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常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

由 綠色比心情 發表于 攝影2021-06-10
簡介3、半導體二氧化碳感測器半導體二氧化碳感測器是一種早期的氣體出來儀器,它透過一些比較原始的結構,利用利用金氧半導體材料,與特定的氣體環境中的一定溫度下發生的電阻或者電流波動在一定的溫度下產生的電流波動的原理進行出來的,有著這種裝置極易

透射光柵300線和600線有什麼區別

感測器效能指標:1,動態特性,2,線性度,3,遲滯特性

常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

動態特性,是指感測器在輸入變化時,它的輸出的特性。在實際工作中,感測器的動態特性常用它對某些標準輸入訊號的響應來表示。這是因為感測器對標準輸入訊號的響應容易用實驗方法求得,並且它對標準輸入訊號的響應與它對任意輸入訊號的響應之間存在一定的關係,往往知道了前者就能推定後者。最常用的標準輸入訊號有階躍訊號和正弦訊號兩種,所以感測器的動態特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。

線性度:通常情況下,感測器的實際靜態特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中,為使儀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)就是這個近似程度的一個性能指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量輸出點相連的理論直線作為擬合直線;或將與特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線,此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。

遲滯特性:表徵感測器在正向(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,通常用這兩條曲線之間的最大差值△MAX與滿量程輸出F·S的百分比表示。遲滯可由感測器內部元件存在的能量的吸收造成。

根據感測器工作原理,可分為物理感測器和化學感測器二大類:

按照其用途,感測器可分類為:

壓力敏和力敏感測器、位置感測器 、液麵感測器、能耗感測器 、速度感測器、熱敏感測器、加速度感測器、射線輻射感測器、 振動感測器、溼敏感測器、磁敏感測器、氣敏感測器、真空度感測器、生物感測器等。

以其輸出訊號為標準可將感測器分為:

模擬感測器——將被測量的非電學量轉換成模擬電訊號。

數字感測器——將被測量的非電學量轉換成數字輸出訊號(包括直接和間接轉換)。

膺數字感測器——將被測量的訊號量轉換成頻率訊號或短週期訊號的輸出(包括直接或間接轉換)。

開關感測器——當一個被測量的訊號達到某個特定的閾值時,感測器相應地輸出一個設定的低電平或高電平訊號。

在外界因素的作用下,所有材料都會作出相應的、具有特徵性的反應。它們中的那些對外界作用最敏感的材料,即那些具有功能特性的材料,被用來製作感測器的敏感元件。從所應用的材料觀點出發可將感測器分成下列幾類:

1、按照其所用材料的類別分:金屬、聚合物、陶瓷、混合物。

2、按材料的物理性質分:導體、絕緣體、半導體、磁性材料。

3、按材料的晶體結構分:單晶、多晶、非晶材料。

按照其製造工藝,可以將感測器區分為:整合感測器、薄膜感測器、厚膜感測器、陶瓷感測器。

感測器幾種屬性感:1,壓阻感測,2,溼敏感測,3,溼度感測,4,排氣溫度,5,室溫感測,6,電阻感測,7,整合感測。

接下來再繼續介紹幾種常見感測器

光柵位移感測器

常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

光柵是一種新型的位移檢測元件,是一種將機械位移或模擬量轉變為數字脈衝的測量裝置。它的特點是測量精確度高(可達±1μm)、響應速度快、量程範圍大、可進行非接觸測量等。其易於實現數字測量和自動控制,廣泛用於數控機床和精密測量中。

光柵就是在透明的玻璃板上,均勻地刻出許多明暗相間的條紋,或在金屬鏡面上均勻地劃出許多間隔相等的條紋,通常線條的間隙和寬度是相等的。以透光的玻璃為載體的稱為透射光柵,不透光的金屬為載體的稱為反射光柵;根據光柵的外形可分為直線光柵和圓光柵。

光柵位移感測器的結構如圖所示。它主要由標尺光柵、指示光柵、光電器件和光源等組成。通常,標尺光柵和被測物體相連,隨被測物體的直線位移而產生位移。一般標尺光柵和指示光柵的刻線密度是相同的,而刻線之間的距離W稱為柵距。光柵條紋密度一般為每毫米25、50、100、250條等。

常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

二氧化碳感測器

1、熱導池二氧化碳感測器

熱導池二氧化碳感測器是一種利用二氧化碳氣體的熱導率進行出來的裝置,當兩個和多個氣體的熱導率差別較大時,可以利用熱導元件,分辨其中一個組分的含量,當然,這種裝置不僅在測量二氧化碳氣體濃度方面,在測量氫氣以及某些稀有氣體方面也可以使用,不過由於某些特定原因(如技術封鎖等),這種裝置在國內的煤礦中也不多見。

