传感器基本概念

描述：

根据物质的特性，可分类电量和非电量两种，电量一般指物理学的电学量，如电压、电流、电阻、电容及电感等；

非电量是指，如压力、温度、尺寸、位移量、质量、力、速度、加速度、转速、流量等，人类要认识物质及其本质，就需要对物质特性进行测量，大多数是对非电量的测量。

非电量需要转换成与非电量有一定关系的电量，再利用电工仪表和电子仪器进行测量，实现这种转换技术的器件叫做传感器。

一、 传感器的组成

传感器的作用是将被测非电物理量转换成与其有一定关系的电信号。

传感器一般有敏感器件、转换元件、接口电路和辅助电源四部分组成，在工业测量中经常会遇到变送器，所谓"变送器"，国际电工委员会（IEC）将电流信号4-20mA（DC）和电压信号1-5V(DC)确定为过程控制系统电模拟信号的统一标准。

1、敏感元件

敏感元件是能够直接感知被测量，并按照一定规律将其转换成与被测量有确定关系的其他量的元件。

2、 转换元件

转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号

3、 变换电路

变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制。

4、 辅助电源电路

转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。

二、 常用的传感器分类

1、电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

2、称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力电转换装置，电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。因此电阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。

3、热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻传感器分类：

1）NTC热电阻传感器：

该类传感器为负温度系数传感器，即传感器阻值随温度的升高而减小。

2）PTC热电阻传感器：

该类传感器为正温度系数传感器，即传感器阻值随温度的升高而增大。

4、液位

1）浮球式液位传感器

浮球式液位传感器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。

它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成4～20mA或其它标准信号输出。该传感器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和内保护电路，可使输出最大电流不超过28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。

2）浮简式液位传感器

浮筒式液位传感器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。浮筒式液位传感器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。

3）静压或液位传感器

该传感器利用液体静压力的测量原理工作。它一般选用硅压力测压传感器将测量到的压力转换成电信号，再经放大电路放大和补偿电路补偿，最后以4～20mA或0～10mA电流方式输出。

接近开关

接近开关由称为无触头的行程开关，由于他是非接触式触发，动作速度快，可在不同的检测距离动作、发出的信号稳定，因此在工业生产中应用广泛。

1、 电感式接近开关

电感式接近开关也称为涡流式接近开关，电感式接近开关由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。

2、电容式接近开关

电容式接近开关是利用被测物体和内部检测电极之间形成的电容变化来工作的。电容式接近开关的检测物体并不只限于金属导体，也可以是绝缘的液体、固体或者粉末状物体。

实物图

接近开关接线图

总结：在工业控制中传感器起到重要角色，光敏传感器相当于人的视觉、声敏传感器相当于人的听觉、气敏传感器相当于嗅觉等等。谢谢你的阅读，喜欢的朋友请点击关注！

静动态扭矩传感器原理_静动态扭矩传感器结构图

静动态扭矩传感器的结构原理

在固定不动的套管式传感器2 （ 外壳） 上贴有应变片，而旋转的传动轴1 通过固定不动的套管式传感器2 ，传动轴1 的一端与变速箱6 内的行星齿轮系或步进电机7 的转子连成一体， 另一端与扭矩负载相连; 套管式传感器2 的一端与变速箱6 、步进电机7 的外壳（定子） 连成一体，另一端由套管式传感器2 的端部与机架固定。当套管式扭矩传感器2 内的传动轴1 ，在步进电机7 的带动下产生旋转运动时， 此时， 当传动轴1 的另一端受到扭矩负载时， 而步进电机7 的转子必然产生一个大小相等， 方向相反的作用力传递给步进电机7 的定子（外壳） 上， 步进电机7 的外壳再将这个力传递给变速箱6 的外壳， 变速箱6 外壳再将这个力传递给套管式扭矩传感器2 ，使套管式扭矩传感器2 的应变片产生应变信号， 然后直接将这个信号从接线盒8 上输出，达到利用静态的、不运动的套管式扭矩传感器， 测出运动中或运动后的扭矩大小的目的。

　　传感器结构设计及结构图

在这里必须指出的是， 在套管式扭矩传感器2 的外壳与变速箱6 及步进电机7 的外壳（定子） 相连的方，必须采用圆周端面齿相连的方式。外面用细牙螺纹将两个机件紧紧相连， 以消除机件在运动时产生的微量角度位移， 以防止套管式扭矩传感器的上应变片信号测量不准。可以看出，利用本方案设计的静动态扭矩传感器， 无接触式电刷2集流环的影响， 从而可以达到提高扭矩传感器的使用寿命，并且简化制造过程， 不但能解决旋转轴的扭矩测量问题， 而且可以方便的解决各种动态扭矩螺栓装配机的扭矩控制和测量问题。

ξ45°= -ξ135°=8 M/［（π/ d3）G］［1/（1 –d４0/ d４）］对圆柱管形扭力轴的外径d：

式中：α为圆管形扭力轴的内、外径之比α= d0/ d; M 为额定的工作扭矩， N·m G 为材料的弹性模量， Pa d 为扭力轴的外径， m ［τ］为扭力轴的材料的许可应为力， Pa （N/ m2） 。扭力轴材料的许可应力［τ］一般可取材料抗拉强度σb 的10 %～20 % 。扭力轴的直径确定以后， 可按扭力轴变形角υ的要求，计算扭力轴的工作长度。扭力轴的变形角一般取υ≈015°～1°之间， 约0101rad～0104rad 之间。

对圆管形扭力轴的长度：

式中：υ为扭力轴的扭转变形角。然后再根据以下公式求出圆管形扭矩传感器的内径d0= ad 最后根据以上公式求出圆管形扭矩传感器扭力轴的工作长度L 。经过反复的校对和计算， 画出草图， ，经过静校及使用， 最后才能确定圆管形扭矩传感器的扭力轴的各部分尺寸套管式扭矩传感器的材料一般可以选用Cr12MoV 或0Cr17Ni4Cu4Nb

圆管形扭矩传感器的静校方法

1、只要在圆管形扭矩传感器的两端安装上输入输出部分的连接装置， 在输入输出部分的连接装置上可以施加砝码或使用标准扭矩传感器施加标准扭矩， 就可以对圆管形扭矩传感器进行校正。一般按国家检定规程对圆管形扭矩传感器进行检定。

2、静动态扭矩传感器取消了电刷和集流环， 因此粘贴在试件表面上的应变片的使用寿命就是传感器的使用寿命。在恒定幅值的应变力作用下可以连续不断的工作，而不产生疲劳损坏的循环次数， 就是应变片的使用寿命。据有关资料介绍应变片在500Hz 的动载荷作用下，循环次数可以达到106 ～107 之间。在扭矩传感器使用过程中，一般交变载荷使用的非常少。与电刷2集流环式扭矩传感器相比， 如果按时间计算无电刷2集流环式传感器使用寿命可达2～3 年以上， 与电刷集流环式扭矩传感器相比可以提高使用寿命2～3 倍以上。

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