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¿Qué es la tecnología de sensores?

La norma nacional GB7665-87 define un sensor como: "un dispositivo o dispositivo que puede detectar el objeto medido especificado y convertirlo en una señal utilizable de acuerdo con ciertas reglas. Generalmente está compuesto por un elemento sensible y un elemento de conversión." .

El sensor es un dispositivo de detección que puede detectar la información que se está midiendo y puede transformar la información detectada en señales eléctricas u otras formas requeridas de salida de información de acuerdo con ciertas reglas para satisfacer las necesidades de la información. para transmisión, procesamiento, almacenamiento, visualización, registro y control.

Es el enlace principal para realizar la detección y el control automáticos.

"Sensor" se define en el New Webster Dictionary como:

"Un dispositivo que recibe energía de un sistema y generalmente la entrega de otra forma a un segundo dispositivo del sistema".

Según esta definición, la función de un sensor es convertir un tipo de energía en otra forma de energía, por lo que muchos estudiosos también utilizan "Transductor" para referirse a "Sensor".

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Función

La función del sensor a menudo se compara con los cinco principales órganos sensoriales humanos:

Sensor fotosensible —— Sensor de sonido visual - oído

Sensor de gas - olfato sensor químico - gusto

Sensor de presión, temperatura, fluido - tacto

Clasificación de componentes sensibles:

①Tipo físico, basado en efectos físicos como fuerza, calor, luz, electricidad, magnetismo y sonido.

②Química, basada en los principios de las reacciones químicas.

③Tipo biológico, basado en funciones de reconocimiento molecular como enzimas, anticuerpos y hormonas.

Por lo general, según sus funciones básicas de detección, se pueden dividir en elementos sensibles al calor, elementos sensibles a la luz, elementos sensibles al gas, elementos sensibles a la fuerza, elementos sensibles al magnético, elementos sensibles a la humedad, elementos sensibles al sonido, elementos sensibles a la radiación y elementos sensibles al color y componentes sensibles al sabor (alguien una vez dividió los componentes sensibles en 46 categorías).

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Clasificación

Los sensores se pueden clasificar desde diferentes perspectivas: sus principios de conversión (los efectos físicos o químicos básicos del funcionamiento del sensor); ; su tipo de señal de salida y los materiales y procesos utilizados para fabricarlos, etc.

Según el principio de funcionamiento del sensor, se puede dividir en dos categorías: sensor físico y sensor químico:

Clasificación del principio de funcionamiento del sensor Los sensores físicos aplican efectos físicos, como efecto piezoeléctrico, fenómeno de telestricción magnética, ionización, polarización, efectos termoeléctricos, fotoeléctricos, magnetoeléctricos y otros.

Pequeños cambios en la cantidad de señal medida se convertirán en señales eléctricas.

Los sensores químicos incluyen aquellos que están causalmente relacionados con fenómenos como la adsorción química y las reacciones electroquímicas. Los pequeños cambios en la cantidad de señal medida también se convertirán en señales eléctricas.

Algunos sensores no se pueden clasificar ni en categorías físicas ni químicas.

La mayoría de los sensores funcionan según principios físicos.

Hay muchos problemas técnicos con los sensores químicos, como problemas de confiabilidad, la posibilidad de producción a gran escala, problemas de precios, etc. Si se resuelven estos problemas, la aplicación de sensores químicos crecerá enormemente.

Los campos de aplicación y los principios de funcionamiento de los sensores comunes se enumeran en la siguiente tabla.

1. Los sensores se clasifican según sus usos

Sensores sensibles a la presión y sensores de fuerza Sensores de posición

Sensores de nivel de líquido Sensores de consumo de energía

Sensores de velocidad Sensor de aceleración

Sensor de radiación de rayos Sensor térmico

Sensor de radar de 24 GHz

2 Los sensores se clasifican según sus principios

Sensor de vibración Sensores sensibles a la humedad

Sensores magnéticos, sensores de gas

Sensores de vacío, biosensores, etc.

3. Los sensores se clasifican según sus señales de salida.

Sensores analógicos: convierten cantidades no eléctricas medidas en señales eléctricas analógicas.

Sensor digital: convierte la cantidad no eléctrica medida en una señal de salida digital (incluida la conversión directa e indirecta).

Sensor digital: convierte la señal medida en una señal de frecuencia o una señal de salida de período corto (incluida la conversión directa o indirecta).

Cambiar sensor: cuando una señal medida alcanza un cierto umbral, el sensor emite una señal configurada de bajo o alto nivel en consecuencia.

