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【工业领域应用传感器有哪些?】
时间:2018-09-07

 

工业领域应用传感器有哪些?

导读: 传感器相当于人类的感觉器官,一般分为内部传感器和外部传感器。传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成。

 

在了解传感器的分类前,我们先认识一下,传感器是由什么组成的!

传感器一般由敏感元件,转换元件及基本转换电路三部分组成。

①敏感元件是直接感受被测物理量,并以确定关系输出另一物理量的元件(如弹性敏感元件将力,力矩转换为位移或应变输出)。

②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数(电阻,电感,电容)及电流或电压等电信号。

③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输,处理的电量。

在前面的文章提到过,传感器相当于人类的感觉器官,一般分为内部传感器和外部传感器。

其实,传感器的分类还有很多种!在这篇文章小编一一给你带过...

按被测量对象

分为内部传感器和外部传感器。

内部信息传感器主要检测系统内部的位置,速度,力,力矩,温度以及异常变化。

  外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态,它有相对应的接触式(触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器)和非接触式(视觉传感器、超声测距、激距)。

传感器能量源

可分为有源传感器和无源传感器。

(1)无源传感器:不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出(主要有:压电式、磁电感应式、热电式、光电式)又称能量转化型;

例如:

光电传感器能将光射线转换成电信号,其原理类似太阳能电池;

压电传感器能够将压力转换成电压信号;

热电传感器能将被测温度场的能量(热能)直接转换成为电压信号的输出等等。

 

(2)有源传感器:需要外加电源才能输出电量,又称能量控制型(主要有:电阻式、电容式、电感式、霍尔式)。

 

按作用形式

可分为主动型和被动型传感器。

主动型传感器,此种传感器对被测对象能发出一定探测信号,能检测探测信号在被测对象中所产生的变化,或者由探测信号在被测对象中产生某种效应而形成信号。

(1)检测探测信号变化方式的称为作用型

(2)检测产生响应而形成信号方式的称为反作用型。

雷达与无线电频率范围探测器是作用型实例,而光声效应分析装置与激光分析器是反作用型实例。

被动型传感器只是接收被测对象本身产生的信号,如红外辐射温度计、红外摄像装置等。

按外界输入的信号变换为电信号采用的效应

可分为物理型传感器、化学型传感器和生物型传感器三大类

物理型传感器又可以分为结构型传感器和物性型传感器。

结构型传感器是以结构(如形状、尺寸等)为基础,利用某些物理规律来感受(敏感)被测量,并将其转换为电信号实现测量的。例如:

 

电容式压力传感器

必须有按规定参数设计制成的电容式敏感元件,当被测压力作用在电容式敏感元件的动极板上时,引起电容间隙的变化导致电容值的变化,从而实现对压力的测量。

物性型传感器就是利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应感受(敏感)被测量,并转换成可用电信号的传感器。例如:

压电式压力传感器

压电式压力传感器

利用具有压电特性的石英晶体材料制成的压电式压力传感器,就是利用石英晶体材料本身具有的正压电效应而实现对压力测量的;

压阻式传感器

压阻式传感器

利用半导体材料在被测压力作用下引起其内部应力变化导致其电阻值变化制成的压阻式传感器,就是利用半导体材料的压阻效应而实现对压力测量的。

一般而言,结构型传感器强调要依靠精密设计制作的结构才能保证其正常工作;而物性型传感器则主要依靠材料本身的物理特性、物理效应来实现对被测量的敏感。

化学传感器是利用电化学反应原理,把无机或有机化学的物质成分、浓度等转换为电信号的传感器。最常用的是离子传感器,即利用离子选择性电极,测量溶液的pH值或某些离子的活度,如K+,Na+,Ca2+等。电极的测量对象不同,但其测量原理基本相同。

离子烟雾传感器

   主要是利用电极界面(固相)和被测溶液(液相)之间的电化学反应,即利用电极对溶液中离子的选择性响应而产生的电位差。所产生的电位差与被测离子活度对数成线性关系,故检测出其反应过程中的电位差或由其影响的电流值,即可给出被测离子的活度。

随着“工业4.0”概念的深化,全球的传感器市场空间再一次被扩宽。据预测,2016年-2021年,传感器的复合年增长率预计为11%,到2021年市场规模将达到1906亿美元。目前,全球传感器市场主要由美国、日本、德国的几家领先企业主导,博世、霍尼韦尔、飞思卡尔、日立等传统电子行业巨头,都把传感器作为未来业务的主要增长点。

在国内,传感器市场的增长速度也持续加快,预计2020年传感器市场规模将突破1800亿元。集中在长三角地区的传感器生产企业,逐渐分散扩大,形成以北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。

传感器市场全球化的升温似乎揭示了大数据时代的到来。

工业物联网风云渐起之时,更加带动了数据收集者——传感器的发展。从国家层面看,基于工业化与信息化融合战略,政府大力推进物联网技术向传统行业中的深度渗透,使得传感器成为提升我国现代信息技术、带动产业化发展的最好突破口。从技术层面看,承担着数据采集和传输重任的传感器,通过物联网领域的引导,正在朝着智能化、微型化、集成化、网络化、多功能、低功耗的方向发展。

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物联网的持续推进也扩宽了传感器的应用领域。据了解,国内目前传感器应用占比最多的是工业和汽车领域,发展最快的是汽车电子和通信电子应用市场。此外,在智能农业、智能交通、智能楼宇、智能环保、智能电网、健康医疗、智能穿戴等领域,传感器同样有着广阔的应用空间。

那么,在工业自动化领域哪些行业是引爆传感器应用的关键呢,众传感器企业又将瞄准哪些新兴行业?

