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五种常用的传感器原理和应用

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1#
发表于 2023-5-29 11:19:16 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
五种常用的传感器类型# |& K* I; p# i  m
% e7 F& a: E+ W& m* o  a2 w

1 l! j8 r, k7 m5 \3 F& I; M7 @一些常用的传感器及其原理和应用说明如下:
6 f7 [3 ]0 Y& \* a7 F3 e. p5 O5 T
(一)温度传感器. }# G8 v/ p! i/ n

- S5 j% O/ L) [5 ^8 N! K; R  该设备从源头收集有关温度的信息,并转换成其他设备或人可以理解的形式。温度传感器的最佳例证是玻璃水银温度计,会随着温度的变化而膨胀和收缩。外部温度是温度测量的来源,观察者观察汞的位置以测量温度。温度传感器有两种基本类型:( o5 u% R1 k4 c  H1 w8 ^& @
' E3 F' H5 ?/ K3 c' B5 |) {
·接触式传感器4 A3 p7 }' ^6 V

! |3 j3 @" }- E' Y  p这种类型的传感器需要与被感测对象或介质直接物理接触。它们可以在在很大的温度范围内监控固体、液体和气体的温度。6 D9 k7 `$ X) O$ K' {$ f" q

9 Z. }) `6 m2 x, j5 ]2 V  f; h·非接触式传感器
# T6 M3 ]6 H- T+ s, Q& m  z- x7 _; r! G8 t/ [1 M. w
这种类型的传感器不需要与被检测的物体或介质发生任何物理接触。它们监控非反射性固体和液体,但由于天然透明性,因此对气体无用。这些传感器使用普朗克定律测量温度。该定律处理从热源辐射的热量以测量温度。) _% f1 W( ]! z! W  r; l

( A/ @7 }4 w( e+ L" \+ q  不同类型温度传感器的工作原理及实例
& y3 Y' L' f1 p$ R' X' v
& I: Y/ E* d( J$ B% U0 K  (i)热电偶——它们由两根电线(每根均为不同的均匀合金或金属)组成,通过在一端的连接形成测量接头,该测量接头对被测元件开放。电线的另一端端接到测量设备,在此形成参考结。由于两个结点的温度不同,电流流过电路,测量得到的毫伏来确定结点的温度。热电偶示意图如下。7 `8 n9 r4 I: u! m2 P  o/ v, C6 v3 }6 ^
  K, `- G) l3 \4 l
  (ii)电阻温度检测器(RTD)——这是一种热电阻,其制造目的是随着温度的变化改变电阻,它们比任何其他温度检测设备都贵。电阻式温度探测器示意图如下。
$ K1 Z* B1 T0 Y+ T" J- D% q* y( a* _: A* q2 D6 X( F% R. j% U
  (iii)热敏电阻——它们是另一种电阻,电阻的大变化与温度的小变化成正比。. }, |8 a. ]. x
; K) O( G: F6 M8 [; o& m' m
(二)红外传感器
5 I/ G8 m& _2 C3 C( p) w; S- E' m, ^0 d$ m6 X; o
  该设备发射或检测红外辐射以感知环境中的特定相位。一般来说,热辐射是由红外光谱中的所有物体发出的,红外传感器检测到这种人眼看不见的辐射。
5 I- h, D7 O+ ]. Q0 j; o" }9 f# o2 Z. J4 @7 z6 m$ ?
优势
* u# u3 U: g/ b/ b( J# ^% O
* u1 s* e: _# h易于连接,市场上现货供应2 q/ |/ `3 A% t

$ N* c. _* ^. F3 H缺点- ^4 z: f9 n3 l: D5 S
4 C- d* c: q; J1 M& _2 W( ]  x
受到周围噪音干扰,如辐射、环境光等。5 m% `. a  a  r! |, j& e. E
' H9 F/ Y- g* N! H! ]) V6 {
工作原理8 g3 h/ N: v# v5 g