4. Los sensores se clasifican según sus estándares de materiales.

Bajo la influencia de factores externos, todos los materiales darán respuestas correspondientes y características.

Aquellos materiales entre ellos que son más sensibles a los efectos externos, es decir, aquellos materiales con propiedades funcionales, se utilizan para fabricar componentes sensibles de los sensores.

Desde la perspectiva de los materiales utilizados, los sensores se pueden dividir en las siguientes categorías:

(1) Según el tipo de materiales utilizados

Polímero metálico Mezcla cerámica

(2) Según las propiedades físicas del material: conductor aislante semiconductor material magnético

(3) Según la estructura cristalina del material:

Materiales cristalinos amorfos policristalinos monocristalinos

El trabajo de desarrollo de sensores estrechamente relacionado con el uso de nuevos materiales se puede resumir en las siguientes tres direcciones:

(1) Exploración de nuevos materiales entre los conocidos fenómenos, efectos y reacciones de los materiales y luego permitir su uso práctico en la tecnología de sensores.

(2) Explorar nuevos materiales y aplicar fenómenos, efectos y reacciones conocidos para mejorar la tecnología de sensores.

(3) Explorar nuevos fenómenos, nuevos efectos y reacciones a partir de la investigación de nuevos materiales e implementarlos en la tecnología de sensores.

El progreso de la fabricación de sensores modernos depende de la intensidad del desarrollo de nuevos materiales y componentes sensibles para la tecnología de sensores.

La tendencia básica en el desarrollo de sensores está estrechamente relacionada con la aplicación de materiales semiconductores y dieléctricos.

La Tabla 1.2 muestra algunos materiales que pueden usarse en tecnología de sensores y pueden convertir formas de energía.

5. Los sensores se clasifican según su proceso de fabricación

Sensores integrados Sensores de película delgada Sensores de película gruesa Sensores cerámicos

Los sensores integrados se producen utilizando estándares basados ​​en silicio. Circuitos integrados semiconductores Fabricados con tecnología de proceso avanzada.

Normalmente, en el mismo chip también se integran algunos circuitos utilizados para el procesamiento preliminar de la señal medida.

Los sensores de película delgada se forman depositando películas delgadas de los materiales sensibles correspondientes sobre un sustrato dieléctrico (sustrato).

Cuando se utiliza un proceso híbrido, parte del circuito también se puede fabricar sobre este sustrato.

Los sensores de película gruesa se fabrican recubriendo la suspensión de los materiales correspondientes sobre un sustrato cerámico. El sustrato generalmente está hecho de Al2O3 y luego se trata térmicamente para formar una película gruesa.

Los sensores cerámicos se fabrican utilizando tecnología cerámica estándar o alguna variante de la misma (sol-gel, etc.).

Después de completar las operaciones preparatorias adecuadas, los componentes formados se sinterizan a altas temperaturas.

Existen muchas características diferentes entre los dos procesos de sensores de película gruesa y cerámicos. En algunos aspectos, el proceso de película gruesa puede considerarse una variante del proceso cerámico.

Cada tecnología de proceso tiene sus propias ventajas y desventajas.

Debido a la baja inversión de capital requerida para la investigación, el desarrollo y la producción, así como a la alta estabilidad de los parámetros del sensor, es más razonable utilizar sensores cerámicos y de película gruesa.

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6. Los sensores se clasifican según diferentes propósitos de medición.

Los sensores físicos utilizan ciertas propiedades físicas de la sustancia. en medición Características con cambios significativos en las propiedades.

Los sensores químicos están hechos de elementos sensibles que pueden convertir cantidades químicas, como la composición y concentración de sustancias químicas, en cantidades eléctricas.

Los sensores biológicos son sensores fabricados utilizando las características de varios organismos o sustancias biológicas para detectar e identificar componentes químicos en los organismos.

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Características

Características estáticas del sensor

Las características estáticas del sensor se refieren a la señal estática de entrada y la señal de salida. del sensor La relación entre la cantidad y la cantidad de entrada.

Debido a que las cantidades de entrada y salida son independientes del tiempo en este momento, la relación entre ellas, es decir, las características estáticas del sensor, se puede determinar mediante una ecuación algebraica que no contiene variables de tiempo, o utilizando la cantidad de entrada como abscisa. Describa la curva característica dibujada tomando la cantidad de salida correspondiente como ordenada.

Los principales parámetros que caracterizan las características estáticas del sensor son: linealidad, sensibilidad, histéresis, repetibilidad, deriva, etc.