汽车制造:传感器应用历久弥新

经过多年发展,中国汽车市场已成为全球增速最快的汽车市场之一。随着中国汽车销量的增加,传感器应用也随之快速增长。微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器,成为汽车传感器的主流。

除了给汽车配置传感系统,在汽车制造过程中,传感器的应用早已经不新鲜了。在汽车生产自动化过程中,对零部件的位置检测成为传感器应用的重要一环,也是对传感器要求最高的环节。为了满足高精准的检测,高精度传感器已经被广泛地应用在汽车的零部件加工、发动机制造、整车厂的冲压、涂装、焊装、总装等自动化生产中的各种位置检测。

由于汽车行业吸收新技术新产品的能力强,对自动化的要求也比较高,因此像图尔克、易福门、巴鲁夫、堡盟等很多传感器企业都将该行业列为重要的目标市场。据易福门重点行业销售经理万辉介绍,易福门在汽车行业最热门的应用当属RFID和IO-Link产品的解决方案。“RFID技术主要用来实现汽车零部件的可追溯和汽车零部件的仓储物流管理,IO-Link方案主要帮助汽车制造商实现生产的远程监控和大数据采集,这些都与‘工业4.0’衔接。”正是该行业对生产技术的要求不断提高,使传感器在该领域的应用不断更新,汽车制造也成为推动传感器技术革新的重要引擎。

电子制造行业:传感器满足高精度检测

近年消费电子类产品的普及使得电子制造业在国内得到了迅速发展,加快了电子制造行业的步伐。消费者对其需求也从使用层面逐渐趋向于追求潮流,从而更加推动消费电子在开发、设计及制造层面的加速发展。面对迅猛扩大的市场,电子制造设备也在不断优化、更新,向着提高效率、提升良品率、提升设备操作安全性等方向迈进。同时,为了满足市场需求,电子制造业大量地应用工业传感器,以全面提升整体生产能力。

在电子制造的生产线中,无论是机器人组装,还是电子元件的检测,都离不开视觉传感设备的应用。天津图尔克市场及产品管理部高级产品经理冯晓冬认为:“视觉传感器也将成为切入智能制造的利刃,电子制造高精度需求和生产线专业性使得机器人、机器视觉自动化解决方案都存在相当的技术壁垒,掌握核心技术和生产经验才是传感器企业扎根电子行业的必要条件。”

工业机器人:传感器赋予其感知能力

近几年,机器换人成为热潮,工业机器人市场火爆。为了使机器人提高适应能力,及时检测到作业环境,在机器人上应用了大量的传感设备,这些传感器改善了机器人工作状况,使其能够更充分地完成复杂的工作。

在一台机器人身上,集成了触觉传感器、视觉传感器、力觉传感器、接近觉传感器、超声波传感器和听觉传感器等,它们各自分工明确,确保机器人能与人类一样正常工作。很多协作机器人集成了力矩传感器和摄像机,以确保在操作中拥有更好的视角,同时保证工作区域的安全;视觉传感器是一个可以执行多种任务的摄像头。从检测运动物体到传输带上的零件定位,使机器人可以根据接收到的信息适当调整自己的动作;如果说视觉传感器给了机器人眼睛,那么力觉传感器则赋予机器人触觉,利用力矩传感器感知末端执行器的力度;除了考虑机器人自身的正常运作,为了保障作业人员的安全,机器人还应安装上安全传感器,当机器人感知到异常的力度时,触发紧急停止,从而确保作业人员的安全。

“由于机器人也趋于小型化,传感器的安装空间更是有限,所以在机器人的应用中,更需要微小型传感器,堡盟发挥其善做微小型产品的优势,重点关注产品在机器人领域的应用,使其高速、高精度的特点在机器手臂中发挥得淋漓尽致。”堡盟市场销售经理宋小刚十分看好传感器在机器人领域的应用前景。

食品加工与包装:提升自动化程度的必备良品

食品安全问题日益突出,我国对食品安全越来越重视,于是对食品检测技术提出了精细化要求。过去,我国食品机械制造商忽略了对食品检测技术的应用,而与整机性能提高相比,食品检测技术将有更大的发展空间。在食品检测技术中,传感器发挥着重要作用,对食品温度、位置等的数据采集帮助很大。传感器的应用不仅提高了食品的产量,还能保障食品的安全性。

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“以前,食品行业自动化程度相对较低,随着国人对食品的安全与质量要求越来越高,消费升级,生产企业可能会对自动化提出一些新需求。”巴鲁夫市场部总监吴涛认为其他行业也许在发展上会有起伏波动,但生产快消品的食品包装行业的前景依然非常广阔,“究其原因,一是行业本身需求会不断更新,二是现有的生产线需要不断改造。”因此,作为提升该行业自动化程度的必备良品,传感器在食品加工与包装行业的应用将会有增无减。

 

 

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