传感器概述:传感器概述(Sensors Overview)

2021/11/07 21:35 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器概述:传感器概述(Sensors Overview)已关闭评论
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传感器概述:传感器概述(SensorsOverview)传感器概述(SensorsOverview)大多数的Android设备都有内置的测量运动、方向、和各种环境条件的传感器。这些传感器具有提供高精度和准确度的原始数据的能力,可用于监

传感器概述:传感器概述(Sensors Overview)  第1张

传感器概述:传感器概述(Sensors Overview)

传感器概述(Sensors Overview)

大多数的Android设备都有内置的测量运动、方向、和各种环境条件的传感器。这些传感器具有提供高精度和准确度的原始数据的能力,可用于监视设备在三维方向的移动和位置、或者监视设备周围环境的变化。例如,一个游戏可能要从重力传感器中读取轨迹,以便推断出复杂的用户手势和意图,如倾斜、振动、旋转或摆动等。同样,有关天气的应用程序可能要使用设备的温度传感器和湿度传感器来计算并报告露点;有关旅行的应用程序可能要使用地磁场传感器和加速度传感器来报告罗盘方位。
Android平台支持三种宽泛类别的传感器:
运动传感器
这些传感器沿着三轴方向来测量加速度和扭力。这种类型传感器包括加速度传感器、重力传感器、陀螺仪和选择矢量传感器。环境传感器
这些传感器测量各种环境参数,如周围空气的温度和压力、照度和湿度等。这种类型传感器包括气压计、光度计、和温度计等。位置传感器
这些传感器用于测量设备的物理位置。这种类型传感器包括方向传感器和磁力计等。
你能够访问这些设备上有效的传感器,并能通过使用Android传感器框架来获取原始的传感器数据。该传感器框架提供了几个类和接口来帮助你执行各种传感器相关的任务。例如:使用传感器来做以下事情:
判断设备上有哪些传感器可用;判断个别传感器的能力,如它们的最大范围、制造商、电力需求和辨识率;获取原始传感器数据,并定义获取传感器数据的最小比率;注册和解除注册用于监听传感器变化的事件监听器。传感器介绍
Android传感器框架能够让你访问多种类型的传感器。其中某些传感器是基于硬件的,有些传感器是基于软件的。基于硬件的传感器是内置与手持或平板设备中的物理组件。它们通过直接测量特定的环境属性来获取数据,如加速度、磁场强或角度的变化等。基于软件的传感器不是物理设备,尽管它们模拟基于硬件的传感器。基于软件的传感器从一个或多个有时被叫做虚拟传感器或合成传感器的基于硬件的传感器来获取数据。线性加速度传感器和重力传感器是基于硬件的传感器的实例。表1概要的介绍了Android平台所支持的传感器。
很少有Android设备支持所有类型的传感器。例如,大多数手持设备和平板设备都有一个加速仪和一个磁力仪,但是很少有气压计和温度计的设备。一个设备上也能够有多个同一给定类型的传感器。例如,一个有设备能够有两个重力传感器,每个都有不同测量范围。
表1.Android平台所支持的传感器类型

传感器

类型

描述

常用

TYPE_ACCELEROMETER

硬件

测量设备三个方向(x,y和z)的加速度, 单位是m/s2(米每秒平方). 包括重力.

运动检测(晃动, 倾斜等)

TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE

硬件

测量室内环境温度. 单位是摄氏度.

监测空气温度.

TYPE_GRAVITY

软件或者硬件

测量重力加速度, 单位m/s2.

运动检测(晃动, 倾斜等)

TYPE_GYROSCOPE

硬件

测量设备的旋转速度, 单位是rad/s. 测量三个物理轴.

旋转检测.

TYPE_LIGHT

硬件

测量环境光照等级, 单位lx.

控制屏幕亮度.

TYPE_LINEAR_ACCELERATION

软件或者硬件

测量一个设备上的三个物理轴的加速度, 不包括重力.

监测单个轴线的加速度.

TYPE_MAGNETIC_FIELD

硬件

测量三个物理轴的磁场, 单位是μT

创建一个指南针.

TYPE_ORIENTATION

软件

测量一个设备所有三个物理轴的旋转度数.

确定设备位置.

TYPE_PRESSURE

硬件

测量环境空气压力, 单位是hPa或者mbar.

检测气压改变.

TYPE_PROXIMITY

硬件

测量一个物体与设备屏幕的距离, 单位是cm. 通常用来确定电话是否靠近人耳朵.

打电话的时候电话的位置.

TYPE_RELATIVE_HUMIDITY

硬件

测量相对湿度, 单位是百分比.

监测绝对和相对湿度.

TYPE_ROTATION_VECTOR

软件或者硬件

通过旋转矢量的三个元素测量设备的方向.

运动检测和旋转检测.

TYPE_TEMPERATURE

硬件

测量设备温度, 单位是摄氏度. 不同设备间该传感器实现不同. 在API 14中, 该传感器被TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE代替.

监测温度.

传感器框架
通过使用Android框架,你能够访问这些传感器,并获取原始的传感器数据。传感器框架是android.hardware包的一部分,并且包括以下类和接口:
SensorManager
使用这个类来创建一个传感器服务的实例。这个类提供了各种用于访问和监听传感器的方法,它还提供了几个传感器常量,用于报告传感器的精度、设置数据获取的速率以及校准传感器等。Sensor
使用这个类来创建一个特殊传感器的实例。它提供了判断传感器能力的各种方法。
SensorEvent
系统使用这个类来创建一个传感器事件对象,他提供了相关传感器事件的信息。一个传感器事件对象包含以下信息:
原始传感器数据;产生事件的传感器的类型;数据的精度;事件的时间戳。SensorEventListener
使用这个接口来创建两个回调方法,这两个方法在传感器值变化时或精度变化时,接收通知(传感器事件)。
在典型的应用程序中,你使用传感器相关的API来执行两项基本任务:
识别传感器及传感器能力
在运行时识别传感器和传感器能力,对于判断你的应用程序是否有功能依赖特殊的传感器类型和能力是有益的。例如,你可能想要识别当前设备上的所有传感器,并且要禁用所有的依赖传感器所不具备的能力的功能。同样,你可能想要识别所有的给定类型的传感器,以便你能够选择适合你的应用程序需要的传感器。监视传感器事件
监视传感器事件是获取原始传感器数据的方式。传感器事件是在每次检测到它的测量参数发生变化时发生。传感器事件提供了4种信息:
传感器的可用性
传感器的可用性不但在不同硬件之间有变化,而且不同的Android版本之间也可能有变化。这是因为Android传感器的引入需要有几个平台Release的过程。例如,某些传感器在Android1.5(API Level 3)中被引入,但有些并没有被实现,直到Android2.3(API Level 9)时才可用。同样,一些在Android2.3(API Level 9)和Android4.0(API Level 14)被引入的传感器,其中有两个已经被弃用,并用更新、更好的传感器来替代。
表2概要的说明了每个传感器在各个基本平台上的可用性。这里只列出了4个平台,因为它们是涉及到传感器变化的平台。列出的那些被弃用的传感器,依然在后续的平台上有效(在提供该传感器的设备上),这是Android的向后兼容性策略。
表2.传感器的平台可用性

