【科普】一文讀懂！工業傳感器的分類及特點

 

　　在工業制造場景中，傳感器憑借傳感技術和智能互連設備建立起信息傳遞網絡，為生產制造提供了必不可少的信息傳遞，讓各種裝備有了“眼睛”，有了“感知”，有了“互動”，支撐起裝備更加高效、精確、安全、穩定、靈活地運行和作業。
 

　　換句話說，工業傳感器讓自動化智能設備有了感知能力，可以優化工業生產管理、提高工業生產效率、提升智能化生產水平。
 

　　那么，工業傳感器究竟有何應用?不同的傳感器又有何特點?我們一起來看~
 

　　一、工業傳感器的應用
 

　　傳感器基本定義是探測器，是一種電子設備，用于檢測各種類別的信號，并將信號傳遞給其他電氣控制設備。
 

　　換一種說法，傳感器是一種能將能量從一種形式轉換到另一種形式的電子裝置，它主要是通過距離、溫度、濕度等來識別氣體的物理量、熱量等，然后以電信號的形式向連接的控制系統提供輸出。
 

　　例如，在自動化系統中，傳感器是向可編程邏輯控制器(plc)傳遞信號，從而參與控制。
 

　　在日常生活應用、商業和工業設備、教育工程中，不同類型的傳感器都有著特定的作用。
 

　　其中，工業傳感器泛指在工業制造過程能將感受的力、熱、光、磁、聲、濕、電、環境等被測量轉換成電信號輸出的器件與裝置，適用于各種工業場景，如能源、石油、化工、冶金、電力、機械制造、汽車等工業制造過程。
 

　　工業傳感器是一類涉及多學科基礎技術融合的工業產品，具有技術密集、多品種、小批量、使用靈活及應用分布廣泛的典型特征。
 

　　二、傳感器的種類與特點
 

　　同時，工業傳感器由于不同的特性也被分為多種不同的類別，主要如下：
 

　　溫濕度傳感器
 

　　溫濕度傳感器是一種裝有濕敏和熱敏元件，能夠用來測量溫度和濕度的傳感器。
 

　　溫濕度傳感器將溫度和濕度信號采集出來，經過穩壓濾波、運算放大、非線性校正、V/I轉換、恒流及反向保護等電路處理后，轉換成與溫度和濕度成線性關系的電流信號或電壓信號輸出。
 

　　光電傳感器
 

　　光電傳感器是將光信號轉換為電信號的一種設備。其工作原理基于光電效應，光電效應是指光照射在某些物質上時，物質的電子吸收光子的能量而發生了相應的電效應現象。
 

　　可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態的識別等。
 

　　壓力傳感器
 

　　壓力傳感器是工業實踐中常用的一種傳感器，是能感受壓力信號，并能按照一定的規律將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件或裝置。
 

　　廣泛應用于水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等行業中。
 

　　霍爾傳感器
 

　　霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，廣泛應用于工業自動化技術、檢測技術及信息處理等方面。
 

　　霍爾效應是研究半導體材料性能的基本方法。通過霍爾效應實驗測定的霍爾系數，能夠判斷半導體材料的導電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數。
 

　　接近傳感器
 

　　接近傳感器，是代替限位開關等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象就能進行檢測的傳感器總稱，能將檢測對象的移動信息和存在信息轉換為電氣信號。
 

　　接近傳感器是一種具有感知物體接近能力的器件，它利用位移傳感器對接近的物體具有敏感特性來識別物體的接近，并輸出相應開關信號，因此，接近傳感器又稱為接近開關。
 

　　MEMS傳感器
 

　　MEMS傳感器即微機電系統，是在微電子技術基礎上發展起來的多學科交叉的前沿研究領域，涉及電子、機械、材料、物理學、化學、生物學、醫學等多種學科與技術。
 

　　目前在太空衛星、運載火箭、航空航天設備、飛機、汽車、生物醫學及消費電子產品等領域中得到了廣泛的應用。
 

　　扭矩傳感器
 

　　扭矩傳感器，又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉矩傳感器、扭矩儀。采用應變片電測技術 ，在彈性軸上組成應變橋，向應變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。
 

　　通過對各種旋轉或非旋轉機械部件上對扭轉力矩感知的檢測。該傳感器可以準確測量各種扭力、轉速及機械功率。
 

　　光纖傳感器
 

　　光纖傳感器是一種將被測對象的狀態轉變為可測的光信號的傳感器。
 

　　光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經由光纖送入調制器，在調制器內與外界被測參數的相互作用，使光的光學性質如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態等發生變化，成為被調制的光信號，再經過光纖送入光電器件、經解調器后獲得被測參數。
 

　　位移傳感器
 

　　位移傳感器又稱為線性傳感器，是一種屬于金屬感應的線性器件，位移傳感器的作用是把各種被測物理量轉換為電量。該感器的應用范圍相當廣泛，常用在工業自動化或者建筑橋梁等方面。
 

　　磁性傳感器
 

　　磁性材料在感受到外界的熱、光、壓力、放射線等之后，其磁特性會改變。利用這種物質可以做成各種可靠性好，靈敏度高的傳感器，這類傳感器是利用磁性材料作為其敏感元件，故稱磁性傳感器。
 

　　集成的傳感器
 

　　集成的傳感器可直接提供作用在驅動軸上的實時、高精度扭矩測量數據。
 

　　通過這些數據可以得出關于驅動軸及其周圍部件狀況的可靠結論，為用戶提供精確的測量結果。
 

　　IO-Link傳感器
 

　　無論過去還是現在，許多情況下，工業傳感器都采用模擬形態，其中包含檢測元件和將檢測數據傳輸至控制器的某種方式。數據采用單向模擬方式進行傳輸。之后出現了可提供數字開/關信號的二進制傳感器，包含電感、電容、超聲波、光電等檢測元件，以及半導體開關元件。其輸出可能是：高端(HS)開關(PNP)或低端(LS)開關(NPN)，或者是推挽式(PP)。但數據仍然受到限制，只能從傳感器單向傳輸至主機，不提供糾錯控制，仍然需要現場技術人員來執行手動校準等任務。因此，業界亟需一種更好的解決方案來滿足“工業4.0”、智能傳感器和可重新配置的廠區部署等需求。
 

　　傳統數據傳輸過程
 

　　時下獲得公認的解決方案是IO-Link協議，一種相對較新的工業傳感器標準，目前已呈現出迅速增長態勢。
 

　　IO-Link是一種標準化技術(IEC 61131-9)，規定工業系統中的傳感器和執行器如何與控制器交互。
 

　　作為一種點對點通信鏈接，IO-Link采用標準連接器、電纜和協議。IO-Link系統設計用于工業標準3線傳感器和執行器基礎設施，由IO-Link主機和IO-Link器件產品組成。
 

　　IO-Link通信在一個主機和一個器件(傳感器或執行器)之間進行。通信采用二進制(半雙工)形式，使用非屏蔽電纜時，通信距離限制在20米內。進行通信需要使用三線式接口(L+、C/Q和L-)。在IO-Link系統中，主機的供電范圍為20V至30V，器件(傳感器或執行器)的供電范圍為18至30V。