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工業(yè)生產(chǎn)中常見的7種測量傳感器的工作原理及應(yīng)用
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,，現(xiàn)代化工業(yè)測量的要求越來越高,，傳感器是工業(yè)測量的核心和關(guān)鍵性的部件。傳感器（Sensor）是一種常見的卻又很重要的器件,，它是感受規(guī)定的被測量的各種量并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為有用信號的器件或裝置,。對于傳感器來說,，按照輸入的狀態(tài)，輸入可以分成靜態(tài)量和動態(tài)量,。我們可以根據(jù)在各個值的穩(wěn)定狀態(tài)下,，輸出量和輸入量的關(guān)系得到傳感器的靜態(tài)特性。我們在工業(yè)現(xiàn)場普遍在使用的諸如投入式液位計,，差壓式液位變送器,、電磁流量計等等都是由傳感器和變送器以及其他相關(guān)配套部件構(gòu)成的一個整體。我們在生產(chǎn)和生活中常見的傳感器主要有壓力傳感器,、電磁傳感器,、水質(zhì)傳感器、磁光效應(yīng)傳感器,、物理傳感器,、光電傳感器、仿生傳感器等七種,，其中壓力傳感器在我們工業(yè)現(xiàn)場常見的壓力變送器和差壓變送器,，投入式液位計中都有著廣泛的應(yīng)用，電磁傳感器典型的應(yīng)用產(chǎn)品就是電磁流量計,。
傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有線性度,、遲滯、重復(fù)性,、靈敏度和準(zhǔn)確度等,。傳感器的動態(tài)特性則指的是對于輸入量隨著時間變化的響應(yīng)特性。動態(tài)特性通常采用傳遞函數(shù)等自動控制的模型來描述,。通常,，傳感器接收到的信號都有微弱的低頻信號，外界的干擾有的時候的幅度能夠超過被測量的信號,，因此消除串入的噪聲就成為了一項關(guān)鍵的傳感器技術(shù),。下面就由小編帶大家認(rèn)識一下常用于生活中的七大傳感器。
1,、壓力傳感器：壓力傳感器是工業(yè)實踐中為常用的一種傳感器,，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的,，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。
我們知道,，晶體是各向異性的,，非晶體是各向同性的。某些晶體介質(zhì),，當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時,，就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力撤掉之后,，又會重新回到不帶電的狀態(tài),，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng),，這就是所謂的極化效應(yīng),。科學(xué)家就是根據(jù)這個效應(yīng)研制出了壓力傳感器,。
壓電效應(yīng)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)過外力作用后的電荷,，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存,。實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態(tài)的應(yīng)力,。
壓電傳感器主要應(yīng)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(jié)構(gòu)簡單,、體積小、重量輕,、使用壽命長等優(yōu)異的特點,。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車,、船舶,、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別壓電傳感器的外形是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位,。也可以用來測量發(fā)動機(jī)內(nèi)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)，例如用它來測量在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力,。
它既可以用來測量大的壓力,，也可以用來測量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測量中，比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的,，因為測量動態(tài)壓力是如此普遍,，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛,。除了壓電傳感器之外,，還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器，利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等,，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料,，在不同的場合能夠發(fā)揮它們*的用途。