2、催化劑二氧化碳感測器

催化劑二氧化碳感測器是一種以催化劑作為基本元件的二氧化碳感測器。它利用在特定型號的電阻表面的催化劑塗層,在一定的溫度下,可燃性氣體在其表面催化燃燒來作為二氧化碳感測器的出來原理,所以人們將這種二氧化碳感測器也成為熱燃燒式感測器。

3、半導體二氧化碳感測器

半導體二氧化碳感測器是一種早期的氣體出來儀器,它透過一些比較原始的結構,利用利用金氧半導體材料,與特定的氣體環境中的一定溫度下發生的電阻或者電流波動在一定的溫度下產生的電流波動的原理進行出來的,有著這種裝置極易受到溫度的變化的影響,所以目前已經被業界淘汰。

4、固體電解質二氧化碳感測器

TGS4161固體電解質CO2感測器是一種新的小型化,低能耗的固態電解質CO2感測器,其檢測範圍從350—10000PPM。是理想的家居空氣質量控制元件。對CO2有良好的靈敏度和選擇性,受溫溼度的變化影響較小。具有良好的穩定性、再現性。

5、電化學二氧化碳感測器

電化學二氧化碳感測器,其實可以算作是催化劑感測器的一個分支,二氧化碳感測器利用一些氣

體的電化學活性原理,讓二氧化碳氣體和感測器的感應部件的這些反應,可以分辨二氧化碳在大氣中的相關引數,當然這種感測器目前比較常見。

6、紅外二氧化碳感測器

這類二氧化碳感測器模組是一個智慧通用型、小型感測器,利用非色散紅外(NDIR)原理對空氣中存在的CO2進行探測,具有很好的選擇性和無氧氣依賴性,壽命長。內建溫度補償;同時具有數字輸出與模擬電壓輸出,方便使用。該二氧化碳感測器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術與精密光路設計、精良電路設計緊密結合而製作出的高效能。

該感測器可用於智慧家居,農業大棚及畜牧業的生產過程監控。

常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

二氧化碳感測器原理

二氧化碳感測器是一種氣體檢測儀器,主要用於測量空氣中二氧化碳的含量,當二氧化碳的含量過多或是過少時,二氧化碳感測器就會發出警報,人們根據它的提示就會及時採取相應措施來調整大氣質量,滿足人們自身的要求。這種裝置主要應用在日常的生產和生活中,為人們營造良好的大氣環境起到了重要作用。

二氧化碳感測器主要是測量大氣環境中的二氧化碳成分,對每個領域都有很重要的影響,隨著現代社會的不斷進步,二氧化碳的含量也逐漸變多,二氧化碳含量成分過高會對我們的身體產生嚴重的影響,而且還會對我們賴以生存的環境產生威脅。

溫室效應就是最好的例子,植物進行光合作用和呼吸作用與二氧化碳濃度有著很大的關係,所以,二氧化碳感測器的誕生使我們又向前邁進了一大步。

到現在為止,檢測二氧化碳的方法有很多種,大概是這幾個:滴定法,固體電解質式,電容式,廣前法,紅外吸收法等其他的方法。

二氧化碳感測器是用於各種環境的檢測,在惡劣的環境中也不會有絲毫的影響,材料可以有效地防腐蝕,系統採用的是暗線安裝,可以將其固定在牆面上或者自己需要的地方,二氧化碳感測器外型美觀,引線從殼體的後面經過,適合走暗線裝置,穩定效能好,使用壽命時間長,交直流供電,適用於對多種環境的二氧化碳進行檢測。

在選擇感測器的原理與結構上千差萬別,要怎麼根據具體的測量目的、測量物件以及測量環境合理地選用感測器,是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當感測器確定之後,與之相配套的測量方法和測量裝置也就可以確定了。

超聲波感測器

1)超聲波感測器簡介

超聲波感測器是根據超聲波的一些特性製造出來的,用於完成對超聲波的發射和接收,內部的換能晶片受到電壓的激勵而發生

振動

產生超聲波,超聲波的頻率高、波長短、方向性好、可以線性傳播、對液體或者固體有不錯的穿透效果,比如一些不透明的物體,超聲波可以穿透幾十米,而且它在遇到雜質等等物體時會發生反射現象,從而產生回波。