传感器

Android 4.0

Android 2.3

Android 2.2

Android 1.5

TYPE_ACCELEROMETER

Yes

Yes

Yes

Yes

TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE

Yes

n/a

n/a

n/a

TYPE_GRAVITY

Yes

Yes

n/a

n/a

TYPE_GYROSCOPE

Yes

Yes

n/a1

n/a1

TYPE_LIGHT

Yes

Yes

Yes

Yes

TYPE_LINEAR_ACCELERATION

Yes

Yes

n/a

n/a

TYPE_MAGNETIC_FIELD

Yes

Yes

Yes

Yes

TYPE_ORIENTATION

Yes2

Yes2

Yes2

Yes

TYPE_PRESSURE

Yes

Yes

n/a1

n/a1

TYPE_PROXIMITY

Yes

Yes

Yes

Yes

TYPE_RELATIVE_HUMIDITY

Yes

n/a

n/a

n/a

TYPE_ROTATION_VECTOR

Yes

Yes

n/a

n/a

TYPE_TEMPERATURE

Yes2

Yes

Yes

Yes

这种传感器类型在Android1.5(API Level3)中被添加,但知道Android2.3(API Level 9)以后才可以使用;
这种传感器是有效的,但已经被弃用了。
识别传感器和传感器能力
Android传感器框架提供了几个方法,这些方法让你在运行时能够容易判断设备上的传感器。API还提供了几个让你判断每个传感器能力的方法,如最大范围、识别率、功率需求等。
要识别设备上的传感器,首先需要获得一个引用传感器服务。通过调用getSystemService()方法并给它传递SENSOR_SERVICE参数来创建一个SensorManager类的实例,可以获得一个传感器服务。例如:
接下来,调用带有TYPE_ALL常量的getSensorList()方法能够获得设备上的所有传感器列表。例如:
如果想要列出给定类型的传感器,你能够使用另外的常量来代替TYPE_ALL,如TYPE_GYROSCOPE、TYPE_LINEAR_ACCELERATION或TYPE_GRAVITY。
通过使用getDefaultSensor方法,你也能够判断设备上是否存在指定类型的传感器。如果设备上有多个给定类型的传感器,就要保证有一个必须是默认的传感器。如果给定的传感器类型不存在默认的传感器,该方法调用会返回null,这就意味着设备上没有这种类型的传感器。例如,以下代码检查设备上是否存在磁力计:
注意:Android不要求制造商在他们的Android设备中内容任何特殊类型的传感器,因此设备能够有广泛的传感器配置。
除了列出设备上的传感器,你能够使用Sensor类的Public方法来判断个别传感器的能力和属性。如果想要你的应用程序有别于基本传感器或设备上可用传感器的行为,这是非常有用的。例如,使用getResolution和getMaximumRange()方法来获取传感器的识别率和最大的测量范围,也能够使用getPower方法来获取传感器器的功率需求。
如果你想要对不同制造商的传感器或不同版本的传感器来优化你应用程序,有两个public方法是特别有用的。例如,如果你的应用程序需要监视用户诸如摆动和振动这样的手势,你能够创建一组针对有比较新的矢量重力传感器的设备数据优化过滤规则,和另一组针对没有重力传感器且只有加速度传感器的设备数据优化过滤规则。下列代码示例演示了如何使用getVendor()和getVersion()方法来做这件事。在这个示例中,我们查找Google Inc中列出的有版本数字3的重力传感器。如果设备上不存在该传感器,我们试着使用加速度传感器。
另一个有用的方法是getMinDelay(),它返回传感器感知数据的最小时间间隔(以毫秒为单位)。getMinDelay()方法返回非零值的传感器是流传感器。流传感器定期的感知数据,并在Android2.3(API Level 9)被引入。如果调用getMinDelay()方法时返回0,这意味着传感器不是流传感器,因为它只在变化的时候报告它感知到的数据。
getMinDelay()方法有用是因为它会让你判断传感器能够获取数据的最大的频率。如果在你的应用程序中某个功能需要高精度频率或流传感器,就能够使用这个方法来判断一个传感器是否满足这些要求,然后在你的应用程序中启用或禁止相关功能。
警告:传感器最大的数据采集频率不一定是传感器框架把传感器数据发送给你的应用程序的频率。传感器框架通过传感器事件来报告数据,并且有几个因素会影响应用程序接收传感器事件的频率。
监视传感器事件
要监视原始的传感器数据,你需要实现两个通过SensorEventListener接口暴露的回调方法:onAccuracyChanged()和onSensorChanged()。Android系统在任何发生下列事情的时候都会调用这两个方法:
传感器精度的改变:
这种情况中,系统会调用onAccuracyChanged()方法,它提供了你要引用的发生精度变化的Sensor对象。精度使用以下四个状态常量之一来代表的:
传感器报告新的值:
这种情况中,系统会调用onSensorChanged()方法,它提供了一个SensorEvent对象。SensorEvent对象包含了有关新的传感器数据的信息,包括:数据的精度、产生数据的传感器、产生数据时的时间戳、以及传感器记录的新的数据。
在这个例子中,在调用registerListener()方法时,指定了默认的数据延迟(SENSOR_DELAY_NORMAL)。数据延迟(或采样率)控制着传感器事件通过onSensorChanged()回调方法发送给你的应用程序的时间间隔。默认的数据延迟适用于监视典型的屏幕方向的变化,它所使用的时间延迟是200,000毫秒。你能够指定其他的数据延迟类型,如SENSOR_DELAY_GAME(20,000毫秒延迟)、SENSOR_DELAY_UI(60,000毫秒延迟)、或者是SENSOR_DELAY_FASTEST(0毫秒延迟)。Android3.0(API Level 11)以后,你也能够使用一个绝对值(以毫秒的形式)来指定延迟。
你所指定的延迟只是建议性的延迟。Android系统和其他应用程序都能够修改这个延迟。作为最好的实践,你应该指定你所需要的最大延迟,因为系统通常会使用比你指定的要小的延迟(也就是说,你应该选择你的应用所需要的最低的采样率)。使用较大的延迟会降低处理器的负载,同时也因此降低了电量的损耗。
有没有公开的方法用于判断传感器框架把传感器事件发送给你的应用程序的频率;但是,你能够使用前后两个传感器事件的时间戳来计算采样率。一旦你设置了采样率(延迟)就不要改变。如果因为某些原因需要改变,那么就必须先注销然后在重新注册传感器监听器。
在这个例子中还要重点关注的是:使用onResume()和onPause()回调方法来注册和注销传感器监听事件。作为最好的实践,你始终应该在不需要的时候禁用传感器,尤其是在Activity被挂起的时候。如果不这样做,因为有些传感器有很大的电量需求,因此会很快的消耗掉电池电量。在屏幕关闭的时候,系统不会自动的禁用传感器。
处理不同的传感器器配置
Android不给设备指定标准的传感器配置,这就意味着制造商能够把任何他们想要的传感器配置包含到他们的Android设备中。因此,设备能够包含配置广泛的各种传感器。例如,摩托罗拉的Xoom有一个压力传感器,但是三星的Nexus S却没有。同样Xoom和Nexus S都有陀螺仪,但是HTC的Nexus One却没有。如果你的应用程序依赖特殊类型的传感器,就必须确保传感器存在于设备上,以保证你的应用程序能够成功的运行。有两种方法来确定给定的传感器是否存在于设备上:
在运行时检测传感器,并根据检测结果来启用或禁用应用程序相关的功能;使用Google Play来过滤目标设备上是否有指定的传感器配置。在运行时检测传感器
如果你的应用程序使用的是一种特殊的传感器类型,但是不想依赖它,你能够使用传感器框架在运行时来检测该传感器,然后决定禁止或启用应用程序对应的功能。例如,一个导航应用程序可能要使用温度传感器、压力传感器、GPS传感器和地磁场传感器来显示温度、气压、位置和罗盘方位。如果设备没有压力传感器,你能够使用传感器框架在运行时来检测压力传感器的存在性,然后禁用显示压力的应用程序的UI部分。例如,下列代码用来检查设备上是否有压力传感器:
使用Google Play来过滤目标指定的传感器配置
如果你要把应用程序发布到Google Play上,那么在你的应用程序清单文件中能够使用元素来过滤那些没有相应传感器配置的设备。元素有几个硬件描述符,它们会让你基于指定传感器的存在性来过滤应用程序。你能够列出的传感器包括:加速度度、气压、罗盘(地磁场)、陀螺仪、亮度以及距离。下例应用程序清单,会阻止应用程序安装到没有加速度传感器的设备上:
如果你把这个元素添加到应用程序的清单中,在Google Play上,用户只会在有加速度传感器的设备看到你的应用程序。
如果你的应用程序完全依赖一种特定的传感器,那么就应该把描述设置成:android:required=”true”。如果你的应用程序只有某些功能使用该传感器,而在没有传感器时还要依然运行,你应该在元素中列出该传感器,但要把描述符设置为:android:required=”false”。这样有助于即使在没有指定传感器的设备上也能安装你的应用程序。这也是项目管理的最佳实践,它有助于你跟踪应用程序功能的使用情况。要记住,如果你的应用程序使用一种特殊的传感器,但在没有传感器时还要依然运行,那么应该在运行时检测传感器,并根据检测的结果来禁止或启用应用程序相应的功能。
传感器的坐标系统
通常情况,传感器框架使用标准的3轴坐标系统来表达数据值。对于大多数传感器,坐标系统是相对与设备被保持在默认方向时的设备的屏幕来定义的(如图1)。当设备被保持在默认方向时,X轴是水平向右、Y轴是垂直向上、Z轴是指向屏幕面板的外部。在这个系统中,背对着屏幕的Z轴坐标是负值。该坐标系统被下列传感器使用:
加速度传感器重力传感器陀螺仪线性加速传感器磁力仪
要理解的最重要的一点是,在设备屏幕的方向发生变化时,坐标系统的各坐标轴不会发生变化,也就是说传感器的坐标系统不会因设备的移动而改变。这种行为与OpenGL坐标系统的行为相同。
另外要理解的一点是,应用程序不要假设设备的自然(默认)方向是纵向的。对于很多平板设备的自然方向是横向的。传感器坐标系统总基于设备的自然方向。
最后,如果你的应用程序要把传感器的数据跟屏幕上的显示相匹配,那么就要使用getRotation()方法来判断屏幕的旋转性,然后使用remapCoordinateSystem()方法把传感器坐标映射到屏幕的坐标上。即使在你的清单中指定了只是纵向显示,你也要这么做。
注意:有些传感器和方法使用的坐标系统是相对与全球参照系(不是设备参照系)。这些传感器和方法返回的数据是相对与地球的设备运动或设备位置。
访问和使用传感器的最佳实践
在你设计你的传感器实现时,要确保遵循以下讨论指南。这些指南是被推荐的使用传感器框架访问传感器和获取传感器数据的最佳实践。
注销传感器监听器
在使用完成传感器或传感器的Activity被挂起时,要确保注销传感器的监听器。如果被注册的传感器监听器和它的Activity被挂起,那么传感器还会继续获取数据,并消耗电池资源直到注销传感器。下列代码显示如何使用onPause()方法来注销监听器:
不要在模拟器上测试
因为模拟器不能够模拟传感器,所以目前还不能在模拟器上测试传感器代码。你必须在物理设备上测试你的传感器代码。但是传感器模拟器能够模拟传感器的输出。
不要阻塞onSensorChanged()方法
传感器数据能够高频率的变化,这意味着系统会非常频繁的调用onSensorChanged(SensorEvent)方法。作为最佳实践,在onSensorChanged(SensorEvent)方法中应该尽可能的少做事,以便不阻塞这个方法。如果应用程序需要进行数据过滤或减少传感器数据,应该在onSensorChanged(SensorEvent)方法外来执行。
避免使用废弃的方法或传感器类型
有几个方法和常量已经被废弃,尤其是TYPE_ORIENTATION传感器类型已经被废弃。应该使用getOrientation()方法来获取方向数据。同样,TYPE_TEMPERATURE传感器类型也已经被废弃了。在运行Android4.0的设备上应用使用TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE传感器类型来替代。
在使用之前要确认传感器
在尝试从传感器上获取数据之前,要始终确认你所使用的传感器在设备上是否存在。不能因为是经常使用的传感器就简单的假设传感器是存在的。不要求设备制造商在他们的设备上提供任何特定的传感器。
仔细选择传感器的延迟
用registerListener()方法注册传感器时,一定要选择一个适应应用程序或应用场景的发送频率。传感器能够以很高的频率来提供数据。允许系统在不浪费系统资源和不使用电池供电的情况下发送额外的数据。
传感器概述:传感器概述(Sensors Overview)  第2张