" z: m: u) Q5 G% r6 V; _( h  其基本思想是利用红外发光二极管向物体发射红外光。同一类型的另一个红外二极管将用于探测物体反射波。红外Led传感器工作原理简图如下所示。
0 j. s9 ]) j6 v9 _" A" X2 ~4 o" n
+ W2 K; U3 A, {* {; ~0 A  当红外接收器受到红外光照射时,导线上会产生电压差。由于产生的电压很小,很难被检测到,因此使用运算放大器(运放)来准确地检测低电压。+ D) \1 D/ V4 Y0 a& o0 M) ^

! Y5 G5 c! ?$ w/ s  测量物体与接收传感器的距离:红外传感器组件的电特性可用于测量物体的距离,当红外接收器受到光照时,导线上会产生电位差。
' r8 d: l! T3 V" I, ?$ H6 c
3 e$ m9 q1 y0 O' K# \应用2 o9 @/ a5 I+ a$ A' x

) h- d' v( Q  s$ H, s% X) ]+ k+ z2 m
热成像; j# K& `/ |& C( }0 w
根据黑体辐射定律,可以使用热成像来观察有或没有可见光的环境。
: [  I6 N) B- }3 j$ w% X! e·加热
. B& x  S" W( W) I' e  P, ]红外线可用于烹饪和加热食物,它们能把飞机机翼上的冰带走。它们广泛应用于印刷印染、塑料成型、塑料焊接等工业领域。9 p& j( n! o" ~( T) F
·光谱学( P: l/ g9 s$ P* ^8 k& }( d
这项技术通过分析组成键来识别分子,这项技术利用光辐射来研究有机化合物。; X* c& ^6 I7 Z. ^' x
·气象  Q1 _( ]0 M) M1 ]9 q
当气象卫星配备有扫描辐射计时,可以计算云层高度、陆地和地表温度。: m# y% m/ G, }8 T& ?* F- W- [
·光生物调节
: N+ P! M5 p7 C9 v: @0 o用于癌症患者的化疗,这是用来治疗抗疱疹病毒。
% v% a# ~2 `4 G- h. D9 `, c·气候学
& m$ G# d0 @2 ?2 a5 h. t6 ^) J监测大气和地球之间的能量交换。* G% v! e- [! j; [1 E
·通信* _2 k2 R& t# {# C. C
红外线激光为光纤通信提供光。这些辐射也用于手机和计算机外围设备之间的短程通信。
( A% |8 @6 t$ n; \+ \& G% z! T. N1 z9 @, z' S5 @
, z" Z! {1 N6 ^
(三)紫外线传感器
6 B& `0 F  C7 h& U. I- C  h0 |! M) I) N8 M% d& }
  这些传感器测量入射紫外线的强度或功率。这种电磁辐射的波长比x射线长,但仍比可见光短。一种被称为聚晶金刚石的活性材料正被用于可靠的紫外传感,紫外线传感器可以发现环境暴露在紫外线辐射下的情况。
2 v0 }! O5 s+ O( F5 X4 l$ e/ T$ u3 K+ p& ^, J( H3 ]2 z
选择紫外线传感器的标准
3 Q7 _: [* k& F% w) \* m8 I: y- e4 [, z& j  x6 a- t  j
·紫外传感器可以检测到的波长范围(纳米)
% {) |2 }1 S2 k! u  }$ K) _' n% t' C. p9 W4 B  U4 n( n/ Q; j
·工作温度
% T' Y# E6 f5 Z& T. }" E% [1 }( Q/ W) Q# W- q7 p
·准确度2 Z* W+ K7 k0 `2 o" C$ T
3 H% g6 t$ ]* g- z$ o) b2 H5 b  H9 V
·重量
& G. r6 h* N' P- W7 N
6 O# F9 p0 a  D8 }: a·功率范围
/ k: B" |- R' @7 U5 @( f8 n8 A% A7 ?0 t# h1 f
工作原理( I( I$ u6 X1 M! u
0 d, L) l- o& M5 v! p8 w9 |
  紫外线传感器接收一种类型的能量信号,并传输不同类型的能量信号。( I. s& `! d1 s
6 ~" w, Q2 P7 q& G; U, R! i' U/ B
  为了观察和记录这些输出信号,它们被导向电表。为了生成图形和报告,输出信号被传输到模数转换器(ADC),然后再通过软件传输到计算机。; g! R* r& x1 N9 Q7 j8 B/ M

