傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的“感覺器官”，是智能化設(shè)備的感觸神經(jīng)元，能讓工業(yè)智能化系統(tǒng)實(shí)時(shí)了解自己的運(yùn)行狀態(tài)和外界環(huán)境變化。傳感器是工業(yè)智能化發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵元件。目前行業(yè)對傳感器最為普遍的定義是：“能夠感知并檢測欲量測對象物的物理量或化學(xué)量，并將其轉(zhuǎn)換成可以計(jì)量的輸出信號之裝置”。其中，量測的物理量，包括溫度、壓力、磁性、光等；而化學(xué)量則包括pH值、濃度、純度、濕度等。那么，傳感器到底有哪些類型？不同的工業(yè)應(yīng)用采用的是哪種類型的傳感器？今天我們將就此問題進(jìn)行深入的講解。
一、根據(jù)輸入物理量劃分
1、壓力傳感器
壓力傳感器(Pressure Sensor)是檢測氣體或液體之壓力強(qiáng)度，并將壓力強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成輸出信號； 壓力傳感器按用途分類主要是壓力監(jiān)視、壓力測量和壓力控制及轉(zhuǎn)換成其他量的測量。按供電方式分為壓阻型和壓電型傳感器，前者是被動供電的，需要有外電源。后者是傳感器自身產(chǎn)生電荷，不需要外加電源，根據(jù)不同領(lǐng)域?qū)毫y量的精度不同分為低精度和高精度的壓力傳感器。
制造半導(dǎo)體壓力傳感器的基本原理是利用硅晶體的壓阻效應(yīng)。單晶硅材料在受到應(yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化，這種現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)。壓力傳感器所用的元件材料是具有壓阻效應(yīng)的單晶硅、擴(kuò)散摻雜硅和多晶硅。根據(jù)晶體不受定向應(yīng)力時(shí)，電導(dǎo)率是同性的，只有受定向應(yīng)力時(shí)才表現(xiàn)出各向異性，由于應(yīng)力能引起能帶的變化，能谷能量移動，導(dǎo)致電阻率的變化，于是就有電阻的變化，從而產(chǎn)生壓阻效應(yīng)。
目前，壓力傳感器被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動控制環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自動控、航空航太等。未來技術(shù)將朝更微型MEMS腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、更高靈敏度檢測能力發(fā)展。
2、位置傳感器
位置傳感器(Position Sensor)主要應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，如線性編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器、伺服馬達(dá)等；技術(shù)發(fā)展是朝更高精確度控制、加速度感測控制、更微型MEMS腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向前進(jìn)。
位置傳感器在實(shí)際應(yīng)用中有連續(xù)測量物位變化的連續(xù)式和以點(diǎn)測為目的的開關(guān)式兩種。其中，開關(guān)式的產(chǎn)品應(yīng)用較廣泛一些，它可以用于過程自動控制的門限、溢流和空轉(zhuǎn)防止等等；連續(xù)測量式主要用于需要連續(xù)控制、倉庫管理和多點(diǎn)報(bào)警系統(tǒng)中。
3、位移傳感器
位移傳感器(Level Sensor)，又稱為線性傳感器，分為電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、光電式位移傳感器、超音波式位移傳感器、霍爾式位移傳感器；位移傳感器通過電位器元件將機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成與之成線性或任意函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出。物體的位移引起電位器移動端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓，以把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。
位移傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。目前的技術(shù)發(fā)展朝更微型MEMS腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、非接觸檢測技術(shù)開發(fā)、數(shù)位式檢測技術(shù)開發(fā)、更高精確度控制等方向演進(jìn)。
4、力敏傳感器
力敏傳感器(Force Sensor)是用來檢測氣體、固體、液體等物質(zhì)間相互作用力的傳感器，多應(yīng)用在力度檢測，如機(jī)器人手臂抓取物件力度大小的控制。技術(shù)發(fā)展朝更低耗電量、更快的檢測反應(yīng)時(shí)間、更高精確度檢測辨識等方向前進(jìn)。
