傳感器的原理及應用

                傳(chuan) 感器的原理及應用

核心提示：傳(chuan) 感器技術是測量技術、半導體(ti) 技術、計算機技術、信息處理技術、微電子學、光學、聲學、精密機 械、仿生學和材料科學等眾(zhong) 多學科相互交叉的綜合性和高新技術密集型前沿技術之一，是現代新技術革命和信息社會(hui) 的重要基礎，是自動檢測和自動控製技術不可缺 少的重要組成部分。目前，傳(chuan) 感器技術已成為(wei) 我國國民經濟*的支柱產(chan) 業(ye) 的一部分。傳(chuan) 感器在工業(ye) 部門的應用普及率己被社會(hui) 作為(wei) 衡量一個(ge) 智能化、 數字化、網絡化的重要標誌。

《傳(chuan) 感器檢測技術及應用》介紹了傳(chuan) 感器的基本知識、傳(chuan) 感器組成與(yu) 分類、傳(chuan) 感器的材料及特性、傳(chuan) 感器標定與(yu) 、傳(chuan) 感檢測技術的作用和發展，重點講解了位 移、力、視覺、觸覺、溫度、氣敏、濕度、光電、智能、生物、微波、超聲波、機器人等各種傳(chuan) 感器的工作原理與(yu) 應用方法，對傳(chuan) 感器檢測的輸出信號處理、傳(chuan) 感器 與(yu) 微機的接口、傳(chuan) 感器網絡進行了詳細敘述。書(shu) 中列舉(ju) 了傳(chuan) 感器在工農(nong) 業(ye) 生產(chan) 、科學研究、醫療衛生、家用電器等許多方麵的應用實例，特別是介紹了傳(chuan) 感器在機電 一體(ti) 化係統中的具體(ti) 應用。《傳(chuan) 感器檢測技術及應用》介根據工學結合課程的教學安排，還編寫(xie) 了與(yu) 內(nei) 容相關(guan) 的綜合實訓課題。《傳(chuan) 感器檢測技術及應用》介共10 個(ge) 項目，每個(ge) 項目前後均附有知識目標、能力目標及習(xi) 題。

《傳(chuan) 感器檢測技術及應用》介選材廣泛，圖文並茂，層次分明，條理清晰，結構合理，重點突出，深入淺出，通俗易懂，通過大量的傳(chuan) 感器實例分析和綜合實訓課題來幫助讀者理解傳(chuan) 感器的工作原理。

《傳(chuan) 感器檢測技術及應用》介深度適宜，實用性強，可作為(wei) 高職院校、大專(zhuan) 院校、成人高校及本科院校舉(ju) 辦的二級職業(ye) 技術學院和民辦高校機電一體(ti) 化、應用電子技 術、自動控製、儀(yi) 器儀(yi) 表測量、計算機應用、機械製造、數控加工、模具技術等專(zhuan) 業(ye) 的教學用書(shu) ，也可作為(wei) 相關(guan) 專(zhuan) 業(ye) 培訓教材或相關(guan) 工程技術人員的參考學習(xi) 用書(shu) 。

隨著這些係統能力的增強，作為(wei) 信息采集係統的前端單元，傳(chuan) 感器的作用越來越重要。傳(chuan) 感器已成為(wei) 自動化係統和機器人技術中的關(guan) 鍵部件，作為(wei) 係統中的一個(ge) 結構組成，其重要性變得越來越明顯。下麵為(wei) 大家介紹傳(chuan) 感器技術的相關(guan) 內(nei) 容。

傳(chuan) 感器技術

一、傳(chuan) 感器技術特性

(1)傳(chuan) 感器的動態性。動特性是指傳(chuan) 感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。動態特性輸入信號變化時，輸出信號隨時間變化而相應地變化，這個(ge) 過程稱為(wei) 響應。 傳(chuan) 感器的動態特性是指傳(chuan) 感器對隨時間變化的輸入量的響應特性。動態特性好的傳(chuan) 感器，當輸入信號是隨時間變化的動態信號時，傳(chuan) 感器能及時地跟蹤輸入信 號，按照輸入信號的變化規律輸出信號。當傳(chuan) 感器輸入信號的變化緩慢時，是容易跟蹤的，但隨著輸入信號的變化加快，傳(chuan) 感器的及時跟蹤會(hui) 逐漸下降。通常要 求傳(chuan) 感器不僅(jin) 能地顯示被測量的大小，而且還能複現被測量隨時間變化的規律，這也是傳(chuan) 感器的重要特性之一。