* G& f1 T4 [1 z( L& h示例包括:
" G/ u- \3 A* y4 ~4 l: @5 h& z+ c7 |3 p  b2 m6 o
·紫外线光电管是一种辐射敏感的传感器,用于监测紫外线空气处理、紫外线水处理和太阳辐射。
& C% `& V5 Y% x/ ~7 K2 ?7 w7 N+ Z
1 C  k6 ?& z( C# B! h9 ?& H·光传感器测量入射光的强度。3 \8 L% J" B+ m: _, C$ B, C" U
9 X; u+ D3 M6 w  V
·紫外光谱传感器是用于科学摄影的电荷耦合器件(CCD)。
& y' s3 Z/ h8 Y5 `
* T$ S  T7 L2 D·紫外线探测器。
  m- x  D1 t- N2 F$ i6 G5 u$ T- q) w: ?, z8 V0 i& ^/ k. I
·杀菌紫外线探测器。! S* E2 D1 X; q7 A& l8 p) z  T) f7 r
# ~/ [7 U5 N1 p9 o( V$ h# B$ O9 R
·光稳定性传感器。5 O3 x% D' `7 S4 Y& \3 _( o
/ q2 b+ k% f  R1 O. X7 X
应用; S' Q2 |0 K) |0 Y1 f
# b6 r& K" v( B1 p1 z% Q
·测量紫外线光谱中晒伤皮肤的部分" M6 _" Z$ a# |9 p0 F6 v3 |

( ~; E; s0 _0 r3 _  M# U. t! ~1 g·药房
/ P1 P  h, {1 j; M* x6 b1 e- P0 _; n6 Q" O6 A8 I) X1 Y
·汽车
/ x  {0 G/ ^7 {! c. N' _
$ [8 R& P) p; R/ T) f( A·机器人学
( g+ `. @- H8 K% v0 i8 w$ a0 k0 y/ k0 ?" R
·溶剂处理和染色工艺的印染工业: n: V( d) m4 r; [- ^. R

! Q+ R" G7 q2 }& n·化学品生产、储存和运输用化学工业
3 C& j  f+ J% S1 O& Z1 J
! f3 O& i( _  ?$ M/ g, i1 e' d(四)触摸传感器
; M7 P' J% A1 H" B! r' f6 x
# @+ m: J1 ^, s  O  触摸传感器根据触摸位置充当可变电阻器。触摸传感器作为可变电阻工作的图。
0 z% ^& Z6 W3 x* i6 F/ }* a9 U% K
, S0 ]" t4 l7 Y4 n( j& g  触摸传感器由以下部件组成:) G; g/ g4 I% D1 f& k: e

% d. S+ z) n, r- \1 D- S0 U·全导电物质,如铜
( Z  l4 X4 m1 E4 m/ U7 E/ _' L' s2 a+ L: Y, t" l8 S
·绝缘间隔材料,如泡沫或塑料2 f3 }% g7 K9 F7 R' U: t7 W

& I  a' T- z; j0 S  z' ^·部分导电材料3 {4 P0 u0 [# _) O4 J2 l3 @3 q

2 g+ \. Q+ o7 r$ P; q0 O! c原理与工作
! ~% s1 K+ Z6 _5 h
; o  ]0 Y2 s; E  f  部分导电材料反对电流的流动。线性位置传感器的主要原理是,当电流必须通过的材料长度越长时,电流流就越相反。因此,材料的电阻通过改变其与完全导电材料接触的位置而变化。
2 J0 u& q$ p/ n, J: H" E6 x  ?& r1 R4 D5 X' I. F3 K! {
  通常,软件与触摸传感器相连。在这种情况下,内存是由软件提供的。当传感器被关闭时,他们可以记忆“最后一次接触的位置”。一旦传感器被激活,他们就能记住“第一次接触位置”,并理解与之相关的所有值。这个动作类似于移动鼠标并将其定位在鼠标垫的另一端,以便将光标移动到屏幕的远端。3 i: E+ @% c1 G% Q8 W5 L
* s- h! L. q- ?( B: a# M
应用
# N% a$ f- I, Y- B+ Y0 g/ w+ `* k; _9 I: z& S$ _* b/ |& J/ C* b$ M
  触摸传感器具有成本效益高、经久耐用的特点,被广泛应用于. j5 @& C- N2 S1 p8 N1 e

