简单介绍传感器与执行器的不同之处

什么是传感器与执行器？它们有什么不同？

传感器和执行器看似没啥区别，其实有很大的本质区别。同是工作在工业环境中，传感器负责监视设备工作情况，而执行器则负责驱动设备内的事情。两者经常交互，却是不同的两个组件。工作中互相补充，共同努力保障有效运行!下面我们具体看看是怎么各自分工的?

什么是传感器?

甲传感器监视环境条件，例如流体的水平，温度，振动，或电压。当这些环境条件发生变化时，它们会向传感器发送电信号，然后传感器可以将数据或警报发送回中央计算机系统，或调整特定设备的功能。例如，如果电动机达到过热温度点，它将自动关闭。

什么是执行器?

另一方面，致动器引起运动。它接收电信号并将其与能源结合以产生物理运动。致动器可以是气动的，液压的，电动的，热的或磁性的。例如，电脉冲可以驱动资产中电动机的功能。

传感器和执行器之间的6个主要区别

传感器和执行器跟踪不同的信号，通过不同的方式进行操作，并且必须协同工作才能完成任务。它们还物理上位于不同的区域，并且经常用于单独的应用程序中。

传感器负责跟踪进入机器的数据，而执行器则执行动作。

输入和输出

传感器查看来自环境的输入，这些输入触发特定的动作。另一方面，执行器跟踪系统和机器的输出。

电信号

传感器通过电子信号读取特定的环境条件并执行分配的任务。但是，执行器会测量热量或运动能以确定所产生的作用。

依赖

传感器和执行器实际上可以相互依赖来执行特定任务。如果两者都存在，则执行器将依靠传感器来完成其工作。如果一个或两个都无法正常工作，则系统将无法运行。

转换方向

传感器倾向于将物理属性转换为电信号。执行器的作用相反：将电信号改变为物理动作。

位置

如果同时存在传感器和执行器，则第一个位于输入端口，而后者位于输出端口。

应用

传感器通常用于测量资产温度，振动，压力或液位。执行器的工业应用包括操作风门，阀门和联轴器。

执行器和传感器示例

在工业领域，执行器和传感器都有许多用途。它们都有助于关键资产更有效地工作，从而有助于减少停机时间并提高生产率。

5种不同类型的执行器

1.手动执行器

这些执行器需要员工控制齿轮，杠杆或车轮。尽管它们便宜且易于使用，但适用性有限。

2.气动执行器

这些执行器利用气压为阀门提供动力。压力推动活塞影响阀杆。

3.液压执行器

这些执行器使用流体产生压力。液压执行器不使用气压，而是使用液压来操作阀门。

4.电动执行器

电动执行器采用电动机来操作阀门。尽管这些执行器安静，高效，但它们需要电池或电力，在某些特定位置可能并不总是可用。

5.弹簧执行器

这些执行器会保持回弹，直到发生触发器。一旦达到特定阈值，弹簧就会释放并操作阀门。这些通常用于一次性紧急应用中。

传感器

1.温度传感器

这些传感器常用于食品服务行业，以防止变质。当设备超出范围时，可以将警报发送到计算机维护管理系统(CMMS)。

2.振动传感器

振动传感器有助于测量敏感资产上的振动水平，通常用于旋转机械上。

3.安全传感器

安全传感器可以帮助保护设施内的两名员工或跟踪昂贵的工具和设备。

4.压力传感器

当压力过高或过低时，压力传感器可能会改变资产的性能;如果压力变化可能表明存在潜在故障，则压力传感器会发出警报。

5.湿度传感器

湿度传感器通常用于控制少量的水分，这些水分可以有效地用于极其敏感的电子设备。

6.气体传感器

气体传感器在许多行业中都有多种应用，当气体水平过高或过低时，都会发出警报。

传感器和执行器如何协同工作

执行器和传感器通常在维护应用中协同工作。例如，让我们看一个典型的炉子来说明。

燃气截止阀连接到燃气炉中的热电偶。当指示灯正常运行时，热电偶会产生电流，使阀门保持打开状态。但是，如果指示灯熄灭，电流将停止，从而关闭阀门。这样可以防止气体积聚并减少爆炸的可能性。在此应用中，热电偶是传感器，并产生能量和信号。两者都发送到截止阀，该阀是该系统中的执行器。

许多更复杂的系统可能利用多个执行器和传感器来执行复杂的任务。但是，基本关系是相同的：两者共同起作用。传感器发送信号，执行器执行操作，或者执行器移动触发传感器发送警报。

