感器的作用

    人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉。而单靠人们自身的感觉,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,又称之为电五官。

    新技术的到来,开始进入信息时代。在利用信息的中,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。

    在现代工业生产尤其是自动化生产中,要用各种传感器来和控制生产中的各个参数,使设备工作在正常状态或状态,并使产品达到的。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。

    在基础学科研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展,进入了许多新领域:例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到fm的粒子,纵向上要观察长达数十万年的演化,短到 s的瞬间反应。此外,还出现了对深化认识、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、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,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,往往会该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科的先驱。

    传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙、海洋探测、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,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。各国都十分这一领域的发展。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。

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    二、各种类型传感器

    (1)、电容式传感器

    电容式物位传感器适用于工业企业在生产中进行测量和控制生产,主要用作类导电与非导电介质的液位或粉粒状固体料位的远距离连续测量和指示。

    电容式液位传感器由电容式传感器与电子模块电路组成,它以两线制420mA恒定电流输出为基型,经过转换,可以用三线或四线输出,输出形成为15V05V010mA等。电容传感器由绝缘电极和装有测量介质的圆柱形金属容器组成。当料位上升时,因非导电物料的介电常数明显小于空气的介电常数,所以电容量随着物料高度的变化而变化。传感器的模块电路由基准源、脉宽调制、转换、恒流放大、反馈和限流等单元组成。采用脉宽调特原理进行测量的优点是较低,对周围元射频、性好、线性好、无明显温度漂移等。

    (2)、电感式传感器

    自感式传感器。由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器,又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的,其电感量的变化是由于位移输入量线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时,就可正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是:①无活动触点、可靠度高、寿命长;②分辨率高;③灵敏度高;④线性度高、重复性好;⑤测量范围宽(测量范围大时分辨率低);⑥无输入时有零位输出电压,引起测量误差;⑦对激励电源的和幅值性要求较高;⑧不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中,这三种传感器多制成差动式,以便线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。

    变间隙型电感传感器 ?这种传感器的气隙δ随被测量的变化而改变,从而改变磁阻(图1)。它的灵敏度和非线性都随气隙的增大而减小,因此常常要考虑两者兼顾。δ一般取在0.10.5毫米之间。

    变面积型电感传感器 ?这种传感器的铁芯和衔铁之间的相对覆盖面积(即磁通截面)随被测量的变化而改变,从而改变磁阻(图2)。它的灵敏度为常数,线性度也很好。

    螺管插铁型电感传感器 ?它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大,灵敏度低,结构简单,便于制作。

    (3)、压电式传感器

    基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施,而且输出的直流响应差,需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。

    压电式测力传感器

    压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器,在拉、压,通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大,测量范围宽,线性及性高,动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时,可测量准静态力。按测力状态分,有单向、双向和三向传感器,它们在结构上基本一样。

    压电式单向测力传感器的结构图。传感器用于机床动态切削力的测量。绝缘套用来绝缘和定位。基座内外底面对其中心线的垂直度、上盖及晶片、电极的上下底面的平行度与表面光洁度都有极严格的要求,否则会使横向灵敏度或使片子因应力集中而过早破碎。为绝缘阻抗,传感器装配前要经过多次净化(包括超声波清洗),然后在超净工作下进行装配,加盖之后用电子束封焊。

    压电式压力传感器的结构类型很多,但它们的基本原理与结构仍与压电式加速度和力传感器大同小异。突出的不同点是,它必须通过弹性膜、盒等,把压力收集、转换成力,再传递给压电元件。为保证静态特性及其性,通常多采用石英晶体作为压电元件。

     

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