传感器知识及维护保养

传感器的使用及维护保养主讲人：刘立峰传感器一、传感器概述二、传感器种类三、传感器的应用及维护一、传感器测量技术概述（一）直接测量1、直接比较测量法2、为差测量法3、零位测量法（二）间接测量传感器的概述广义的说，传感器是指能感知某一物理量、化学量或生物量等的信息，并能将之转化为可以利用的信息的装置。人的五官就可以广义的看做传感器狭义的说，就是指感受被测量，并按一定规律转化为同种或别种性质的输出信号的装置。由于电信号易于保存、放大、计算、传输，是计算机唯一能够直接处理的信号，所以，传感器的输出一般是电信号，如电流、电压、电阻、电感、电容、频率等。二、传感器的分类由于传感器的快速发展，其品种已达数万（一）按被测量（或传感器的用途）分类如被测量为温度、压力、流量、位移、速度等时，则感应的传感器分别称为温度传感器等……还有热量、比热容，压差、力、力矩、应力、质量、振幅、频率、加速度、噪声、浓度、粘度、密度、相对密度、酸碱度、颜色、透明度等等，其相应的传感器一般以被测量命名。二、传感器分类（二）按工作原理分类传感器的工作原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论。可分为电阻式、电感式、电容式、电抗式、磁电式、热电式、压电式、光电式（包括红外线式和光导纤维式）、谐振式、霍尔式、超声式、同位素式、电话学式、微波式等。二、传感器分类（三）、按输出信号的性质分类可将其分为模拟传感器和数字传感器两大类前者输出模拟信号，如果要与计算机连接，则需要引入模/数转换环节，而后者则不需要。数字传感器一般将被测量转换成脉冲、频率或二进制数码输出，抗干扰能力强。三、传感器原理及应用电阻式传感器：是一种能把非物理量（如位移、力、压力、加速度、扭矩等）转换成与之有确定对应关系的电阻值，再经过测量电桥转换成便于传送和记录的电压（电流）信号的一种装置。它具有结构简单、输出精度高、线性和稳定性好等特点。它种类较多，主要有变阻器式、电阻应变式和固态压阻式等三种。前两种采用的敏感元件是弹性敏感元件，传感器元件分别是电位器和电阻应变片；而压阻式传感器的敏感元件和传感元件均为半导体（如硅）。（一）变阻器式传感器结构简单，输出信号功率大、被测量与转换量间容易实现线性或其他所需要的函数关系。三、传感器的原理及应用（二）应变式传感器目前用于测量力、力矩、压力、加速度、质量等参数，是使用最广泛的传感器之一。应变效应：金属导体或半导体在受到外力作用时，会产生相应的应变，其电阻也将随之发生变化，这种物理现象称为应变效应。用来产生应变效应的细导体称为应变丝（敏感栅）应用在称重与测力领域，一是作为敏感元件，直接用于被测试件的应变测量；另一是作为转换元件，通过弹性元件构成传感器，用以对任何能转变成弹性元件应变的其他物理量作间接测量。三、传感器的原理及应用（三）压阻式传感器利用硅的压阻效应和微电子技术制成的压阻式传感器，具有敏感度高、动态响应好、精度高、易于微型化和集成化等特点，获得广泛使用，且发展非常迅速。（1）压阻系数与压阻效应在半导体材料上施加一作用力时，其电阻率将发生明显变化，这种现象称为压阻效应。能产生明显的压阻效应的半导体材料很多，其中半导体单晶硅的性能最为优良。通过扩散杂质使其形成四个P型电阻，并形成电桥。当膜片受力后，由于半导体的压阻效应，电阻值发生变化，使电桥有相应的输出。三、传感器的原理及应用纵向压阻系数和横向压阻系数，大小由所扩散电阻的晶向来决定。纵向应力和横向应力（切向应力），其状态由扩散电阻所处位置决定。对扩散硅压力传感器，敏感元件通常都是周边固定的圆膜片。如果膜片下部受均匀分布的压力作用时，在膜片上扩散电阻，4个电阻都利用纵向应力。只要其中两个电阻R2、R3处于中心位置（r0.635r。)，使其受拉应力；另外两个电阻R1、R4处于边缘位置（r0.635r。)使其受压应力。4个应变电阻排成直线，沿着硅杯膜片的[110]晶向（法线方向）扩散而成，只要位置合适，可满足公式。这样就可以组成差动效果，通过测量电路，获得最大的电压输出灵敏度。三、传感器的原理及应用压阻式传感器的应用（1）应用与液位的测量，投入式液位传感器安装方便，适用于几米到几十米混有大量污物、杂质水的液位测量。（2）应用与压力的测量三、传感器的原理及应用（四）热电式传感器热电式传感器是利用转换元件电磁参量随温度变化的特征，对温度和与温度有关的参量进行测量的装置。（1）将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。（2）将温度变化转化为电阻变化的称为热电阻传感器。（3）金属热电阻式传感器简称为热电阻，半导体热电阻式传感器简称为热敏电阻。三、传感器的原理及用途A、热电偶温度传感器将被测温度转化为mV级热电势信号输出。通过连接导线与显示仪表连接组成测温系统，实现远距离温度自动测量、显示或记录、报警及温度控制等。B、热电偶温度传感器属于自发电型传感器，它的测温范围为-270~+1800摄氏度，是广泛应用的温度检测系统。三、传感器的原理及应用C、组成：热电偶由两根不同的导体或半导体一端焊接或绞接而成。两根导体或半导体称为热电极；焊接的一端称为热电偶的热端，又称测量端、工作端；与导线连接的一端称为热电偶的冷端，又称参考端、自由端。热电偶的热端要插入测温的生产设备中，冷端置于生产设备外，如果两端所处温度不同，则测温回路中会产生热电势Eo，在冷端温度to保持不变的情况下，用显示仪表测得E的数值后，便可知道被测温度的大小。三、传感器的原理及应用（五）热电阻式传感器热电阻测温原理：热电阻主要是利用电阻随温度升高而增大的特性来测量温度的。温度升高，金属内部原子晶格的震动加剧，从而使金属内部的自由电子通过金属导体时的阻力增大，宏观上表现出电阻率变大，总电阻值增加。目前国内常用的铂电阻有两种，分度号Pt100和Pt10，最常用的是Pt100，R(0摄氏度）=100.00Ω三、传感器原理及应用PT100应用在钻井平台监测发电机三相绕组温度监测顶驱电机、齿轮箱、水龙头、液压油温度起到高温保的作用。三、传感器的原理及应用（五）压力、差压变送器（1）、变送器的基本原理：凡是能直接感受非电的被测变量并将其转换成标准信号的传感转换装置。（2）分类有电容式压力、压差变送器，扩散硅式压力、压差变送器三、传感器的原理及应用（1）电容式压力、压差变送器是依据变电容原理工作的压力检测仪表。它利用弹性元件受压变形来改变电容可变电容器的电容量，从而实现压力-电容的转换。它具有结构简单、体积小、动态性能好、电容相对变化较大、灵敏度高等特点，获得广泛的应用。如1151系列、1751系列、3051系列美国（ROSEMOUNT)智能变送器。压力范围0~1.25KPA~42MPA，压差测量范围0~1.25KPA~7MPAClicktoedittitlestyle