(1) Linealidad: se refiere al grado en que la curva de relación real entre la salida y la entrada del sensor se desvía de la línea recta ajustada.

Se define como la relación entre el valor de desviación máxima entre la curva característica real y la línea recta ajustada dentro del rango de escala completa y el valor de salida de escala completa.

(2) Sensibilidad: La sensibilidad es un indicador importante de las características estáticas del sensor.

Se define como la relación entre el incremento de la cantidad de salida y el incremento correspondiente de la cantidad de entrada que provocó el incremento.

Utiliza S para representar la sensibilidad.

(3) Histéresis: el fenómeno por el cual las curvas características de entrada y salida del sensor no se superponen cuando la cantidad de entrada cambia de pequeña a grande (carrera hacia adelante) y de grande a pequeña (carrera inversa) es llamada histéresis.

Para señales de entrada del mismo tamaño, las señales de salida de carrera hacia adelante y hacia atrás del sensor no son iguales en tamaño. Esta diferencia se llama diferencia de histéresis.

(4) Repetibilidad: la repetibilidad se refiere al grado en que la curva característica obtenida por el sensor es inconsistente cuando el valor de entrada cambia continuamente varias veces en todo el rango en la misma dirección.

(5) Deriva: La deriva del sensor significa que la salida del sensor cambia con el tiempo cuando la cantidad de entrada permanece sin cambios. Este fenómeno se llama deriva.

Hay dos razones para la deriva: una son los parámetros estructurales del propio sensor; la otra es el entorno circundante (como temperatura, humedad, etc.).

Características dinámicas del sensor

Las denominadas características dinámicas se refieren a las características de la salida del sensor cuando cambia la entrada.

En el trabajo real, las características dinámicas de un sensor a menudo se expresan por su respuesta a ciertas señales de entrada estándar.

Esto se debe a que la respuesta del sensor a la señal de entrada estándar es fácil de obtener experimentalmente y existe una cierta relación entre su respuesta a la señal de entrada estándar y su respuesta a cualquier señal de entrada, que a menudo se conoce. Los primeros pueden inferir lo segundo.

Las señales de entrada estándar más utilizadas son las señales escalonadas y las señales sinusoidales, por lo que las características dinámicas del sensor también se expresan habitualmente en términos de respuesta escalonada y respuesta en frecuencia.

Linealidad del sensor

Por lo general, la salida característica estática real del sensor es una curva en lugar de una línea recta.

En el trabajo real, para que el instrumento tenga una lectura de escala uniforme, a menudo se utiliza una línea recta ajustada para representar aproximadamente la curva característica real. La linealidad (error no lineal) es un índice de rendimiento de esta aproximación. grado.

Existen muchas formas de seleccionar la recta de ajuste.

Por ejemplo, la línea recta teórica que conecta los puntos de entrada cero y salida de escala completa se utiliza como línea recta de ajuste o la línea recta teórica con la suma más pequeña de desviaciones cuadradas de cada punto de la característica; La curva se utiliza como línea recta de ajuste. La línea recta se llama línea recta ajustada de mínimos cuadrados.

Los siguientes son diagramas esquemáticos de varios métodos de ajuste.

Ajuste teórico, ajuste de rotación de cruce por cero, ajuste de conexión de punto final

Sensibilidad del sensor

La sensibilidad se refiere al cambio en la salida del sensor en condiciones estables. estado de las condiciones de trabajo La relación entre △y y el cambio en la cantidad de entrada △x.

Es la pendiente de la curva característica salida-entrada.

Si existe una relación lineal entre la salida y la entrada del sensor, la sensibilidad S es una constante.

De lo contrario, cambiará con la cantidad ingresada.

La dimensión de la sensibilidad es la relación entre las dimensiones de las cantidades de salida y de entrada.

Por ejemplo, para un sensor de desplazamiento, cuando el desplazamiento cambia en 1 mm, el voltaje de salida cambia en 200 mV, entonces su sensibilidad debe expresarse como 200 mV/mm.

Cuando las dimensiones de salida y entrada del sensor son iguales, la sensibilidad puede entenderse como el factor de amplificación.

Aumentar la sensibilidad puede conducir a una mayor precisión de medición.

Pero cuanto mayor es la sensibilidad, más estrecho es el rango de medición y peor es la estabilidad.

Resolución del sensor

La resolución se refiere a la capacidad del sensor para detectar el cambio más pequeño en el valor medido.

Es decir, si la cantidad de entrada cambia lentamente desde algún valor distinto de cero.