(2)傳(chuan) 感器的線性度。通常情況下，傳(chuan) 感器的實際靜態特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為(wei) 使儀(yi) 表具有均勻刻度的讀數，常用一條擬合直線近似地代表 實際的特性曲線、線性度(非線性誤差)就是這個(ge) 近似程度的一個(ge) 指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為(wei) 擬合直 線;或將與(yu) 特性曲線上各點偏差的平方和為(wei) zui小的理論直線作為(wei) 擬合直線，此擬合直線稱為(wei) zui小二乘法擬合直線。

(3)傳(chuan) 感器的靈敏度。靈敏度是指傳(chuan) 感器在穩態工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳(chuan) 感器的輸出和輸入 之間顯線性關(guan) 係，則靈敏度S是一個(ge) 常數。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳(chuan) 感器，在位移變化1mm 時，輸出電壓變化為(wei) 200mV,則其靈敏度應表示為(wei) 200mV/mm.當傳(chuan) 感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為(wei) 放大倍數。

(4)傳(chuan) 感器的穩定性。穩定性表示傳(chuan) 感器在一個(ge) 較長的時間內(nei) 保持其參數的能力。理想的情況是不論什麽(me) 時候，傳(chuan) 感器的特性參數都不隨時間變化。但實際 上，隨著時間的推移，大多數傳(chuan) 感器的特性會(hui) 發生改變。這是因為(wei) 敏感器件或構成傳(chuan) 感器的部件，其特性會(hui) 隨時間發生變化，從(cong) 而影響傳(chuan) 感器的穩定性。

(5)傳(chuan) 感器的分辨力。分辨力是指傳(chuan) 感器可能感受到的被測量的zui小變化的能力。也就是說，如果輸入量從(cong) 某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數值 時，傳(chuan) 感器的輸出不會(hui) 發生變化，即傳(chuan) 感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。隻有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會(hui) 發生變化。通常傳(chuan) 感器在滿量程範圍 內(nei) 各點的分辨力並不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chan) 生階躍變化的輸入量中的zui大變化值作為(wei) 衡量分辨力的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為(wei) 分辨率。

(6)傳(chuan) 感器的遲滯性。遲滯特性表征傳(chuan) 感器在正向(輸入量增大)和反向(輸入量減小)行程間輸出-輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩(liang) 條曲線之間的zui大差值△MAX與(yu) 滿量程輸出F·S的百分比表示。遲滯可由傳(chuan) 感器內(nei) 部元件存在能量的吸收造成。

(7)傳(chuan) 感器的重複性。重複性是指傳(chuan) 感器在輸入量按同一方向作全量程連續多次變動時所得特性曲線不一致的程度。各條特性曲線越靠近，說明重複性越好，隨機誤差就越小。

傳(chuan) 感器技術

二、傳(chuan) 感器技術參數

(1)額定載荷：傳(chuan) 感器的額定載荷是指在設計此傳(chuan) 感器時，在規定技術指標範圍內(nei) 能夠丈量的zui大軸向負荷。但實際使用時，一般隻用額定量程的2/3~1/3。

(2)答應使用負荷(或稱過載)：傳(chuan) 感器答應施加的zui大軸向負荷。答應在一定範圍內(nei) 超負荷工作。一般為(wei) 120%~150%。

(3)極限負荷(或稱極限過載)：傳(chuan) 感器能承受的不使其喪(sang) 失工作能力的zui大軸向負荷。意即當工作超過此值時，傳(chuan) 感器將會(hui) 受到損壞。

(4)靈敏度：輸出增量與(yu) 所加的負荷增量之比。通常每輸進1V電壓時額定輸出的mV。本公司產(chan) 品與(yu) 其它公司產(chan) 品配套時，其靈敏係數必須一致。

(5)非線性：這是表征此傳(chuan) 感器輸出的電壓信號與(yu) 負荷之間對應關(guan) 係的程度的參數。

(6)重複性：重複性表征傳(chuan) 感器在同一負荷在同樣條件下反複施加時，其輸出值是否能重複一致，這項特性重要，能反映傳(chuan) 感器的。對重複性的誤差 的表述：重複性誤差可與(yu) 非線性同時測定。傳(chuan) 感器的重複性誤差(R)按下式計算：R=ΔθR/θn×100%。ΔθR--同一試驗點上3次丈量的實際輸出信 號值之間的zui大差值(mv)。

