傳感器技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用

楊艷玲

【摘 要】傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)。在測(cè)試系統(tǒng)中，被作為一次儀表定位，其主要特征是能準(zhǔn)確傳遞和檢測(cè)出某一形態(tài)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成易測(cè)量的另一形態(tài)的信號(hào)。

【關(guān)鍵詞】傳感器；彈性元件；應(yīng)變片

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，非物理量的測(cè)試與控制技術(shù)，已越來越廣泛地應(yīng)用于航天航空、交通運(yùn)輸、冶金、機(jī)械制造、石化、輕工、技術(shù)監(jiān)督與測(cè)試等技術(shù)領(lǐng)域，而且也正逐步引入人們的日常生活中去?？梢哉f測(cè)試技術(shù)與自動(dòng)控制水平的高低，是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)測(cè)試與自動(dòng)控制的重要手段。具體地說傳感器是指那些對(duì)被測(cè)對(duì)象的某一確定的信息具有感受（或響應(yīng)）與檢出功能，并使之按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的可輸出信號(hào)的元器件或裝置。如果沒有傳感器對(duì)被測(cè)的原始信息進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕獲和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)試與控制都將無法實(shí)現(xiàn)，即使最現(xiàn)代化的電子計(jì)算機(jī)，沒有準(zhǔn)確的信息（或轉(zhuǎn)換可靠的數(shù)據(jù)），不失真的輸入，也將無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

傳感器種類及品種繁多，原理也各式各樣。其中電阻應(yīng)變式傳感器是被廣泛用于電子秤和各種新型機(jī)構(gòu)的測(cè)力裝置，其精度和范圍度是根據(jù)需要來選定的過高的精度要求對(duì)某種使用也無太大意義，過寬的范圍度也會(huì)使測(cè)量精度降低，而且會(huì)造成成本過高及增加工藝上的困難，因此，根據(jù)測(cè)量對(duì)象的要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇精度和范圍度是至關(guān)重要的。

一般情況下，由于傳感器設(shè)置的場(chǎng)所并非理想，在溫度、濕度、壓力等效應(yīng)的綜合影響下，可引起傳感器零點(diǎn)漂移和靈敏度的變化，已成為使用中的嚴(yán)重問題。雖然人們?cè)谥谱鱾鞲衅鬟^程中，采取了溫度補(bǔ)償及密封防潮的措施，但它與應(yīng)變片、粘帖膠本身的高性能化、粘帖技術(shù)的精確和熟練、彈性體材料的選擇及冷、熱加工工藝的制定均有密切的關(guān)系，哪一方面都不能忽視，都需精心設(shè)計(jì)和制作。同時(shí)，還須注意傳感器的安裝方法，支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置，如何克服橫向力等問題。

作為一次儀表的傳感器通常由敏感元件與轉(zhuǎn)換元件組成。轉(zhuǎn)換元件就是精密的電橋。因此，測(cè)力秤重用電阻應(yīng)變式傳感器主要由彈性體、應(yīng)變片、粘帖膠及各種補(bǔ)償電阻構(gòu)成。他的穩(wěn)定性也必然是由這些元件的內(nèi)、外因的綜合作用所決定。

首先是彈性元件。彈性元件一般是由優(yōu)質(zhì)合金鋼材及有色金屬鋁、鈹青銅等加工成型，影響彈性體穩(wěn)定性，主要是它經(jīng)各種處理后的金相組織及殘余應(yīng)力?？紤]到應(yīng)力釋放時(shí)的相互平衡關(guān)系及彈性體結(jié)構(gòu)形式的約束，要想讓殘余應(yīng)力釋放，就要進(jìn)行時(shí)效處理，這在實(shí)際中若采用自然時(shí)效法，則釋放緩慢、周期長(zhǎng)，常常是不可取的，需要人為縮短時(shí)間，一般消除彈性體表面殘余應(yīng)力的方法是：做真空回火處理和疲勞式脈動(dòng)處理及共振。這樣可大幅度地降低殘余應(yīng)力，在短時(shí)間內(nèi)完成通常的長(zhǎng)時(shí)間的自然時(shí)效，使組織性能更為穩(wěn)定

其次，是應(yīng)變片和粘接膠。影響應(yīng)變片穩(wěn)定性的是箔材本身，制造應(yīng)變片的電阻合金種類很多，其中以康銅合金使用最廣，它有較好的穩(wěn)定性，高的疲勞壽命及小的電阻溫度系數(shù)，是理想的絲柵制造材料。此外，制造應(yīng)變片過程中應(yīng)消除不良影響而造成的不穩(wěn)定性。

如：絲柵與基底膠的粘接強(qiáng)度，應(yīng)變片與彈性體間的粘帖強(qiáng)度，基底膠內(nèi)應(yīng)力的釋放等等，都是不穩(wěn)定因素。

傳感器技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用主要如下：

1.溫度傳感器。主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度、機(jī)油溫度、催化溫度等。實(shí)際應(yīng)用的溫度傳感器主要有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式。線繞電阻式溫度傳感器精度較高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適用溫度較低；熱電偶式精度高，測(cè)溫范圍寬，但需考慮放大器和冷端處理問題。

2.壓力傳感器。主要檢測(cè)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力、真空度、大氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)油壓、制動(dòng)器油壓、輪胎壓力等。車用壓力傳感器目前已有若干種，應(yīng)用較多的有電容式、壓敏電阻式、膜盒傳動(dòng)的可變電感式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。電容式傳感器具有輸入能量高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)；壓敏電阻式受溫度影響大，需另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適用于大量生產(chǎn)；LVDT式有較大輸出，易于數(shù)字輸出，但抗振性較差；SAW式具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性強(qiáng)、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字量輸出等特點(diǎn)，是一種較為理想的傳感器。

3.轉(zhuǎn)速、角度和車速傳感器。主要用于檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等。主要有發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、光學(xué)式、振動(dòng)式等。

4.氧傳感器。氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)，測(cè)量排氣管中的含氧量，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際空燃比與理論值的偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)可燃混合氣的濃度，使空燃比接近于理論值，從而提高經(jīng)濟(jì)性，降低排氣污染。實(shí)際應(yīng)用的是氧化鋯和氧化鈦傳感器。

5.流量傳感器。測(cè)定進(jìn)氣量和燃油流量以控制空燃比，主要有空氣流量傳感器和燃料流量傳感器?？諝饬髁總鞲衅鳈z測(cè)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量從而控制噴油器的噴油量，以得到較準(zhǔn)確的空燃比，實(shí)際應(yīng)用的有卡門旋渦式、葉片式、熱線式?？ㄩT式無可動(dòng)部件、反應(yīng)靈敏、精度較高；熱線式易受吸入氣體脈動(dòng)影響，且易斷絲；燃料流量傳感器用于判定燃油消耗量。主要有水車式、球循環(huán)式。

6.爆震傳感器。它能把爆震信號(hào)傳給控制系統(tǒng)，抑制爆震的發(fā)生。主要有磁致伸縮式和非共振型壓電式。