Cuando el valor de cambio de entrada no excede un cierto valor, la salida del sensor no cambiará, es decir, el sensor no puede distinguir el cambio en la cantidad de entrada.

Solo cuando los cambios de entrada excedan la resolución, su salida cambiará.

Por lo general, la resolución de los sensores en cada punto dentro del rango de escala completa no es la misma, por lo tanto, el valor de cambio máximo en la cantidad de entrada que puede causar un cambio escalonado en la cantidad de salida en su totalidad. El rango de escala se utiliza a menudo como indicador para medir la resolución.

Si los indicadores anteriores se expresan como porcentaje del fondo de escala, se llama resolución.

La resolución tiene una correlación negativa con la estabilidad del sensor.

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Sensor de radar de 24 GHz

El sensor de radar de 24 GHz detecta objetos emitiendo y recibiendo microondas con una frecuencia de aproximadamente 24,125 GHz

Existe un sensor de radar de 24 GHZ

que mide la velocidad de movimiento de un objeto, la distancia estacionaria, el ángulo del objeto, etc. Utiliza tecnología de microbanda plana y es de tamaño pequeño.

Alto grado de integración, detección sensible y sin necesidad de contacto.

El sensor de radar de 24 GHz es un dispositivo de reemplazo que puede convertir señales de eco de microondas en una señal eléctrica. Se utiliza para velocímetros de radar, niveles de agua, sistemas de crucero asistidos por ACC de automóviles, sensores de puertas automáticas, etc. .

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Sensor resistivo

El sensor resistivo es una cantidad física que se medirá, como desplazamiento, deformación, fuerza, aceleración, humedad, temperatura. , etc. Un dispositivo que convierte una fórmula en un valor de resistencia.

Existen principalmente dispositivos sensores resistivos, como medidores de tensión de resistencia, tipo piezorresistivo, resistencia térmica, sensibilidad térmica, sensibilidad al gas, sensibilidad a la humedad, etc.

Sensor de carga

El sensor de carga es un dispositivo de conversión de fuerza a eléctrica que puede convertir la gravedad en una señal eléctrica. Es un componente clave de las básculas electrónicas.

Hay muchos tipos de sensores que pueden realizar la conversión de fuerza a electricidad. Los más comunes incluyen el tipo de tensión de resistencia, el tipo de fuerza electromagnética y el tipo capacitivo.

El tipo de fuerza electromagnética se utiliza principalmente en balanzas electrónicas y el tipo capacitivo se utiliza en algunas básculas de grúa electrónicas. Sin embargo, la gran mayoría de los productos de instrumentos de pesaje utilizan células de carga de tipo de tensión de resistencia.

La celda de carga del extensómetro de resistencia tiene una estructura simple, alta precisión, amplia aplicación y puede usarse en entornos relativamente pobres.

Por lo tanto, las células de carga extensímetros de resistencia se utilizan ampliamente en instrumentos de pesaje.

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Sensor de deformación por resistencia

El medidor de deformación por resistencia en el sensor tiene un efecto de deformación metálica, es decir, produce deformación mecánica bajo la acción. de fuerza externa, por lo tanto, el valor de resistencia cambia en consecuencia.

Las galgas extensométricas de resistencia se dividen principalmente en dos tipos: de metal y de semiconductor. Las galgas extensométricas de metal se dividen en tipo alambre, tipo lámina y tipo película.

Las galgas extensométricas para semiconductores tienen las ventajas de una alta sensibilidad (normalmente decenas de veces mayor que la de los tipos de alambre y lámina) y pequeños efectos laterales.

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Sensor piezoresistivo

El sensor piezoresistivo se basa en el efecto piezoresistivo del material semiconductor mediante la difusión de resistencia sobre el sustrato del material semiconductor. dispositivos fabricados.

El sustrato se puede utilizar directamente como elemento sensor de medición y la resistencia de difusión está conectada en forma de puente dentro del sustrato.

Cuando el sustrato se deforma por una fuerza externa, cada valor de resistencia cambiará y el puente producirá una salida desequilibrada correspondiente.

Los materiales de sustrato (o diafragma) utilizados como sensores piezoresistivos son principalmente obleas de silicio y obleas de germanio. Los sensores piezoresistivos de silicio hechos de obleas de silicio se están volviendo cada vez más populares, especialmente en las aplicaciones más comunes. de sensores piezoresistivos de estado sólido para medir presión y velocidad.

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Sensor de resistencia térmica

La medición de temperatura de resistencia térmica se basa en la característica de que el valor de resistencia de un conductor metálico aumenta con el aumento de la temperatura. . medido.

