¿Qué es un sensor?
Un sensor es un dispositivo de detección que puede detectar la información medida. Puede convertir la información detectada en señales eléctricas u otras formas requeridas de salida de información de acuerdo con ciertas reglas para satisfacer las necesidades de transmisión, procesamiento y transmisión de información. Requisitos de almacenamiento, visualización, grabación y control.
Este es el primer paso para conseguir la detección automática y el control automático.
"Sensor" se define como:
Un dispositivo que recibe energía de un sistema y la envía, generalmente de otra forma, a otro sistema.
Según esta definición, la función de un sensor es convertir un tipo de energía en otro tipo de energía, por lo que muchos estudiosos también utilizan “transductor-transductor” para referirse a “sensor-sensor”.
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Función
La función del sensor a menudo se compara con los cinco órganos de los sentidos humanos:
Sensor fotosensible- visión Sensores sensibles al sonido - Audición
Sensores de gas - Olor Sensores químicos - Sabor
Sensores sensibles a la presión, a la temperatura y a los fluidos - Táctiles.
Clasificación de componentes sensibles:
①Física, basada en efectos físicos como fuerza, calor, luz, electricidad, magnetismo y armónicos.
②Química, basada en los principios de las reacciones químicas.
(3) Biología, basada en las funciones de reconocimiento de enzimas, anticuerpos, hormonas y otras moléculas.
Generalmente, 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 Diez categorías que incluyen componentes 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); ; sus tipos de señales de salida, materiales y procesos para su fabricación, etc.
Según el principio de funcionamiento del sensor, se puede dividir en sensores físicos y sensores químicos:
Clasificación del principio de funcionamiento del sensor Los sensores físicos aplican efectos físicos, como el efecto piezoeléctrico y la magnetoestricción. Fenómeno, ionización, polarización, termoeléctrico, fotoeléctrico, magnetoeléctrico y otros efectos.
Pequeños cambios en la cantidad de señal medida se convertirán en señales eléctricas.
Los sensores químicos incluyen sensores 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 como sensores físicos o químicos.
La mayoría de sensores funcionan basándose en principios físicos.
Los sensores químicos tienen muchos problemas técnicos, como fiabilidad, posibilidad de producción en masa, precio, etc. Una vez que se resuelvan estos problemas, las aplicaciones de los sensores químicos aumentarán considerablemente.
La siguiente tabla enumera los campos de aplicación y los principios de funcionamiento de los sensores comunes.
1. Los sensores se clasifican según sus usos.
Sensores de presión y fuerza, sensores de posición.
Sensor de nivel de líquido Sensor de consumo de energía
Sensor de velocidad Sensor de aceleración
Sensor de radiación de rayos X Sensor térmico
Sensor de radar de 24 GHz
2. Los sensores se clasifican según sus principios.
Sensor de vibración sensor de humedad
Sensor magnético de gas
Sensor de vacío, biosensor, etc.
3. Los sensores se clasifican según sus señales de salida.
Sensor analógico: convierte la electricidad no medida en señales eléctricas analógicas.
Sensor digital: convierte la electricidad no medida en una señal de salida digital (incluida la conversión directa e indirecta).
Sensor pseudodigital: convierte la señal medida en una señal de frecuencia o salida de señal de período corto (incluida la conversión directa o indirecta).
Sensor de interruptor: cuando la señal de medición alcanza un cierto umbral, el sensor emite una señal configurada de nivel bajo o alto en consecuencia.
4. Los sensores se clasifican según sus materiales.
Bajo la influencia de factores externos, todas las sustancias realizarán reacciones correspondientes y características.
Entre ellos, aquellos materiales que son más sensibles a los efectos externos, es decir, materiales con propiedades funcionales, se utilizan para fabricar componentes sensibles de los sensores.
Desde la perspectiva de los materiales aplicados, los sensores se pueden dividir en las siguientes categorías:
(1) Según la categoría de materiales utilizados.