传感器概述:压力传感器

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压力传感器
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压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号,并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型,压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。
中文名
压力传感器
外文名
Pressure Transducer
输出信号
4-20ma、0-10V等
供 电
24VDC
材 质
316L
目录
1
重载型
2
分类
3
接线方法
4
工作原理
5
无法避免误差
6
安装问题
7
常用术语
8
应用领域
9
性能参数
10
防腐技巧
11
趋势
12
原则
13
原理应用
?
种类
?
认识
14
作业方式
?
关键作用
?
内部结构
?
基本原理
?
应用
15
保护
16
分类
?
压电式
?
扩散硅式
?
蓝宝石式
17
压电传感器
18
故障与检测
?
常见故障
?
零点漂移
?
故障检测
19
注意事项
20
选用使用方法
压力传感器重载型
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语音
重载压力传感器是传感器中一种,但是我们很少听说这种压力传感器,它通常被用于交通运输应用中,通过监测气动、轻载液压、制动压力、机油压力、传动装置、以及卡车/拖车的气闸等关键系统的压力、液力、流量及液位来维持重载设备的性能。重载压力传感器是一种具有外壳、金属压力接口以及高电平信号输出的压力测量装置。许多传感器配有圆形金属或塑料外壳,外观呈筒状,一端是压力接口,另一端是电缆或连接器。这类重载压力传感器常用于极端温度及电磁干扰环境。工业及交通运输领域的客户在控制系统中使用压力传感器,可实现对冷却液或润滑油等流体的压力测量和监控。同时,它还能够及时检测压力尖峰反馈,发现系统阻塞等问题,从而即时找到解决方案。重载压力传感器一直在发展,重载压力传感器为了能够用于更加复杂的控制系统,设计工程师必需提高传感器精度同时需要降低成本便于实际应用等要求。
压力传感器分类
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语音
多传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样,将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理,最终产生对观测环境的一致性解释。在这个过程中要充分地利用多源数据进行合理支配与使用,而信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息,通过对信息多级别、多方面组合导出更多有用信息。这不仅是利用了多个传感器相互协同操作的优势,而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化。压力传感器是使用最为广泛的一种传感器。传统的压力传感器以机械结构型的器件为主,以弹性元件的形变指示压力,但这种结构尺寸大、质量重,不能提供电学输出。随着半导体技术的发展,半导体压力传感器也应运而生。其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好。特别是随着MEMS技术的发展,半导体传感器向着微型化发展,而且其功耗小、可靠性高。扩散硅压力变送器扩散硅压力变送器是把带隔离的硅压阻式压力敏感元件封装于不锈钢壳体内制作而成。它能将感受到的液体或气体压力转换成标准的电信号对外输出,DATA-52系列扩散硅压力变送器广泛应用于供/排水、热力、石油、化工、冶金等工业过程现场测量和控制。
压力传感器
扩散硅压力变送器
性能指标:测量介质:液体或气体(对不锈钢壳体无腐蚀)量程:0-10MPa精度等级:0.1%FS、0.5%FS(可选)稳定性能:±0.05%FS/年;±0.1%FS/年输出信号:RS485、4~20mA(可选)过载能力:150%FS零点温度系数:±0.01%FS/℃满度温度系数:±0.02%FS/℃防护等级:IP68环境温度:-10℃~80℃存储温度:-40℃~85℃供电电源:9V~36V DC;结构材料:外壳:不锈钢1Cr18Ni9Ti密封圈:氟橡胶膜片:不锈钢316L电缆:φ7.2mm聚氨酯专用电缆半导体压电阻型半导体压电阻抗扩散压力传感器是在薄片表面形成半导体变形压力,通过外力(压力)使薄片变形而产生压电阻抗效果,从而使阻抗的变化转换成电信号。静电容量型静电容量型压力传感器,是将玻璃的固定极和硅的可动极相对而形成电容,将通过外力(压力)使可动极变形所产生的静电容量的变化转换成电气信号。 (E8Y的动作原理便是静电容量方式,其他机种采用半导体方式)。
压力传感器接线方法
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语音
传感器的接线一向是客户采购过程咨询得最多的问题之一,很多客户都不知道传感器如何连线,其实各种传感器的接线方式基本都是一样的,压力传感器一般有两线制、三线制、四线制,有的还有五线制的。压力传感器两线制比较简单,一般客户都知道怎么接线,一根线连接电源正极,另一个线也就是信号线经过仪器连接到电源负极,这种是最简单的,压力传感器三线制是在两线制基础上加了一个线,这根线直接连接到电源的负极,较两线制麻烦一点。四线制压力传感器肯定是两个电源输入端,另外两个是信号输出端。四线制的多半是电压输出而不是4~20mA输出,4~20mA的叫压力变送器,多数做成两线制的。压力传感器的信号输出有些是没有经过放大的,满量程输出只有几十毫伏,而有些压力传感器在内部有放大电路,满量程输出为0~2V。至于怎么接到显示仪表,要看仪表的量程是多大,如果有和输出信号相适应的档位,就可以直接测量,否则要加信号调整电路。五线制压力传感器与四线制相差不大,市面上五线制的传感器也比较少。
[1]
螺纹类型压力传感器的螺纹有很多种,常见的有NPT、PT、G、M,都是管螺纹。NPT 是 National (American) Pipe Thread 的缩写,属於美国压力传感器标准的 60 度锥管螺纹,用于北美地区.国家标准可查阅 GB/T-1991PT 是 Pipe Thread 的缩写,是 55 度密封圆锥管螺纹,属惠氏压力传感器螺纹家族,多用於欧洲及英联邦国家.常用於水及煤气管行业,锥度规定为 1:16。国家标准可查阅 GB/T7306-2000G 是 55 度非螺纹密封管螺纹,属惠氏压力传感器螺纹家族.标记为 G 代表圆柱螺纹。国家标准可查阅 GB/T7307-2001M 是公制普通螺纹,如M20*1.5表示直径为20mm,螺距为1.5,如客户无特殊要求,压力传感器一般为M20*1.5螺纹。另外螺纹中的1/4、1/2、1/8 标记是指螺纹尺寸的直径,单位是英寸。行内人通常用分来称呼螺纹尺寸,一寸等于8分,1/4 寸就是2分,如此类推。G 好像就是管螺纹的统称(Guan),55、60度的划分属于功能性的,俗称管圆。螺纹由一圆柱面加工而成。ZG俗称管锥,即螺纹由一圆锥面加工而成,一般的水管压力接头都是这样的,老国标标注为Rc公制螺纹用螺距来表示,美英制螺纹用每英寸内的螺纹牙数来表示,这是压力传感器螺纹最大的区别,公制螺纹是60度等边牙型,英制螺纹是等腰55度牙型,美制螺纹60度。公制螺纹用公制单位,美英制螺纹用英制单位。管螺纹主要用来进行压力管道的连接,其内外螺纹的配合紧密,压力传感器管螺纹有直管与锥管两种。公称直径是指所连接的压力管道直径,显然螺纹大径比公称直径大。 1/4,1/2,1/8是英制螺纹的公称直径,单位是英寸。
压力传感器工作原理
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语音
1、压阻式压力传感器电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。2、陶瓷压力传感器陶瓷压力传感器基于压阻效应,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥,由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0/3.0/3.3mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。3、扩散硅压力传感器:
扩散硅压力传感器
扩散硅压力传感器工作原理也是基于压阻效应,利用压阻效应原理,被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,利用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。4、蓝宝石压力传感器:利用应变电阻式工作原理,采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件,具有无与伦比的计量特性。因此,利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性强;另外,硅-蓝宝石半导体敏感元件,无p-n漂移。5、压电式压力传感器:
压力传感器
压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。
压力传感器无法避免误差
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语音
在选择压力传感器的时候我们要考虑他的综合精度,而压力传感器的精度受哪些方面的影响呢?其实造成传感器误差的因素有很多,下面我们注意说四个无法避免的误差,这是传感器的初始误差。首先的偏移量误差:由于压力传感器在整个压力范围内垂直偏移保持恒定,因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。其次是灵敏度误差:产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值,灵敏度误差将是压力的递增函数。如果灵敏度低于典型值,那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。第三是线性误差:这是一个对压力传感器初始误差影响较小的因素,该误差的产生原因在于硅片的物理非线性,但对于带放大器的传感器,还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线,也可以是凸形曲线称重传感器。最后是滞后误差:在大多数情形中,压力传感器的滞后误差完全可以忽略不计,因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。
压力传感器
压力传感器的这个四个误差是无法避免的,我们只能选择高精度的生产设备,利用最新技术来降低这些误差,还可以在出厂的时候进行一定的误差校准,尽最大的可能来降低误差以满足客户的需要。
压力传感器安装问题
