傳感器的靜態(tài)特性的主要指標(biāo)有線性度、遲滯、重復(fù)性、靈敏度和準(zhǔn)確度等。傳感器的動(dòng)態(tài)特性則指的是對(duì)于輸入量隨著時(shí)間變化的響應(yīng)特性。動(dòng)態(tài)特性通常采用傳遞函數(shù)等自動(dòng)控制的模型來(lái)描述。通常，傳感器接收到的信號(hào)都有微弱的低頻信號(hào)，外界的干擾有的時(shí)候的幅度能夠超過(guò)被測(cè)量的信號(hào)，因此消除串入的噪聲就成為了一項(xiàng)關(guān)鍵的傳感器技術(shù)。

物理傳感器

物理傳感器是檢測(cè)物理量的傳感器。它是利用某些物理效應(yīng)，把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化成為便于處理的能量形式的信號(hào)的裝置。其輸出的信號(hào)和輸入的信號(hào)有確定的關(guān)系。主要的物理傳感器有光電式傳感器、壓電傳感器、壓阻式傳感器、電磁式傳感器、熱電式傳感器、光導(dǎo)纖維傳感器等。

物理傳感器的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，我們僅僅就生物醫(yī)學(xué)的角度來(lái)看看物理傳感器的應(yīng)用情況，之后不難推測(cè)物理傳感器在其他的方面也有重要的應(yīng)用。

讓我們看看呼吸測(cè)量技術(shù)。呼吸測(cè)量是臨床診斷肺功能的重要依據(jù)，在外科手術(shù)和病人監(jiān)護(hù)中都是必不可少的。比如在使用用于測(cè)量呼吸頻率的熱敏電阻式傳感器時(shí)，把傳感器的電阻安裝在一個(gè)夾子前端的外側(cè)，把夾子夾在鼻翼上，當(dāng)呼吸氣流從熱敏電阻表面流過(guò)時(shí)，就可以通過(guò)熱敏電阻來(lái)測(cè)量呼吸的頻率以及熱氣的狀態(tài)。

從以上的介紹可以看出，僅僅在生物醫(yī)學(xué)方面，物理傳感器就有著多種多樣的應(yīng)用。傳感器的發(fā)展方向是多功能、有圖像的、有智能的傳感器。傳感器測(cè)量作為數(shù)據(jù)獲得的重要手段，是工業(yè)生產(chǎn)乃至家庭生活所必不可少的器件，而物理傳感器又是最普通的傳感器家族，靈活運(yùn)用物理傳感器必然能夠創(chuàng)造出更多的產(chǎn)品，更好的效益。

光纖傳感器

近年來(lái)，傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)展。在這一過(guò)程中，光纖傳感器這個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優(yōu)異的性能，例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能，絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能，耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方（如高溫區(qū)），或者對(duì)人有害的地區(qū)（如核輻射區(qū)），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。

光纖傳感器是最近幾年出現(xiàn)的新技術(shù)，可以用來(lái)測(cè)量多種物理量，比如聲場(chǎng)、電場(chǎng)、壓力、溫度、角速度、加速度等，還可以完成現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)難以完成的測(cè)量任務(wù)。在狹小的空間里，在強(qiáng)電磁干擾和高電壓的環(huán)境里，光纖傳感器都顯示出了獨(dú)特的能力。目前光纖傳感器已經(jīng)有70多種，大致上分成光纖自身傳感器和利用光纖的傳感器。

所謂光纖自身的傳感器，就是光纖自身直接接收外界的被測(cè)量。當(dāng)光纖受到一點(diǎn)很微小的外力作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生微彎曲，而其傳光能力發(fā)生很大的變化。聲音是一種機(jī)械波，它對(duì)光纖的作用就是使光纖受力并產(chǎn)生彎曲，通過(guò)彎曲就能夠得到聲音的強(qiáng)弱。光纖陀螺也是光纖自身傳感器的一種，與激光陀螺相比，光纖陀螺靈敏度高，體積小，成本低，可以用于飛機(jī)、艦船、導(dǎo)彈等的高性能慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。如圖就是光纖傳感器渦輪流量計(jì)的原理。