2,、水質(zhì)PH傳感器：水質(zhì)PH傳感器,，通常由化學(xué)部分和信號傳輸部分構(gòu)成。用來檢測被測物中氫離子濃度并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸出信號的傳感器,。pH傳感器可以對大型反應(yīng)槽或制程管路中pH值測定,；耐高溫殺菌、CIP清洗,；電極長度有120,、150、220,、250,、450mm等多種選擇。美國sensorex公司水質(zhì)PH傳感器－ S290C用于多種場合的pH值測量,，比如：廢水污水場合pH值測量,，電鍍廢水場合pH值測量，高溫場合pH值測量,，發(fā)酵場合pH值測量,，高壓場合pH值測量等多種場合pH值的測量。
3,、電磁傳感器：磁傳感器是古老的傳感器,，指南針是磁傳感器的早的一種應(yīng)用。但是作為現(xiàn)代的傳感器,，為了便于信號處理,，需要磁傳感器能將磁信號轉(zhuǎn)化成為電信號輸出。應(yīng)用早的是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的磁電式的傳感器,。這種磁電式傳感器曾在工業(yè)控制領(lǐng)域作出了杰出的貢獻(xiàn),，但是到今天已經(jīng)被以高性能磁敏感材料為主的新型磁傳感器所替代。
在今天所用的電磁效應(yīng)的傳感器中,，磁旋轉(zhuǎn)傳感器是重要的一種,。磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要由半導(dǎo)體磁阻元件、磁鐵、固定器,、外殼等幾個部分組成,。典型結(jié)構(gòu)是將一對磁阻元件安裝在一個永磁體的刺激上，元件的輸入輸出端子接到固定器上,，然后安裝在金屬盒中,，再用工程塑料密封，形成密閉結(jié)構(gòu),，這個結(jié)構(gòu)就具有良好的可靠性,。磁旋轉(zhuǎn)傳感器有許多半導(dǎo)體磁阻元件*一款電磁傳感器的外形的優(yōu)點。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信號外,，而且有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)速檢測范圍,，這是由于電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。另外,，這種傳感器還能夠應(yīng)用在很大的溫度范圍中,，有很長的工作壽命、抗灰塵,、水和油污的能力強(qiáng),，因此耐受各種環(huán)境條件及外部噪聲。所以,，這種傳感器在工業(yè)應(yīng)用中受到廣泛的重視,。
磁旋轉(zhuǎn)傳感器在工廠自動化系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，因為這種傳感器有著令人滿意的特性,，同時不需要維護(hù),。其主要應(yīng)用在機(jī)床伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動檢測、工廠自動化的機(jī)器人臂的定位,、液壓沖程的檢測,、工廠自動化相關(guān)設(shè)備的位置檢測、旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測單元和各種旋轉(zhuǎn)的檢測單元等?，F(xiàn)代的磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要包括有四相傳感器和單相傳感器,。在工作過程中，四相差動旋轉(zhuǎn)傳感器用一對檢測單元實現(xiàn)差動檢測,，另一對實現(xiàn)倒差動檢測,。這樣，四相傳感器的檢測能力是單元件的四倍,。而二元件的單相旋轉(zhuǎn)傳感器也有自己的優(yōu)點,，也就是小巧可靠的特點，并且輸出信號大,，能檢測低速運動,，抗環(huán)境影響和抗噪聲能力強(qiáng),，成本低。因此單相傳感器也將有很好的市場,。
4,、磁光效應(yīng)傳感器：現(xiàn)代電測技術(shù)日趨成熟，由于具有精度高,、便于微機(jī)相連實現(xiàn)自動實時處理等優(yōu)點,，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電氣量和非電氣量的測量中。然而電測法容易受到干擾,，在交流測量時,，頻響不夠?qū)捈皩δ蛪骸⒔^緣方面有一定要求,，在激光技術(shù)迅速發(fā)展的今天，已經(jīng)能夠解決上述的問題,。
磁光效應(yīng)傳感器就是利用激光技術(shù)發(fā)展而成的高性能傳感器,。激光，是本世紀(jì)六十年代初迅速發(fā)展起來的又一新技術(shù),，它的出現(xiàn)標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入了一個新的階段,。由于以往普通光源單色度低，故很多重要的應(yīng)用受到限制,，而激光的出現(xiàn),，使無線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透,、相互補(bǔ)充?，F(xiàn)在，利用激光已經(jīng)制成了許多傳感器,，解決了許多以前不能解決的技術(shù)難題,，使它適用于煤礦、石油,、天然氣貯存等危險,、易燃的場所。
