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2012年二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師考試專業(yè)實(shí)務(wù)案例分析46

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二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師考試專業(yè)實(shí)務(wù)案例分析

傳感器的定義

信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng),作為信息采集系統(tǒng)的前端單元,傳感器的作用越來(lái)越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件,作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成,其重要性變得越來(lái)越明顯。

最廣義地來(lái)說(shuō),傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為:“傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件,它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)法是:“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”,而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分,它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。

進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的,而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過(guò)程,首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形,有時(shí)還需要將信號(hào)線性化,該工作是由放大器、濾波器以及其他一些模擬電路完成的。在某些情況下,這些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),并輸入到微處理器。

德國(guó)和俄羅斯學(xué)者認(rèn)為傳感器應(yīng)是由二部分組成的,即直接感知被測(cè)量信號(hào)的敏感元件部分和初始處理信號(hào)的電路部分。按這種理解,傳感器還包含了信號(hào)成形器的電路部分。

傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器,傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器:有源的和無(wú)源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種,不需要外接的能源或激勵(lì)源。

有源(a)和無(wú)源(b)傳感器的信號(hào)流程:

無(wú)源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式,但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能傳感器承擔(dān)將某個(gè)對(duì)象或過(guò)程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體,而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的,也可以是動(dòng)態(tài)(即過(guò)程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過(guò)多種方式檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的,也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理,傳感器將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量,然后將此電信號(hào)分離出來(lái),送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示。2012年二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師考試

各種物理效應(yīng)和工作機(jī)理被用于制作不同功能的傳感器。傳感器可以直接接觸被測(cè)量對(duì)象,也可以不接觸。用于傳感器的工作機(jī)制和效應(yīng)類型不斷增加,其包含的處理過(guò)程日益完善。

常將傳感器的功能與人類5大感覺(jué)器官相比擬:

光敏傳感器——視覺(jué)

聲敏傳感器——聽(tīng)覺(jué)

氣敏傳感器——嗅覺(jué) 

化學(xué)傳感器——味覺(jué)

壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺(jué)

與當(dāng)代的傳感器相比,人類的感覺(jué)能力好得多,但也有一些傳感器比人的感覺(jué)功能優(yōu)越,例如人類沒(méi)有能力感知紫外或紅外線輻射,感覺(jué)不到電磁場(chǎng)、無(wú)色無(wú)味的氣體等。

對(duì)傳感器設(shè)定了許多技術(shù)要求,有一些是對(duì)所有類型傳感器都適用的,也有只對(duì)特定類型傳感器適用的特殊要求。針對(duì)傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)合均需要的基本要求是:

高靈敏度 抗干擾的穩(wěn)定性(對(duì)噪聲不敏感) 線性 容易調(diào)節(jié)(校準(zhǔn)簡(jiǎn)易)

高精度 高可靠性 無(wú)遲滯性 工作壽命長(zhǎng)(耐用性)

可重復(fù)性 抗老化 高響應(yīng)速率 抗環(huán)境影響(熱、振動(dòng)、酸、堿、空氣、水、塵埃)的能力

選擇性 安全性(傳感器應(yīng)是無(wú)污染的) 互換性 低成本

寬測(cè)量范圍 小尺寸、重量輕和高強(qiáng)度 寬工作溫度范圍

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