傳感器的作用是什麼原理
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傳感器的作用是什麼原理,很多的電子設備都是需要用到傳感器,很多人不太瞭解傳感器,傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,並能將感受到的信息,那麼傳感器的作用是什麼原理呢?
傳感器的工作原理是通過敏感元件及轉換元件把特定的被測信號,按一定規律轉換成某種“可用信號”並輸出,以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。
傳感器按原理分包括:振動傳感器、溼敏傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器、真空度傳感器、生物傳感器。傳感器是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器的作用是把非電學量轉換爲電學量或電路的通斷,實現很方便地進行測量、傳輸、處理和控制。
1.傳感器的原理
傳感器是一種裝置,它利用一定的規律將探測到的量轉換成易於處理的其他物理量。例如,尺子是一種非常簡單的傳感器。它以一定的間隔標記刻度,刻度是一定的定律,然後根據這個定律進行測量,物體的長度,以及便於應用的數字距離。
比如光敏電阻器是一種光電轉換器,它由特定的材料製成,使其電阻在光的影響下在一定範圍內按比例變化。要理解傳感器,您必須首先確定您想要理解的傳感器的應用範圍,然後再瞭解更多。
但歸根到底,傳感器的基本原理是利用一定的規律將被測量轉換成其他易於處理的物理量,必須有一個特定的規律存在於傳感器本身。
2. 傳感器原則特性
靜態特性——傳感器的靜態特性是指靜態輸入信號在傳感器的輸出和輸入之間的相關性。
動態特性——所謂的動態特性是指當輸入發生變化時傳感器的輸出特性。在實際工作中,傳感器的動態特性通常用其對特定標準輸入信號的響應來表示。
線性——在正常情況下,傳感器的實際靜態特性輸出是一條曲線,而不是直線。在實際工作中,爲了使儀表具有均勻的標度讀數,常採用擬合直線來近似實際特性曲線,線性度(非線性誤差)是該近似度的性能指標。
1、什麼是傳感器?
傳感器(Sensor)是指將收集到的信息轉換成設備能處理的信號的元件或裝置。人類會基於視覺、聽覺、嗅覺、觸覺獲得的信息進行行動,設備也一樣,會根據傳感器獲得的信息進行控制或處理。
傳感器收集轉換的信號(物理量)有溫度、光、顏色、氣壓、磁力、速度、加速度等,這些利用了半導體的物質變化。除此之外,還有利用酶和微生物等生物物質的生物傳感器。傳感器的種類繁多,大約有3萬種以上。
要想徹底搞清楚傳感器,幾乎要跨越所有的製造業門類,難度有如識別滿天繁星。常見的傳感器種類有:溫度傳感器、溼度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉矩傳感器等。
2、傳感器有多重要?
傳感器處於一切工業產品的最前沿陣地,它提供了感知物理世界的第一道哨卡。這些傳感器提供實時監控,包括過程所需的檢測和報告。
發送由傳感器監視和收集的數據以進行控制和分析,並且通過傳感器發出電信號來報告特定屬性中的任何異常。這樣,傳感器可以提高流程效率和產品質量,同時確保流程符合最佳實踐。因此,沒有衆多優良的傳感器,現代化生產也就失去了基礎。
傳感器的主要特點包括:提高了數據捕獲的靈敏度,幾乎無損的傳輸以及連續,實時的分析。實時反饋和數據分析服務可確保流程處於活動狀態並以最佳方式執行。
傳感技術的不斷髮展催生了當今的智能傳感器。與傳統的沒有有源組件的模擬傳感器不同,智能傳感器包含電路,允許它們進行測量並將值輸出爲數字數據。這些傳感器具有嵌入式微處理器單元,並在信號轉換器上安裝了許多傳感設備。
智能傳感器能夠執行許多內在的智能功能,例如自我測試,自我驗證,自我適應和自我識別的能力。他們瞭解流程要求,管理各種條件,並可以檢測條件以支持實時決策。這些智能傳感器針對多種過程條件進行了編程,使執行人員可以獲得最大收益。
中國、美國、德國等世界將傳感器列爲未來重大科技項目,想要在傳感器上實現技術突破,足以說明它的重要性。世界聯合商會更是曾做出評價:誰支配了傳感器,誰就能支配了新時代。
3、傳感器市場保持較快增長
2012年至2021年,我國工業增加值從20.9萬億元增長到37.3萬億元;以不變價計算,工業增加值年均增長6.3%,遠高於同期全球工業增加值2%左右的年均增速;製造業增加值從16.98萬億元增加到31.4萬億元,佔全球比重從22.5%提高到近30%。