结论：

尽管执行器和传感器经常一起工作，但是它们是工业维护系统中非常不同的组件。一个人经常指挥另一个人，并且他们经常一起工作以改善对各种设备和系统的控制。以上就是传感器与执行器解析，希望能给大家帮助。

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哪个传感器是电动化浪潮下最大受益者？

汽 车上的传感器种类繁多，比如压力传感器，曲轴位置传感器，氧传感器，爆震传感器等等。然而，在汽车“电动化”的发展浪潮之下，当燃烧做功这一复杂的物理过程被抛弃之后，很多和内燃机相关的传感器正面临着市场日益萎缩的风险。

与此相反，有一种传感器的用量却不减反增，且变得愈加重要，甚至堪称是电动化浪潮下最大受益的者。它既不新潮，能够像激光雷达一样惹来众多初创企业和资本，也不涉及到复杂的算法和AI，却也有着不错的市场前景。

它，就是电流传感器 。

应用

在 过去，汽车上的电流传感器，其最主要功能是用在12V蓄电池的电池管理系统。

而随着电动车的快速普及，一些全新的“管理系统”也纷纷涌现，例如DCDC，On-board-charger, 电机逆变器，高电压电池管理系统等等，这无疑给电流传感器的制造商们，带来了新的市场发展潜力。

同时，随着电动汽车周边充电设备的全面推广，其在基建上也需要用到更多的相关电流传感器。这些新的系统将会带来平均1-3个新增的传感器测试点。

因此，电流传感器市场的增速或将超过电动车市场的增速。

根据IHS Markit的一份报告显示：汽车电流传感器市场将从2018年的约三亿美金增长到2030年的20亿美金，年复合增长率达16%，而这还是在没有考虑充电设备市场推广的情况下。

图片来源: Melexis

技术路线与趋势

电 流的测量可以大致采用两种物理方法：电阻法 和磁效应法 。

根据欧姆定律，电阻法通过采用高精度，低阻值和低温度系数TCR的电阻进行分流器（shunt）设计。这种方法的优点在于拥有较高的精度和线性特性，较小的误差，更高的电磁抗干扰能力，而且可以根据母线（busbar）进行定制以充分利用空间，方便系统集成。在小电流情况下这是非常普遍的设计方法。它的缺点在于属于接触式设计，对在大电流情况下的电气隔离设计有挑战。

图片来源：Isabellenhuette

磁效应法还可以分为霍尔(hall)，磁通门(fluxgate)，以及磁阻效应(xMR)三种方法。这三种方案均有无接触式测量的优点。

图片来源: LEM

霍尔方案：这类方案基于霍尔效应，在通电导线上套一个聚磁环，同时内嵌一个霍尔元件，通过检测导线电流产生的磁场来测量导线电流大小。霍尔方案又可以细分为开环（open loop hall）和闭环（closed loop）两种， 如下图所示。闭环方案精度虽高但是成本也高，因此其在汽车产业的相关领域应用较少，而开环方案在汽车领域运用多年，设计成熟度高，成本低，虽然精度相对较低，但仍然是目前的主流应用方案。

图片来源：LEM，左图为闭环霍尔，右图为开环霍尔

磁通门方案：磁通门技术主要是利用易饱和磁芯在外部激励电流作用下产生的磁通量的变化来对被测电流进行间接检测的一种方法。相对霍尔方案，其拥有精度更高且误差更小的优点，随着电池管理系统BMS对电流采样精度要求的提高，一些厂商也在从霍尔方案转为采用磁通门技术方案（fluxgate）。它的缺点则在于成本相对较高。

磁阻效应方案：顾名思义，磁阻效应方案利用磁性材料在外部电流产生的磁场作用之下阻值的变化来对电流进行检测。xMR传感器还可细分为各向异性磁阻效应（AMR），巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）三种。在电流测量方面，它们对比霍尔方案最大的优点在于测量精度高带宽高。随着宽禁带半导体器件SiC/GaN的引入，电机逆变器将拥有更高的开关频率，这给电流的测量带宽提出了更高的要求，同时这也是xMR技术的一个好机会。目前一些厂商如TDK-micronas, Aceinna, sensitec，Allegro Microsystem都推出了基于xMR技术的电流传感器芯片。