Las resistencias térmicas están hechas principalmente de materiales metálicos puros. Los más utilizados son el platino y el cobre. Además, ahora se han comenzado a fabricar resistencias térmicas de materiales como níquel, manganeso y rodio.

Los sensores de resistencia térmica utilizan principalmente la característica de que el valor de resistencia cambia con la temperatura para medir la temperatura y los parámetros relacionados con la temperatura.

Este tipo de sensor es más adecuado para ocasiones en las que la precisión de detección de temperatura es relativamente alta.

En la actualidad, los materiales de resistencia térmica más utilizados son el platino, el cobre, el níquel, etc. Tienen las características de un gran coeficiente de resistencia a la temperatura, buena linealidad, rendimiento estable, amplio rango de temperatura de funcionamiento y fácil tratamiento.

Se utiliza para medir la temperatura en el rango de -200 ℃ ~ +500 ℃.

Clasificación del sensor de resistencia térmica:

1. Sensor de resistencia térmica NTC:

Este tipo de sensor es un sensor de coeficiente de temperatura negativo, es decir, la resistencia del sensor disminuye a medida que aumenta la temperatura.

2. Sensor de resistencia térmica PTC:

Este tipo de sensor es un sensor de coeficiente de temperatura positivo, es decir, la resistencia del sensor aumenta a medida que aumenta la temperatura.

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Sensor láser

Sensor que utiliza tecnología láser para medir.

Consta de láser, detector láser y circuito de medida.

El sensor láser es un nuevo tipo de instrumento de medición. Sus ventajas son que puede lograr mediciones de larga distancia sin contacto, velocidad rápida, alta precisión, amplio rango de medición, fuerte resistencia a la luz y a las interferencias eléctricas. etc.

Cuando el sensor láser funciona, el diodo emisor de láser primero emite pulsos láser al objetivo.

Después de ser reflejada por el objetivo, la luz láser se dispersa en todas direcciones.

Parte de la luz dispersada regresa al receptor del sensor, es recibida por el sistema óptico y reflejada en el fotodiodo de avalancha.

El fotodiodo de avalancha es un sensor óptico con función de amplificación interna, por lo que puede detectar señales luminosas extremadamente débiles y convertirlas en señales eléctricas correspondientes.

La medición de larga distancia sin contacto se puede lograr utilizando las características del láser, como alta directividad, alta monocromaticidad y alto brillo.

Los sensores láser se utilizan habitualmente para medir cantidades físicas como longitud (ZLS-Px), distancia (LDM4x), vibración (ZLDS10X), velocidad (LDM30x), orientación, etc. También se pueden utilizar para Detección de fallas y monitoreo de contaminantes atmosféricos.

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Sensor de temperatura

1. Sensor de temperatura del tubo de temperatura ambiente:

El sensor de temperatura ambiente se utiliza para medir la temperatura ambiente interior y exterior, y el sensor de temperatura del tubo se utiliza para medir la temperatura de la pared del tubo del evaporador y el condensador.

Las formas de los sensores de temperatura ambiente y los sensores de temperatura de tubo son diferentes, pero sus características de temperatura son básicamente las mismas.

Según las características de temperatura, actualmente existen dos tipos de sensores de temperatura de tubo a temperatura ambiente utilizados por Midea: 1. El valor B constante es 4100K±3%, y la resistencia de referencia es 25°C y la correspondiente La resistencia es de 10KΩ±3%.

Cuanto mayor sea la temperatura, menor será la resistencia; cuanto menor sea la temperatura, mayor será la resistencia.

Cuanto más lejos de 25 ℃, mayor será el rango de tolerancia de resistencia correspondiente; a 0 ℃ y 55 ℃, la tolerancia de resistencia correspondiente es de aproximadamente ±7 % mientras que por debajo de 0 ℃ y por encima de 55 ℃, para diferentes; proveedores, las tolerancias de resistencia variarán.

Cuanto mayor sea la temperatura, menor será la resistencia; cuanto menor sea la temperatura, mayor será la resistencia.

Cuanto más lejos esté de 25 ℃, mayor será el rango de tolerancia de resistencia correspondiente.

2. Sensor de temperatura de escape:

El sensor de temperatura de escape se utiliza para medir la temperatura de escape en la parte superior del compresor. El valor B constante es 3950 K ± 3 %, y la resistencia de referencia es 90 °C y la correspondiente. La resistencia es de 5KΩ±3%.