另外一個(gè)大類(lèi)的光纖傳感器是利用光纖的傳感器。其結(jié)構(gòu)大致如下：傳感器位于光纖端部，光纖只是光的傳輸線，將被測(cè)量的物理量變換成為光的振幅，相位或者振幅的變化。在這種傳感器系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的傳感器和光纖相結(jié)合。光纖的導(dǎo)入使得實(shí)現(xiàn)探針化的遙測(cè)提供了可能性。這種光纖傳輸?shù)膫鞲衅鬟m用范圍廣，使用簡(jiǎn)便，但是精度比第一類(lèi)傳感器稍低。

仿生傳感器

仿生傳感器，是一種采用新的檢測(cè)原理的新型傳感器，它采用固定化的細(xì)胞、酶或者其他生物活性物質(zhì)與換能器相配合組成傳感器。這種傳感器是近年來(lái)生物醫(yī)學(xué)和電子學(xué)、工程學(xué)相互滲透而發(fā)展起來(lái)的一種新型的信息技術(shù)。這種傳感器的特點(diǎn)是機(jī)能高、壽命長(zhǎng)。在仿生傳感器中，比較常用的是生體模擬的傳感器。

仿生傳感器按照使用的介質(zhì)可以分為：酶?jìng)鞲衅?、微生物傳感器、?xì)胞器傳感器、組織傳感器等。在圖中我們可以看到，仿生傳感器和生物學(xué)理論的方方面面都有密切的聯(lián)系，是生物學(xué)理論發(fā)展的直接成果。在生體模擬的傳感器中，尿素傳感器是最近開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種傳感器。下面就以尿素傳感器為例子介紹仿生傳感器的應(yīng)用。

尿素傳感器，主要是由生體膜及其離子通道兩部分構(gòu)成。生體膜能夠感受外部刺激影響，離子通道能夠接收生體膜的信息，并進(jìn)行放大和傳送。當(dāng)膜內(nèi)的感受部位受到外部刺激物質(zhì)的影響時(shí)，膜的透過(guò)性將產(chǎn)生變化，使大量的離子流入細(xì)胞內(nèi)，形成信息的傳送。其中起重要作用的是生體膜的組成成分膜蛋白質(zhì)，它能產(chǎn)生保形網(wǎng)絡(luò)變化，使膜的透過(guò)性發(fā)生變化，進(jìn)行信息的傳送及放大。生體膜的離子通道，由氨基酸的聚合體構(gòu)成，可以用有機(jī)化學(xué)中容易合成的聚氨酸的聚合物（L一谷氨酸，PLG)為替代物質(zhì)，它比酶的化學(xué)穩(wěn)定性好。PLG是水溶性的，本不適合電機(jī)的修飾，但PLG和聚合物可以合成嵌段共聚物，形成傳感器使用的感應(yīng)膜。

生體膜的離子通道的原理基本上與生體膜一樣，在電極上將嵌段共聚膜固定后，如果加感應(yīng)PLG保性網(wǎng)絡(luò)變化的物質(zhì)，就會(huì)使膜的透過(guò)性發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電流的變化，由電流的變化，便可以進(jìn)行對(duì)刺激性物質(zhì)的檢測(cè)。

尿素傳感器經(jīng)試驗(yàn)證明是穩(wěn)定性好的一種生體模擬傳感器，檢測(cè)下限為10的負(fù)3次方的數(shù)量級(jí)，還可以檢測(cè)刺激性物質(zhì)，但是暫時(shí)還不適合生體的計(jì)測(cè)。

目前，雖然已經(jīng)發(fā)展成功了許多仿生傳感器，但仿生傳感器的穩(wěn)定性、再現(xiàn)性和可批量生產(chǎn)性明顯不足，所以仿生傳感技術(shù)尚處于幼年期，因此，以后除繼續(xù)開(kāi)發(fā)出新系列的仿生傳感器和完善現(xiàn)有的系列之外，生物活性膜的固定化技術(shù)和仿生傳感器的固態(tài)化值得進(jìn)一步研究。

在不久的將來(lái)，模擬生體功能的嗅覺(jué)、味覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)仿生傳感器將出現(xiàn)，有可能超過(guò)人類(lèi)五官的敏感能力，完善目前機(jī)器人的視覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)和對(duì)目的物進(jìn)行操作的能力。我們能夠看到仿生傳感器應(yīng)用的廣泛前景，但這些都需要生物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我們拭目以待這一天的到來(lái)。

紅外傳感器

紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知，這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類(lèi)：（1)輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；（2)搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3)熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖象；（4)紅外測(cè)距和通信系統(tǒng)；(5)混合系統(tǒng)，是指以上各類(lèi)系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多個(gè)的組合。

紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi)。下面以熱探測(cè)器為例子來(lái)分析探測(cè)器的原理。

熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴(lài)于溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通過(guò)熱電變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電量變化。

電磁傳感器

磁傳感器是最古老的傳感器，指南針是磁傳感器的最早的一種應(yīng)用。但是作為現(xiàn)代的傳感器，為了便于信號(hào)處理，需要磁傳感器能將磁信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)輸出。應(yīng)用最早的是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造的磁電式的傳感器。這種磁電式傳感器曾在工業(yè)控制領(lǐng)域作出了杰出的貢獻(xiàn)，但是到今天已經(jīng)被以高性能磁敏感材料為主的新型磁傳感器所替代。

在今天所用的電磁效應(yīng)的傳感器中，磁旋轉(zhuǎn)傳感器是重要的一種。磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要由半導(dǎo)體磁阻元件、永久磁鐵、固定器、外殼等幾個(gè)部分組成。典型結(jié)構(gòu)是將一對(duì)磁阻元件安裝在一個(gè)永磁體的刺激上，元件的輸入輸出端子接到固定器上，然后安裝在金屬盒中，再用工程塑料密封，形成密閉結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)就具有良好的可靠性。磁旋轉(zhuǎn)傳感器有許多半導(dǎo)體磁阻元件無(wú)法比擬一款電磁傳感器的外形的優(yōu)點(diǎn)。除了具備很高的靈敏度和很大的輸出信號(hào)外，而且有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)范圍，這是由于電子技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。另外，這種傳感器還能夠應(yīng)用在很大的溫度范圍中，有很長(zhǎng)的工作壽命、抗灰塵、水和油污的能力強(qiáng)，因此耐受各種環(huán)境條件及外部噪聲。所以，這種傳感器在工業(yè)應(yīng)用中受到廣泛的重視。

磁旋轉(zhuǎn)傳感器在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，因?yàn)檫@種傳感器有著令人滿意的特性，同時(shí)不需要維護(hù)。其主要應(yīng)用在機(jī)床伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)、工廠自動(dòng)化的機(jī)器人臂的定位、液壓沖程的檢測(cè)、工廠自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備的位置檢測(cè)、旋轉(zhuǎn)編碼器的檢測(cè)單元和各種旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)單元等。

現(xiàn)代的磁旋轉(zhuǎn)傳感器主要包括有四相傳感器和單相傳感器。在工作過(guò)程中，四相差動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器用一對(duì)檢測(cè)單元實(shí)現(xiàn)差動(dòng)檢測(cè)，另一對(duì)實(shí)現(xiàn)倒差動(dòng)檢測(cè)。這樣，四相傳感器的檢測(cè)能力是單元件的四倍。而二元件的單相旋轉(zhuǎn)傳感器也有自己的優(yōu)點(diǎn)，也就是小巧可靠的特點(diǎn)，并且輸出信號(hào)大，能檢測(cè)低速運(yùn)動(dòng)，抗環(huán)境影響和抗噪聲能力強(qiáng)，成本低。因此單相傳感器也將有很好的市場(chǎng)。

磁旋轉(zhuǎn)傳感器在家用電器中也有大的應(yīng)用潛力。在盒式錄音機(jī)的換向機(jī)構(gòu)中，可用磁阻元件來(lái)檢測(cè)磁帶的終點(diǎn)。家用錄像機(jī)中大多數(shù)有變速與高速重放功能，這也可用磁旋轉(zhuǎn)傳感器檢測(cè)主軸速度并進(jìn)行控制，獲得高畫(huà)面的質(zhì)量。洗衣機(jī)中的電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和高低速旋轉(zhuǎn)功能都可以通過(guò)伺服旋轉(zhuǎn)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和控制。

這種開(kāi)關(guān)可以感應(yīng)到進(jìn)入自己檢驗(yàn)區(qū)域的金屬物體，控制自己內(nèi)部電路的開(kāi)或關(guān)。開(kāi)關(guān)自己產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬物體進(jìn)入到磁場(chǎng)會(huì)引起磁場(chǎng)的變化。這種變化通過(guò)開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路可以變成電信號(hào)。

更加突出電磁傳感器是一門(mén)應(yīng)用很廣的高新技術(shù)，國(guó)內(nèi)、國(guó)外都投入了一定的科研力量在進(jìn)行研究，這種傳感器的應(yīng)用正在滲透入國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域，隨著信息社會(huì)的到來(lái)，其地位和作用必將。