Mezcla metal-polímero-cerámica
(2) Según las propiedades físicas del material: conductor, aislante, material magnético semiconductor.
(3) Según la estructura cristalina del material:
Materiales amorfos policristalinos monocristalinos
El trabajo de desarrollo del sensor está estrechamente relacionado con el uso de nuevos materiales. se puede resumir en las siguientes tres direcciones:
(1) Explorar nuevos fenómenos, efectos y reacciones en materiales conocidos y luego implementarlos en aplicaciones prácticas en 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 nuevas 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 utilizados en 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 fabrican mediante tecnologías estándar para la producción de circuitos integrados semiconductores basados en silicio.
Normalmente, en el mismo chip también se integran algunos circuitos para el procesamiento preliminar de las señales de medición.
Los sensores de película delgada se forman a partir de películas delgadas de materiales sensibles correspondientes depositados sobre un sustrato dieléctrico (sustrato).
Cuando se utilizan procesos híbridos, también se pueden fabricar partes del circuito sobre este sustrato.
Los sensores de película gruesa se fabrican recubriendo una suspensión del material correspondiente sobre un sustrato cerámico, generalmente hecho de Al2O3, y luego tratándolo térmicamente para formar una película gruesa.
Los sensores cerámicos se fabrican mediante tecnología cerámica estándar o alguna variante (sol-gel, etc.). ).
Después de completar las operaciones de preparación adecuadas, las piezas formadas se sinterizan a altas temperaturas.
La tecnología de película gruesa y la tecnología de sensores cerámicos tienen muchas similitudes. En algunos aspectos, la tecnología de película gruesa puede considerarse una variante de la tecnología cerámica.
Cada tecnología tiene sus propias ventajas y desventajas.
Debido a la baja inversión de capital requerida para I+D y producción y 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 físicos se fabrican utilizando las características de ciertas propiedades físicas de la sustancia medida que han cambiado significativamente.
Los sensores químicos están compuestos por elementos sensibles que pueden convertir cantidades químicas, como la composición y concentración de sustancias químicas, en cantidades eléctricas.
Los biosensores son sensores que utilizan las características de diversos 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 salida del sensor para una relación de señal de entrada estática con la entrada.
Dado que la entrada y la salida no tienen nada que ver con el tiempo, la relación entre ellas, es decir, las características estáticas del sensor, se puede describir mediante una ecuación algebraica sin una variable de tiempo, o la entrada es la abscisa, y la salida correspondiente es. Se describe la curva característica dibujada en la ordenada.
Los principales parámetros que caracterizan las características estáticas del sensor son la linealidad, la sensibilidad, la histéresis, la repetibilidad y la deriva.
(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 la desviación máxima entre la curva característica real y la línea recta ajustada y el valor de salida de escala completa dentro del rango de escala completa.
(2) Sensibilidad: La sensibilidad es un indicador importante de las características estáticas del sensor.
Se define como la relación entre el aumento de la producción y el correspondiente aumento de los insumos que provocaron el aumento.
Utiliza s para representar la sensibilidad.
(3) Histéresis: en el proceso en el que la cantidad de entrada cambia de pequeña a grande (carrera hacia adelante) y la cantidad de entrada cambia de grande a pequeña (carrera inversa), el fenómeno de que las características de entrada y salida Las curvas del sensor no se superponen se llama histéresis.
Para la misma señal de entrada, las señales de salida de carrera delantera y trasera del sensor no son iguales en tamaño. Esta diferencia se llama diferencia de histéresis.
(4) Repetibilidad: La repetibilidad se refiere al grado en que las curvas características obtenidas son inconsistentes cuando la entrada del sensor cambia en la misma dirección muchas veces consecutivas.
(5) Deriva: La deriva del sensor significa que la salida del sensor cambia con el tiempo cuando la entrada permanece sin cambios, lo que 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 llamadas características dinámicas se refieren a las características de la salida del sensor cuando cambia su entrada.
En el trabajo real, las características dinámicas de un sensor suelen estar representadas por su respuesta a algunas señales de entrada estándar.