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正确安装通常高温熔体压力传感器的损坏都是由于其安装位置不恰当而引起的,如果将传感器强行安装在过小的孔或形状不规则的孔中,就有可能造成传感器的震动膜受到冲击而损坏,选择合适的工具加工安装孔,有利于控制安装孔的尺寸,另外,合适的安装扭矩有利于形成良好的密封,但是如果安装扭矩过高就容易引起高温熔体压力传感器的滑脱,为防止这种现象发生,通常在传感器安装之前在其螺纹部分上涂抹防脱化合物。1. 压力传感器正确安装方法:(1) 通过适当的仪表, 在普通大气压和标准温度条件下,核实压力传感器的频率反应值。(2) 核实压力传感器的编码与相应的频率反应信号的正确性。2. 确定具体安装位置为了确定压力传感器的编号和具体安装位置, 需按充气网的各个充气段来考虑。(1) 压力传感器必须沿着线缆进行安装, 最好安装在线缆接头处。(2) 每条线缆装设压力传感器不少于4个, 靠近电话局的两个压力传感器, 相距不应大干200m。(3) 每条线缆的始端和末端分别安装1个。(4) 每条线缆的分支点应装1个, 如果两个分支点相距较近(小于100 m),可只装1个。(5) 线缆敷设方式(架空、地下)改变处应装1个(6) 对无分支的线缆, 因垒线的线缆程式一致, 压力传感器的安装隔距不大干500m, 并使其总数不少于4个。(7) 为了便于确定压力传感器故障点, 除在起点安装压力传感器外,距起点150~200m处,还要另外安装1个当然在设计中, 一定要考虑经济与技术的因素, 在不需要安装压力传感器的地方,则应不必安装。检查尺寸如果安装孔的尺寸不合适,高温熔体压力传感器在安装过程中,其螺纹部分就很容易受到磨损,这不仅会影响设备的密封性能,而且使传感器不能充分发挥作用,甚至还可能产生安全隐患。只有合适的安装孔才能够避免螺纹的磨损(螺纹工业标准1/2-20UNF2B),通常可以采用安装孔测量仪对安装孔进行检测,以做出适当的调整。
压力传感器常用术语
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压力是工业生产中的重要参数之一,为了保证生产正常运行,必须对压力进行监测和控制。下面是压力传感器选型时常用的用语:标准压以大气压为标准表示的压力大小,大于大气压的叫正压;小于大气压的叫负压。绝对压以绝对真空为标准表示的压力大小。相对压对比较对象(标准压)而言的压力大小。大气压指大气压力。标准大气压(1atm)相当于高度为760mm水银柱的压力。真空指低于大气压的压力状态。1Torr=1/760气压(atm)。检测压力范围指传感器的适应压力范围。可承受压力当恢复到检测压力时,其性能不下降的可承受压力。往返精度当一定温度(23°C)下,当增加、减少压力时、用检测压力的全标度值去除输出进行反转的压力值而得到的动作点的压力变动值。精度在一定温度(23°C)下,当加零压力和额定压力时,用全标度值去除偏离输出电流规定值(4mA、20mA)的值而得到的值。单位用%FS表示。线性模拟输出对检测压力呈线性变化,但与理想直线相比有偏差。用对全标度值来说百分数来表示这种偏差的值叫线性。迟滞(线性)用零电压和额定电压在输出电流(或电压)值间画出理想直线,把电流(或电压)值与理想电流(或电压)值之差作为误差求出来,再求出压力上升时和下降时的误差值。用全标度的电流(或电压)值去除上述差的绝对值的最大值所得的值即为迟滞。单位用%FS表示。迟滞用压力的全标度值去除输出ON点压力与OFF点压力之差所得的值既是迟滞。非腐蚀性气体指空气中含有的物质(氮、二氧化碳等)与惰性气体(氩、氖等) 。
压力传感器应用领域
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压力传感器主要应用于:增压缸、增压器、气液增压缸、气液增压器、压力机,压缩机,空调制冷设备等领域。1、应用于液压系统压力传感器在液压系统中主要是来完成力的闭环控制。当控制阀芯突然移动时,在极短的时间内会形成几倍于系统工作压力的尖峰压力。在典型的行走机械和工业液压中,如果设计时没有考虑到这样的极端工况,任何压力传感器很快就会被破坏。需要使用抗冲击的压力传感器,压力传感器实现抗冲击主要有2种方法,一种是换应变式芯片,另一种方法是外接盘管,一般在液压系统中采用第一种方法,主要是因为安装方便。此外还有一个原因是压力传感器还要承受来自液压泵不间断的压力脉动。2.应用于安全控制系统压力传感器在安全控制系统中经常应用,主要针对的领域是空压机自身的安全管理系统。在安全控制领域有很多传感器应用,压力传感器作为一种非常常见的传感器,在安全控制系统中应用也不足为奇。在安全控制领域应用一般从性能方面来考虑,从价格上的考虑,还有从实际操作的安全性方便性来考虑,实际证明选择压力传感器的效果非常好。压力传感器利用机械设备的加工技术将一些元件以及信号调节器等装置安装在一块很小的芯片上面。所以体积小也是它的优点之一,除此之外,价格便宜也是它的另一大优点。在一定程度上它能够提高系统测试的准确度。在安全控制系统中,通过在出气口的管道设备中安装压力传感器来在一定程度上控制压缩机带来的压力,这算是一定的保护措施,也是非常有效的控制系统。当压缩机正常启动后,如果压力值未达到上限,那么控制器就会打开进气口通过调整来使得设备达到最大功率。3.应用于注塑模具压力传感器在注塑模具中有着重要的作用。压力传感器可被安装在注塑机的喷嘴、热流道系统、冷流道系统和模具的模腔内,它能够测量出塑料在注模、充模、保压和冷却过程中从注塑机的喷嘴到模腔之间某处的塑料压力。4.应用于监测矿山压力传感器技术作为矿山压力监控的关键性技术之一。一方面,我们应该正确应用已有的各种传感器来为采矿行业服务;另一方面,作为传感器厂家还要研制和开发新型压力传感器来适应更多的采矿行业应用。压力传感器有多种,而基于矿山压力监测的特殊环境,矿用压力传感器主要有:振弦式压力传感器、半导体压阻式压力传感器、金属应变片式压力传感器、差动变压器式压力传感器等。这些传感器在矿产行业都有广泛的应用,具体使用哪种传感器还有根据具体的采矿环境进行选择。5.应用于促进睡眠压力传感器本身无法促进睡眠,我们只是将压力传感器放在床垫地下,由于压力传感器具有高灵敏度,当人发生翻身、心跳以及呼吸等有关的动作时,传感器会分析这一系列信息,去推断睡眠人睡觉处于一个什么状态,然后通过对传感器的分析,收集传感器的信号得到心跳和呼吸节奏等睡眠的数据,最后将所有数据处理谱成一首段的曲目,当然能将你一个晚上的睡眠压缩成一首几分钟的音乐。6.应用于压缩机,空调冷设备压力传感器常用于空气压力机,以及空调制冷设备,这类传感器产品外形小巧、安装方便、导压口一般采用专用阀针式设计。
压力传感器性能参数
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压力传感器的种类繁多,其性能也有较大的差异,如何选择较为适用的传感器,做到经济、合理的使用。1. 额定压力范围额定压力范围是满足标准规定值的压力范围。也就是在最高和最低温度之间,传感器输出符合规定工作特性的压力范围。在实际应用时传感器所测压力在该范围之内。2. 最大压力范围最大压力范围是指传感器能长时间承受的最大压力,且不引起输出特性永久性改变。特别是半导体压力传感器,为提高线性和温度特性,一般都大幅度减小额定压力范围。因此,即使在额定压力以上连续使用也不会被损坏。一般最大压力是额定压力最高值的2-3倍。3. 损坏压力损坏压力是指能够加在传感器上且不使传感器元件或传感器外壳损坏的最大压力。4. 线性度线性度是指在工作压力范围内,传感器输出与压力之间直线关系的最大偏离。5.压力迟滞为在室温下及工作压力范围内,从最小工作压力和最大工作压力趋近某一压力时,传感器输出之差。6.温度范围压力传感器的温度范围分为补偿温度范围和工作温度范围。补偿温度范围是由于施加了温度补偿,精度进入额定范围内的温度范围。工作温度范围是保证压力传感器能正常工作的温度范围。技术参数 (量程15MPa-200MPa)参数 单位 技术指标 参数 单位 技术指标灵敏度 mV/V 1.0±0.05 灵敏度温度系数 ≤%F·S/10℃ ±0.03非线性 ≤%F·S ±0.02~±0.03 工作温度范围 ℃ -20℃~+80℃滞后 ≤%F·S ±0.02~±0.03 输入电阻 Ω 400±10Ω重复性 ≤%F·S ±0.02~±0.03 输出电阻 Ω 350±5Ω蠕变 ≤%F·S/30min ±0.02 安全过载 ≤%F·S 150% F·S零点输出 ≤%F·S ±2 绝缘电阻 MΩ ≥5000MΩ(50VDC)零点温度系数 ≤%F·S/10℃ ±0.03 推荐激励电压 V 10V-15V
压力传感器防腐技巧
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压力传感器被应用于各行各业,尤其是工业上应用非常多的压力传感器,但是工业上一般要求压力传感器能够防腐蚀,压力传感器接头和腔体采用进口不锈钢整体加工,作为压力变送器弹体的不锈钢材料耐蚀性高、衰减性能好,可以监测任何与316L相兼容的介质。下面我们还来介绍一下压力传感器的防腐技巧。首先,了解被测介质是否与316L相兼容:316,317L合金在100小时5%盐雾测试中,都没有出现腐蚀。其次,在选购传感器产品时,向供应商咨询介质对压力传感器是否有影响;通过对弹体耐腐蚀材料的选择,以便达到用户使用的需求。最后,我们可以采用隔离办法:压力变送器前有钼2钛和钽片,膜片与弹道管之间用甲基硅油传送压力,最小量程可做到0~100kPa,如果膜片材料还不耐腐,则可加一层F46膜片,但仪表灵敏度有所降低。也可直接用F46作隔离膜片,传递液可选用氟油,则可起双重隔离作用。压力传感器在使用过程中一旦发现其不能与介质兼容就必须马上更换传感器,对应一些特殊的介质我们可以采用特殊的材质或者特殊的结构来进行测量,压力传感器未来肯定会得到更加广泛的应用,所以作为厂家我们要积极开发新型压力传感器来适应需要。
压力传感器趋势
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1.主要垂直行业,包括石油和天然气、汽车和医疗保健的技术进步导致了多种应用程序以及压力传感器功能的演变。2.汽车领域是压力传感器的最重要的用户之一,汽车生产的激增导致对压力传感器和相关组件的需求不断增加。3.机动车安全已成为整个汽车行业的重要方面,围绕此项特性的严格的政府法规有助于促进汽车行业压力传感器的需求增长。4.基于微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)的技术一直以来广受大众欢迎,采用量大增,导致压力传感器市场的增长。5.消费电子压力传感器使用量大大增加,成为整个市场发展最快的应用领域。6.终端使用行业如汽车和医疗保健市场趋于成熟成为阻碍北美和欧洲压力传感器市场的一大挑战。7.在亚洲国家,如中国、日本、印度和韩国快速的工业化和机动车生产都可以归结为亚太压力传感器市场的发展。8.亚太和中东地区的智能城市基础设施的发展持有巨大的未来增长潜力。9.消费者购买压力传感器对其安装和更换不断飙升的成本心存忧虑,可能会影响压力传感器市场。10.在过去的几年中,压力传感器市场取得了迅速进展,对竞争格局产生了积极影响,为市场引入了新的参与者并扩大了市场现有参与者的范围。
压力传感器原则
