工業(yè)自動化中常見傳感器類型及選型技巧

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傳感器是電子信息裝備制造業(yè)中的基礎(chǔ)類產(chǎn)品,，是重點發(fā)展的新型電子元器件中的特種元器件。傳感器產(chǎn)業(yè)作為國內(nèi)外公認的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè),，以其技術(shù)含量高,、經(jīng)濟效益好、滲透能力強,、市場前景廣等特點為世人矚目,。在蓬勃發(fā)展的電子信息產(chǎn)業(yè)市場的推動下，我國傳感器已形成了一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),，并在技術(shù)創(chuàng)新,、自主研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化和競爭能力等方面有長足進展,，為促進國民經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻,。

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隨著信息時代的到來，傳感器成為人們獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段,。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中,，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài),，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量;在基礎(chǔ)學科研究中,，傳感器更具有突出的地位。

如今,，傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn),、宇宙開發(fā)、海洋探測,、環(huán)境保護,、資源調(diào)查、醫(yī)學診斷,、生物工程,、甚至文物保護等極其廣泛的領(lǐng)域�,？梢�,，傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟、推動社會進步方面的重要作用是十分明顯的,。統(tǒng)計數(shù)字顯示,，全球智能傳感器市場的年營業(yè)收入會以每年10的速度遞增。目前全球安裝有處理器的傳感器設(shè)備數(shù)量為6500萬部,，到2019年這一數(shù)字將達到2.8萬億部,。

傳感器選型要點：

傳感器知識也是一個比較龐大的電氣學科，需要豐富的經(jīng)驗才能熟練的掌握,，以后我們還會講解到,，那么今天我們主要說下選型,。

1、根據(jù)測量對象與輸出條件確定類型

要進行某個具體的測量工作,，首先要考慮采用何種原理的傳感器,，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為,，用流量計舉例,，有電磁流量計和渦街流量計還有超聲波流量計，我們需要針對具體目標去選擇流量計,，除此之外,，還需要參考需要使用哪種輸出模式，比如說2線制還是四線制電流信號,，0-20ma,，4-20ma，0-10v電壓信號或者是某種協(xié)議的通訊,。

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2,、依據(jù)靈敏度的選擇

通常，在傳感器的線性范圍內(nèi),，希望傳感器的靈敏度越高越好,。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大,，有利于信號處理,。但要注意的是，傳感器的靈敏度高,，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入,，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度,。因此,，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號,。

傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量,，而且對其方向性要求較高,，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器;如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好,。

3,、判斷頻率響應(yīng)特性

傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真,。實際上傳感器的響應(yīng)總有-定延遲,，希望延遲時間越短越好,。傳感器的頻率響應(yīng)越高，可測的信號頻率范圍就越寬,。在動態(tài)測量中,，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài),、隨機等)響應(yīng)特性,，以免產(chǎn)生過大的誤差。

4,、根據(jù)傳感器的穩(wěn)定性

傳感器使用一段時間后,，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外,，主要是傳感器的使用環(huán)境,。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性,，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力,。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查,，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器,，或采取適當?shù)拇胧�，減小環(huán)境的影響,。

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5,、傳感器的量程和精度是最難以協(xié)調(diào)的一對冤家。

精度是傳感器的一個重要的性能指標,，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié),。然而傳感器精度卻受量程的制約，一般量程越大,，精度越低,，但高精度的傳感器很有可能量程不夠，因此也就導致了高精度大量程的傳感器非常昂貴,。所以選擇的時候需要適當調(diào)節(jié)它們的關(guān)系,。

在選擇采樣傳感器時，需確保裝置能滿足應(yīng)用的基本運營條件（可參考基于制造商的數(shù)據(jù)手冊）,。6 個最重要的運行條件包括:

1)溫度范圍,；

2) 規(guī)格；

3) 保護等級,；

4) 電壓范圍,；

5) 離散或模擬輸出；

6) 參數(shù)變化,，即“參數(shù)可更改是否有益,？

在考慮使用配置IO-Link鏈路的傳感器時,，還有其它6 個需要注意的事項:

1) 響應(yīng)速度；

2) 傳感范圍,；

3) 重復精度,；

4) 電氣連接；

5) 安裝類型,；

6) 可視顯示:應(yīng)用是否需要在傳感器上可視化顯示,？

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù),，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài),，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說,，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器,，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。接下來,，將詳細介紹制造業(yè)中幾種最常見的傳感器類型,，并提供一些應(yīng)用技巧和見解。

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最常見的傳感器類型

接近式傳感器

接近式傳感器可檢測附近區(qū)域物體是否存在,，并且無需物理接觸,。存在傳感器，是離散輸出設(shè)備,。通常情況下,，磁性趨近式傳感器通過感應(yīng)位于執(zhí)行器中的磁體，來檢測執(zhí)行器是否到達特定位置,。

