淺析傳感器的原理及應用
一、傳感器的發展歷史
傳感器是由微電子、微型計算機與檢測技術相結合的產物，具有測量、存貯、通信、控制等特點。傳感器是檢測裝置的一種，能測量到信息，并將測量信息按 規律變成電信號或者其他形式的信號輸出。智能傳感器主要由主傳感器、輔傳感器與微機硬件系統等構成。從以前氣動儀表、電動儀表發展到如今的集散系統，現場總線系統，把單回路的控制集成到對整個生產裝置的所有控制系統的控制。操作可以在控制室足不出戶就可以控制現場的閥門，能夠及時通過對工藝設備里面的壓力、溫度、物位或流量進行控制，達到穩決準的控制效果。
傳感器像人的五官一樣具有敏感的感覺功能。人的五官獲取信息是通過人體的感覺細胞將溫度、顏色、重量、酸、甜、苦、辣等非電量，轉換成電脈沖如電壓、電容、電流、電阻等，電脈沖再通過神經將信息傳至大腦，大腦處理后感知到信息。智能傳感器利用這個原理來模仿人的感覺的。與人相比，傳感器的功能 ，在日常生產中需要 地獲取信息，做出準確、的反應，靠人的感官難以實現，特別是高溫高壓、、易燃易爆區域，人根本無法進入，于是，就有了傳感器應運而生。傳感器畢竟是電子產品，它沒有思維和感情，這一點與人無法比擬的。傳感器是一種將非電量(如溫度、密度、電阻、速度、形變等)的變化轉變為電量變化的元件，根據轉換的非電量不同可分為壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等等，是控制儀器及設備的主要零件、附件。
二、溫度、壓力、速度、觸摸、聲、重力傳感器原理及應用
溫度是測量物體冷熱程度的物理量，溫度是熱力學系統熱運動的能量，溫度不是直接測量的，它是通過物體隨溫度變化的物理量來轉換測量的。熱電偶就是根據熱電勢變化來測量溫度的；熱阻是根據阻值變化來測量溫度的，溫度計是根據體積變化來測量溫度的。溫度傳感器從傳統的分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器/控制器到智能溫度傳感器三個發展階段。智能溫度傳感器由溫度傳感器、信號處理器、傳感器外殼、存儲器與接口電路等組成，有的溫度傳感器還帶控制器(CPU)、多路選擇器等。如今，新型智能溫度傳感器正從模擬量向數字量及網路化發展，以實現多功能、、總線系統化、高 性及性。溫度變送器應用非常廣泛如壓縮機的出口溫度、反應器的表面溫度、電機的軸承溫度、加熱爐的爐膛溫度等；有些電子產品還需對自身的溫度進行檢測，如空調、PLC、計算機、馬達控制器，質量流量計、電磁流量計等。
壓力是垂直均勻作用在單位面積上的力即垂直力的大小。壓力傳感器的工作原理是被測介質直接作用于傳感器(硅諧振、硅微電容、復合半導體、硅電容等)，它將被測參數轉換(硅梁的振動頻率、靜電容量、硅芯片電阻值、電容等)。壓力傳感器在軍事、民用和工業等很多方面都有應用，壓力傳感器可用來測量靜態壓力和動態壓力。壓力傳感器是在自動化系統及汽車中用的 多的傳感器，在化工中主要用于罐頂壓力，塔頂壓力，壓縮機出入口壓力、管線的壓力、潤滑油壓力、反應器床層壓力、爐膛壓力等，在汽車中主要用于檢測氣囊貯氣壓力、傳感器系統流體壓力、注入燃料壓力、發動機機油壓力、進氣管道壓力、空氣過濾系統的流體壓力等。
速度是單位時間內位移的增量，速度傳感器是能感受被測速度并將其轉換成可用輸出信號的傳感器。速度分為線速度和角速度。測量線速度的為線速度傳感器，它是用來測量直線運動的傳感器，根據輸出電壓與被測物體運動速度成線性關系來測量線速度。線速度傳感器被廣泛應用于化工機械、儀器儀表、地質石油等方面的自動化控制與測量小模數齒輪或其它設備的轉速，工作性能穩定的特點，線速度傳感器輸出方波信號，能夠遠距離傳輸。在機車的牽引控制、車輪滑動保護、列車控制和車門控制過程中都要設計到速度信號的采集問題。這個任務由許許多多的速度傳感器來完成。測量角速度的為角速度傳感器，用于測量旋轉運動的角位移、角速度、角加速度等，早期測量角參數，多采用線加速度計與線位移傳感器，再經過計算得出角參數，這種方法測量誤差比較大。目前多采用陀螺儀原理測量角速度，陀螺儀常被稱為角速度傳感器。陀螺儀的設計和工作原理主要采用振動部件傳感角速度，依賴相互正交的振動和轉動引起科里奧利力。即靜止時，驅動臂在水平方向振動，當發生旋轉時，在科氏力的作用下驅動臂產生垂直運動，引起感應臂的運動，使感應臂產生與旋轉角速度成正比的電勢差。陀螺儀可以固定一個方向，像旋轉的陀螺放在平面上，不論將平面如何傾斜，陀螺的中心軸是不變的。陀螺儀傳感器是基于空間位移和手勢定位的控制系統，具有定軸性和進動性兩個重要特性。如陀螺傳感器裝在手機中就可以固定一個方向，手機移動但是方向保持不變。在射擊游戲中，射擊準心不變，然后通過移動手機位置來瞄準目標。轉速傳感器是測量旋轉物體的轉速并將其轉換為電量輸出。轉速傳感器根據信號可分為模擬和數字兩種。模擬信號輸出值是轉速的線性函數，數字信號輸出值是信號頻率與轉速成正比。由于在自動控制及自動化儀表中大量使用電機(如進/出料泵，空冷風機、壓縮機的電機部分)，所以轉速傳感器應用非常廣并且種類很多，常用的轉速傳感器有磁電式、光電式、霍爾式、電容式等。應用案列：柴油機用的轉速傳感器就裝在噴油泵的飛錘齒輪處，當柴油發動機的噴油泵工作時，傳感器的齒輪旋轉，因此在信號線圈中就會產生交流電壓。交流電壓的頻率與發動機的轉速成正比。在機電一體化操作臺及手機上主要搭載的傳感器有觸摸傳感器、聲傳感器、重力傳感器等。電腦及手機觸摸屏，在皮膚下面，人體組織中充滿了傳導電解質(一種有損電介質)，這種電解質與電場相互作用，這種傳感器即電容式觸摸傳感器；打電話時，把聲音轉換成電信號，這種傳感器即聲傳感器；用電腦或者手機觀看視頻、或網絡購物時，把手機從豎變為橫著拿時，頁面內容就自動反應過來，這就是重力傳感器的應用。
在(zai)(zai)自動化控制(zhi)(zhi)中，傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)處于系統(tong) 位(wei)，如傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)蠟油(you)(you)加(jia)(jia)氫裝置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)，蠟油(you)(you)加(jia)(jia)氫裝置(zhi)(zhi)(zhi)工藝概況(kuang)蠟油(you)(you)在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)、高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)、氫氣及(ji)(ji)(ji)(ji)催化劑的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)下先脫除原料(liao)中的(de)(de)(de)(de)硫(liu)、氮以(yi)及(ji)(ji)(ji)(ji)金(jin)屬等(deng)雜質，然后進行加(jia)(jia)氫、裂化、芳烴飽和和開環等(deng)反(fan)應，生產(chan)出(chu)(chu)石腦油(you)(you)、柴油(you)(you)、航(hang)煤、加(jia)(jia)氫尾油(you)(you)等(deng)產(chan)品。