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【工業(yè)領域應用傳感器有哪些?】
時間:2018-09-07

 

工業(yè)領域應用傳感器有哪些?

導讀: 傳感器相當于人類的感覺器官,一般分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。傳感器一般由敏感元件,轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

 

在了解傳感器的分類前,我們先認識一下,傳感器是由什么組成的!

傳感器一般由敏感元件,轉(zhuǎn)換元件及基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成。

①敏感元件是直接感受被測物理量,并以確定關系輸出另一物理量的元件(如彈性敏感元件將力,力矩轉(zhuǎn)換為位移或應變輸出)。

②轉(zhuǎn)換元件是將敏感元件輸出的非電量轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)(電阻,電感,電容)及電流或電壓等電信號。

③基本轉(zhuǎn)換電路是將該電信號轉(zhuǎn)換成便于傳輸,處理的電量。

在前面的文章提到過,傳感器相當于人類的感覺器官,一般分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。

其實,傳感器的分類還有很多種!在這篇文章小編一一給你帶過...

按被測量對象

分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。

內(nèi)部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)內(nèi)部的位置,速度,力,力矩,溫度以及異常變化。

  外部信息傳感器主要檢測系統(tǒng)的外部環(huán)境狀態(tài),它有相對應的接觸式(觸覺傳感器、滑動覺傳感器、壓覺傳感器)和非接觸式(視覺傳感器、超聲測距、激距)。

傳感器能量源

可分為有源傳感器和無源傳感器。

(1)無源傳感器:不需外加電源。而是將被測量的相關能量轉(zhuǎn)換成電量輸出(主要有:壓電式、磁電感應式、熱電式、光電式)又稱能量轉(zhuǎn)化型;

例如:

光電傳感器能將光射線轉(zhuǎn)換成電信號,其原理類似太陽能電池;

壓電傳感器能夠?qū)毫D(zhuǎn)換成電壓信號;

熱電傳感器能將被測溫度場的能量(熱能)直接轉(zhuǎn)換成為電壓信號的輸出等等。

 

(2)有源傳感器:需要外加電源才能輸出電量,又稱能量控制型(主要有:電阻式、電容式、電感式、霍爾式)。

 

按作用形式

可分為主動型和被動型傳感器。

主動型傳感器,此種傳感器對被測對象能發(fā)出一定探測信號,能檢測探測信號在被測對象中所產(chǎn)生的變化,或者由探測信號在被測對象中產(chǎn)生某種效應而形成信號。

(1)檢測探測信號變化方式的稱為作用型

(2)檢測產(chǎn)生響應而形成信號方式的稱為反作用型。

雷達與無線電頻率范圍探測器是作用型實例,而光聲效應分析裝置與激光分析器是反作用型實例。

被動型傳感器只是接收被測對象本身產(chǎn)生的信號,如紅外輻射溫度計、紅外攝像裝置等。

按外界輸入的信號變換為電信號采用的效應

可分為物理型傳感器、化學型傳感器和生物型傳感器三大類

物理型傳感器又可以分為結構型傳感器和物性型傳感器。

結構型傳感器是以結構(如形狀、尺寸等)為基礎,利用某些物理規(guī)律來感受(敏感)被測量,并將其轉(zhuǎn)換為電信號實現(xiàn)測量的。例如:

 

電容式壓力傳感器

必須有按規(guī)定參數(shù)設計制成的電容式敏感元件,當被測壓力作用在電容式敏感元件的動極板上時,引起電容間隙的變化導致電容值的變化,從而實現(xiàn)對壓力的測量。

物性型傳感器就是利用某些功能材料本身所具有的內(nèi)在特性及效應感受(敏感)被測量,并轉(zhuǎn)換成可用電信號的傳感器。例如:

壓電式壓力傳感器

壓電式壓力傳感器

利用具有壓電特性的石英晶體材料制成的壓電式壓力傳感器,就是利用石英晶體材料本身具有的正壓電效應而實現(xiàn)對壓力測量的;

壓阻式傳感器

壓阻式傳感器

利用半導體材料在被測壓力作用下引起其內(nèi)部應力變化導致其電阻值變化制成的壓阻式傳感器,就是利用半導體材料的壓阻效應而實現(xiàn)對壓力測量的。

一般而言,結構型傳感器強調(diào)要依靠精密設計制作的結構才能保證其正常工作;而物性型傳感器則主要依靠材料本身的物理特性、物理效應來實現(xiàn)對被測量的敏感。