力敏傳感器是使用很廣泛的一種傳感器。它是生產(chǎn)過程中自動化檢測的重要部件。它的種類很多，有直接將力變換為電量的如壓電式、壓阻式等，有經(jīng)彈性敏感元件轉(zhuǎn)換后再轉(zhuǎn)換成電量的如電阻式、電容式和電感式等。它主要用于兩個(gè)方面：測力和稱重。
5、氣體傳感器
氣體傳感器(Gas Sensor)能針對可燃性氣體、毒性氣體成分進(jìn)行測定，并將其轉(zhuǎn)換成輸出信號，可用于工業(yè)自動化、礦產(chǎn)資源探測、氣象觀測和遙測、生鮮保存、防盜、節(jié)能等領(lǐng)域。技術(shù)發(fā)展朝更快的監(jiān)測反應(yīng)時(shí)間、更短的監(jiān)測距離、更多氣體類型連續(xù)監(jiān)測等方向精進(jìn)。
6、半導(dǎo)體傳感器
半導(dǎo)體傳感器(Semiconductor Sensor)系利用半導(dǎo)體材料各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋工業(yè)自動化、遙測、工業(yè)型機(jī)器人、家用電器、環(huán)境污染監(jiān)測、醫(yī)療保健、醫(yī)藥工程、生物工程等。技術(shù)發(fā)展朝更微型MEMS腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、更高靈敏度檢測能力、降低制造成本等方向邁進(jìn)。
7、光纖傳感器
光纖傳感器(Fiber Optic Sensor)可將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器(Modulator)，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，再經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。主要用于工業(yè)自動化領(lǐng)域，像是磁力、聲波、壓力、溫度、加速度、陀螺儀、位移、液體、轉(zhuǎn)矩、聲光、電流及應(yīng)變力等物理量之檢測。技術(shù)發(fā)展朝更短監(jiān)測距離、提高量測光能量強(qiáng)度的準(zhǔn)確性等方向精進(jìn)。
二、根據(jù)工作原理劃分
1、電阻式傳感器
電阻式傳感器把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉(zhuǎn)換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應(yīng)變式傳感器、電位器式傳感器和錳銅壓阻傳感器等。電阻式傳感器與相應(yīng)的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學(xué)和國防等部門進(jìn)行自動稱重、過程檢測和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化不可缺少的工具之一。
電位器式傳感器是一種把機(jī)械的 線位移 或 角位移 輸入量轉(zhuǎn)換為和它 成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件。 成一定函數(shù)關(guān)系的電阻或電壓輸出的傳感元件。應(yīng)變片式傳感器的工作原理是基于電阻應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，它的電阻值相應(yīng)發(fā)生變化。氣敏和濕敏電阻傳感器是一種把氣體中的特定成分或水蒸氣檢測出來造成半導(dǎo)體阻值變化的電阻傳感器。
2、電感式傳感器
電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。
電感式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)快、易實(shí)現(xiàn)非接觸測量等突出的優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于酸類，堿類，氯化物，有機(jī)溶劑，液態(tài)CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位測量，目前在冶金、石油、化工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。
3、電容式傳感器
電容式傳感器是把被測的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的敏感部分就是具有可變參數(shù)的電容器。電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類。極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動等引起的極距變化(見電容式壓力傳感器)。面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移。介質(zhì)變化型常用于物位測量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測定。
