传感器技术在生产实践中的应用

【摘 要】传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信号，并将其转换成易测量的另一形态的信号。

【关键词】传感器；弹性元件；应变片

随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。可以说测试技术与自动控制水平的高低，是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志。传感器技术是实现测试与自动控制的重要手段。具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现，即使最现代化的电子计算机，没有准确的信息（或转换可靠的数据），不失真的输入，也将无法充分发挥其应有的作用。

传感器种类及品种繁多，原理也各式各样。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的过高的精度要求对某种使用也无太大意义，过宽的范围度也会使测量精度降低，而且会造成成本过高及增加工艺上的困难，因此，根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。

一般情况下，由于传感器设置的场所并非理想，在温度、湿度、压力等效应的综合影响下，可引起传感器零点漂移和灵敏度的变化，已成为使用中的严重问题。虽然人们在制作传感器过程中，采取了温度补偿及密封防潮的措施，但它与应变片、粘帖胶本身的高性能化、粘帖技术的精确和熟练、弹性体材料的选择及冷、热加工工艺的制定均有密切的关系，哪一方面都不能忽视，都需精心设计和制作。同时，还须注意传感器的安装方法，支撑结构的设置，如何克服横向力等问题。

作为一次仪表的传感器通常由敏感元件与转换元件组成。转换元件就是精密的电桥。因此，测力秤重用电阻应变式传感器主要由弹性体、应变片、粘帖胶及各种补偿电阻构成。他的稳定性也必然是由这些元件的内、外因的综合作用所决定。

首先是弹性元件。弹性元件一般是由优质合金钢材及有色金属铝、铍青铜等加工成型，影响弹性体稳定性，主要是它经各种处理后的金相组织及残余应力。考虑到应力释放时的相互平衡关系及弹性体结构形式的约束，要想让残余应力释放，就要进行时效处理，这在实际中若采用自然时效法，则释放缓慢、周期长，常常是不可取的，需要人为缩短时间，一般消除弹性体表面残余应力的方法是：做真空回火处理和疲劳式脉动处理及共振。这样可大幅度地降低残余应力，在短时间内完成通常的长时间的自然时效，使组织性能更为稳定

其次，是应变片和粘接胶。影响应变片稳定性的是箔材本身，制造应变片的电阻合金种类很多，其中以康铜合金使用最广，它有较好的稳定性，高的疲劳寿命及小的电阻温度系数，是理想的丝栅制造材料。此外，制造应变片过程中应消除不良影响而造成的不稳定性。

如：丝栅与基底胶的粘接强度，应变片与弹性体间的粘帖强度，基底胶内应力的释放等等，都是不稳定因素。

传感器技术在生产实践中的应用主要如下：

1.温度传感器。主要检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度、机油温度、催化温度等。实际应用的温度传感器主要有线绕电阻式、热敏电阻式和热电偶式。线绕电阻式温度传感器精度较高，但响应特性差；热敏电阻式传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适用温度较低；热电偶式精度高，测温范围宽，但需考虑放大器和冷端处理问题。

2.压力传感器。主要检测进气歧管绝对压力、真空度、大气压力、发动机油压、制动器油压、轮胎压力等。车用压力传感器目前已有若干种，应用较多的有电容式、压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式（LVDT）、表面弹性波式（SAW）。电容式传感器具有输入能量高、动态响应好、环境适应性好等特点；压敏电阻式受温度影响大，需另设温度补偿电路，但适用于大量生产；LVDT式有较大输出，易于数字输出，但抗振性较差；SAW式具有体积小、质量轻、功耗低、可靠性强、灵敏度高、分辨率高、数字量输出等特点，是一种较为理想的传感器。

3.转速、角度和车速传感器。主要用于检测曲轴转角、发动机转速、车速等。主要有发电机式、磁阻式、霍尔效应式、光学式、振动式等。

4.氧传感器。氧传感器安装在排气管内，测量排气管中的含氧量，确定发动机的实际空燃比与理论值的偏差，控制系统根据反馈信号，调节可燃混合气的浓度，使空燃比接近于理论值，从而提高经济性，降低排气污染。实际应用的是氧化锆和氧化钛传感器。

5.流量传感器。测定进气量和燃油流量以控制空燃比，主要有空气流量传感器和燃料流量传感器。空气流量传感器检测进入发动机的空气量从而控制喷油器的喷油量，以得到较准确的空燃比，实际应用的有卡门旋涡式、叶片式、热线式。卡门式无可动部件、反应灵敏、精度较高；热线式易受吸入气体脉动影响，且易断丝；燃料流量传感器用于判定燃油消耗量。主要有水车式、球循环式。

6.爆震传感器。它能把爆震信号传给控制系统，抑制爆震的发生。主要有磁致伸缩式和非共振型压电式。