各類(lèi)傳感器的介紹

目前,被人們所關(guān)注傳感器的類(lèi)型: 壓力傳感器、光電傳感器、位移傳感器、超聲波傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、光纖傳感器。

一、壓力傳感器

壓力傳感器、壓力變送器的種類(lèi)及選用

壓力傳感器及壓力變送器分為表壓、絕壓、差壓等種類(lèi)。常見(jiàn)0.1、0.2、0.5、1.0等精度等級?？蓽y量的壓力范圍很寬，小到幾十毫米水柱，大的可達上百兆帕。不同種類(lèi)壓力傳感器及壓力變送器的工作溫度范圍也不同，常分成0~70℃、-25~85℃、-40~125℃、-55~150℃幾個(gè)等級，某些特種壓力傳感器的工作溫度可達400~500℃。

壓力傳感器及壓力變送器基于不同的材料及結構設計有著(zhù)不同的防水性能及防爆等級，接液腔體由于材料、形狀的差異可測量的流體介質(zhì)種類(lèi)也不同，常分為干燥氣體、一般液體、酸堿腐蝕溶液、可燃性氣液體、粘稠及特殊介質(zhì)。壓力傳感器及壓力變送器作為一次儀表需與二次儀表或計算機配合使用，壓力傳感器及壓力變送器常見(jiàn)的供電方式為：DC 5V、12V、24V、±12V等，輸出方式有：0~5V、1~5V、0.5~4.5V、0~10mA、 0~20mA、 4~20mA等及Rs232、Rs485等與計算機的接口。

用戶(hù)在選擇壓力傳感器及壓力變送器時(shí)，應充分了解壓力測量系統的工況，根據需要合理選擇，使系統工作在較好狀態(tài)，并可降低工程造價(jià)。

壓力傳感器常見(jiàn)精度參數及試驗設備

傳感器靜態(tài)標定設備：活塞壓力計：精度優(yōu)于0.05%    數字壓力表: 精度優(yōu)于0.05%   直流穩壓電源: 精度優(yōu)于0.05%。

傳感器溫度檢驗設備：高溫試驗箱：溫度從0℃～+250℃溫度控制精度為±1℃，低溫試驗箱：溫度能從0℃～-60℃溫度控制精度為±1℃

傳感器靜態(tài)性能試驗項目：零點(diǎn)輸出、滿(mǎn)量程輸出、非線(xiàn)性、遲滯、重復性、零點(diǎn)漂移、超復荷。

傳感器環(huán)境試驗項目：零點(diǎn)溫度漂移、靈敏度漂移、零點(diǎn)遲滯、靈敏度遲滯。（檢查產(chǎn)品在規定的溫度范內對溫度的適應能力，此項參數對精度影響極為重要）

壓力傳感器使用注意事項

壓力傳感器及壓力變送器在安裝使用前應詳細閱讀產(chǎn)品樣本及使用說(shuō)明書(shū)，安裝時(shí)壓力接口不能泄露，確保量程及接線(xiàn)正確。壓力傳感器及壓力變送器的外殼一般需接地，信號電纜線(xiàn)不得與動(dòng)力電纜混合鋪設，壓力傳感器及壓力變送器周?chē)鷳苊庥袕婋姶鸥蓴_。壓力傳感器及壓力變送器在使用中應按行業(yè)規定進(jìn)行周期檢定。

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，簡(jiǎn)單介紹一些常用傳感器原理及其應用：

1、應變片壓力傳感器原理與應用

力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線(xiàn)性特性。下面我們主要介紹這類(lèi)傳感器。

在了解壓阻式力傳感器時(shí)，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過(guò)特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應變基體上，當基體受力發(fā)生應力變化時(shí)，電阻應變片也一起產(chǎn)生形變，使應變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過(guò)后續的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉換和CPU）顯示或執行機構。

金屬電阻應變片的內部結構：由基體材料、金屬應變絲或應變箔、絕緣保護片和引出線(xiàn)等部分組成。根據不同的用途，電阻應變片的阻值可以由設計者設計，但電阻的取值范圍應注意：阻值太小，所需的驅動(dòng)電流太大，同時(shí)應變片的發(fā)熱致使本身的溫度過(guò)高，不同的環(huán)境中使用，使應變片的阻值變化太大，輸出零點(diǎn)漂移明顯，調零電路過(guò)于復雜。而電阻太大，阻抗太高，抗外界的電磁干擾能力較差。一般均為幾十歐至幾十千歐左右。

電阻應變片的工作原理：金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產(chǎn)生阻值變化的現象，俗稱(chēng)為電阻應變效應。

我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時(shí)，其長(cháng)度和截面積都會(huì )發(fā)生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會(huì )發(fā)生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長(cháng)時(shí)，其長(cháng)度增加，而截面積減少，電阻值便會(huì )增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時(shí)，長(cháng)度減小而截面增加，電阻值則會(huì )減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金