(7)滯後：滯後的通俗意思是：逐級施加負荷再依次卸下負荷時，對應每一級負荷，理想情況下應有一樣的讀數，但事實上下一致，這不一致的程度用滯後誤差這 一指標來表示。中是這樣來計算滯後誤差的：傳(chuan) 感器的滯後誤差(H)按下式計算：H=ΔθH/θn×100%。ΔθH--同一試驗點上3次行程實際輸出 信號值的算術均勻與(yu) 3次上行程實際輸出信號值的算術均勻之間的zui大差值(mv)。

(8)蠕變和蠕變恢複：要求從(cong) 兩(liang) 個(ge) 方麵檢驗傳(chuan) 感器的蠕變誤差：其一是蠕變：在5-10秒時間無衝(chong) 擊地加上額定負荷，在加荷後5~10秒讀數，然後在30分 鍾內(nei) 按一定的時間間隔依次記下輸出值。傳(chuan) 感器蠕變(CP)按下式計算：CP=θ2-θ3/θn×100%。其二是蠕變恢複：盡快往掉額定負荷(在5~10 秒時間內(nei) )，卸荷後在5~10秒內(nei) 立即讀數，然後在30分鍾內(nei) 按一定的時間間隔依次記下輸出值。傳(chuan) 感器的蠕變恢複(CR)按下式計算：CR=θ5- θ6/θn×100%。

(9)答應使用溫度：規定了此傳(chuan) 感器能適用的場合。例常溫傳(chuan) 感器一般標注為(wei) ：-20℃---+70℃。高溫傳(chuan) 感器標注為(wei) ：-40℃---250℃。

(10)溫度補償(chang) 範圍：說明此傳(chuan) 感器在生產(chan) 時已在這樣的溫度範圍內(nei) 進行了補償(chang) 。例常溫傳(chuan) 感器一般標注為(wei) -10℃-+55℃。

(11)零點溫度影響(俗稱零點溫漂)：表征此傳(chuan) 感器在環境溫度變化時它的零點的穩定性。一般以每10℃範圍內(nei) 產(chan) 生的漂移為(wei) 計量單位。

(12)輸出靈敏係數的溫度影響(俗稱係數溫漂)：此參數表征此傳(chuan) 感器在環境溫度變化時輸出靈敏度的穩定性。一般以每10℃範圍內(nei) 產(chan) 生的漂移為(wei) 計量單位。

(13)輸出阻抗：本公司傳(chuan) 感器與(yu) 其它廠感器並聯使用時，必須弄清該公司產(chan) 品的輸出阻抗，此值必須與(yu) 其一致，否則它會(hui) 直接影響電子秤的輸出特征和四角誤差的調試。

(14)輸進阻抗：由於(yu) 傳(chuan) 感器的輸進端彈模補償(chang) 電阻和靈敏係數調整電阻，所以傳(chuan) 感器的輸進電阻都大於(yu) 輸出電阻，但可通過並聯電阻方法使其變化。要求各傳(chuan) 感 器的輸進阻抗一致，若與(yu) 其它廠家的傳(chuan) 感器匹配。則應使輸進阻抗與(yu) 其一致，否則在調試四角誤差時會(hui) 增加工時，由於(yu) 傳(chuan) 感器的輸進阻抗對穩壓電源而言是一個(ge) 負 載，隻有負載一樣，同一穩壓電源才會(hui) 提供一樣的電源電壓。

(15)盡緣阻抗：盡緣阻抗相當於(yu) 傳(chuan) 感器橋路與(yu) 地之間串了一個(ge) 阻值與(yu) 其相當的的電阻，盡緣電阻的大小會(hui) 影響傳(chuan) 感器的各項。而當盡緣阻抗低於(yu) 某一個(ge) 值時，電橋將無法正常工作。

(16)推薦激勵電壓：一般為(wei) 5~10伏。因一般稱重儀(yi) 表內(nei) 配的穩壓電源為(wei) 5或10伏。

(17)答應zui大激勵電壓：為(wei) 了進步輸出信號，在某些情況下(例如大皮重)要求利用加大激勵電壓來獲得較大的信號。

(18)電纜長度：它與(yu) 現場布局有關(guan) ，定貨前必須看清楚公司產(chan) 品的常規電纜長度。另外，留意環境是否有腐蝕性、是否有衝(chong) 擊情況、是否高溫或低溫。

(19)密封防護等級IP67：防浸水影響，以規定的壓力和時間浸進水中不受影響。灌膠保護的傳(chuan) 感器可達到IP67。除可防油、防水外，還可防一般的腐蝕性氣體(ti) ，腐蝕性介質。