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现代传感器在原理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。2、灵敏度的选择通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽量减少从外界引入的厂扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。3、频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。4、线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便。5、稳定性传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验。6、精度精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
压力传感器原理应用
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压力传感器种类
力学传感器的种类繁多,如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器,它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。
压力传感器认识
在了解压阻式压力传感器时,我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上,当基体受力发生应力变化时,电阻应变片也一起产生形变,使应变片的阻值发生改变,从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小,一般这种应变片都组成应变电桥,并通过后续的仪表放大器进行放大,再传输给处理电路(通常是A/D转换和CPU)显示或执行机构。
压力传感器作业方式
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选择压力传感器的时候需要注意很多问题,比如,压力传感器的量程、精度、压力传感器的温度特性,化学特性都是要考虑的,而压力传感器的作业方式也是需要考虑的重要问题。例如传感器用于气体压力的测量与液体压力的测量时情况便不同。气体是可压缩流体,增多时会贮存一定的压缩能,减压时又以动能释放出来,给传感器弹性膜施加冲击波。要求压力传感器有较大的过载能力。液体是不可压缩流体,在压力传感器安装时,拧紧螺拴又无可压缩空间则可使液体压力升高超过弹性膜的耐压极限,导致弹性膜破裂。由于这种情况屡屡发生,也要求压力传感器有较大的过压能力。压力传感器的工作环境恶劣时,例如有大的振动、冲击,大的电磁干扰,对传感器提出更为严格的要求。不仅过压能力强,而且要求机械密封可靠,防松动,传感器安装正确。传感器自身的引线、引脚以及外导线都应加以电磁屏蔽,并将屏蔽良好接地。此外,应考虑压力传感器与所测流体介质的相容性问题。例如传感器的弹性膜结构应与腐蚀性介质相隔开,此时采有不锈钢波纹套传感器,传感器内用硅油作传压介质。传感器检测易燃、易爆介质压力时,使用小激励电流,防止弹性膜破裂时产生火花、火星,并增加压力传感器外套的耐压能力。只有了解了压力传感器的作业方式才能更好的选择压力传感器,尤其是如今压力传感器正在飞速发展,所以了解压力传感器的作业方式是非常必要的。
压力传感器关键作用
压力传感器不仅在生产测量中应用广泛,如今在我们生活中也常常看见,在我们大多的交通工具中都有压力传感器,可能一般人知道汽车上有压力传感器,其实普通的摩托车上也有压力传感器的应用。摩托车的动力来自汽油机汽缸内油的燃烧。只有充分燃烧才能提供很好的动力,良好的燃烧必须具备良好的混合气、充分的压缩和最佳点火三个条件。电喷系统能否正确的将空燃比控制在所需的范围内,决定了发动机的动力性、经济性和排放指标的优劣。而汽油机空燃比的控制是采用调整与进气量相匹配的供油量实现的,因此,进气空气流量的测量精度直接影响空燃比的控制精度。
压力传感器内部结构
它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意:阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。
压力传感器基本原理
金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示:R=ρ
式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω·
/m)S——导体的截面积(
)L——导体的长度(m)我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长度增加,而截面积减少,电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时,长度减小而截面增加,电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化(通常是测量电阻两端的电压),即可获得应变金属丝的应变情。
压力传感器应用
抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递,压力直接作用在陶瓷膜片的前表面,使膜片产生微小的形变,厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面,连接成一个惠斯通电桥(闭桥),由于压敏电阻的压阻效应,使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号,标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等,可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定,传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性,传感器自带温度补偿0~70℃,并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40~135℃,而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度大于2kV,输出信号强,长期稳定性好。高特性,低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向,在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势,在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。
压力传感器保护
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压力传感器我们经常使用,我们在使用过程中一定要注意保护压力传感器,因为压力传感器虽然有不锈钢保护,但是压力传感器还是很容易损坏的,尤其是使用不当很容易造成压力传感器损坏导致损失。首先肯定是传感器超量程使用,不要施加超过额定耐压力的压力。若施加了耐压力以上的压力,可能引起破损。其次是使用环境,避免在有可燃性和爆炸性气体的环境下使用。还有就是电源电压和负载短路,使用时请不要超过使用电压范围。若施加了使用电压范围以上的电压,则可能引起破裂或烧毁。避免使负载短路。否则可能引起破裂或烧毁。还有一点比较少见就是误布线,避免对电源的极性等进行错误布线。否则可能引起破裂或烧毁。压力传感器在使用的时候一定要学会如何保护它,否则它很容易被损坏从而造成生产上的损失,当然只要我们按厂家说明书正确操作,避免上述的几个问题,压力传感器还是可以长时间工作的。有些压力传感器能用到几年甚至十几年。主要是要学会如何保护它。
压力传感器分类
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压力传感器压电式
压电式压力传感器原理基于压电效应。压电效应是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变。相反,当在电介质的极化方向上施加电场,这些电介质也会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。压电式压力传感器的种类和型号繁多,按弹性敏感元件和受力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片和压电元件组成。压电元件支撑于本体上,由膜片将被测压力传递给压电元件,再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号。这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温等。现代测量技术对传感器的性能出越来越高的要求。例如用压力传感器测量绘制内燃机示功图,在测量中不允许用水冷却,并要求传感器能耐高温和体积小。压电材料最适合于研制这种压力传感器。石英是一种非常好的压电材料,压电效应就是在它上面发现。比较有效的办法是选择适合高温条件的石英晶体切割方法,例如XYδ(+20°~+30°)割型的石英晶体可耐350℃的高温。而LiNbO3单晶的居里点高达1210℃,是制造高温传感器的理想压电材料。
压力传感器扩散硅式
被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷),使膜片产生与介质压力成正比的微位移,使传感器的电阻值发生变化,和用电子线路检测这一变化,并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
压力传感器蓝宝石式
利用应变电阻式工作原理,采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件,具有无与伦比的计量特性。蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成,不会发生滞后、疲劳和蠕变现象;蓝宝石比硅要坚固,硬度更高,不怕形变;蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性(1000 OC以内),因此,利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件,对温度变化不敏感,即使在高温条件下,也有着很好的工作特性;蓝宝石的抗辐射特性强;另外,硅-蓝宝石半导体敏感元件,无p-n漂移,因此,从根本上简化了制造工艺,提高了重复性,确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器,可在最恶劣的工作条件下正常工作,并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。表压压力传感器和变送器由双膜片构成:钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片,被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上(接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起)。在压力的作用下,钛合金接收膜片产生形变,该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后,其电桥输出会发生变化,变化的幅度与被测压力成正比。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电,并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出(0-5,4-20mA或0-5V)。在绝压压力传感器和变送器中,蓝宝石薄片,与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起,起到了弹性元件的作用,将被测压力转换为应变片形变,从而达到压力测量的目的。