想要用超聲波完成檢測工作,必須要有一個既可以發出超聲波又可以接收超聲波的裝置,能實現這樣功能的裝置我們稱為超聲波感測器,也叫作超聲波換能器或者超聲探頭。

超聲波感測器內部的主要部件是壓電晶片,它在受到電壓的刺激時就可以發射超聲波,然後由接收端進行接收。小功率超聲波感測器大多用來進行檢測,例如一些導盲、坐姿矯正的產品,應用的就是小功率感測器,大功率的超聲波感測器在生活中並不常見。超聲波感測器有許多不同的結構,可分直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、雙探頭(一個用來發射、一個用來接收)等。

2)超聲波感測器工作原理

超聲波感測器主要由傳送部分、接收部分、控制部分和電源部分構成。

其中,傳送部分由傳送器和換能器構成,換能器可以將壓電晶片受到電壓激勵而進行振動時產生的能量轉化為超聲波,傳送器將產生的超聲波發射出去;

接收部分由換能器和放大

電路

組成,換能器接收到反射回來的超聲波,由於接收超聲波時會產生

機械

振動,換能器可以將機械能轉換成電能,再由放大電路對產生的電訊號進行放大;

控制部分就是對整個工作系統的控制,首先控制傳送器部分發射超聲波,然後對接收器部分進行控制,判斷接收到的是否是由自己發射出去的超聲波,最後識別出接收到的超聲波的大小;

電源部分就是整個系統的供電裝置。這樣,在電源作用下、在控制部分控制下,傳送器與接收器兩者協同合作,就可以完成感測器所需的功能。

3)超聲波發生器

為了方便對超聲波的研究和利用,人們設計出了許多種類的超聲波發生器,各種發生器中超聲波的產生方式不同,有電氣方式也有機械方式,所以用途也不盡相同。每一種發生器都有自己的應用範圍,但是就目前來講,被普遍使用的還是壓電式超聲波發生器。

壓電式超聲波發生器的關鍵部分是內部的壓電晶片,主要是利用壓電晶片的諧振來工作,發生器內部有兩個壓電晶片和一個共振板。

在發生器的兩電極之間外加一個脈衝訊號,當外加訊號的頻率與壓電晶片的頻率相等時,壓電晶片就會發生振動,同時也會帶動共振板進行振動,這時會產生超聲波,這就是超聲波發生器的傳送端;但是如果發生器的兩電極之間沒有外加脈衝訊號,而共振板又接收到了發射的超聲波時,就會迫使壓電晶片發生振動,然後產生的機械能轉換為電訊號,這就是超聲波發生器的接收端。

4)超聲波測距原理

超聲波測距的原理十分簡單,由超聲波的發射端發射一束超聲波,在發射的同時,

計時

開始,發射出去的超聲波在介質中傳播,聲波具有反射特性,當遇到障礙物時就會反射回來,當超聲波的接收端接收到反射回來的超聲波時,計時停止。介質為空氣時,聲速為340m/s,根據記錄的時間t,利用公式(2。1)計算出發射位置與障礙物之間的距離。

這就是所謂的時間差測距法。

超聲波測距的原理就是已知超聲波在介質中的傳播速度,

測量

出從發射到接收所需的時間,根據測量出的時間來計算出障礙物的距離。因此,超聲波測距的原理與回聲定位是一樣的。

測距的公式如式(2。2)所示:

式中L為測量的距離長度;C為超聲波在介質中的傳播速度;T為測量出傳播時間的一半。

由於超聲波的波長相對較短,具有良好的方向性和穿透能力,在用作測量時具有很高的精度,但是仍然有一些因素可以讓超聲波測距產生誤差。

5)超聲波測距誤差分析

由超聲波測距的公式可知,測距時誤差產生的原因主要為超聲波在介質中的傳播速度和測量距離時超聲波傳播所需要的時間。

假設要求測量距離時的誤差小於1mm,已知超聲波在空氣中的傳播速度C=344m/s(20℃室溫),忽略掉超聲波的傳播誤差。測距誤差s△t《(0。001/344)≈0。000002907s即2。907μs。所以,只要保證測距時的時間誤差精度在微妙時,就可以讓測量誤差小於1mm。

超聲波的傳播速度與介質的密度有關,密度越高的時候超聲波的傳播速度也就越快,當介質為空氣時,空氣的密度又與溫度有關,因此超聲波的傳播速度受溫度影響。

常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

已知超聲波的傳播速度與溫度的關係如下:

