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傳感器的基本知識(shí)

1.1 傳感器的定義和組成

廣義地說，傳感器是指將被測(cè)量轉(zhuǎn)化為可感知或定量認(rèn)識(shí)的信號(hào)的傳感器。從狹義方面講，感受被測(cè)量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為同種或別種性質(zhì)的輸出信號(hào)的裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、測(cè)量電路和輔助電源四部分組成，其中敏感元件和轉(zhuǎn)換元件可能合二為一，而有的傳感器不需要輔助電源。

1.2 傳感器技術(shù)的基本特性

在測(cè)試過程中，要求傳感器能感受到被測(cè)量的變化并將其不失真地轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的量。被測(cè)量有兩種形式：一種是穩(wěn)定的，稱為靜態(tài)信號(hào)；一種是隨著時(shí)間變化的，稱為動(dòng)態(tài)信號(hào)。由于輸入量的狀態(tài)不同，傳感器的輸入特性也不同，因此，傳感器的基本特性一般用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性來描述。衡量傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、分辨率和漂移等。影響傳感器的動(dòng)態(tài)特性主要是傳感器的固有因素，如溫度傳感器的熱慣性等，動(dòng)態(tài)特性還與傳感器輸入量的變化形式有關(guān)。

2 傳感器技術(shù)的發(fā)展歷史與回顧

傳感器技術(shù)是在20世紀(jì)的中期才剛剛問世的。在那時(shí)，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都落后于它們，不少*的成果仍停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，并沒有投入到實(shí)際生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用中，轉(zhuǎn)化率比較低。在國外，傳感器技術(shù)主要是在各國不斷發(fā)展與提高的工業(yè)化浪潮下誕生的，并在早期多用于項(xiàng)目的科研研發(fā)以及各國軍事技術(shù)、航空航天領(lǐng)域的試驗(yàn)研究。然而，隨著各國機(jī)械工業(yè)、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等相關(guān)信息化產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，以日本和歐美等西方國家為代表的傳感器研發(fā)及其相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已在市場中逐步占有了重要的份額。

我國從20世紀(jì)60年代開始傳感技術(shù)的研究與開發(fā)，經(jīng)過從“六五”到“九五”的國家攻關(guān)，在傳感器研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、可靠性改進(jìn)等方面獲得長足的進(jìn)步，初步形成了傳感器研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的體系，并在數(shù)控機(jī)床攻關(guān)中取得了一批可喜的、為世界矚目的發(fā)明與工況監(jiān)控系統(tǒng)或儀器的成果。但從總體上講，它還不能適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展，我國不少傳感器、信號(hào)處理和識(shí)別系統(tǒng)仍然依賴進(jìn)口。同時(shí)，我國傳感技術(shù)產(chǎn)品的市場競爭力優(yōu)勢(shì)尚未形成，產(chǎn)品的改進(jìn)與革新速度慢，生產(chǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)的創(chuàng)新與改進(jìn)少。

檢測(cè)電路

   檢測(cè)電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ驗(yàn)榛菟沟请姌蚓哂泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補(bǔ)償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。

  因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度zui高，各臂參數(shù)*，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。

2、如何選用稱重傳感器
    a.稱重傳感器被喻為電子衡器的心臟，它的性能在很大程度上決定了電子衡器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)電子衡器時(shí)，經(jīng)常要遇到如何選用傳感器的問題。

 稱重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器首先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確選用傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。

  傳感器量程的選擇可依據(jù)秤的zui大稱量值、選用傳感器的個(gè)數(shù)、秤體的自重、可能產(chǎn)生的zui大偏載及動(dòng)載等因素綜合評(píng)價(jià)來確定。一般來說，傳感器的量程越接近分配到每個(gè)傳感器的載荷，其稱量的準(zhǔn)確度就越高。但在實(shí)際使用時(shí)，由于加在傳感器上的載荷除被稱物體外，還存在秤體自重、皮重、偏載及振動(dòng)沖擊等載荷，因此選用傳感器量程時(shí)，要考慮諸多方面的因素，保證傳感器的安全和壽命。