压力传感器压电传感器
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压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英(二氧化硅)是一种天然晶体,压电效应就是在这种晶体中发现的,在一定的温度范围之内,压电性质一直存在,但温度超过这个范围之后,压电性质完全消失(这个高温就是所谓的“居里点”)。由于随着应力的变化电场变化微小(也就说压电系数比较低),所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数,但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体,能够承受高温和相当高的湿度,所以已经得到了广泛的应用。压电效应也应用在多晶体上,比如压电陶瓷,包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。压电效应是压电传感器的主要工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为经过外力作用后的电荷,只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的,所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用,特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业,例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力,也可以用来测量微小的压力。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中,比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的,因为测量动态压力是如此普遍,所以压电传感器的应用就非常广泛。压力传感器的技术参数量程0~0.5Mpa/0~200Mpa精度±0.25 %F·S长期漂移0.1% F·S零点失调±1% F·S/满程失调±1% F·S/零点温漂±0.05% F·S /℃满程温漂±0.05% F·S /℃工作温度-40℃ ~ +120 ℃存储温度-40℃ ~ +120 ℃补偿温度-20℃ ~ +85 ℃工作电压9~36VDC电流输出4~20mA毫伏输出0~5VDC绝缘电阻100MΩ(50VDC)介质兼容316SS或304不锈钢法兰规格DN50 PN4.0 GB9116.7-8.8 &DN80 PN4.0 GB9116.7-8.8
压力传感器故障与检测
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压力传感器常见故障
压力传感器容易出现的故障主要有以下几种:第一种是压力上去,变送器输也上不去。此种情况,先应检查压力接口是否漏气或者被堵住,如果确认不是,检查接线方式和检查电源,如电源正常则进行简单加压看输出是否变化,或者察看传感器零位是否有输出,若无变化则传感器已损坏,可能是仪表损坏或者整个系统的其他环节的问题;第二种是加压变送器输出不变化,再加压变送器输出突然变化,泄压变送器零位回不去,很有可能是压力传感器密封圈的问题。常见的是由于密封圈规格原因,传感器拧紧之后密封圈被压缩到传感器引压口里面堵塞传感器,加压时压力介质进不去,但在压力大时突然冲开密封圈,压力传感器受到压力而变化。排除这种故障的最佳方法是将传感器卸下,直接察看零位是否正常,若零位正常可更换密封圈再试;第三种是变送器输出信号不稳。这种故障有可能是压力源的问题。压力源本身是一个不稳定的压力,很有可能是仪表或压力传感器抗干扰能力不强、传感器本身振动很厉害和传感器故障;第四种是变送器与指针式压力表对照偏差大。出现偏差是正常的现象,确认正常的偏差范围即可;最后一种易出现的故障是微差压变送器安装位置对零位输出的影响。微差压变送器由于其测量范围很小,变送器中传感元件会影响到微差压变送器的输出。安装时应使变送器的压力敏感件轴向垂直于重力方向,安装固定后调整变送器零位到标准值。
压力传感器零点漂移
造成压力传感器的零点漂移的主要有以下几个原因:1.应变片胶层有气泡或者有杂质2.应变片本身性能不稳定3.电路中有虚焊点4.弹性体的应力释放不完全;此外还和磁场,频率,温度等很多有关系。电漂或一些漂移都会存在,但我们可以通过一些方式缩小其范围或修正。零点热漂移是影响压力传感器性能的重要指标,受到广泛重视。国际上认为零点热漂移仅取决于力敏电阻的不等性及其温度非线性,其实零点热漂移还与力敏电阻的反向漏电有关。在这点上,多晶硅可以吸除衬底中的重金属杂质,从而减小力敏电阻的反向漏电、改善零点热漂移,提高传感器的性能。缩小电漂移和修正电漂移还有哪些方式呢,零点电漂移除了影响压力传感器的测量精度和降低灵敏度之外,还有哪些重要影响呢。利用零点电漂移可以消除压力传感器的热零点漂移,所谓零点漂移,是指当放大器的输入端短路时,在输入端有不规律的、变化缓慢的电压产生的现象。产生零点漂移的主要原因是温度的变化对晶体管参数的影响以及电源电压的波动等,在多数放大器中,前级的零点漂移影响最大,级数越多和放大倍数越大,则零点漂移越严重。漂移的大小主要在于应变材料的选用,材料的结构或是组成决定其稳定性或是热敏性。材料选好后的加工制成也很重要,工艺不同,会生产出不同效果的应变值,关键也在于通过一些老化等调节后,电桥值的稳定或程规律的变化。漂移的调节手段很多,大都根据厂家的条件或生产需求所决定,大多数厂家对零点漂移都控制得很好。温度调节可通过内部温度电阻和制热零敏度电阻补偿、老化等。对于采用电路转换的变压器中,电路部份的漂移可用通过选用好的元器件和设计更合适的电路来补偿。应变材料要选灵敏系数高、温度变化小的材料。
压力传感器故障检测
检查施工现场出现的故障,绝大多数是由于压力传感器使用和安装方法不当引起的,归纳起来有几个方面。1、一次元件(孔板、远传测量接头等)堵塞或安装形式不对,取压点不合理。2、引压管泄漏或堵塞,充液管里有残存气体或充气管里有残存液体,变送器过程法兰中存有沉积物,形成测量死区。3、变送器接线不正确,电源电压过高或过低,指示表头与仪表接线端子连接处接触不良。4、没有严格按照技术要求安装,安装方式和现场环境不符合技术要求。
压力传感器注意事项
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首先,要避免变送器跟具有腐蚀性和温度过高的介质接触以避免损坏它;导压管安装的位置最好是在温度波动较小的场合;在测量一些介质具有很高的温度的时候,必须要接上冷凝器,这是因为要避免变送器在工作的时候温度超过一定的限度;要保持好导管里的畅通无阻;在寒冷的冬天使用时,如果变送器安装在室外的话,还得注意采取好防冻的措施,这是为了不让引压口里的液体因为结冰的缘故导致它的体积膨胀起来,这样容易损害传感器;使用者在接线的时候,要把电缆穿过防水的接头又或者是绕性管然后将密封螺帽给拧紧,这是可以防止液体这些东西经过电缆渗漏到变送器的壳体里面。来说一下在测量液体压力和气体压力时的注意事项,大家要区分清楚。在测量液体压力的时候,取压口必须要开在流程管道的侧面的地方,这是为了防止有渣滓沉淀的缘故,还有这个时候安装变送器的地方应该防止有其他液体的冲击,避免传感器因为受到的压力过大而损坏。而在测量气体压力的时候,这个取压口就必须开在流程管道的顶端位置,注意这是跟测量液体压力的时候的差异,然后变送器必须要安装在流程管道的上部,这是方便已经积累的液体可以容易地注入到流程管道中去。在日常生活中使用和购买压力传感器都需要都它有一定的了解,特别在使用的时候,如果没有了解好注意事项的话,很容易导致机器发生故障或者损坏传感器现象的发生,又或者是导致测量精确度下降甚至数据有误。
[2]
压力传感器选用使用方法
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压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。一般普通压力传感器的输出为模拟信号,模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。或在一段连续的时间间隔内,其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的,这样的传感器也称为压电传感器。通常在选用的时候,需要具备以下几点常识:1、品牌误区:很多时候大家都认为国产的产品是不好用,甚至是不能用。2、精度误区:大家在选择产品的时候,总以为精度是最重要的;其实从某个角度来说:稳定性比产品的精度更重要,精度选择应该是建立在高稳定性的基础上的。3、追求廉价:物美价廉这是每个人希望看到的;但事实上,高品质的产品就决定了它的价格会相对的高一些。4、选择合适的量程、合适的精度、合适安装方式、合适的输出方式。在使用的时候也要对以下常识进行了解:1、检查安装孔的尺寸、保持安装孔的清洁;2、正确安装、选择恰当的位置;3、仔细清洁、保持干燥;4、避免高低温干扰、高低频干扰、静电干扰;5、防止压力过载;压力传感器在我国的工业实践中广泛应用于各种工业自控环境,涉及众多行业,因此对其进行一个全面的了解是非常有必要的。
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2021-01-271
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北京一雄信息科技有限公司
进气压力传感器原理与检修
一、概述该传感器用于监测进气歧管的压力(或压力与温度) ECU利用其输出信号结合转速信号确定进气空气密度与质量DS-S-TF为进气压力与温度传感器同时可监测进气温度。二、原理进气歧管压力传感元件由一个厚度仅几个微米的硅芯片组成 硅芯片 上 蚀 刻 出 一 片 含 有4个压电...
2019-04-241
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国芯思辰(深圳)科技有限公司
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针对TWS耳机市场,主要专注于触摸感应、电源系统以及压力传感器等半导体芯片设计和研发的微聚芯科技,推出了多款触控芯片和离电式柔性压力传感器产品,可以应用在TWS真无线耳机上,帮助品牌打造更有竞争力的产品。下面一起来了解一下吧~微聚芯科技的产品包含:触控芯片系列:单点触控,单...
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之前有一位客户电话联系询问厦工挖机压力传感器 ,在市面上的正常水平价格是多少?挖掘机配件的价格达到多少了,就是比较贵?产品详情产品名称:挖掘机压力传感器别名:挖掘机压力开关类别:电器配件-传感器型号:-KW0700物料代码:80...
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2020-04-230
参考资料
1.