式中:r—氣體定壓熱容與定容熱容的比值,對空氣為1。40,

R—氣體普適常量,8。314kg·mol-1·K-1,

M—氣體分子量,空氣為28。8×10-3kg·mol-1,

T—溫度,273K+T℃。

近似公式為:

式中:表示零0℃時的聲波傳播速度;T表示實際的溫度。

另外,在利用超聲波測距時還要考慮環境因素,其中主要的就是溫度的影響,在0℃和30℃時,超聲波的速度明顯不同。因此,在進行高精度測量時,應考慮到溫度變化的影響。

空調溫度感測器

空調溫度感測器是利用物質各種物理性質隨溫度變化的規律,把溫度轉換為電量的感測器。這些呈現規律性變化的物理性質主要有體。溫度感測器是溫度測量儀表的核心部分,品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類,按照感測器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。

熱電阻式溫度感測器熱電阻式溫度感測器分為金屬熱電阻和半導體熱敏電阻兩類。大多數金屬熱電阻的阻值隨其溫度增高而增大,稱具有正常的溫度係數;而半導體熱敏電阻的阻值一般隨溫度升高而減小稱具有負的溫度係數。由於導體和半導體的電阻阻值隨溫度變化,因此,測量它們的電阻值,便可測出相應的溫度。

空調溫度感測器怎麼判斷好壞

在判斷空調溫度感測器效能好壞時,定頻空調應該設定成強制製冷的執行狀態,變頻空調應該設定成試運轉的執行狀態。如果這樣設定後空調能夠運轉,且工作電流基本正常,一般可認為是溫度感測器有問題。空調溫度感測器阻值變大或壓縮機溫度感測器阻值變小,均會引起變頻器輸出頻率偏低,影響製冷效果。當然還有其他的方法來判斷其感測器是否良好,接下來小編就說說這些方法:

模擬法判斷感測器是否良好

根據各種溫度感測器檢測的溫度或人工模擬溫度來分析溫度與阻值的變化曲線是否正常,以此來判斷溫度感測器是否不良。其規律是:溫度與阻值成反比。

根據CPU輸入電壓判斷感測器好壞

根據各種溫度感測器輸入單片微電腦cPu的電壓值分析當前溫度是否正確,以此來判斷溫度感測器是否不良。其規律是:溫度與電壓成正比。

空調溫度感測器阻值多少

在空調維修的工作中,很多空調維修技術人員只是按照溫度感測器的阻值進行替換,其實這裡有一個重大的誤區。空調溫度感測器除了阻值,還有個關鍵引數:溫度係數B值。溫度係數B值是指當溫度每升高一度時,電阻增大的百分數隨溫度阻值變化率。空調廠家選用最多的是3435,3450,3470,3950,3960等等。同樣阻值,溫度係數B值不同,在不同溫度情況下,阻值變化很大。在空調維修時,如果阻值與溫度係數B值選擇錯誤,都可能會導致空調機組無法正常執行或者在某個溫度區域,工作不正常。失去關鍵保護,最終導致機組關鍵部件損壞,給使用者造成重大經濟損失。

在空調維修工作中,當空調溫度感測器損壞後,如何在現場檢測出空調溫度感測器原廠的規格引數阻值與B值。就非常至關重要。只有選配正確的溫度感測器規格引數,才可以讓空調機組恢復正常執行。避免因為溫度感測器選配錯誤,導致空調機組產生多種潛在故障,無法穩定執行。

我們在空調維修時,也經常會發現空調機組各種疑難雜症。例如使用者反映空調機組製冷正常,制熱不正常。或者經常報一些溫度相關的故障。其實這些故障絕大多數都是與上個維修者溫度感測器選配錯誤有關。如果在現場可以檢測空調機組廠家原配溫度感測器的規格引數,我們就可以正確的替換溫度感測器。避免空調疑難雜症的產生。

光電式轉速感測器

光電式轉速感測器是一種角位移感測器,由裝在被測軸(或與被測軸相聯接的輸入軸)上的帶縫隙圓盤、光源、光電器材和指示縫隙盤構成,如圖所示。

常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

圖 光電式轉速感測器的構造原理圖

依據丈量單位時刻內的脈衝數N,則可測出轉速為

常見的感測器基礎知識歸納(下篇)

式中: ;

Z——圓盤上的縫隙數; 

n——轉速(r/min); 

t——丈量時刻(s)。

通常取Zt=60×10m(m=0,1,2,…)。運用兩組縫隙間隔W一樣,方位相差(i/2+1/4 )W(i=0,1,2,…) 的指示縫隙和兩個光電器材,就可區別出圓盤的旋轉方向。