磁光效應(yīng)傳感器

現(xiàn)代電測(cè)技術(shù)日趨成熟，由于具有精度高、便于微機(jī)相連實(shí)現(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)處理等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在電氣量和非電氣量的測(cè)量中。然而電測(cè)法容易受到干擾，在交流測(cè)量時(shí)，頻響不夠?qū)捈皩?duì)耐壓、絕緣方面有一定要求，在激光技術(shù)迅速發(fā)展的今天，已經(jīng)能夠解決上述的問(wèn)題。

磁光效應(yīng)傳感器就是利用激光技術(shù)發(fā)展而成的高性能傳感器。激光，是本世紀(jì)六十年代初迅速發(fā)展起來(lái)的又一新技術(shù)，它的出現(xiàn)標(biāo)志著人們掌握和利用光波進(jìn)入了一個(gè)新的階段。由于以往普通光源單色度低，故很多重要的應(yīng)用受到限制，而激光的出現(xiàn)，使無(wú)線電技術(shù)和光學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)、相互滲透、相互補(bǔ)充?，F(xiàn)在，利用激光已經(jīng)制成了許多傳感器，解決了許多以前不能解決的技術(shù)難題，使它適用于煤礦、石油、天然氣貯存等危險(xiǎn)、易燃的場(chǎng)所。

比如說(shuō)用激光制成的光導(dǎo)纖維傳感器，能測(cè)量原油噴射、石油大罐龜裂的情況參數(shù)。在實(shí)測(cè)地點(diǎn)，不必電源供電，這對(duì)于安全防爆措施要求很?chē)?yán)格的石油化工設(shè)備群尤為適用，也可用來(lái)在大型鋼鐵廠的某些環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)光學(xué)方法的遙測(cè)化學(xué)技術(shù)。

磁光效應(yīng)傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器的功能。當(dāng)一束偏振光通過(guò)介質(zhì)時(shí)，若在光束傳播方向存在著一個(gè)外磁場(chǎng)，那么光通過(guò)偏振面將旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，這就是磁光效應(yīng)。也就是可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)測(cè)量外加的磁場(chǎng)。在特定的試驗(yàn)裝置下，偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強(qiáng)成正比，通過(guò)輸出光照射激光二極管LD，就可以獲得數(shù)字化的光強(qiáng)，用來(lái)測(cè)量特定的物理量。

自六十年代末開(kāi)始，RCLecraw提出有關(guān)磁光效應(yīng)的研究報(bào)告后，引起大家的重視。日本，蘇聯(lián)等國(guó)家均開(kāi)展了研究，國(guó)內(nèi)也有學(xué)者進(jìn)行探索。磁光效應(yīng)的傳感器具有優(yōu)良的電絕緣性能和抗干擾、頻響寬、響應(yīng)快、安全防爆等特性，因此對(duì)一些特殊場(chǎng)合電磁參數(shù)的測(cè)量，有獨(dú)特的功效，尤其在電力系統(tǒng)中高壓大電流的測(cè)量方面、更顯示它潛在的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)通過(guò)開(kāi)發(fā)處理系統(tǒng)的軟件和硬件，也可以實(shí)現(xiàn)電焊機(jī)和機(jī)器人控制系統(tǒng)的自動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)量。在磁光效應(yīng)傳感器的使用中，最重要的是選擇磁光介質(zhì)和激光器，不同的器件在靈敏度、工作范圍方面都有不同的能力。隨著近幾十年來(lái)的高性能激光器和新型的磁光介質(zhì)的出現(xiàn)，磁光效應(yīng)傳感器的性能越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

磁光效應(yīng)傳感器做為一種特定用途的傳感器，能夠在特定的環(huán)境中發(fā)揮自己的功能，也是一種非常重要的工業(yè)傳感器。

壓力傳感器

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱(chēng)為壓電傳感器。

我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時(shí)，就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力撤掉之后，又會(huì)重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時(shí)候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)，這就是所謂的極化效應(yīng)?？茖W(xué)家就是根據(jù)這個(gè)效應(yīng)研制出了壓力傳感器。

壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過(guò)這個(gè)范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失（這個(gè)高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”）。由于隨著應(yīng)力的變化電場(chǎng)變化微?。ㄒ簿驼f(shuō)壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù)，但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用。磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

在現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。

壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，因?yàn)榻?jīng)過(guò)外力作用后的電荷，只有在回路具有無(wú)限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。

壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車(chē)、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別壓電傳感器的外形是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。壓電式傳感器心乂

也可以用來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測(cè)量與真空度的測(cè)量。也可以用于軍事工業(yè)，例如用它來(lái)測(cè)量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來(lái)測(cè)量大的壓力，也可以用來(lái)測(cè)量微小的壓力。

壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中，比如說(shuō)心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y(cè)量動(dòng)態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣泛。

除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應(yīng)制造出來(lái)的壓阻傳感器，利用應(yīng)變效應(yīng)的應(yīng)變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料，在不同的場(chǎng)合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。

相關(guān)控制系統(tǒng)

繼電器控制

繼電器是我們生活中常用的一種控制設(shè)備，通俗的意義上來(lái)說(shuō)就是開(kāi)關(guān)，在條件滿足的情況下關(guān)閉或者開(kāi)啟。繼電器的開(kāi)關(guān)特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，由于為某一個(gè)用途設(shè)計(jì)使用的電子電路，最終或多或少都需要和某一些機(jī)械設(shè)備相交互，所以繼電器也起到電子設(shè)備和機(jī)械設(shè)備的接口作用。

最常見(jiàn)的繼電器要數(shù)熱繼電器，通常使用的熱繼電器適用于交流50Hz、60Hz、額定電壓至660V、額定電流至80A的電路中，供交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)用。它具有差動(dòng)機(jī)構(gòu)和溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)，可與特定的交流接觸器插接安裝。

時(shí)間繼電器也是很常用的一種繼電器，它的作用是作延時(shí)元件，通常它可在交流50Hz、60Hz、電壓至380V、直流至220V的控制電路中作延時(shí)元件，按預(yù)定的時(shí)間接通或分?jǐn)嚯娐贰？蓮V泛應(yīng)用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)，自動(dòng)程序控制系統(tǒng)及在各種生產(chǎn)工藝過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中起時(shí)間控制作用。

在控制中常用的中間繼電器通常用作繼電控制，信號(hào)傳輸和隔離放大等用途。此外還有電流繼電器用來(lái)限制電流、電壓繼電器用來(lái)控制電壓、靜態(tài)電壓繼電器、相序電壓繼電器、相序電壓差繼電器、頻率繼電器、功率方向繼電器、差動(dòng)繼電器、接地繼電器、電動(dòng)機(jī)保護(hù)繼電器等等。正是有了這些不同類(lèi)型的繼電器，我們才有可能對(duì)不同的物理量作出控制，完成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。

除了傳統(tǒng)的繼電器之外，繼電器的技術(shù)還應(yīng)用在其他的方面，比如說(shuō)電機(jī)智能保護(hù)器是根據(jù)三相交流電動(dòng)機(jī)的工作原理，分析導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損壞的主要原因研制的，它是一種設(shè)計(jì)獨(dú)特，工作可靠的多功能保護(hù)器，在故障出現(xiàn)時(shí)，能及時(shí)切斷電源，便于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的檢修與維護(hù)，該產(chǎn)品具有缺相保護(hù)，短路、過(guò)載保護(hù)功能，適用于各類(lèi)交流電動(dòng)機(jī)，開(kāi)關(guān)柜，配電箱等電器設(shè)備的安全保護(hù)和限電控制，是各類(lèi)電器設(shè)備設(shè)計(jì)安裝的優(yōu)選配套產(chǎn)品。該技術(shù)安裝尺寸、接線方式、電流調(diào)整與同型號(hào)的雙金屬片式熱繼電器相同。是直接代替雙金屬片式熱繼電器的更新?lián)Q代的先進(jìn)電子產(chǎn)品。而其真正的原理還是繼電器技術(shù)。

繼電器技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生了可編程控制器的技術(shù)?？删幊炭刂破骱?jiǎn)稱(chēng)作PLC。它是將微電腦技術(shù)直接用于自動(dòng)控制的先進(jìn)裝置。它具有可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，功能齊全，體積小，靈活可擴(kuò)，軟件直接、簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，外形美觀等優(yōu)點(diǎn)；以往繼電器控制的電梯有幾百個(gè)觸點(diǎn)控制電梯的運(yùn)行。

而PLC控制器內(nèi)部有幾百個(gè)固態(tài)繼電器，幾十個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具備停電記憶功能，輸入輸出采用光電隔離，控制系統(tǒng)故障僅為繼電器控制方式的10%。正因?yàn)槿绱?，?guó)家有關(guān)部門(mén)已明文規(guī)定從97年起新產(chǎn)電梯不得使用繼電器控制電梯，改用PLC微電腦控制電梯。