2、陶瓷壓力傳感器原理及應用

抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒(méi)有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠斯通電橋(閉橋)，由于壓敏電阻的壓阻效應，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比的高度線(xiàn)性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應變式傳感器相兼容。通過(guò)激光標定，傳感器具有很高的溫度穩定性和時(shí)間穩定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數介質(zhì)直接接觸。陶瓷是一種*的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動(dòng)的材料。陶瓷的熱穩定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長(cháng)期穩定性好。高特性，低價(jià)格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類(lèi)型傳感器的趨勢，在中國也越來(lái)越多的用戶(hù)使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。

3、擴散硅壓力傳感器原理及應用

工作原理：被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線(xiàn)路檢測這一變化，并轉換輸出一個(gè)對應于這一壓力的標準測量信號。

4、藍寶石壓力傳感器原理與應用

利用應變電阻式工作原理，采用硅-藍寶石作為半導體敏感元件，具有的計量特性。藍寶石系由單晶體絕緣體元素組成，不會(huì )發(fā)生滯后、疲勞和蠕變現象；藍寶石比硅要堅固，硬度更高，不怕形變；藍寶石有著(zhù)非常好的彈性和絕緣特性（1000 OC以?xún)龋?，因此，利用?藍寶石制造的半導體敏感元件，對溫度變化不敏感，即使在高溫條件下，也有著(zhù)很好的工作特性；藍寶石的抗輻射特性*；另外，硅-藍寶石半導體敏感元件，無(wú)p-n漂移，因此，從根本上簡(jiǎn)化了制造工藝，提高了重復性，確保了高成品率。

用硅-藍寶石半導體敏感元件制造的壓力傳感器和變送器，可在惡劣的工作條件下正常工作，并且可靠性高、精度好、溫度誤差極小、性?xún)r(jià)比高。表壓壓力傳感器和變送器由雙膜片構成：鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片。印刷有異質(zhì)外延性應變靈敏電橋電路的藍寶石薄片，被焊接在鈦合金測量膜片上。被測壓力傳送到接收膜片上（接收膜片與測量膜片之間用拉桿堅固的連接在一起）。在壓力的作用下，鈦合金接收膜片產(chǎn)生形變，該形變被硅-藍寶石敏感元件感知后，其電橋輸出會(huì )發(fā)生變化，變化的幅度與被測壓力成正比。

傳感器的電路能夠保證應變電橋電路的供電，并將應變電橋的失衡信號轉換為統一的電信號輸出（0-5，4-20mA或0-5V）。在絕壓壓力傳感器和變送器中，藍寶石薄片，與陶瓷基極玻璃焊料連接在一起，起到了彈性元件的作用，將被測壓力轉換為應變片形變，從而達到壓力測量的目的。

5、壓電壓力傳感器原理與應用

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發(fā)現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)*消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著(zhù)應力的變化電場(chǎng)變化微?。ㄒ簿驼f(shuō)壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應用。

壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等，壓電效應是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應力。

壓電傳感器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(cháng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器也可以用來(lái)測量發(fā)動(dòng)機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來(lái)測量子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來(lái)測量大的壓力，也可以用來(lái)測量微小的壓力。

壓電式傳感器也廣泛應用在生物醫學(xué)測量中，比如說(shuō)心室導管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因為測量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應用就非常廣泛

二、光電傳感器

光電傳感器的功能主要有：檢測物體的有無(wú)，檢測透明物體，檢測色標，檢測顏色，檢測發(fā)光物體，檢測位移，激光傳感器，CCD視像傳感器，槽形開(kāi)關(guān)等；檢測和測量的光柵及傳感器的功能主要有：測量物體的外形，糾偏，檢測微小的透明物體，測量位移等；安全光幕的功能主要有：對人的手指，手掌，手臂等身體各部位的2級和4級保護；溫度控制器的功能主要有：PID控制和自動(dòng)演算，自診斷，自動(dòng)調諧和自適應等功能以及三級軟件安全鎖。

品牌有:OMRON,SUNX,KEYENCE,SICK,AUTONICS

光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來(lái)檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來(lái)，新的光電器件不斷涌現，特別是CCD圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進(jìn)一步應用開(kāi)創(chuàng )了新的一頁(yè)。具體應用：

1、煙塵濁度監測儀：防止工業(yè)煙塵污染是環(huán)保的重要任務(wù)之一。為了消除工業(yè)煙塵污染，首先要知道煙塵排放量，因此必須對煙塵源進(jìn)行監測、自動(dòng)顯示和超標報警。煙道里的煙塵濁度是用通過(guò)光在煙道里傳輸過(guò)程中的變化大小來(lái)檢測的。如果煙道濁度增加，光源發(fā)出的光被煙塵顆粒的吸收和折射增加，到達光檢測器的光減少，因而光檢測器輸出信號的強弱便可反映煙道濁度的變化。