化學傳感器是利用電化學反應原理,把無機或有機化學的物質(zhì)成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。最常用的是離子傳感器,即利用離子選擇性電極,測量溶液的pH值或某些離子的活度,如K+,Na+,Ca2+等。電極的測量對象不同,但其測量原理基本相同。

離子煙霧傳感器

   主要是利用電極界面(固相)和被測溶液(液相)之間的電化學反應,即利用電極對溶液中離子的選擇性響應而產(chǎn)生的電位差。所產(chǎn)生的電位差與被測離子活度對數(shù)成線性關系,故檢測出其反應過程中的電位差或由其影響的電流值,即可給出被測離子的活度。

隨著“工業(yè)4.0”概念的深化,全球的傳感器市場空間再一次被擴寬。據(jù)預測,2016年-2021年,傳感器的復合年增長率預計為11%,到2021年市場規(guī)模將達到1906億美元。目前,全球傳感器市場主要由美國、日本、德國的幾家領先企業(yè)主導,博世、霍尼韋爾、飛思卡爾、日立等傳統(tǒng)電子行業(yè)巨頭,都把傳感器作為未來業(yè)務的主要增長點。

在國內(nèi),傳感器市場的增長速度也持續(xù)加快,預計2020年傳感器市場規(guī)模將突破1800億元。集中在長三角地區(qū)的傳感器生產(chǎn)企業(yè),逐漸分散擴大,形成以北京、上海、南京、深圳、沈陽和西安等中心城市為主的區(qū)域空間布局。

傳感器市場全球化的升溫似乎揭示了大數(shù)據(jù)時代的到來。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)風云漸起之時,更加帶動了數(shù)據(jù)收集者——傳感器的發(fā)展。從國家層面看,基于工業(yè)化與信息化融合戰(zhàn)略,政府大力推進物聯(lián)網(wǎng)技術向傳統(tǒng)行業(yè)中的深度滲透,使得傳感器成為提升我國現(xiàn)代信息技術、帶動產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的最好突破口。從技術層面看,承擔著數(shù)據(jù)采集和傳輸重任的傳感器,通過物聯(lián)網(wǎng)領域的引導,正在朝著智能化、微型化、集成化、網(wǎng)絡化、多功能、低功耗的方向發(fā)展。

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物聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)推進也擴寬了傳感器的應用領域。據(jù)了解,國內(nèi)目前傳感器應用占比最多的是工業(yè)和汽車領域,發(fā)展最快的是汽車電子和通信電子應用市場。此外,在智能農(nóng)業(yè)、智能交通、智能樓宇、智能環(huán)保、智能電網(wǎng)、健康醫(yī)療、智能穿戴等領域,傳感器同樣有著廣闊的應用空間。

那么,在工業(yè)自動化領域哪些行業(yè)是引爆傳感器應用的關鍵呢,眾傳感器企業(yè)又將瞄準哪些新興行業(yè)?

汽車制造:傳感器應用歷久彌新

經(jīng)過多年發(fā)展,中國汽車市場已成為全球增速最快的汽車市場之一。隨著中國汽車銷量的增加,傳感器應用也隨之快速增長。微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器,成為汽車傳感器的主流。

除了給汽車配置傳感系統(tǒng),在汽車制造過程中,傳感器的應用早已經(jīng)不新鮮了。在汽車生產(chǎn)自動化過程中,對零部件的位置檢測成為傳感器應用的重要一環(huán),也是對傳感器要求最高的環(huán)節(jié)。為了滿足高精準的檢測,高精度傳感器已經(jīng)被廣泛地應用在汽車的零部件加工、發(fā)動機制造、整車廠的沖壓、涂裝、焊裝、總裝等自動化生產(chǎn)中的各種位置檢測。

由于汽車行業(yè)吸收新技術新產(chǎn)品的能力強,對自動化的要求也比較高,因此像圖爾克、易福門、巴魯夫、堡盟等很多傳感器企業(yè)都將該行業(yè)列為重要的目標市場。據(jù)易福門重點行業(yè)銷售經(jīng)理萬輝介紹,易福門在汽車行業(yè)最熱門的應用當屬RFID和IO-Link產(chǎn)品的解決方案。“RFID技術主要用來實現(xiàn)汽車零部件的可追溯和汽車零部件的倉儲物流管理,IO-Link方案主要幫助汽車制造商實現(xiàn)生產(chǎn)的遠程監(jiān)控和大數(shù)據(jù)采集,這些都與‘工業(yè)4.0’銜接。”正是該行業(yè)對生產(chǎn)技術的要求不斷提高,使傳感器在該領域的應用不斷更新,汽車制造也成為推動傳感器技術革新的重要引擎。