' n9 S# A" z1 O; m! h·商业——医疗、销售、健身和游戏8 d& n! I; i. Y! j& o
9 l1 G) b3 ~8 h  O9 o/ @* Y
·电器-烤箱、洗衣机/烘干机、洗碗机、冰箱: ]. u0 i" S: ~5 k
; Z9 _' A. M- n4 K2 H+ g
·运输-驾驶舱制造和车辆制造商之间的简化控制( E' ~6 _8 [, ^$ u5 x
6 X1 ^5 D* M7 a) w+ t  ~
·液位传感器' G$ A, [' y/ x9 U& F4 h, O

- x. n: Z' s% q* |* N" ]0 g·工业自动化-位置和液位传感,自动化应用中的人工触摸控制  Q" b- E# {7 T5 j! p2 A' d" I

. Z+ i( u* k; i/ b  ^·消费电子产品-在各种消费产品中提供新的感觉和控制水平# I0 f* E3 W7 E/ a2 f
2 O. Z; q* u+ U: b# N6 J3 G
(五)接近传感器
) |! a& `4 s, d9 r: y8 W" _4 U4 H( ]5 N/ s( P& D+ ~
  接近传感器检测几乎没有任何接触点的物体的存在。由于传感器与被测物体之间没有接触,且缺少机械零件,因此这些传感器的使用寿命长,可靠性高。不同类型的接近传感器有感应式接近传感器、电容式接近传感器、超声波接近传感器、光电传感器、霍尔效应传感器等。- ?' Q, @* w, \) }1 }/ h# R3 g
8 {$ Z9 d$ b8 e, B7 y. c, b
工作原理7 S" d- j& [' W: t: F& u6 k
0 Q- Z7 U) Z: P9 |5 s/ U5 b
  接近传感器发射电磁或静电场或电磁辐射束(如红外线),并等待返回信号或场中的变化,被感测的物体称为接近传感器的目标。& S0 p8 O0 [$ C7 O( J
' s; L% T- \" k# y0 y6 m  \: s7 w5 j. @
  感应式接近传感器-它们有一个振荡器作为输入,通过接近导电介质来改变损耗电阻。这些传感器是首选的金属目标。0 ~9 ?9 U3 d9 ~

. Z8 ?# G1 t$ _" u% L3 g8 h- `  电容式接近传感器-它们转换检测电极和接地电极两侧的静电电容变化。这是通过以振荡频率的变化接近附近的物体而发生的。为了检测附近的目标,将振荡频率转换为直流电压,并与预定阈值进行比较。这些传感器是塑料目标的首选。
. N, R7 p$ ~: C/ G
! G, `6 H' ~* u8 Z; y6 B应用
5 p. e5 T; N2 D0 V. f. H% _; V( g9 {1 N2 i+ P( [" I/ ^: L% d  m
·在自动化工程中用于定义过程工程设备、生产系统和自动化设备的运行状态
4 o  }9 \& r$ ^$ ^) e4 Z2 M$ {- @4 C8 V# E( U* l6 `4 L, [2 w/ g, O
·在窗口中使用,当窗口打开时会激活警报1 c$ o" `4 w) {1 ^) O

! ~* h9 w! @" o- H1 ?! z·用于机械振动监测计算轴与支承轴承的距离差! Q3 t) H& k; d" ]: ?- i
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2#
发表于 2023-6-9 08:41:19 | 只看该作者
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3#
发表于 2023-7-24 15:57:55 | 只看该作者

( u- q: y/ S' @9 f  d7 `感谢分享
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4#
发表于 2023-9-5 14:47:56 | 只看该作者
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