溫(wen)度(du)(du)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)蠟油(you)(you)加(jia)(jia)氫裝置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)：反(fan)應器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)每(mei)個(ge)(ge)床(chuang)層(ceng)溫(wen)度(du)(du)、溫(wen)升(sheng)的(de)(de)(de)(de)控制(zhi)(zhi)都是通過(guo)(guo)調節床(chuang)層(ceng)入口(kou)溫(wen)度(du)(du)實現的(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)反(fan)應器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)每(mei)個(ge)(ge)床(chuang)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)入口(kou)，在(zai)(zai)同一平面上一周設(she)(she)有6個(ge)(ge)溫(wen)度(du)(du)測量(liang)點(dian)，通過(guo)(guo)信(xin)號選擇器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，選擇溫(wen)度(du)(du)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)一個(ge)(ge)作(zuo)為(wei)控制(zhi)(zhi)值。壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)蠟油(you)(you)加(jia)(jia)氫裝置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)：在(zai)(zai)冷(leng)(leng)高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)分離器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)罐頂的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)作(zuo)為(wei)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)控制(zhi)(zhi)點(dian)，在(zai)(zai)新(xin)氫壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)出(chu)(chu)口(kou)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)控制(zhi)(zhi)下，通過(guo)(guo)設(she)(she)在(zai)(zai)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)三返一線上的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)調節閥來(lai)調節其(qi)返回入口(kou)流量(liang)，用(yong)(yong)來(lai)改變反(fan)應系統(tong)的(de)(de)(de)(de)氫氣流量(liang)。轉速傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)蠟油(you)(you)加(jia)(jia)氫裝置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)應用(yong)(yong)：空(kong)(kong)冷(leng)(leng)出(chu)(chu)口(kou)溫(wen)度(du)(du)控制(zhi)(zhi)通過(guo)(guo)調節運轉風機(ji)的(de)(de)(de)(de)頻率轉速來(lai)調節空(kong)(kong)冷(leng)(leng)出(chu)(chu)口(kou)溫(wen)度(du)(du)。于是可以(yi)說傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)是自動化系統(tong)達到、 以(yi)及(ji)(ji)(ji)(ji)穩定的(de)(de)(de)(de)。的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)帶動著傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)市場，如光(guang)纖傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、紅外(wai)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、紫外(wai)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、無(wu)線傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)以(yi)及(ji)(ji)(ji)(ji)金(jin)屬氧化物傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等(deng)。在(zai)(zai)現代工業自動化生產(chan)中，需要各(ge)種(zhong)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)來(lai)監(jian)視(shi)以(yi)及(ji)(ji)(ji)(ji)控制(zhi)(zhi)生產(chan)過(guo)(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)、壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)、液位(wei)、流量(liang)等(deng)參數，設(she)(she)備在(zai)(zai)正常狀態下工作(zuo)，生產(chan)出(chu)(chu)質量(liang)過(guo)(guo)關(guan)的(de)(de)(de)(de)產(chan)品。傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)己滲透到工業、農業、醫(yi)學、研究等(deng)，幾(ji)乎每(mei)個(ge)(ge)現代化項目，都需要各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。相信(xin)在(zai)(zai)不久的(de)(de)(de)(de)將來(lai)，智(zhi)能傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)市場將 加(jia)(jia)。