3. Sensor de temperatura del módulo: El sensor de temperatura del módulo se utiliza para medir la temperatura del módulo de conversión de frecuencia (IGBT o IPM). El modelo del cabezal del sensor de temperatura que se utiliza actualmente es 602F-3500F, y la resistencia de referencia es de 25 °C. La resistencia correspondiente es 6KΩ±1%.

Los valores de resistencia correspondientes de varias temperaturas típicas son: -10 ℃ → (25,897─28,623) KΩ; 0 ℃ → (16,3248─17,7164) KΩ; 90 ℃ → (0,6671─0,7565) KΩ.

Existen muchos tipos de sensores de temperatura. Los más utilizados son las resistencias térmicas: PT100, PT1000, Cu50, Cu100: B, E, J, K, S, etc.

No solo existen muchos tipos de sensores de temperatura, sino que también se deben seleccionar varias combinaciones de productos adecuados según los diferentes lugares.

Principio de medición de temperatura: según el principio de que el valor de resistencia de la resistencia y el potencial del termopar cambian regularmente con diferentes temperaturas, podemos obtener el valor de temperatura que debe medirse.

(Proporcionado por expertos en HVAC en Konglu.com)

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Sensor fotosensible

El sensor fotosensible es uno de los más sensores comunes En primer lugar, tiene muchos tipos, que incluyen principalmente: tubo fotoeléctrico, tubo fotomultiplicador, fotorresistor, fototransistor, célula solar, sensor de infrarrojos, sensor ultravioleta, sensor fotoeléctrico de fibra óptica, sensor de color, sensor de imagen CCD y CMOS, etc.

Sus longitudes de onda sensibles están cercanas a las longitudes de onda de la luz visible, incluidas las longitudes de onda infrarrojas y ultravioletas.

Los sensores de luz no solo se limitan a la detección de luz, también pueden usarse como elementos de detección para formar otros sensores para detectar muchas cantidades no eléctricas, siempre que estas cantidades no eléctricas se conviertan en Cambios en las señales ópticas.

Los sensores de luz son actualmente uno de los sensores más producidos y utilizados. Ocupan una posición muy importante en la tecnología de control automático y medición no eléctrica.

El sensor sensible a la luz más simple es un fotorresistor, que genera una corriente eléctrica cuando los fotones impactan en la articulación.

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Información del sensor de humedad

Los sensores de humedad capacitivos de polímero suelen estar sobre sustratos aislantes como vidrio, cerámica, silicio y otros materiales, utilizan serigrafía o proceso de recubrimiento al vacío para fabricar electrodos, y luego usar inmersión u otros métodos para cubrir el pegamento sensible a la humedad en los electrodos para fabricar elementos capacitivos.

En ambientes atmosféricos con diferente humedad relativa, el valor de capacitancia del sensor de humedad cambia regularmente debido a la adsorción de moléculas de agua por la película sensible a la humedad. Este es el mecanismo básico del sensor de humedad.

Las características de temperatura de los componentes capacitivos del polímero se ven afectadas por los cambios en la constante dieléctrica ε del polímero como medio y la constante dieléctrica ε de las moléculas de agua adsorbidas afectadas por la temperatura, así como por las características de temperatura de El componente Las dimensiones geométricas se ven afectadas por factores como los cambios en el coeficiente de expansión térmica.

Según la teoría de Debye, la constante dieléctrica ε de un líquido es una constante adimensional relacionada con la temperatura y la frecuencia.

El ε de las moléculas de agua es 78,36 a T=5℃ y 79,63 a T=20℃.

La relación entre la materia orgánica ε y la temperatura varía de un material a otro y no sigue una relación completamente proporcional.

En algunas áreas de temperatura, ε muestra una tendencia ascendente con T, y en algunas áreas de temperatura, ε disminuye con el aumento de T.

La mayor parte de la literatura analiza el mecanismo de detección de humedad de los elementos capacitivos sensibles a la humedad del polímero y cree que los polímeros tienen una constante dieléctrica pequeña. Por ejemplo, la poliimida tiene una constante dieléctrica de 3,0 a baja humedad.

La constante dieléctrica de las moléculas de agua es decenas de veces mayor que la del polímero ε.

Por lo tanto, después de que el medio polimérico absorbe la humedad, debido a la existencia del momento dipolar de las moléculas de agua, la constante dieléctrica de la capa heterogénea que absorbe agua aumenta considerablemente. Esta es la naturaleza aditiva del compuesto. constante dieléctrica del medio multifásico decidido.

Debido al cambio en ε, la capacitancia C del elemento capacitivo sensible a la humedad es proporcional a la humedad relativa.