從一家公司購買執(zhí)行器,，而從另一家公司購買磁性趨近式傳感器，通常來說并不是一個好主意,。雖然傳感器制造商可能會說,，傳感器與X、Y 和Z 執(zhí)行器兼容,，但實際情況是磁鐵和安裝位置的變化,，可能會導致傳感問題。例如,，當磁體未處于正確位置時,，傳感器可能會勵磁，或者根本無法勵磁,。如果執(zhí)行器制造商提供與執(zhí)行器匹配的趨近式傳感器，那它應(yīng)該是首選的傳感器,。

基于晶體管的趨近式傳感器沒有移動部件,，使用壽命長,。基于簧片的趨近式傳感器采用機械觸點,，使用壽命要短,，但成本要低于晶體管類型�,；善瑐鞲衅髯钸m合于需要交流電源的應(yīng)用場合和高溫應(yīng)用場合,。

位置傳感器

位置傳感器具有模擬量輸出，根據(jù)執(zhí)行器上磁體的位置指示器來顯示執(zhí)行器的位置,。從控制角度來講,，位置傳感器提供了很大的靈活性�,？刂乒こ處熆梢源_定一系列的設(shè)定值點,，與組件變化相匹配 。

由于這些位置傳感器基于磁體 ( 如趨近式傳感器),，因此最好從同一制造商處購買傳感器和執(zhí)行器 ( 如果可能的話),。通過IO-Link 功能，可以獲取位置傳感器的數(shù)據(jù),，這也可以簡化控制,，實現(xiàn)參數(shù)化。

電感式傳感器

電感趨近式傳感器使用法拉第感應(yīng)定律,，來測量物體的存在或模擬輸出位置,。選擇電感式傳感器時，最關(guān)鍵的因素是確定傳感器檢測的金屬類型,，從而確定感應(yīng)距離,。與黑色金屬相比，有色金屬的傳感范圍要減少50% 以上,。傳感器制造商的產(chǎn)品手冊應(yīng)提供樣品選擇所需的信息,。

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壓力、真空傳感器

確保壓力或真空傳感器,，能夠滿足以英制（磅/ 平方英寸）和公制（巴）計量的測量壓力范圍,。指定最適合所分配空間的外形尺寸。在設(shè)備安裝時,，應(yīng)考慮傳感器是否應(yīng)配置指示燈或顯示屏幕,，以方便運行人員使用。如果需要快速更改設(shè)定值,，可考慮采用配置了IO-Link 的壓力和真空傳感器,。

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流量傳感器

與壓力和真空傳感器一樣，流量傳感器可通過流量范圍、尺寸,、設(shè)定值的可變性來選擇,。在訂購傳感器時，可以指定顯示選項,�,？梢詾樵O(shè)備的某個區(qū)域和整個設(shè)備應(yīng)用，選擇相對較低流速的流量傳感器,。

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光學傳感器

最常見的光學傳感器是光電散射,、反射以及直通光束。激光傳感器和光纖傳感裝置也屬于光學傳感器類型,。

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光電傳感器大多是存在傳感器光電傳感器通過反射光或阻斷光束,，來檢測物體。由于成本低,、通用性強,、可靠性高，這些傳感器是制造業(yè)中應(yīng)用最廣泛的傳感器之一,。漫反射光電傳感器不需要反射器,。它是性價比很高的傳感器，用于檢測附近物體的存在,。

直通光束光電傳感器可以提供最長的傳感范圍,，這種傳感器分別在兩個點安裝發(fā)射單元和接收單元。車庫門安全傳感器就是光束傳感器,。當光束中斷時,，表示目標存在。槽型光電傳感器,，是一種有趣的直通光束變體,；它將一個發(fā)射器和接收機,，安裝在同一個緊湊的單元上,。槽型光傳感器，用于檢測小部件的存在和缺失,。

反射式光電傳感器具有傳感器和反射器,，用于中距離存在感測。從精確度和成本上來說,，這是介于漫反射和直通光束之間的傳感器,。

光纖傳感裝置用于存在和距離傳感。這些多功能傳感器上的參數(shù)可以進行調(diào)整,，以檢測各種顏色,、背景和距離范圍,。

激光傳感器可用于長距離存在感測，其在短距離測量應(yīng)用中是最精確的,。

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視覺傳感器可用于條碼讀取,、計數(shù)、形狀驗證等,。視覺傳感器是一種經(jīng)濟高效的視覺應(yīng)用，在使用相機系統(tǒng)成本較高而且比較復雜的場合,，可以使用視覺傳感器,。視覺傳感器用于條碼讀取,，跟蹤單個組件,，并執(zhí)行為該組件匹配的工藝過程,。傳感器可以驗證部件上存在的功能數(shù)量。視覺傳感器可以確定是否已達到指定的曲線或其它形狀,。由于這些傳感器需要處理光線,，因此在環(huán)境光和背景反射率方面，盡可能接近運行環(huán)境的場合下,，對傳感器進行測試至關(guān)重要。在大多數(shù)應(yīng)用中,，建議將視覺傳感器放置在外殼內(nèi)，使其與外部光源隔離開來,。在傳感器測試中，尋求視覺傳感器制造商的幫助是一個好主意,。此外,，別忘了確保選擇合適的現(xiàn)場總線。