可以看出，繼電器技術(shù)在日常生活中無(wú)所不在，而且和電腦的緊密結(jié)合更加增強(qiáng)了它的活力，使得繼電器為我們的生活更好地服務(wù)。

液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)

液壓傳動(dòng)控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用液壓完成傳遞能量的過(guò)程。因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)控制方式的靈活性和便捷性，液壓控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。液壓傳動(dòng)是研究以有壓流體為能源介質(zhì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械和自動(dòng)控制的學(xué)科。液壓傳動(dòng)利用這種元件來(lái)組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成為完成一定控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成能量的傳遞、轉(zhuǎn)換和控制。

從原理上來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說(shuō)，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過(guò)液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。我們所常見(jiàn)到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)原理來(lái)達(dá)到力的傳遞。

液壓傳動(dòng)中所需要的元件主要有動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件等。其中液壓動(dòng)力元件是為液壓系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力的部件，主要包括各種液壓泵。液壓泵依靠容積變化原理來(lái)工作，所以一般也稱(chēng)為容積液壓泵。齒輪泵是最常見(jiàn)的一種液壓泵，它通過(guò)兩個(gè)嚙合的齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)使得液體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其他的液壓泵還有葉片泵、柱塞泵，在選擇液壓泵的時(shí)候主要需要注意的問(wèn)題包括消耗的能量、效率、降低噪音。

液壓執(zhí)行元件是用來(lái)執(zhí)行將液壓泵提供的液壓能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置，主要包括液壓缸和液壓馬達(dá)。液壓馬達(dá)是與液壓泵做相反的工作的裝置，也就是把液壓的能量轉(zhuǎn)換稱(chēng)為機(jī)械能，從而對(duì)外做功。

液壓控制元件用來(lái)控制液體流動(dòng)的方向、壓力的高低以及對(duì)流量的大小進(jìn)行預(yù)期的控制，以滿足特定的工作要求。正是因?yàn)橐簤嚎刂圃骷撵`活性，使得液壓控制系統(tǒng)能夠完成不同的活動(dòng)。液壓控制元件按照用途可以分成壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥。按照操作方式可以分成人力操縱閥、機(jī)械操縱法、電動(dòng)操縱閥等。

除了上述的元件以外，液壓控制系統(tǒng)還需要液壓輔助元件。這些元件包括管路和管接頭、油箱、過(guò)濾器、蓄能器和密封裝置。通過(guò)以上的各個(gè)器件，我們就能夠建設(shè)出一個(gè)液壓回路。所謂液壓回路就是通過(guò)各種液壓器件構(gòu)成的相應(yīng)的控制回路。根據(jù)不同的控制目標(biāo)，我們能夠設(shè)計(jì)不同的回路，比如壓力控制回路、速度控制回路、多缸工作控制回路等。

根據(jù)液壓傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先要進(jìn)行系統(tǒng)分析，然后擬定系統(tǒng)的原理圖，其中這個(gè)原理圖是用液壓機(jī)械符號(hào)來(lái)表示的。之后通過(guò)計(jì)算選擇液壓器件，進(jìn)而再完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。這個(gè)過(guò)程中，原理圖的繪制是最關(guān)鍵的。它決定了一個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)劣。

液壓傳動(dòng)的應(yīng)用性是很強(qiáng)的，比如裝卸堆碼機(jī)液壓系統(tǒng)，它作為一種倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械，在現(xiàn)代化的倉(cāng)庫(kù)里利用它實(shí)現(xiàn)紡織品包、油桶、木桶等貨物的裝卸機(jī)械化工作。也可以應(yīng)用在萬(wàn)能外圓磨床液壓系統(tǒng)等生產(chǎn)實(shí)踐中。這些系統(tǒng)的特點(diǎn)是功率比較大，生產(chǎn)的效率比較高，平穩(wěn)性比較好。

液壓作為一個(gè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)，在未來(lái)更是有廣闊的前景。隨著計(jì)算機(jī)的深入發(fā)展，液壓控制系統(tǒng)可以和智能控制的技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制的技術(shù)等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，這樣就能夠在更多的場(chǎng)合中發(fā)揮作用，也可以更加精巧的、更加靈活地完成預(yù)期的控制任務(wù)。

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