Esto se debe a que la respuesta del sensor a la señal de entrada estándar se obtiene fácilmente a través de experimentos. Existe una cierta relación entre su respuesta a la señal de entrada estándar y su respuesta a cualquier señal de entrada. obtenido conociendo Inferir del primero.
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
Normalmente, 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 unificada, a menudo se utiliza una línea recta ajustada para aproximar la curva característica real, y la linealidad (error no lineal) es una de estas aproximaciones. indicadores.
Hay muchas maneras de elegir una línea recta para encajar.
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 se utiliza la línea recta teórica con la desviación cuadrada más pequeña de cada punto en la curva característica; Se utiliza como línea recta de ajuste, que se denomina línea recta 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 de salida del sensor en estado estable condiciones de operación La relación entre △y y el cambio 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 a medida que cambie la entrada.
La dimensión de la sensibilidad es la relación entre las dimensiones de la salida y la entrada.
Por ejemplo, cuando el desplazamiento del sensor de desplazamiento cambia en 1 mm y el voltaje de salida cambia en 200 mV, su sensibilidad debe expresarse como 200 mv/mm.
Cuando la salida y la entrada del sensor son del mismo tamaño, la sensibilidad puede entenderse como amplificación.
Aumenta la sensibilidad y obtén 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 un 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 este cambio de entrada.
La salida solo cambiará cuando la entrada cambie más que la resolución.
Por lo general, la resolución de cada punto del sensor es diferente dentro del rango de escala completa, por lo que a menudo se mide por el valor de cambio máximo de la entrada que puede hacer que la salida cambie paso a paso dentro del rango completo. rango de escala.
Si los indicadores anteriores se expresan como porcentaje del fondo de escala, se llama resolución.
La resolución está inversamente relacionada 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, la distancia estacionaria, el ángulo, etc. de los objetos. Utilizando tecnología planar microstrip, tamaño pequeño.
Alta integración, detección sensible y sin contacto.
El sensor de radar de 24 GHz es un dispositivo de carga y descarga que puede convertir señales de eco de microondas en señales eléctricas. Es el chip central de 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 de resistencia convierte cantidades físicas medidas como desplazamiento, deformación, fuerza, aceleración, humedad y temperatura en valores de resistencia. dispositivo.
Existen principalmente dispositivos de detección de resistencia, como medidores de tensión de resistencia, tipo piezoresistivo, resistencia térmica, sensibles al calor, sensibles al gas, sensibles a la humedad y otros dispositivos de detección de resistencia.
Sensor de pesaje
Un sensor de carga es un dispositivo de conversión de fuerza a electricidad que convierte la gravedad en señales eléctricas. Es un componente clave de las básculas electrónicas.
Existen muchos tipos de sensores que realizan conversión de fuerza a electricidad, como el tipo de tensión de resistencia, el tipo de fuerza electromagnética, el tipo capacitivo, etc.
El tipo de fuerza electromagnética se usa principalmente en balanzas electrónicas, el tipo capacitivo se usa en algunas básculas de grúa electrónicas y la mayoría de las básculas usan celdas de carga de tipo tensión de resistencia.
La invención tiene las ventajas de una estructura simple, alta precisión y amplia aplicación, y puede usarse en entornos relativamente hostiles.
Por lo tanto, las células de carga extensímetros de resistencia se han utilizado ampliamente en instrumentos de pesaje.
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Sensor de deformación
La galga extensométrica de resistencia del sensor tiene un efecto de deformación metálica, es decir, produce deformación mecánica bajo la acción de fuerza externa, lo que provoca la resistencia. El valor cambia en consecuencia.
Existen dos tipos de galgas extensométricas de resistencia: metálicas y semiconductoras. Las galgas extensométricas metálicas se dividen en tipo alambre, tipo lámina y tipo membrana.
Las galgas extensométricas semiconductoras tienen las ventajas de una alta sensibilidad (normalmente decenas de veces mayor que la del alambre y la lámina) y pequeños efectos laterales.