電子制造行業(yè):傳感器滿足高精度檢測

近年消費電子類產(chǎn)品的普及使得電子制造業(yè)在國內(nèi)得到了迅速發(fā)展,加快了電子制造行業(yè)的步伐。消費者對其需求也從使用層面逐漸趨向于追求潮流,從而更加推動消費電子在開發(fā)、設計及制造層面的加速發(fā)展。面對迅猛擴大的市場,電子制造設備也在不斷優(yōu)化、更新,向著提高效率、提升良品率、提升設備操作安全性等方向邁進。同時,為了滿足市場需求,電子制造業(yè)大量地應用工業(yè)傳感器,以全面提升整體生產(chǎn)能力。

在電子制造的生產(chǎn)線中,無論是機器人組裝,還是電子元件的檢測,都離不開視覺傳感設備的應用。天津圖爾克市場及產(chǎn)品管理部高級產(chǎn)品經(jīng)理馮曉冬認為:“視覺傳感器也將成為切入智能制造的利刃,電子制造高精度需求和生產(chǎn)線專業(yè)性使得機器人、機器視覺自動化解決方案都存在相當?shù)募夹g壁壘,掌握核心技術和生產(chǎn)經(jīng)驗才是傳感器企業(yè)扎根電子行業(yè)的必要條件。”

工業(yè)機器人:傳感器賦予其感知能力

近幾年,機器換人成為熱潮,工業(yè)機器人市場火爆。為了使機器人提高適應能力,及時檢測到作業(yè)環(huán)境,在機器人上應用了大量的傳感設備,這些傳感器改善了機器人工作狀況,使其能夠更充分地完成復雜的工作。

在一臺機器人身上,集成了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器等,它們各自分工明確,確保機器人能與人類一樣正常工作。很多協(xié)作機器人集成了力矩傳感器和攝像機,以確保在操作中擁有更好的視角,同時保證工作區(qū)域的安全;視覺傳感器是一個可以執(zhí)行多種任務的攝像頭。從檢測運動物體到傳輸帶上的零件定位,使機器人可以根據(jù)接收到的信息適當調(diào)整自己的動作;如果說視覺傳感器給了機器人眼睛,那么力覺傳感器則賦予機器人觸覺,利用力矩傳感器感知末端執(zhí)行器的力度;除了考慮機器人自身的正常運作,為了保障作業(yè)人員的安全,機器人還應安裝上安全傳感器,當機器人感知到異常的力度時,觸發(fā)緊急停止,從而確保作業(yè)人員的安全。

“由于機器人也趨于小型化,傳感器的安裝空間更是有限,所以在機器人的應用中,更需要微小型傳感器,堡盟發(fā)揮其善做微小型產(chǎn)品的優(yōu)勢,重點關注產(chǎn)品在機器人領域的應用,使其高速、高精度的特點在機器手臂中發(fā)揮得淋漓盡致。”堡盟市場銷售經(jīng)理宋小剛十分看好傳感器在機器人領域的應用前景。

食品加工與包裝:提升自動化程度的必備良品

食品安全問題日益突出,我國對食品安全越來越重視,于是對食品檢測技術提出了精細化要求。過去,我國食品機械制造商忽略了對食品檢測技術的應用,而與整機性能提高相比,食品檢測技術將有更大的發(fā)展空間。在食品檢測技術中,傳感器發(fā)揮著重要作用,對食品溫度、位置等的數(shù)據(jù)采集幫助很大。傳感器的應用不僅提高了食品的產(chǎn)量,還能保障食品的安全性。

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“以前,食品行業(yè)自動化程度相對較低,隨著國人對食品的安全與質(zhì)量要求越來越高,消費升級,生產(chǎn)企業(yè)可能會對自動化提出一些新需求。”巴魯夫市場部總監(jiān)吳濤認為其他行業(yè)也許在發(fā)展上會有起伏波動,但生產(chǎn)快消品的食品包裝行業(yè)的前景依然非常廣闊,“究其原因,一是行業(yè)本身需求會不斷更新,二是現(xiàn)有的生產(chǎn)線需要不斷改造。”因此,作為提升該行業(yè)自動化程度的必備良品,傳感器在食品加工與包裝行業(yè)的應用將會有增無減。