2、光電池在光電檢測和自動(dòng)控制方面的應用：光電池作為光電探測使用時(shí)，其基本原理與光敏二極管相同，但它們的基本結構和制造工藝不*相同。由于光電池工作時(shí)不需要外加電壓；光電轉換效率高，光譜范圍寬，頻率特性好，噪聲低等，它已廣泛地用于光電讀出、光電耦合、光柵測距、激光準直、電影還音、紫外光監視器和燃氣輪機的熄火保護裝置等。

光電傳感器特長(cháng)。①檢測距離長(cháng)：如果在對射型中保留10m以上的檢測距離等，便能實(shí)現其他檢測手段（磁性、超聲波等）無(wú)法離檢測。②對檢測物體的限制少：由于以檢測物體引起的遮光和反射為檢測原理，所以不象接近傳感器等將檢測物體限定在金屬，它可對玻璃.塑料.木材.液體等幾乎所有物體進(jìn)行檢測。③響應時(shí)間短：光本身為高速，并且傳感器的電路都由電子零件構成，所以不包含機械性工作時(shí)間，響應時(shí)間非常短。④分辨率高：能通過(guò)設計技術(shù)使投光光束集中在小光點(diǎn)，或通過(guò)構成特殊的受光光學(xué)系統，來(lái)實(shí)現高分辨率。也可進(jìn)行微小物體的檢測和高精度的位置檢測。⑤可實(shí)現非接觸的檢測：可以無(wú)須機械性地接觸檢測物體實(shí)現檢測，因此不會(huì )對檢測物體和傳感器造成損傷。因此，傳感器能長(cháng)期使用。⑥可實(shí)現顏色判別：通過(guò)檢測物體形成的光的反射率和吸收率根據被投光的光線(xiàn)波長(cháng)和檢測物體的顏色組合而有所差異。利用這種性質(zhì)，可對檢測物體的顏色進(jìn)行檢測。⑦便于調整：在投射可視光的類(lèi)型中，投光光束是眼睛可見(jiàn)的，便于對檢測物體的位置進(jìn)行調整。

三、位移傳感器

主要特性參數：標稱(chēng)阻值：電位器上面所標示的阻值；重復精度：此參數越小越好；分辨率：位移傳感器所能反饋的小位移數值，此參數越小越好，導電塑料位移傳感器分辨率為無(wú)窮??；允許誤差：標稱(chēng)阻值與實(shí)際阻值的差值跟標稱(chēng)阻值之比的百分數稱(chēng)阻值偏差，它表示電位器的精度。允許誤差一般只要在±20%以?xún)染头弦?，因為一般位移傳感器是以分壓的方式?lái)使用,具體電阻的大小對傳感器的數據采集沒(méi)有影響；線(xiàn)性精度：直線(xiàn)性誤差.此參數越小越好；壽命：導電塑料位移傳感器都在200萬(wàn)次以上.

常用傳感器特性：

導電塑料位移傳感器：用特殊工藝將DAP（鄰苯二甲酸二稀丙脂）電阻漿料覆在絕緣機體上，加熱聚合成電阻膜，或將DAP電阻粉熱塑壓在絕緣基體的凹槽內形成的實(shí)心體作為電阻體。特點(diǎn)是：平滑性好、分辯力優(yōu)異耐磨性好、壽命長(cháng)、動(dòng)噪聲小、可靠性*、耐化學(xué)腐蝕。用于宇宙裝置、飛機雷達天線(xiàn)的伺服系統等。

繞線(xiàn)位移傳感器：是將康銅絲或鎳鉻合金絲作為電阻體，并把它繞在絕緣骨架上制成。繞線(xiàn)電位器特點(diǎn)是接觸電阻小，精度高，溫度系數小，其缺點(diǎn)是分辨力差，阻值偏低，高頻特性差。主要用作分壓器、變阻器、儀器中調零和工作點(diǎn)等。

金屬玻璃鈾位移傳感器：用絲網(wǎng)印刷法按照一定圖形，將金屬玻璃鈾電阻漿料涂覆在陶瓷基體上，經(jīng)高溫燒結而成。特點(diǎn)是：阻值范圍寬，耐熱性好，過(guò)載能力強，耐潮，耐磨等都很好，是很有前途的電位器品種，缺點(diǎn)是接觸電阻和電流噪聲大。

金屬膜位移傳感器:金屬膜電位器的電阻體可由合金膜、金屬氧化膜、金屬箔等分別組成。特點(diǎn)是分辨力高、耐高溫、溫度系數小、動(dòng)噪聲小、平滑性好。

磁敏式位移傳感器:消除了機械接觸，壽命長(cháng)、可靠性高，缺點(diǎn)：對工作環(huán)境要求較高.

光電式位移傳感器:消除了機械接觸，壽命長(cháng)、可靠性高，缺點(diǎn)：數字信號輸出,處理煩瑣.