信號轉(zhuǎn)換器,，將從傳感器的模擬輸出信號轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栟D(zhuǎn)換器上的開關(guān)量,，另一種選擇是轉(zhuǎn)換為IO-Link 過程數(shù)據(jù)。

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其它傳感器

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1,、磁性開關(guān)：它是氣缸用傳感器的一個專用稱呼,，主要應(yīng)用于檢測氣缸活塞位置。通常,，都由氣缸供應(yīng)商根據(jù)客戶使用情況配套提供。顧名思義，磁性開關(guān)是通過電磁感應(yīng)來檢測目標物,，所以,，其檢測精度相當?shù)汀?/div>

2、接近開關(guān)：接近開關(guān)也是依據(jù)電磁感應(yīng)的原理設(shè)計制造的,，所以,，它只能應(yīng)測金屬目標物，并且不同的金屬感應(yīng)距離略有差距,。目前常用的接近開關(guān)檢測距離大約有如下幾種：1mm,、2mm、4mm,、8mm,、12mm等。接近開關(guān)通常有兩種：埋入型和非埋入型,。所謂埋入型就是指接近開關(guān)的感應(yīng)頭不檢測其圓周方向的金屬目標,，只檢測其前方的金屬目標，即傳感器感應(yīng)頭可以不露出金屬安裝支架,；所謂非埋入型就是指接近開關(guān)感應(yīng)頭既檢測其前方的金屬目標也同時會檢測其圓周方向的金屬目標,，即傳感器感應(yīng)頭必須露出金屬安裝支架一段距離且圓周方向一定范圍內(nèi)不得有金屬目標物以免引起錯誤判斷。接近開關(guān)的檢測精度較磁性開關(guān)高,。接近開關(guān)通常用于判斷產(chǎn)品有無,、工裝夾具是否到位等對位置精度要求相對較低的場合。

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3,、光電開關(guān)：光電檢測方法具有精度高,、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點,，而且可測參數(shù)多,，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣,，因此,，光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。我們通常所說的光電開關(guān)大致有三種：一種是反射式光電傳感器,、一種是對射式光電傳感器,、一一種是使用反射板反射光朿的光電傳感器。其中后兩種都是通過目標物遮光實現(xiàn)檢測的,，前一種是通過目標物反射光線來實現(xiàn)檢測功能,。所以，通常后兩種檢測距離更遠,、精度更高,。由于光電傳感器具有相當高的檢測精度,，所以，通常用于檢測產(chǎn)品或者機械手等工件的精確位置以及步進,、伺服系統(tǒng)的反饋裝置中,。

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4、光纖傳感器：光纖傳感器也是一種應(yīng)用光電信號轉(zhuǎn)換的檢測元件,，相比較于光電開關(guān)而言,，它通常能檢測更小的目標物、檢測距離更遠,、精度更高,。所以，光纖傳感器通常應(yīng)用于更為精準的檢測場合和步進,、伺服系統(tǒng)的定位反饋裝置中。

5,、光柵：光柵也是一種利用光電信號的傳感器,。光柵檢測區(qū)域大，所以通常也稱區(qū)域傳感器,。光柵通常最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是設(shè)備之間的互鎖和安全作用,，特別是應(yīng)用于對人的保護上比較多。

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6,、電熱偶：電熱偶主要是用于檢測其周圍的環(huán)境溫度,。

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7、激光檢測儀：激光檢測儀最主要的功能是精確地測量目標物的外形尺寸,。

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8,、工業(yè)照相機：工業(yè)照相機在工程上也通常稱為CCD(Charge-coupledDevice),它主要應(yīng)用于檢測目標物的外形和位置。隨著目前CCD技術(shù)的提高,，高分辨率的工業(yè)相機已經(jīng)可以應(yīng)用于精確測量領(lǐng)域,。

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9、編碼器：按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類,。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號,，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小,。絕對式編碼器的每一個位置府應(yīng)一個確定的數(shù)字碼,，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān),。編碼器通常與步進電機或者伺服電機配使用構(gòu)成閉環(huán)或者半閉環(huán)的控制系統(tǒng),。

10、微動開關(guān)：微動開關(guān)是一種接觸式傳感器,，目前主要應(yīng)用于設(shè)備之間的連接或者設(shè)備的安全防護門狀態(tài)的檢測,。

小結(jié)：

回顧我國的敏感元件與傳感器行業(yè)發(fā)展,，雖然迅速，但是也存在一些不足,，如產(chǎn)品技術(shù)水平偏低,、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、產(chǎn)品種類欠缺,、企業(yè)研發(fā)能力弱,。因此，國家正在陸續(xù)制定有利于傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策,。另外,，新興技術(shù)的不斷出現(xiàn)，也成為傳感器行業(yè)發(fā)展的利好因素,。隨著應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng),、低碳經(jīng)濟等領(lǐng)域的新型傳感器的研發(fā)和應(yīng)用，傳感器產(chǎn)業(yè)將在電子元器件行業(yè)中占據(jù)更為重要的地位,，發(fā)揮更大的作用,。

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