En el proceso de diseño y producción, es difícil lograr linealidad en todo el rango de humedad de las características de detección de humedad.

Como condensador, el espesor d de la película dieléctrica de polímero y el área efectiva S del condensador de placas también están relacionados con la temperatura.

Los cambios en las dimensiones geométricas del medio provocados por cambios de temperatura afectarán al valor de C.

El coeficiente de expansión térmica promedio de un polímero de alto peso molecular puede alcanzar un orden de magnitud.

Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica promedio de la nitrocelulosa es 108x10-5/℃.

A medida que aumenta la temperatura, el espesor de la película del medio d aumenta, haciendo una contribución negativa a C; sin embargo, la expansión de la película sensible a la humedad aumenta la cantidad de agua absorbida por el medio, lo que hace una contribución positiva; contribución a c.

Se puede ver que las características de temperatura de los condensadores sensibles a la humedad están dominadas por una variedad de factores, con diferentes variaciones de temperatura en diferentes rangos de humedad; diferentes coeficientes de temperatura en diferentes zonas de temperatura y diferentes características de temperatura; diferentes materiales sensibles a la humedad.

En definitiva, el coeficiente de temperatura del sensor de humedad de polímero no es una constante, sino una variable.

Por lo general, los fabricantes de sensores pueden linealizar el sensor en el rango de -10 a 60 grados Celsius para reducir el impacto de la temperatura en el sensor de humedad.

Los productos de calidad relativamente alta utilizan principalmente resina de poliamida. La estructura del producto es la siguiente: los electrodos de oro se fabrican mediante evaporación al vacío sobre un sustrato de vidrio de borosilicato o zafiro, y luego se rocía el material dieléctrico sensible a la humedad (. como se mencionó anteriormente) Luego se evapora una película plana sensible a la humedad sobre la película con electrodos de oro.

El valor de capacitancia del sensor de humedad es proporcional a la humedad relativa y la linealidad es de aproximadamente ±2%.

Aunque el rendimiento de la medición de humedad es aceptable, su resistencia a la temperatura y a la corrosión no son ideales para su uso en el campo industrial, es necesario mejorar aún más su vida útil, resistencia a la temperatura, estabilidad y resistencia a la corrosión. mejorar.

El sensor de humedad cerámico es un nuevo tipo de sensor que se ha desarrollado vigorosamente en los últimos años.

Las ventajas son resistencia a altas temperaturas, retraso de humedad, velocidad de respuesta rápida, tamaño pequeño y facilidad para la producción en masa. Sin embargo, debido al material poroso, tiene un gran impacto sobre el polvo y requiere mantenimiento diario. A menudo se requiere calefacción eléctrica y limpieza, que se ven fácilmente afectadas por la humedad, la mala linealidad en entornos de baja humedad y alta temperatura, especialmente la corta vida útil y la escasa confiabilidad a largo plazo. del sensor sensible a la humedad debe resolverse urgentemente.

En el desarrollo y la investigación actuales de sensores de humedad, los sensores de humedad resistivos deberían ser los más adecuados para el campo del control de la humedad. Su producto representativo, el sensor de humedad de cloruro de litio, tiene estabilidad, resistencia a la temperatura y una larga vida útil. Esta es una ventaja importante. Los sensores de humedad de cloruro de litio tienen una historia de producción e investigación de más de cincuenta años. Tienen una variedad de tipos de productos y métodos de producción, todos los cuales aplican las diversas ventajas de los sensores de humedad de cloruro de litio. estable.

Los dispositivos sensores de humedad de cloruro de litio son materiales electrolíticos sensores de humedad. Entre muchos materiales sensores de humedad, se notaron y utilizaron por primera vez en la fabricación de dispositivos sensores de humedad de electrolitos de cloruro de litio. basado en el equivalente La conductancia disminuye a medida que aumenta la concentración de la solución.

El principio de disolución del electrolito en agua reduce la presión del vapor de agua en la superficie del agua para lograr la detección de humedad.

La estructura del sustrato del sensor de humedad de cloruro de litio se divide en formas columnares y peinadas. El líquido sensible a la humedad recubierto con alcohol polivinílico de cloruro de litio como componente principal y el electrodo de oro se utilizan para fabricar cloruro de litio. Sensor de humedad.

A lo largo de los años, la fabricación de productos se ha mejorado continuamente y el rendimiento del producto se ha mejorado continuamente. La estabilidad única a largo plazo del sensor de humedad de cloruro de litio es insustituible por otros materiales sensores de humedad y también es. El rendimiento más importante del sensor de humedad.