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Sensor piezoresistivo
El sensor piezoresistivo se basa en el efecto piezoresistivo del material semiconductor y crea una resistencia de difusión sobre el sustrato del material semiconductor. dispositivo.
Su sustrato se puede utilizar directamente como sensor de medición y la resistencia de difusión está conectada en el sustrato en forma de puente.
Cuando el sustrato se deforma por una fuerza externa, el valor de resistencia cambiará y el puente producirá una salida desequilibrada correspondiente.
El sustrato (o diafragma) utilizado como sensor piezoresistivo es principalmente oblea de silicio y oblea de germanio. Los sensores piezorresistivos de silicio que utilizan obleas de silicio como materiales sensibles han atraído cada vez más atención. En particular, los sensores piezoresistivos de estado sólido utilizados para medir la presión y la velocidad son los más utilizados.
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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 a medida que aumenta la temperatura.
Las resistencias térmicas están hechas en su mayoría de materiales metálicos puros. Actualmente, el platino y el cobre son los materiales más utilizados. Además, para fabricar resistencias térmicas se han utilizado materiales como níquel, manganeso y rodio.
Los sensores de resistencia térmica utilizan principalmente las características del valor de resistencia que cambia con la temperatura para medir la temperatura y los parámetros relacionados con la temperatura.
Este tipo de sensor es adecuado para ocasiones con una precisión de detección de alta temperatura.
Los materiales de resistencia térmica ampliamente utilizados actualmente, como el platino, el cobre y el níquel, tienen las características de un gran coeficiente de resistencia a la temperatura, buena linealidad, rendimiento estable, amplio rango de temperaturas y fácil procesamiento.
Se utiliza para medir temperaturas dentro del rango de -200 ℃ ~+500 ℃.
Clasificación de sensores de resistencia térmica:
1.Sensor de resistencia térmica NTC:
Este sensor es un sensor de coeficiente de temperatura negativo, es decir, la resistencia del El sensor cambia con los aumentos y disminuciones de la temperatura.
2. Sensor de resistencia térmica PTC:
Este 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 con las ventajas de medición de larga distancia sin contacto, velocidad rápida, alta precisión, amplio rango de medición y fuerte resistencia a la interferencia fotoeléctrica.
Cuando el sensor láser funciona, el diodo emisor de láser emite pulsos láser al objetivo.
La luz láser es reflejada por el objetivo y dispersada en todas direcciones.
Parte de la luz dispersada regresa al receptor del sensor y se refleja en el fotodiodo de avalancha después de ser recibida por el sistema óptico.
El fotodiodo de avalancha es un sensor óptico con amplificación interna, por lo que puede detectar señales luminosas extremadamente débiles y convertirlas en señales eléctricas correspondientes.
Utilizando las características de alta directividad, alta monocromaticidad y alto brillo del láser, se puede lograr una medición de larga distancia sin contacto.
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 del aire.
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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 Los sensores de temperatura ambiente interior y exterior se utilizan para medir las temperaturas de las paredes de los tubos de evaporadores y condensadores.
Las formas de los sensores de temperatura ambiente y los sensores de temperatura de tubo son diferentes, pero las características de temperatura son básicamente las mismas.
Según las características de temperatura, existen dos tipos de sensores de temperatura de tubo para temperatura ambiente que se utilizan actualmente en Estados Unidos: 1. El valor B constante es 4100k±3% %, y la resistencia de referencia es 10Kω±3% a 25°C.
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 la resistencia correspondiente; a 0 ℃ y 55 ℃, la tolerancia de resistencia correspondiente es de aproximadamente 7 % pero por debajo de 0 ℃ y por encima de 55 ℃, resistencia; Las tolerancias variarán de un proveedor a otro.
Cuanto mayor sea la temperatura, menor será la resistencia; cuanto menor sea la temperatura, mayor será la resistencia.
Cuanto más se aleje de 25 ℃, mayor será el rango de tolerancia de la resistencia correspondiente.
