常用傳感器知識大全,一文科普!

2021/10/05 16:33 · 傳感器知識資訊 ·  · 0評論

傳感器是人類感知、獲取和檢測自然界各種信息的工具,通過它能得到人類感官無法獲得的大量信息。在現代科學技術、工農業生產、人類日常生活中,傳感器都起著不可替代的作用??梢哉f,科學技術越發達,自動化程度越高,對傳感器的依賴就越大。

一、傳感器的組成與分類

1. 傳感器的組成
傳感器通常由敏感元件、轉換元件及基本轉換電路組成,如圖1所示。敏感元件是能夠靈敏地感受被測景并按確定關系做出響應的元件;轉換元件是將敏感元件所感受的被測量轉換成電路參數(如電阻、電感和電容)或電量(如電壓、電流)的元件;基本轉換電路是將轉換元件的輸出轉換成便于傳輸和處理電量的電路。

某些傳感器可以僅由敏感元件和轉換元件組成,而某些傳感器的敏感元件和轉換元件可合二為一,最簡單的傳感器是由一個敏感元件(兼轉換元件)組成,它在感受被測量時可以直接輸出電量,如熱電偶、壓電晶體、光電池等。

2. 傳感器的分類
傳感器的種類繁多,其分類方法也有多種,這里僅介紹兩種最為常用的分類方法。

(1)按被測物理量分類。傳感器有位移傳感器、接近傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、力傳感器、力矩傳感器、壓力傳感器及加速度傳感器等。這種分類方法直接表明了傳感器的用途,與用戶和傳感器生產廠家所關心的各種待測信息的種類相對應,便于用戶了解和選用傳感器。

(2)按工作原理分類。傳感器有電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、霍爾傳感器、光電式傳感器等。這種分類方法以傳感器的工作原理為依據,有利于人們對各種傳感器及其檢測原理的理解和研究。

3. 傳感器的基本特性
傳感器的特性是指傳感器的輸出量與輸入量之間的對應關系。由于輸人量有靜態(即輸人信號為不隨時間變化或變化非常緩慢的基本穩定狀態)和動態(即輸人信號為隨時間作周期變化或無規律瞬變的變化狀態)兩種基本形式,因此傳感器的特性通常有兩種對應的表示形式,即靜態特性和動態特性。

當輸人量處于靜態時,傳感器的輸出量與輸人量之間的關系稱為傳感器的靜態特性。通常,用來表征傳感器靜態特性的主要指標有:測量范圍、量程、靈敏度、分辨力、線性度、遲滯性、重復性、漂移和穩定性等。

二、常用傳感器的特性

1. 接近傳感器
接近傳感器能夠在非接觸的情況下檢測被測物體是否接近,并將檢測結果以開關信號方式輸出,因此通常又稱為無觸點行程開關或接近開關。接近開關有電感式、電容式、光電式、霍爾式等多種。

(1)電感式接近傳感器。電感式接近傳感器也稱為電感式接近開關或電渦流式接近開關。電感式接近開關主要由LC高頻振蕩電路、信號處理電路和開關放大電路組成,如圖2所示。

(2)電容式接近傳感器。電容式接近傳感器也稱為電容式接近開關,其電路框圖如圖4所示。

電容式接近開關是以電容器的極板作為其檢測面,而檢測面外部所面對的物質,則是電容器兩個極板之間的絕緣介質,若該絕緣介質發生變化,則電容器的電容量也將隨之變化。

無論金屬或非金屬的被測物體,在接近或離開電容式接近開關時,都會引起接近開關電容器的介電常數發生變化,從而使得電容式接近開關能夠輸出相應的開關信號。因此,電容式接近開關所檢測的物體,并不限于金屬導體,也可以是絕緣的液體或粉狀物體。使用的電容式接近開關(3)光電式接近傳感器。光電式傳感器是利用光電器件將光信號轉換成電信號的一種傳感器。其核心的敏感元件是光電器件,光電器件的工作基礎是光電效應。圖6為光電式接近開關。

2.溫度傳感器
為了滿足不同場合、不同物質的溫度測量要求,測量溫度的方法有接觸式和非接觸式兩種。前者是將感溫元件與被測對象進行直接物理接觸,通過熱傳導來測溫;后者則是將感溫元件與被測對象不進行物理接觸,而通過熱輻射進行熱傳遞來測溫。

兩種測溫方法,分別有與其對應的溫度傳感器。接觸式溫度傳感器通常是利用材料或元件的溫度特性來測溫的。常用的溫度傳感器主要有熱電偶、熱電阻、熱敏電阻及集成溫度傳感器等。圖7是設備中使用的溫度傳感器Pt100及溫度變送器。

3. 磁性開關
在自動化生產線中,磁性開關用于各類氣缸的位置檢測,用兩個磁性開關來測機械手上氣缸伸出和縮回到位的位置。

磁力式接近開關(簡稱磁性開關)是一種非接觸式位置檢測開關,這種非接觸式位置檢測不會磨損和損傷檢測對象,響應速度高。磁性開關用于檢測磁性物質的存在,安裝方式上有導線引出型、接插件式、接插件中繼型,根據安裝場所環境的要求磁性開關可選擇屏蔽式和非屏蔽式。其外形如圖8 所示。

4.光纖式光電接近開關
光纖式光電接近開關(簡稱光纖式光電開關)也是光纖傳感器的一種,光纖傳感器傳感部分沒有電路連接,不產生熱量,只利用很少的光能,這些特點使光纖傳感器成為危險環境下的理想選擇。

光纖傳感器還可以用于關鍵生產設備的長期高可靠穩定的監視。相對于傳統傳感器,光纖傳感器具有下述優點:抗電磁干擾、可工作于惡劣環境、傳輸距離遠、使用壽命長,此外,由于光纖頭具有較小的體積,所以可以安裝在很小的空間里面。光纖放大器根據需要來設置。

比如有些生產過程中煙火,電火花等可能引起爆炸和火災,光能不會成為火源,所以不會引起爆炸和火災,可將光纖檢測頭設置在危險場所,將放大器單元設置在非危險場所進行使用。

光纖傳感器由光纖檢測頭、光纖放大器兩部分組成,光纖放大器和光纖檢測頭是分離的兩個部分。光纖傳感器結構上分為傳感型和傳光型兩大類。傳感型是以光纖本身作為敏感元件,使光纖換有感受和傳遞被測信息的作用。

傳光型是把由被測對象所調制的光信號輸人光纖,通過輸出端進行光信號處理而進行測量的,傳光型光纖傳感器的工作原理與光電傳感器類似。在生產中貨物分揀單元中采用的就是傳光型的光纖式光電開關,光纖僅作為被調制光的傳播線路使用。常見的光纖傳感器如圖9及圖10所示。

5.光電編碼器
光電編碼器是通過光電轉換,將機械、幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器,它主要用于速度或位置(角度)的檢測。典型的光電編碼器由碼盤(Disk)、 檢測光柵(Mask)、光電轉換電路(包括光源、光敏器件、信號轉換電路)、機械部件等組成。一般來說,根據光電編碼器產生脈沖的方式不同,可以分為增量式、絕對式及復合式三大類,生產線上常采用的是增量式傳感器,其結構如圖11所示。

在一般生產設備上傳送帶定位控制就是由光電編碼器來完成的。同時,光電編碼器還要完成電動機轉速的測量。

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