萬物互聯,工業增加值的快速提升,背後離不開強大傳感器的支撐。信息時代,傳感器在工業生產、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷等領域得到廣泛應用。
到2025年,物聯網帶來的經濟效益將在2.7萬億到6.2萬億美元之間,其中傳感器作爲物聯網技術最重要的數據採集入口,將迎來廣闊的發展空間。
我國的製造強國戰略,同樣離不開強大傳感器的支撐!據中國信通院數據顯示,近年來中國傳感器市場規模保持較快增長,2019年中國傳感器市場依然保持增長,整體市場規模達到2188.8億元,同比增長12.7%。2021年市場規模達到2951.8億元,增速達17.6%。
一、熱電阻溫度傳感器:
測溫原理:熱電阻是基於電阻的熱效應進行溫度測量的,即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此,只要測量出感溫熱電阻的阻值變化,就可以測量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。
金屬熱電阻的電阻值和溫度一般可以用以下的近似關係式表示,即:Rt=Rt0[1+α(t-t0)] 式中,Rt爲溫度t時的阻值;Rt0爲溫度t0(通常t0=0℃)時對應電阻值;α爲溫度係數。
半導體熱敏電阻的阻值和溫度關係爲:Rt =AeB/t式中Rt爲溫度爲t時的阻值;A、B取決於半導體材料的結構的常數。
測溫範圍:金屬熱電阻一般適用於-200~500℃範圍內的溫度測量,其特點是測量準確、穩定性好、性能可靠。半導體熱敏電阻測溫範圍只有-50~300℃左右, 且互換性較差,非線性嚴重,但溫度係數更大,常溫下的電阻值更高(通常在數千歐以上)。
二、集成溫度傳感器:
集成溫度傳感器有可分爲模擬式溫度傳感器和數字式溫度傳感器。
1.模擬式溫度傳感器
測溫原理:將驅動電路、信號處理電路以及必要的邏輯控制電路集成在單片IC上,具有實際尺寸小、使用方便、靈敏度高、線性度好、響應速度快等 優點。
測溫範圍:LM135235335系列是美國國家半導體公司(NS)生產的一種高精度易校正的集成溫度傳感器,是電壓輸出型溫度傳感器,工作特性類似於齊納穩壓管。
該系列器件靈敏度爲10mV/K,具有小於1Ω的動態阻抗,工作電流範圍從400μA到5mA,精度爲1℃,LM135的溫度範圍爲-55℃~+150℃,LM235的溫度範圍爲-40℃~+125℃,LM335爲-40℃~+100℃。
封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該器件廣泛應用於溫度測量、溫差測量以及溫度補償系統中。
2.數字式溫度傳感器
測溫原理:將敏感元件、A/D轉換單元、存儲器等集成在一個芯片上,直接輸出反應被測溫度的數字信號,使用方便,但響應速度較慢(100ms數量級)。
測溫範圍:DS18B20是美國Dallas半導體公司生產的世界上第一片支持“一線總線” 接口的數字式溫度傳感器,供電電壓範圍爲3~5.5V,測溫範圍爲-55℃~+125℃
可編程的9~12位分辨率,對應的可分辨溫度分別爲0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,出廠設置默認爲12位,在12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換爲數字。
三、熱電偶溫度傳感器
測溫原理:兩種不同成分的導體(稱爲熱電偶絲或熱電極)兩端接合成迴路,當接合點的溫度不同時,在迴路中就會產生電動勢,這種現象稱爲熱電效應,而這種電動勢稱爲熱電動勢。
熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的,其中,直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端(也稱爲測量端),另一端叫做冷端(也稱爲補償端);冷端與顯示儀表連接,顯示出熱電偶所產生的熱電動勢,通過查詢熱電偶分度表,即可得到被測介質溫度。
測溫範圍:常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。
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