2. Sensor de temperatura de descarga:
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 3950K±3% y la resistencia de referencia es 90°C, correspondiente a una resistencia 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 de sensor de temperatura utilizado actualmente es 602F-3500F y la resistencia de referencia a 25°C es 6kω1%.
Los valores de resistencia correspondientes a varias temperaturas típicas son -10 ℃→(25.897-28.623)kω; 0 ℃→(16.3248─17.7164)kω 50 ℃→(2.3262─2.5153)kω; ℃→ (0.6671─0.7565)Kω.
Hay muchos tipos de sensores de temperatura, resistencias térmicas de uso común: PT100, PT1000, Cu50, Cu 100 termopares: B, E, J, K, S, etc.
Los sensores de temperatura no sólo están disponibles en varios tipos, sino también en varias combinaciones. Elija los productos adecuados según los diferentes lugares.
Principio de medición de temperatura: según el principio de que la resistencia de la resistencia y el potencial del termopar cambian regularmente con diferentes temperaturas, se puede obtener el valor de temperatura que necesitamos medir.
(Proporcionado por expertos en HVAC de Air Travel Network)
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Sensor sensible a la luz
El sensor sensible a la luz es el El sensor más común Uno, tiene muchos tipos, que incluyen principalmente: fotocélula, 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.
La longitud de onda sensible está cerca de la longitud de onda de la luz visible, incluidas las longitudes de onda infrarrojas y las longitudes de onda ultravioleta.
Los sensores ópticos no se limitan a detectar luz, sino que también pueden usarse como componentes de detección para formar otros sensores para detectar muchas cantidades no eléctricas, siempre que estas cantidades no eléctricas se conviertan en cambios en la óptica. señales.
Los sensores ópticos son actualmente uno de los sensores más abundantes y utilizados y juegan un papel muy importante en la tecnología de control automático y medición no eléctrica.
El sensor de luz más simple es un fotorresistor, que genera una corriente eléctrica cuando los fotones chocan contra una articulación.
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Información del sensor de humedad
Los sensores de humedad capacitivos de polímero generalmente pasan a través de una malla de alambre sobre un sustrato aislante de vidrio, cerámica, silicio y otros materiales. Se fabrica mediante impresión o recubrimiento al vacío, y luego el adhesivo sensible a la humedad se aplica sobre el electrodo mediante inmersión u otros métodos para formar un elemento capacitivo.
En ambientes atmosféricos con diferente humedad relativa, debido a la absorción de moléculas de agua por la película sensible a la humedad, la capacitancia del sensor de humedad cambia regularmente. Este es el mecanismo básico del sensor de humedad.
Las características de temperatura de los componentes de los condensadores poliméricos se ven afectadas por la temperatura. No solo la constante dieléctrica ε del polímero como medio y la constante dieléctrica ε de las moléculas de agua adsorbidas, sino también las dimensiones geométricas del componente. también afectado por 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 en T=5℃ y 79,63 en 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 aumenta con el aumento de T, mientras que en algunas áreas de temperatura, ε disminuye con el aumento de T.
En el análisis del mecanismo sensible a la humedad de los elementos capacitivos poliméricos sensibles a la humedad, la mayor parte de la literatura cree que la constante dieléctrica de los polímeros es pequeña. Por ejemplo, la constante dieléctrica de la poliimida es 3,0-3,0 en valores bajos. humedad 3.8.
La constante dieléctrica de las moléculas de agua es decenas de veces mayor que la del polímero ε.
Por lo tanto, la constante dieléctrica de la capa heterogénea absorbente de agua después de la absorción de humedad aumenta considerablemente debido al momento dipolar de las moléculas de agua, que está determinado por la aditividad de la constante dieléctrica compuesta del medio multifásico.
Debido al cambio de ε, la capacitancia c del elemento capacitivo sensible a la humedad es proporcional a la humedad relativa.