【苹果描绘的未来】压力传感器拓展手势操作的可能性
.人民网[引用日期2014-07-06]
2.

压力传感器简介及使用的注意事项
.传感器应用网 [引用日期2015-12-25]
传感器概述:传感器概述(Sensors Overview)  第3张

传感器概述:智能传感器

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智能传感器
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智能传感器(intelligent sensor)是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机,具有采集、处理、交换信息的能力,是传感器集成化与微处理机相结合的产物。与一般传感器相比,智能传感器具有以下三个优点:通过软件技术可实现高精度的信息采集,而且成本低;具有一定的编程自动化能力;功能多样化。一个良好的‘智能传感器’是由微处理器驱动的传感器与仪表套装,并且具有通信与板载诊断等功能。智能传感器能将检测到的各种物理量储存起来,并按照指令处理这些数据,从而创造出新数据。智能传感器之间能进行信息交流,并能自我决定应该传送的数据,舍弃异常数据,完成分析和统计计算等。
[1]
中文名
智能传感器
外文名
intelligent sensor
定 义
具有信息处理功能的传感器
特 点
高精度的信息采集,成本低
目录
1
简介
2
通信
3
诊断程序
4
定义
5
功能
6
特点
7
发展进步
?
应用与方向
?
应用产业
8
注意事项
9
推动产业升级
智能传感器简介
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自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。但究竟什么是“智能”传感器?下面,来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义。据Honeywell工业测量与控制部产品经理Tom Griffiths的定义:“一个良好的‘智能传感器’是由微处理器驱动的传感器与仪表套装,并且具有通信与板载诊断等功能,为监控系统和/或操作员提供相关信息,以提高工作效率及减少维护成本。”智能传感器集成了传感器、智能仪表全部功能及部分控制功能,具有很高的线性度和低的温度漂移,降低了系统的复杂性、简化了系统结构。
智能传感器通信
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无故障通信“智能传感器的优势,”GE Fanuc自动化公司控制器产品经理Bill Black说,“是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量。”MTS传感器公司Temposonics(磁致伸缩位移传感器)产品经理David Edeal对此补充说:“分布式智能的基本前提是,在适当位置和时间拥有有关系统、子系统或组件的状态的全部知识,以进行‘最优的’过程控制决策。”Cognex公司Checker机器视觉部产品营销经理John Keating继续补充说,“对于一种真正的‘智能’(机器视觉)传感器,它应该不需要使用者懂得机器视觉。”
智能传感器
智能传感器必须具备通信功能。“最起码,除了满足最基本应用的反馈信号,‘智能’传感器必须能传输其它信息。”Edeal表示。这可以是叠加在标准4-20 mA过程输出、总线系统或无线安排上的HART(可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议)信号。该领域正在增长的因素是IEEE 1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准。
智能传感器诊断程序
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智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控,包括“摄像头的污浊,超容忍限或不能开关等,”GE Fanuc自动化公司的Black说。Pepperl+Fuchs公司智能系统经理Helge Hornis补充说,“(除此之外),还有线圈监控功能,目标超出范围或太近。”它也可以对工况的变化进行补偿。“‘智能’传感器,”Omron电子有限公司战略创意总监Dan Armentrout表示,“必须首先能监视自身及周围的环境,然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告。”很多智能传感器都能重装到控制现场,通过提供“可设置参数,使用户能替换一些‘标准’传感器,”Hornis说道,“例如,典型的传感器一般都设置为常开(NO)或常关(NC),而智能传感器则能设置为以上任何一种状态。”智能传感器拥有很多优势。随着嵌入式计算功能的成本继续减少,“智能”器件将被更多地应用。独立的内部诊断功能可避免代价高昂的宕机,从而迅速收回投资
智能传感器定义
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智能传感器系统是一门现代综合技术,是当今世界正在迅速发展的高科技新技术,但还没有形成规范化的定义。早期,人们简单、 机械地强调在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合, 认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”。关于智能传感器的中、英文称谓,尚未有统一的说法。John Brignell和Nell White认为“Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器的称谓, 而“Smart Sensor” 是美国人对智能传感器的俗称。 而Johan H.Huijsing在“Integrated Smart Sensor”一文中按集成化程度的不同,分别称为“Smart Sensor”、 “Integrated Smart Sensor”。 对“Smart Sensor”的中文译名有译为“灵巧传感器”的, 也有译为“智能传感器”的。《智能传感器系统》书上的定义: “传感器与微处理器赋予智能的结合,兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器(系统)”;模糊传感器也是一种智能传感器(系统),将传感器与微处理器集成在一块芯片上是构成智能传感器(系统)的一种方式。(《智能传感器系统》,刘君华,西安电子科技大学出版社)《现代新型传感器原理与应用》书上的定义:所渭智能式传感器就是一种带行微处理机的,兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。( 《现代新型传感器原理与应用》 ,刘迎春,叶湘滨等,国防工业出版社,2000.5)
智能传感器功能
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概括而言, 智能传感器的主要功能是:(1) 具有自校零、 自标定、 自校正功能;(2) 具有自动补偿功能;(3) 能够自动采集数据, 并对数据进行预处理;(4) 能够自动进行检验、 自选量程、 自寻故障;(5) 具有数据存储、记忆与信息处理功能;(6) 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出功能;(7) 具有判断、决策处理功能。可实现的功能智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作,结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元,它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻,而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统(SmartDistributedSystem)的飞速发展,对智能单元要求具备通信功能,用通信网络以数字形式进行双向通信,这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作,但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样,放宽传感器加工精密度要求,只要能保证传感器的重复性好,利用微处理器对测试的信号通过软件计算,采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿,从而能获得较精确的测量结果压力传感器。3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定,以保证它在正常使用时足够的准确度,这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观,首先自诊断功能在电源接通时进行自检,诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正,微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。4、复合敏感功能——我们观察周围的自然现象,常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式:直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能,能够同时测量多种物理量和化学量,给出能够较全面反映物质运动规律的信息。如美国加利弗尼亚大学研制的复合液体传感器,可同时测量介质的温度、流速、压力和密度。复合力学传感器,可同时测量物体某一点的三维振动加速度(加速度传感器)、速度(速度传感器)、位移(位移传感器),等等。
[2]
5、智能传感器的集成化----由于大规模集成电路的发展使得传感器与相应的电路都集成到同一芯片上,而这种具有某些智能功能的传感器叫作集成智能传感器集成智能传感器的功能有三个方面的优点:较高信噪比:传感器的弱信号先经集成电路信号放大后再远距离传送,就可大大改进信噪比。改善性能:由于传感器与电路集成于同一芯片上,对于传感器的零漂、温漂和零位可以通过自校单元定期自动校准,又可以采用适当的反馈方式改善传感器的频响。信号规一化:传感器的模拟信号通过程控放大器进行规一化,又通过模数转换成数字信号,微处理器按数字传输的几种形式进行数字规一化,如串行、并行、频率、相位和脉冲等。
智能传感器特点
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智能式传感器是一个以微处理器为内核扩展了外围部件的计算机检测系统。相比一般传感器,智能式传感器有如下显著特点:1.提高了传感器的精度智能式传感器具有信息处理功能,通过软件不仅可修正各种确定性系统误差(如传感器输入输出的非线性误差、服度误差、零点误差、正反行程误并等)而且还可适当地补偿随机误差、降低噪声,大大提高了传感器精度。2.提高了传感器的可靠性集成传感器系统小型化,消除了传统结构的某些不可靠因素,改善整个系统的抗干扰件能;同时它还有诊断、校准和数据存储功能(对于智能结构系统还有自适应功能),具有良好的稳定性。3.提高了传感器的性能价格比在相同精度的需求下,多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比,性能价格比明显提高,尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。4.促成了传感器多功能化智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量,通过编程扩大测量与使用范围;有一定的自适应能力,根据检测对象或条件的改变,相应地改变量程反输出数据的形式;具有数字通信接口功能,直接送入远地计算机进行处理;具有多种数据输出形式(如Rs232串行输批,PIO并行输出,IEE-488总线输出以及经D/A转换后的模拟量输出等),适配各种应用系统。
[3]
智能传感器发展进步
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电子自动化产业的迅速发展与进步促使传感器技术、特别是集成智能传感器技术日趋活跃发展,随着半导体技术的迅猛发展,国外一些著名的公司和高等院校正在大力开展有关集成智能传感器的研制,国内一些著名的高校和研究所以及公司也积极跟进,集成智能传感器技术取得了令人瞩目的发展。国产智能传感器逐渐在智能传感器领域迈开步伐,运用军工产品的生产线和工艺,精度高,稳定性好,成本低,采用高性能微控制器(MCU),同时具备数字和模拟两种输出方式,同时针对用户的特定需求(如组网式测量,自定义通讯协议),均可在原产品基础上进行二次开发,周期极短,为用户节省时间,提高效率。已广泛应用于航空、航天、石油、化工、矿山、机械、大坝、地质、水文等行业中测量各种气体和流体的压力、压差、流量和流体的高度和重量。
智能传感器应用与方向
智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等),利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算,可推断出产品的质量。
智能传感器
在医学领域中,糖尿病患者需要随时掌握血糖水平,以便调整饮食和注射胰岛素,防止其它并发症。通常测血糖时必须刺破手指采血,再将血样放到葡萄糖试纸上,最后把试纸放到电子血糖计上进行测量。这是一种既麻烦又痛苦的方法。而“葡萄糖手表”,其外观像普通手表一样,戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。“葡萄糖手表”上有一块涂着试剂的垫子,当垫子与皮肤接触时,葡萄糖分子就被吸附到垫子上,并与试剂发生电化学反应,产生电流。传感器测量该电流,经处理器计算出与该电流对应的血糖浓度,并以数字量显示。
智能传感器应用产业
1、应用于电池拓展阅读基于智能传感器的弹药库温/湿度监控系统设计
智能传感器注意事项
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好的传感器的设计是经验加技术的结晶。一般理解传感器是将一种物理量经过电路转换成一种能以另外一种直观的可表达的物理量的描述。比如转换成仅依赖于此测物理量的较高的电压电流等信号,再显示出来。因此需要注意几点:1、一般所测得的物理量是非常小的,通常还带有作为传感器物理转换元件固有的转换噪声。比如传感器在1被放大倍率下的信号强度为0.1~1uV,此时的背景噪声信号也有这么大的水平,甚至于将其湮灭。如何将有用信号尽量取出并且压低噪声是传感器设计的首要解决的问题。2、传感器电路一定要简单精炼。设想具有3级放大电路的,带有2级有源滤波器的放大回路,放大了信号的同时也将噪声放大了,如果噪声不是明显偏离有用信号频谱,则无论怎样滤波两者同时放大,结果信噪比没有提高。因此传感器电路一定要精炼简约。能省1只电阻或电容就一定要将它去掉。这一点是许多设计传感器的工程师们容易忽略的问题。已知的情况是,传感器电路随着噪声的问题困扰,电路越修改越复杂,成为怪圈。
[4]
3、功耗问题。传感器通常在后续电路的前端,有可能需要较长的引线连接。当传感器功耗较大时引线的连接将会所有的无谓噪声以及电源噪声引入使得后续电路愈发难以设计。在够用的情况小如何降低功耗也是一个不小的考验。4、元器件的选用和电源回路。元器件的选用一定要够用为好,只要器件指标在需要的范围之内就可以了,余下的就是电路设计问题。电源是传感器电路设计过程一定要遇到的难题,不要追求无法达到的电源指标,而选择一款带有较好的共模抑制比的运放,采用差分放大电路设计可能最普通的开关电源以及器件就能满足你的要求。电源的退偶一定要可靠设计,并且遵循器件手册的要求,宁多勿少。
[5]
智能传感器推动产业升级
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智能传感器作为广泛地系统前端感知器件,既可以助推传统产业的升级,例如,传统工业的升级、传统家电的智能化升级;又可以对创新应用进行推动,比如机器人、VR/AR(虚拟现实/增强现实)、无人机、智慧家庭、智慧医疗和养老等领域。在工业领域,传统企业面临人力成本提高、市场需求下降等问题,传统企业开始从劳动密集型转向自动化、智能化。在整个转型中,智能传感器发挥着至关重要的作用,推动传统工业的转型升级。2015年我国传感器市场规模达1100亿元,预计到2020年将达到2115亿元,年复合增长率达到14%。但是由于国内传感器企业技术水平、生产工艺、规模和盈利能力等方面的差距导致国内传感器市场高度依赖进口。特别是高端传感器方面,由于种类多、跨学科研发技术水平高、开发成本大,企业不愿承担开发风险,造成我国高端传感器基本依靠进口。2015 年,我国中高端传感器进口比例达到80%。智能传感技术是智能制造和物联网的先行技术,作为前端感知工具,具有非常重要的意义。
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2019-04-190
参考资料
1.