電容式傳感器被廣泛應(yīng)用于在線檢測各種工作機(jī)械的液壓、潤滑系統(tǒng)介質(zhì)的含水率，特別是外部水容易滲入機(jī)械內(nèi)部的軋鋼機(jī)、造紙機(jī)、汽輪 機(jī)、船舶機(jī)械。 監(jiān)視循環(huán)油系統(tǒng)是否存在泄漏，如水冷卻器等。 監(jiān)視工作機(jī)械的密封元件是否損壞，引起外部水滲入。 監(jiān)視環(huán)境空氣濕度對潤滑液壓系統(tǒng)油品品質(zhì)和含水率的影響。，從而精確測定潤滑油質(zhì)量，預(yù)測設(shè)備故障，是設(shè)備潤滑油管理中的關(guān)鍵部件。
三、根據(jù)輸出信號模式劃分
1、模擬式傳感器
模擬轉(zhuǎn)速傳感器，可以輸出與每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)成正比例的電壓(模擬量)，輸出的是模擬電壓信號，需要地磅稱重儀表來進(jìn)行A/D數(shù)字轉(zhuǎn)換，然后變成可視化的稱重?cái)?shù)字。傳統(tǒng)的模擬傳感器稱重方式是由多個(gè)模擬傳感器的信號經(jīng)過接線盒并接后成為一路信號，每個(gè)傳感器的信號就不再是獨(dú)立辨別的，儀表無法在線發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行故障定位，可靠性差。
2、數(shù)字式傳感器
數(shù)字轉(zhuǎn)速傳感器，可以以數(shù)字量形式輸出每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，把A/D轉(zhuǎn)化的過程集中到了傳感器內(nèi)置芯片里，但是仍然需要數(shù)字儀表進(jìn)行顯示。數(shù)字稱重傳感器內(nèi)部有微處理器，可以對自身進(jìn)行診斷，儀表可在線監(jiān)測各個(gè)傳感器輸出并進(jìn)行智能處理，提高了稱重系統(tǒng)的可靠性。此外，數(shù)字傳感器還可以輕松解決模擬傳感器很難實(shí)現(xiàn)的大皮重小稱量等要求。
數(shù)字傳感器優(yōu)于模擬傳感器之處有：
1)模擬傳感器容易受到強(qiáng)電干擾（如電焊）和浪涌影響（如雷擊），而數(shù)字傳感器有各種保護(hù)電路和防雷擊設(shè)計(jì)，大大保證了傳感器的正常工作。
2)有故障報(bào)警提示。數(shù)字傳感器可以通過儀表來時(shí)刻監(jiān)視數(shù)字傳感器的工作狀況，發(fā)現(xiàn)某個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，可以自動報(bào)警。避免了在傳感器有故障狀態(tài)時(shí)進(jìn)行錯(cuò)誤的稱重?cái)?shù)據(jù)顯示。
3)一致性好，免標(biāo)定。很多罐料系統(tǒng)很難加稱量或無法掛砝碼進(jìn)行標(biāo)定，而數(shù)字傳感器在生產(chǎn)中，已用高精度標(biāo)準(zhǔn)測力機(jī)對傳感器輸出進(jìn)行了標(biāo)定，因此可以實(shí)現(xiàn)免標(biāo)定。大大提高了工作效率。
4)角差容易調(diào)整。有模擬傳感器組成的稱重系統(tǒng)，由于信號的不可辨別，需要反復(fù)調(diào)整角差，耗時(shí)費(fèi)力。而數(shù)字傳感器組成的稱重系統(tǒng)，由于儀表可以直接讀取到每個(gè)傳感器的受力情況，因此只需要一遍加載就可以完成角差調(diào)整，非常快捷簡便。
5)傳輸距離遠(yuǎn)，通信速度快，防作弊。模擬傳感器的MV信號太小，容易受射頻干擾和電磁干擾，而且在信號傳輸過程當(dāng)中由于電纜電阻的影響會造成信號衰減，所以傳輸距離較短（30米內(nèi)）。數(shù)字傳感器的數(shù)字信號的電平高出數(shù)字傳感器數(shù)百倍，且不易受干擾，按照工業(yè)級的現(xiàn)場總線通信協(xié)議傳輸，通訊信號強(qiáng)，高速且糾錯(cuò)能力強(qiáng)，由于協(xié)議的保密，無法對數(shù)字傳感器稱重系統(tǒng)作弊。
四、根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理劃分
1、有源傳感器
有源傳感器將非電量轉(zhuǎn)換為電能量，如電動勢、電荷式傳感器等；常常配合有電壓測量電路和放大器，如壓電式，熱電式，磁電式等。有源器件（Active Device）則是指工作時(shí)需要外部能量源的器件，該器件有1個(gè)輸出，并且是輸入信號的一個(gè)函數(shù)。
2、無源傳感器
無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能傳感器承擔(dān)將某個(gè)對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)(即過程)的。對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學(xué)量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標(biāo)示。
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