Es difícil establecer una linealidad completa del rango húmedo de las características de detección de humedad durante el proceso de diseño y fabricación.
Como condensador, el espesor d de la película dieléctrica de polímero y el área efectiva s del condensador plano también están relacionados con la temperatura.
Los cambios en la geometría del medio provocados por cambios de temperatura afectarán al valor de C.
El coeficiente de expansión térmica promedio de los polímeros puede alcanzar órdenes de magnitud.
Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica promedio de la nitrocelulosa es 108x10-5/℃.
A medida que aumenta la temperatura, aumenta el espesor d de la película dieléctrica, lo que tiene una contribución negativa a c; sin embargo, la expansión de la película sensible a la humedad aumenta la adsorción de agua por el medio, lo que es; una contribución positiva a c.
Se puede ver que las características de temperatura de los condensadores sensibles a la humedad están dominadas por muchos factores. En diferentes rangos de humedad, la deriva de temperatura es diferente. Tiene diferentes coeficientes de temperatura en diferentes áreas de temperatura; diferentes materiales sensibles a la humedad tienen diferentes características de temperatura.
En definitiva, el coeficiente de temperatura del sensor de humedad de polímero no es una constante, sino una variable.
Por lo tanto, normalmente los fabricantes de sensores pueden linealizar el sensor en el rango de -10-60 grados Celsius para reducir el impacto de la temperatura en el sensor de humedad.
Los productos de alta calidad utilizan principalmente resina de poliamida, y la estructura del producto se resume de la siguiente manera: los electrodos de oro se evaporan al vacío sobre un sustrato de vidrio de borosilicato o zafiro, y luego una película plana sensible a la humedad en forma de Se rocía un material dieléctrico sensible a la humedad (como se mencionó anteriormente) y luego se evaporan los electrodos de oro sobre la película.
La capacitancia del sensor de humedad es proporcional a la humedad relativa y la linealidad es de aproximadamente el 2%.
Aunque el rendimiento de la medición de humedad es aceptable, la resistencia a la temperatura y la resistencia a la corrosión no son ideales. En el ámbito industrial, es necesario mejorar aún más la vida útil, la resistencia a la temperatura, la estabilidad y la resistencia a la corrosión.
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 de producción en masa. Sin embargo, debido al material poroso, que tiene un gran impacto en el polvo, el mantenimiento diario es frecuente y a menudo se requiere calefacción eléctrica para la limpieza, lo que puede afectar fácilmente la calidad del producto y la humedad. La linealidad es pobre en condiciones de baja y alta humedad. ambientes de temperatura, especialmente la vida útil es corta y la confiabilidad a largo plazo es pobre. Este tipo de problemas del sensor de humedad deben resolverse con urgencia.
En la actualidad, en el desarrollo e investigación de sensores de humedad, los sensores de humedad resistivos deberían ser los más adecuados para el control de la humedad. Su producto representativo, el sensor de humedad de cloruro de litio, tiene muchas ventajas importantes, como estabilidad, resistencia a la temperatura y larga vida útil. Los sensores de humedad de cloruro de litio tienen una historia de más de 50 años de producción e investigación. Tienen una variedad de tipos de productos y métodos de fabricación, todos los cuales aprovechan las ventajas de los líquidos sensibles a la humedad del cloruro de litio, especialmente la mayor estabilidad.
Los dispositivos sensibles a la humedad de cloruro de litio son materiales sensibles a la humedad de electrolitos. Entre muchos materiales sensibles a la humedad, el líquido sensible a la humedad de electrolito de cloruro de litio atrajo por primera vez la atención de la gente y se utilizó para fabricar dispositivos sensibles a la humedad. La conductancia equivalente del líquido sensible a la humedad del electrolito de cloruro de litio disminuye a medida que aumenta la concentración de la solución.
Los electrolitos se disuelven en agua para reducir la presión de vapor en la superficie del agua.