张福学.传感器电子学及其应用:国防工业出版社,1990年
2.

智能传感器系统
.超星发现.2010[引用日期2017-11-27]
3.

走向智能传感器时代
.超星发现.2015[引用日期2017-11-27]
4.

智能传感器
.电子发烧友网[引用日期2017-11-27]
5.

智能传感器技术综述
.超星发现.2014[引用日期2017-11-27]

传感器概述:气敏传感器

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气敏传感器
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气敏传感器是用来检测气体浓度和成分的传感器,它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。气敏传感器是暴露在各种成分的气体中使用的,由于检测现场温度、湿度的变化很大, 又存在大量粉尘和油雾等,所以其工作条件较恶劣,而且气体对传感元件的材料会产生化学反应物,附着在元件表面,往往会使其性能变差。所以对气敏传感器有下列要求:能够检测报警气体的允许浓度和其他标准数值的气体浓度,能长期稳定工作,重复性好,响应速度快,共存物质所产生的影响小等。
[1]
中文名
气敏传感器
外文名
gas sensor
目 的
检测气体浓度和成分
领 域
硬件
目录
1
概述
2
工作原理
3
分类
4
应用
气敏传感器概述
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气敏传感器的应用主要有:一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂(R11、R12)的检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。
它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号,根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息,从而可以进行检测、监控、报警;还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。
[1]
气敏传感器工作原理
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语音
声波器件表面的波速和频率会随外界环境的变化而发生漂移。气敏传感器就是利用这种性能在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜,当该气敏薄膜与待测气体相互作用(化学作用或生物作用,或者是物理吸附),使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化时,引起压电晶体的声表面波频率发生漂移;气体浓度不同,膜层质量和导电率变化程度亦不同,即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化就可以获得准确的反应气体浓度的变化值。
[1]
气敏传感器分类
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1970年,荷兰科学家Bergveld研制出了对氢离子响应的离子敏感场效应晶体管,标志着离子敏半导体传感器的诞生。半导体传感器以其易于实现集成化,微型化、灵敏度高等诸多优点,一直引起世界各国科学家的重视和兴趣。由于电子技术的飞速发展,以半导体传感器为代表的各种固态传感器相继问世。这类传感器主要是以半导体为敏感材料,在各种物理量的作用下引起半导体材料内载流子浓度或分布的变化,通过检测这些物理特性的变化,即可反映被测参数值。它与各种结构型传感器相比,具有如下特点:
由于传感器原理是基于物理变化的,因而没有相对运动部件,可以做到结构简单,微型化;
灵敏度高,动态性能好,输出为电量;
采用半导体为敏感材料容易实现传感器集成化,智能化;
功耗低,安全可靠。同时,半导体传感器也存在以下一些缺点:
线性范围窄,在精度要求高的场合应采用线性化补偿电路;
与所有半导体元件一样,输出特性易受温度影响而漂移,所以应采用补偿措施;
性能参数离散性大。
虽然存在上述问题,但半导体传感器仍是传感器发展的重要方向,尤其是大规模集成电路技术的不断发展,半导体传感器的技术也日臻完善。
从所使用的材料来看,凡是使用半导体为材料的传感器都属于半导体式传感器,如,霍尔元件、光敏、磁敏、二极管和三极管热敏电阻、压阻式传感器、光电池、气敏、湿敏、色敏和离子敏等传感器。有些内容与其他传感器互相交叉,已在其它章中介绍。本章主要介绍气敏、湿敏、磁敏、色敏和离子敏半导体式传感器。
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气敏传感器应用
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气敏传感器的应用主要有:一氧化碳气体的检测、瓦斯气体的检测、煤气的检测、氟利昂勠11、R12蓠检测、呼气中乙醇的检测、人体口腔口臭的检测等等。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息从而可以进行检测、监控、报警还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。 由于气体种类繁多, 性质各不相同不可能用一种传感器检测所有类别的气体因此能实现气-电转换的传感器种类很多按构成气敏传感器材料可分为半导体和非半导体两大类。实际使用最多的是半导体气敏传感器因此本文主要讲述半导体气敏元件的有关原理及应用。
半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体表面接触时,产生的电导率等物理性质变化来检测气体的。 按照半导体与气体相互作用时产生的变化只限于半导体表面或深入到半导体内部,可分为表面控制型和体控制型,前者半导体表面吸附的气体与半导体间发生电子接受,结果使半导体的电导率等物理性质发生变化,但内部化学组成不变,后者半导体与气体的反应,使半导体内部组成发生变化而使电导率变化。 按照半导体变化的物理特性,又可分为电阻型和非电阻型,电阻型半导体气敏元件是利用敏感材料接触气体时,其阻值变化来检测气体的成分或浓度厂半导体式气敏元件则是根据气体的吸附和反应,使其某些关系特性发生改变无对气体进行直接或间接的检测,如二极管伏安特性和场效应晶体管的阈值电压变化来检测被测气体的。
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2020-03-110
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参考资料
1.

祝诗平.传感器与检测技术:北京大学出版社,中国林业出版社,2006年:165
2.

Lang, M.A. (2001). DAN Nitrox Workshop Proceedings. Durham, NC: Divers Alert Network. p. 197. Retrieved 2009-03-20.

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