En el proceso de producción del producto, la preparación de la mezcla sensible a la humedad y el estricto control del proceso son la clave para mantener y ejercer esta característica.

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Característica de histéresis

La característica de histéresis caracteriza el sensor entre la carrera directa (la cantidad de entrada aumenta) y la inversa (la cantidad de entrada disminuye). El grado de inconsistencia entre las curvas características de entrada y salida generalmente se expresa como el porcentaje de la diferencia máxima ΔMAX entre las dos curvas y la salida de escala completa F·S.

La histéresis puede ser causada por la absorción de energía por los componentes dentro del sensor.

Sensor de interfaz

Los productos de interfaz de sensor/actuador de Weidmüller se pueden conectar directamente al bus de campo instalando el adaptador de protocolo de bus correspondiente.

Puede soportar los protocolos de bus de campo Profibus-DP, CANopen, DeviceNet, Interbus y ASi.

Productos de interfaz de sensor/actuador pasivo (SAI)

El nivel de protección alcanza IP68 y se puede instalar directamente sin protección.

Ahorra materiales de instalación, tiempo y espacio.

Proporciona un divisor de 4.6.8 canales, cada canal tiene estructuras de 3 pines, 4 pines y 5 pines (que proporcionan señales de uno y dos canales).

Existen tipos con cubrecables (tipo estándar) y tipos prefabricados con cables.

Se pueden suministrar por separado productos con carcasa metálica, aptos para la industria alimentaria.

Con indicación de señal y potencia.

Productos de interfaz de sensor/actuador activo (SAI)

Los productos SAI se pueden conectar directamente al bus de campo instalando el adaptador de protocolo de bus correspondiente.

Puede soportar los protocolos de bus de campo Profibus-DP, CANopen, DeviceNet, Interbus y ASi.

Se proporcionan productos con dos niveles de protección: IP67 (el método de conexión del bus es de conexión de conector circular), IP68 (el método de conexión de bus es del tipo autoensamblaje).

Proporciona cinco productos de entrada y salida: 8DI, 8DO, 8DI/4DO, 16DI y 8DI/8DO.

La tendencia de desarrollo de sensores

Adoptar nuevos principios y desarrollar nuevos sensores

Desarrollar vigorosamente sensores físicos (porque algunos tipos estructurales no pueden cumplir con los requisitos)

Integración de sensores

Multifuncionalización de sensores

Inteligencia de sensores (Smart Sensor)

Investigar sentidos biológicos y desarrollar sensores biónicos.

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Ejemplo de proceso de trabajo

Proporcione una potencia de ±15 V al sensor y el oscilador de cristal en el circuito de excitación generará una onda cuadrada de 400 Hz, que está alimentado por el TDA2030. El amplificador genera energía de excitación de CA, que se transmite desde la bobina primaria estacionaria a la bobina secundaria giratoria a través del transformador toroidal de energía T1. La energía de CA resultante pasa a través del circuito rectificador y de filtro en el eje para obtener una. Fuente de alimentación de CC de ±5 V. Esta fuente de alimentación se utiliza como amplificador operacional AD822. La fuente de alimentación de trabajo regulada de alta precisión compuesta por la fuente de alimentación de referencia AD589 y el amplificador operacional dual AD822 produce una fuente de alimentación de CC de precisión de ±4,5 V. Esta fuente de alimentación sirve como fuente de alimentación de puente y fuente de alimentación de trabajo para el amplificador y el convertidor V/F.

Cuando el eje elástico está torcido, la señal de deformación de nivel mV detectada por el puente de tensión se amplifica en una señal fuerte de 1,5 v ± 1 v por el amplificador del instrumento AD620, y luego se convierte en una señal de frecuencia a través el convertidor V/F LM131, transmitido desde la bobina primaria giratoria a la bobina secundaria estacionaria a través del transformador toroidal de señal T2, y luego filtrado y moldeado por el circuito de procesamiento de señal en la carcasa para obtener una señal de frecuencia proporcional al par en el elástico rodamiento, que es un nivel TTL, que se puede proporcionar a un instrumento secundario especial o medidor de frecuencia para su visualización o enviar directamente a una computadora para su procesamiento.

Dado que solo hay una separación de unas pocas décimas de milímetro entre los anillos dinámicos y estáticos del resolutor, y que la parte superior del eje del sensor está sellada en una carcasa metálica, formando un escudo efectivo, tiene fuerte capacidad antiinterferencias.