La estructura del sustrato del sensor de humedad de cloruro de litio se divide en formas columnares y de vendaje. El líquido sensible a la humedad y el electrodo de oro con recubrimiento de alcohol polivinílico de cloruro de litio como componente principal son los tres componentes del cloruro de litio. Componentes del 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 de los sensores de humedad de cloruro de litio es insustituible por otros materiales sensibles a la humedad y también es el rendimiento más importante de los sensores de humedad.
Durante el proceso de producción del producto, la preparación de mezclas sensibles 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 representa la curva característica de salida-entrada del sensor en dirección directa (entrada creciente) y dirección inversa (entrada decreciente) El grado de inconsistencia entre trazos, generalmente expresado como la diferencia máxima entre las dos curvas ΔMAX y el porcentaje de la salida de escala completa f s.
La absorción de energía por parte de los componentes internos del sensor puede provocar histéresis.
Sensores de interfaz
Los productos de interfaz de sensor/actuador de Veidemyuller se pueden conectar directamente al bus de campo agregando 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 divisores de 4.6.8 vías, cada divisor tiene estructuras de 3 pines, 4 pines y 5 pines (proporcionando señales unidireccionales y bidireccionales).
Existen tipos cubiertos con cableado (tipo estándar) y tipos prefabricados de cable.
Los productos con carcasa metálica están disponibles por separado y son aptos para la industria alimentaria.
Indicación de señal y potencia.
Productos de interfaz de sensor/actuador activo (SAI)
Los productos SAI se pueden conectar directamente al bus de campo agregando 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 de barras es conexión por junta anular) e IP68 (el método de conexión de barras es autoensamblaje).
Proporciona cinco productos de entrada y salida: 8DI, 8DO, 8DI/4DO, 16DI y 8DI/8DO.
Tendencias de desarrollo de sensores
Adoptar nuevos principios y desarrollar nuevos sensores
Desarrollar vigorosamente sensores físicos (porque algunos sensores estructurales no pueden cumplir con los requisitos)
Integración de sensores
Sensores multifuncionales
Sensores inteligentes (sensores inteligentes)
Investigar los sentidos biológicos y desarrollar sensores biónicos.
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Ejemplo de flujo de trabajo
Proporcione energía de 15 V al sensor, el oscilador de cristal en el circuito de excitación genera una onda cuadrada de 400 Hz y la energía TDA2030 El amplificador genera CA. La potencia de excitación se transmite desde la bobina primaria estacionaria a la bobina secundaria giratoria a través del transformador de anillo de energía T1. La potencia de CA resultante se obtiene a través del circuito rectificador y filtro en el eje para obtener una fuente de alimentación de 5 V CC, que es. se utiliza como fuente de alimentación de trabajo del amplificador operacional AD822; se compone de la fuente de alimentación de referencia AD589 y la fuente de alimentación dual regulada de alta precisión compuesta por el amplificador operacional de canal AD822 genera una fuente de alimentación de CC de precisión de 4,5 V, que sirve como tanto una fuente de alimentación de puente como una fuente de alimentación de trabajo para el amplificador y el convertidor V/F.
Cuando el eje elástico gira, la señal de deformación de nivel mV detectada por el puente de tensión es amplificada por el amplificador del instrumento AD620 en una señal fuerte de 1,5 V 1 V, y luego convertida en una señal de frecuencia por el V Convertidor /F LM131 La señal se transmite desde la bobina primaria giratoria a la bobina secundaria estacionaria a través del transformador toroidal T2. Después de filtrar y dar forma mediante el circuito de procesamiento de señales en la carcasa, se puede obtener una señal de frecuencia proporcional al par en el cojinete elástico. La señal es de nivel TTL y puede enviarse a un instrumento secundario dedicado o un medidor de frecuencia para su visualización o enviarse directamente a la computadora para su procesamiento.
Dado que la distancia entre los anillos dinámico y estacionario del resolutor es de sólo unas pocas décimas de milímetro y la parte superior del eje del sensor está sellada en una carcasa metálica, se forma un escudo efectivo que tiene fuerte capacidad antiinterferencia.