  根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般應(yīng)使傳感器工作在其30%～70%量程內(nèi)，但對(duì)于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器，如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等，在選用傳感器時(shí)，一般要擴(kuò)大其量程，使傳感器工作在其量程的20%～30%之內(nèi)，使傳感器的稱量儲(chǔ)備量增大，以保證傳感器的使用安全和壽命。傳感器型式的選擇主要取決于稱量的類型和安裝空間，保證安裝合適，稱量安全可靠；另一方面，要考慮廠家的建議。廠家一般會(huì)根據(jù)傳感器的受力情況、性能指標(biāo)、安裝形式、結(jié)構(gòu)型式、彈性體的材質(zhì)等特點(diǎn)規(guī)定傳感器的適用范圍，譬如鋁式懸臂梁傳感器適用于計(jì)價(jià)秤、平臺(tái)秤、案秤等；鋼式懸臂梁傳感器適用于料斗秤、電子皮帶秤、分選秤等；鋼質(zhì)橋式傳感器適用于軌道衡、汽車衡、天車秤等；柱式傳感器適用于汽車衡、動(dòng)態(tài)軌道衡、大噸位料斗秤等。

  所以，采用的傳感器滿足儀表輸入靈敏度的要求，能夠與所選儀表匹配。滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成，在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候，應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值，因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制，如秤體的強(qiáng)度差一點(diǎn)，儀表的性能不是很好、秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求，因此要從各方面提高要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)效益，確保達(dá)到目的。

美國Tedea-Huntleigh數(shù)字式稱重傳感器:

PDL 1040-5kg、PDL 1040-10kg、PDL 1040-15kg、 PDL 1040-20kg 、PDL 1040-50kg

(數(shù)字式)240-2kg，240-3kg，240-5kg，240-7kg，240-10kg，240-15kg，240-20kg，240-30kg，240-50kg
(數(shù)字式)9010-2kg，9010-3kg，9010-5kg，9010-7kg，9010-10kg，9010-15kg，9010-20kg，9010-30kg，9010-50kg

美國Tedea-Huntleigh稱重傳感器安裝模塊：
220 Silo Mount (5000kg、10000kg、20000kg、30000kg、50000kg )
220 Rocker Pin Mount (5000kg、10000kg、20000kg、30000kg、50000kg )
41580 Tank Mount (10000lbs、20000lbs、25000lbs、40000lbs、50000lbs、75000lbs )

美國Tedea-Huntleigh高精度稱重傳感器：
鋁制單點(diǎn)式稱重傳感器：1002、1004、1006、1010、1022、1023、1030、1040、1041、1042、1241、1242、1250、1260、1263、1320
S型稱重傳感器：614、615、616、619、620
不銹鋼單點(diǎn)式稱重傳感器：1130、1140、1142 、1240、1510
梁式稱重傳感器：3410 、3420 、3520 、3510 、4158
波紋管稱重傳感器：355
阻尼稱重傳感器：240、Digital240 、9010 、Digital 9010、1410 、1430
柱式稱重傳：120、121
輪輻式稱重傳感器：220
數(shù)字式稱重傳感器：PDL 1040

智能化傳感器是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域，如分布式實(shí)時(shí)探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和多信號(hào)探測(cè)方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1） 智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號(hào)。

2） 智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功能，可以用來檢測(cè)工作環(huán)境。

3） 智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測(cè)量，從而進(jìn)一步拓寬了其探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

4） 智能化傳感器既能夠很方便地實(shí)時(shí)處理所探測(cè)到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲(chǔ)起來。

5） 智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。

智能化傳感器無疑將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域。可以預(yù)見，新興的智能化傳感器將會(huì)在關(guān)系到*國民生的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越大作用。