图片来源：Aceinna AMR 电流传感器

如上所述，电流传感器的技术路线多种多样，根据不同应用的需求也各有侧重，这里我简单的做一个分类归纳：

◽ 对目前的12V电池BMS管理系统而言，电流传感器方案将采用由传统的霍尔方案逐渐整合温度测量功能，同时由于一些新功能如启停系统的引入，对最大电流，精度和误差提出了更高的要求，业内主流还是采用的分流器方案，且比例有扩大的趋势。

◽ 对电机逆变器而言，交流端电流测量的精度要求并没有特别高，功能安全和信号质量是重中之重，因此业内采用的主流方案还是相对成熟的霍尔方案。

◽ 对高压锂电池BMS管理系统而言，业内目前更看重的是直流测量的精度和0安培offset特性，同时出于设计冗余考虑，厂商往往采用一套主电流传感器和一套冗余电流传感器，且这两套测量系统往往要求基于不同测量原理。主传感器可以采用比如分流器或者磁通门传感器，而冗余电流传感器则采用霍尔方案。

◽ 磁阻效应xMR技术，虽然在测量精度，带宽，电气隔离等方面具有有优势，但该类技术相对较新，汽车行业并没有太多的推广应用经验，因此接纳得比较慢。对此，笔者曾听闻有业内Tier-1采用各向异性磁阻效应（AMR）技术进行逆变器直流端检测，但是最后出于设计成熟度的考虑把AMR替换成为了霍尔方案。而几家不遗余力推广xMR进行电流检测的厂商如Aceinna，TDK-micronas，sensitec也只是偶有听闻在OBC，充电设备上得到采用，远不如其作为位置/角度传感器推广的好。

主要供应商

车 规级功率电阻的供应商有不少，比如Vishay（美国威世通），Yageo(台湾国巨), Rohm（日本罗姆）等，但大多数还是只提供被动元件作为Tier-2/3而存在。能垂直整合作为Tier-1/2提供整体方案的并不多，在这方面做的比较好的主要有Isabellenhütte（德国伊萨贝棱辉特）。LEM也有smart shunt解决方案，但是主要用在12V 电池管理上。

磁效应电流传感器按其产品形态还可细分为电流传感芯片和电流传感器（模组）。

电流传感芯片的供应商相对较多，且技术流派多样，他们既可以作为Tier-3向模组厂商如LEM供货，也可以直接向Tier-1如博世，大陆集团集团供货。基于霍尔效应的电流芯片供应商主要包括Melexis，旭化成微电子AKM, Allegro Microsystems, TDK, 英飞凌等企业；基于AMR技术的产品供应商，目前业内有名的包括Sensitec，Aceinna等企业；基于GMR技术的企业是Allegro Microsystems；基于TMR技术的企业则包括TDK, Crocus technology，以及希磁科技。

磁效应电流传感器（模组）的主要厂商包括LEM，Kohshin (日本甲神电机)，比亚迪微电子。其中最著名的要数LEM。这家来自瑞士的隐形冠军在2020/2021财年的总营业额约为3亿瑞士法郎，其中在汽车市场的营业额达7500万瑞士法郎，年增12%。其在磁效应电流传感器细分领域市场目前处于支配地位，它的最大竞争对手往往来自客户内部的自研产品。在国内市场，比亚迪微电子表现也不俗， 出货量接近百万，且已经开始对外部供货。

对模组供应商而言，除了产品技术特性本身，整车厂也看重产品的可定制化，可集成能力和可扩展性。如下图，德国伊萨和LEM都把能提供定制化，方便母线集成的传感器作为自己的竞争优势。

图片来源：Isabellenhütte

图片来源: LEM

对磁效应电流传感器这条路线的公司而言，其可以往定制传感器方向发展，提供高附加值的产品，也可以提供标准件，并积极在半导体封装和设计方面进行布局。

当 今汽车产业的“电动化浪潮”，堪比IT革命：这场猛烈的电动化浪潮，为我们催生了大量基于电气化，电池，轻量化，半导体传感器，充电桩和热管理等等“硬核技术”。

相比于其他“富有想象力“的热门类产品，电流传感器的发展显得极其低调而质朴。

但是仔细研究的话，我们不难发现，它内部的门道很多，技术门槛也不算低，需要对材料技术和生产工艺有多年的积累才能保质保量的做好这个产品。

搭上了“电动化“这个东风，”电流传感器“这个细分赛道究竟会成长到何种规模何种程度呢？

让我们拭目以待吧！

特邀撰稿：陈佐为

作者简介：坐标欧洲，多年汽车行业从业经验，目前在一家全球知名的咨询公司担任首席分析师，主要关注auto tech领域。

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