比如說用激光制成的光導(dǎo)纖維傳感器,，能測量原油噴射,、石油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實測地點,，不必電源供電,，這對于安全防爆措施要求很嚴(yán)格的石油化工設(shè)備群尤為適用，也可用來在大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實現(xiàn)光學(xué)方法的遙測化學(xué)技術(shù),。
在磁光效應(yīng)傳感器的使用中,，重要的是選擇磁光介質(zhì)和激光器，不同的器件在靈敏度、工作范圍方面都有不同的能力,。隨著近幾十年來的高性能激光器和新型的磁光介質(zhì)的出現(xiàn),，磁光效應(yīng)傳感器的性能越來越強(qiáng)，應(yīng)用也越來越廣泛,。磁光效應(yīng)傳感器做為一種特定用途的傳感器,，能夠在特定的環(huán)境中發(fā)揮自己的功能，也是一種非常重要的工業(yè)傳感器,。
5,、物理傳感器：物理傳感器是檢測物理量的傳感器。它是利用某些物理效應(yīng),，把被測量的物理量轉(zhuǎn)化成為便于處理的能量形式的信號的裝置,。其輸出的信號和輸入的信號有確定的關(guān)系。主要的物理傳感器有光電式傳感器,、壓電傳感器,、壓阻式傳感器、電磁式傳感器,、熱電式傳感器,、光導(dǎo)纖維傳感器等。作為例子,，讓我們看看比較常用的光電式傳感器,。這種傳感器把光信號轉(zhuǎn)換成為電信號，它直接檢測來自物體的輻射信息,，也可以轉(zhuǎn)換其他物理量成為光信號,。
其主要的原理是光電效應(yīng)：當(dāng)光照射到物質(zhì)上的時候，物質(zhì)上的電效應(yīng)發(fā)生改變,，這里的電效應(yīng)包括電子發(fā)射,、電導(dǎo)率和電位電流等。顯然,，能夠容易產(chǎn)生這樣效應(yīng)的器件成為光電式傳感器的主要部件,，比如說光敏電阻。這樣,，我們知道了光電傳感器的主要工作流程就是接受相應(yīng)的光的照射,，通過類似光敏電阻這樣的器件把光能轉(zhuǎn)化成為電能，然后通過放大和去噪聲的處理,，就得到了所需要的輸出的電信號,。這里的輸出電信號和原始的光信號有一定的關(guān)系，通常是接近線性的關(guān)系,，這樣計算原始的光信號就不是很復(fù)雜了,。其它的物理傳感器的原理都可以類比于光電式傳感器,。
6、光電傳感器：光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器,。,。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號,。光電傳感器一般由光源,、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。
光電傳感器一般由處理通路和處理元件2 部分組成,。其基本原理是以光電效應(yīng)為基礎(chǔ),，把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號,。光電效應(yīng)是指用光照射某一物體,，可以看作是一連串帶有一定能量為的光子轟擊在這個物體上，此時光子能量就傳遞給電子,，并且是一個光子的全部能量一次性地被一個電子所吸收,，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng),。
光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器，它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量,，如光強(qiáng),、光照度、輻射測溫,、氣體成分分析等,；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑,、表面粗糙度,、應(yīng)變、位移,、振動,、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(yīng)快,、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用,。新的光電器件不斷涌現(xiàn),，特別是CCD圖像傳感器的誕生,，為光電傳感器的進(jìn)一步應(yīng)用開創(chuàng)了新的一頁。
7,、仿生傳感器：仿生傳感器,，是一種采用新的檢測原理的新型傳感器，它采用固定化的細(xì)胞,、酶或者其他生物活性物質(zhì)與換能器相配合組成傳感器,。這種傳感器是近年來生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)、工程學(xué)相互滲透而發(fā)展起來的一種新型的信息技術(shù),。這種傳感器的特點是機(jī)能高,、壽命長。在仿生傳感器中,，比較常用的是生體模擬的傳感器,。
仿生傳感器按照使用的介質(zhì)可以分為：酶傳感器、微生物傳感器,、細(xì)胞器傳感器,、組織傳感器等。在圖中我們可以看到,，仿生傳感器和生物學(xué)理論的方方面面都有密切的聯(lián)系,，是生物學(xué)理論發(fā)展的直接成果。在生體模擬的傳感器中,，尿素傳感器是近開發(fā)出來的一種傳感器,。
目前，雖然已經(jīng)發(fā)展成功了許多仿生傳感器,，但仿生傳感器的穩(wěn)定性,、再現(xiàn)性和可批量生產(chǎn)性明顯不足，所以仿生傳感技術(shù)尚處于幼年期,，因此,，以后除繼續(xù)開發(fā)出新系列的仿生傳感器和完善現(xiàn)有的系列之外，生物活性膜的固定化技術(shù)和仿生傳感器的固態(tài)化值得進(jìn)一步研究,。