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传感器选用原则 传感器是如何工作的

时间:2020-08-05    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
传感器选用原则 现代传感器在原理与结构上千差万别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败,在很大程度上取决于传感器的选用是否合理. 1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为,即使是测量同一物理量,也有多种原理的传感器可供选用,哪一种原理的传感器更为合适,则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量;传感器的来源,国产还是进口,价格能否承受,还是自行研制. 在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标. 2、灵敏度的选择 通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。因此,要求传感器本身应具有较高的信噪比,尽员减少从外界引入的厂扰信号. 传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量,而且对其方向性要求较高,则应选择其它方向灵敏度小的传感器;如果被测量是多维向量,则要求传感器的交叉灵敏度越小越好. 3、频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好.   传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低. 在动态测量中,应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差. 4、线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求. 但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的方便. 5、稳定性 传感器使用一段时间后,其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外,主要是传感器的使用环境。因此,要使传感器具有良好的稳定性,传感器必须要有较强的环境适应能力. 在选择传感器之前,应对其使用环境进行调查,并根据具体的使用环境选择合适的传感器,或采取适当的措施,减小环境的影响. 传感器的稳定性有定量指标,在超过使用期后,在使用前应重新进行标定,以确定传感器的性能是否发生变化. 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合,所选用的传感器稳定性要求更严格,要能够经受住长时间的考验. 6、精度 精度是传感器的一个重要的性能指标,它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高,其价格越昂贵,因此,传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以,不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器. 如果测量目的是定性分析的,选用重复精度高的传感器即可,不宜选用绝对量值精度高的;如果是为了定量分析,必须获得精确的测量值,就需选用精度等级能满足要求的传感器. 对某些特殊使用场合,无法选到合适的传感器,则需自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求.



    光栅尺位移是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。


    标尺光栅一般固定在机床活动部件上,光栅读数头装在机床固定部件上,指示光栅装在光栅读数头中。


    光栅尺位移传感器的结构。


    常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。


    (关于莫尔条纹的原理,可参考相关文献) 简单的说:


    光读头通过检测莫尔条纹个数,来“读取”光栅刻度;


    然后再根据驱动电路的作用,计算出光栅尺的位移和速度。


    相比例如软件测量的方式,光栅尺读数测量具有更高的精度。


    光纤电流互感器优势


    (1)绝缘结构简单,尺寸小,造价低。


    由于光纤具有良好的绝缘特性,高低压之间的绝缘通过光纤再加上绝缘套来完成,从而使互感器的结构大为简化。


    虽然 HOCT仍然具有铁心和线圈,但由于一,二侧均处于高压侧,一,二侧之间的电位差比较小,故不需要高压绝缘隔离;


    因此磁路短,尺寸小,电压等级的提高也不会带来太多的改变,因此适用于高压电力系统中。


    (2)测量准确度高。


    利用光的磁光效应测量电流,彻底抛弃的电磁式铁心绕组的结构,没有故障电流下的饱和漏电,测量也无磁滞效应,同时具有高的抗电磁干扰的能力和灵敏度,准确度。


    由于对一,二侧的绝缘不如传统的电磁式互感器高,因此采样电流的铁心线圈可以采用准确度较高的电流互感器;


    或者采用带气隙的铁心线圈,较好的暂态性能.二次侧所带的负载一般是电子线路,负载恒定;


    因此不要求二次线圈提供较大的功率,这样也有利于测量精度的提高。


    (3)设备安装和检修方便。


    只需要更换线圈的规格来适应不同的电压等级,而其他部件不需要更换,具有良好的升级性。


    (4)运行安全,不会产生二次开路的高压和采用油浸式所引起的爆炸等现象。


    (5)有利于变电站综合自动化水平的提高。


    由于传递到低压侧的信号都有数字接口,由数据采集系统进行数据处理,可以得到系统的运行情况。


    直接可以供测量和保护使用。此外采用数字化接口,还可以实行远距离遥控。


    (6)基于光纤互感器技术的MOCT和HOCT的测量动态范围宽,灵敏度高。





检测气体的浓度依赖于气体检测变送器,传感器是其核心部分,按照检测原理的不同,主要分为金属氧化物半导体式传感器、催化燃烧式传感器、定电位电解式气体传感器、迦伐尼电池式氧气传感器、红外式传感器、PID光离子化传感器等,以下简单阐述各种传感器的原理及特点。

金属氧化物半导体式传感器

金属氧化物半导体式传感器利用被测气体的吸附作用,改变半导体的电导率,通过电流变化的比较,激发报警电路。由于半导体式传感器测量时受环境影响较大,输出线形不稳定。金属氧化物半导体式传感器,因其反应十分灵敏,故目前广泛使用的领域为测量气体的微漏现象。

催化燃烧式传感器

催化燃烧式传感器原理是目前广泛使用的检测可燃气体的原理之一,具有输出信号线形好、指数可靠、价格便宜、无与其他非可燃气体的交叉干扰等特点。催化燃烧式传感器采用惠斯通电桥原理,感应电阻与环境中的可燃气体发生无焰燃烧,使温度使感应电阻的阻值发生变化,打破电桥平衡,使之输出稳定的电流信号,再经过后期电路的放大、稳定和处理最终显示可靠的数值。

定电位电解式气体传感器

定电位电解式传感器是目前测毒类现场广泛使用的一种技术,在此方面国外技术比较好,因此此类传感器大都依赖进口。定电位电解式气体传感器的结构:在一个塑料制成的筒状池体内,安装工作电极、对电极和参比电极,在电极之间充满电解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在顶部封装。前置放大器与传感器电极的连接,在电极之间施加了一定的电位,使传感器处于工作状态。气体与的电解质内的工作电极发生氧化或还原反应,在对电极发生还原或氧化反应,电极的平衡电位发生变化,变化值与气体浓度成正比。

迦伐尼电池式氧气传感器

隔膜迦伐尼电池式氧气传感器的结构:在塑料容器的一面装有对氧气透过性良好的、厚10~30μm的聚四氟乙烯透气膜,在其容器内侧紧粘着贵金属(铂、黄金、银等)阴电极,在容器的另一面内侧或容器的空余部分形成阳极(用铅、镉等离子化倾向大的金属)。用氢氧化钾。氧气在通过电解质时在阴阳极发生氧化还原反应,使阳极金属离子化,释放出电子,电流的大小与氧气的多少成正比,由于整个反应中阳极金属有消耗,所以传感器需要定期更换。目前国内技术已日趋成熟,完全可以国产化此类传感器。

红外式传感器

红外式传感器利用各种元素对某个特定波长的吸收原理,具有抗中毒性好,反应灵敏,对大多数碳氢化合物都有反应。但结构复杂,成本高。

PID光离子化气体传感器

PID由紫外灯光源和离子室等主要部分构成,在离子室有正负电极,形成电场,待测气体在紫外灯的照射下,离子化,生成正负离子,在电极间形成电流,经放大输出信号。PID具有灵敏度高,无中毒问题,安全可靠等优点。

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