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1.3.3 传感器的发展趋势

传感器的种类有很多,随着新技术革命的到来,世界进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要工具。在现代工业自动化生产的过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品的质量达到最好。因此可以说,没有众多功能各异的传感器,就没有现代化生产的基础。

传感器在现代工农业测量和自动检测中得到了广泛应用,可测量压力、位移、转速、加速度、速度、方向、高度、厚度、液位、湿度、振动、成分含量等多种参数。

人们为了从外界获取信息,必须借助感觉器官,而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中是远远不够的。为了获取更多的信息,就需要更多的传感器。传感器是人类五官的延伸,更是“千里眼”“顺风耳”。

在基础学科的研究中,传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展已进入了许多新的领域:宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙,微观上要观察小到飞米(femtometer,fm,长度单位,1fm相当于1×10 −15 m)级的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化,短到毫米级的反应。此外,还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究,如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等。显然,要获取人类感官无法直接获取的大量信息,没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍,首先就在于对信息的获取存在困难,而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现,往往会推动该领域内的突破。一些传感器的发展,往往是一些边缘学科开发的前提。

目前,传感器技术早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、下载调查、医学诊断、生物工程甚至文物保护等极其广泛的领域,可以毫不夸张地说,从茫茫的太空到浩瀚的海洋,一直到各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。在现代生活中,自动驾驶、导航、机器人应用等方面,也离不开大量的传感器。

我国传感器产业正处于由传统型传感器向新型传感器发展的关键阶段,体现了新型传感器向微型化、多功能化、数字化、智能化、系统化和网络化方向发展的总趋势。

传感器技术历经了多年的发展,在技术上大体可以分为以下3代。

● 第一代传感器:结构型传感器,它利用结构参量变化来感受和转化信号。

● 第二代传感器:20世纪70年代发展起来的固体型传感器,这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成,利用材料的某些特性制成。如利用热电效应、霍尔效应、光敏效应,分别制成热电偶传感器、霍尔传感器和光敏传感器。

● 第三代传感器:目前发展起来的智能型传感器,是现代微型计算机(微机)技术、电子控制与检测技术相结合的产物,具有一定的人工智能功能。

资料显示,目前我国传感器产品约有6000种,而国外已达20000多种,我国传感器远远满足不了国内市场的需求,其中数字化、智能化、微型化等高新技术产品更是严重短缺,而需求量巨大。因此,传感器有着很好的发展前景。 传感器技术在发展经济、推动社会进步方面具有十分重要的作用,世界各国十分重视传感器领域的发展。相信在不久的将来,传感器技术将会出现一个新的飞跃。

知识延伸:电的术语解释

● 电子(electron):在原子中,围绕在原子核外面带负电荷的粒子称为电子。

● 电路(electrics circuit):由电源、用电器、导线等连接组成的电流通道,分为闭合电路和开合电路。不经负载的闭合电路被称为短路。电子元器件在电路中的连接方法有串联和并联两种基本形式。

● 电压(voltage):或称电势差,是驱使电子流经导线的一种潜能,若把电荷从一点移到另一点必须对电场做功就称两点之间存在电压。

● 电流(current):电荷的移动量,通常以安培(Ampere)为度量单位。任何移动中的带电粒子都可以形成电流。

● 电荷(electric charge):电子负荷的量,电场之源。当正电荷发生净移动时,在其移动方向上即构成电流。

● 电阻(electric resistance):限制电路中电流的量,亦称为电流的阻力。

● 阻抗(impedance):交流电路中对电流限制能力(类似于电阻用于直流电路)的一种度量。定义为电压除以电流。

● 电功率(electric power):定义为单位时间内所做之功。因导线不积存电荷,故在一闭合电路中有多少电荷通过电池必有相同量之电荷通过电阻。

● 电场(electric field):正电荷或负电荷周围产生电作用的区域,电场方向由高电势指向低电势。

● 电容(capacitance):加电压至金属平行板上,电荷会分布于其上,而其所表现的比例常数值,也是存储电荷能力的度量。

● 电感(inductance):线圈由变化磁场对另一个线圈(互感,M)或自身(自感,L)产生电压能力的度量。

● 电源(power source):干电池与家用的110V/220V 交流电源是常见的电源。

● 电压源(voltage source):可以维持定值大小的电压且不受负载变动的影响的来源。

● 电流源(current source):可以维持定值大小的电流且不受负载变动的影响的来源。

● 充电(charging):给蓄电池等设备补充电量的过程。

● 变压/整流(rectification/commutation):把交流电(不断改变方向的电流)变为直流电,只允许电流朝一个方向流动。电灯和电机使用交流电,但大多数电子设备需用直流电。

● 导体(conductor):能够让电流通过的材料。

● 接地(ground connection/grounding/earthing):把电气设备的某一部位与大地做良好的电气连接。

● 电击(electric shock):经由导体接触到某程度的电压源,人体只要接触1mA电流就会有触电之感觉,5mA以上就会有肌肉痉挛现象,在严格控制下可用于医疗,但未受控制下将会造成生命危险。

● 半导体(semiconductor):指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。

● 绝缘体(Insulator):不容易导电的物体。

绝缘体和导体没有绝对的界限。绝缘体在某些条件下可以转化为导体。绝缘体又称为电介质,它们的电阻率极高。绝缘体的相对物质就是导体和半导体。

【任务总结与梳理】

【思考与练习】

一、判断题(正确的填√,错误的填×)

(1)( )低压电器可以分为配电电器和控制电器两大类,是成套电气设备的基本组成元件。

(2)( )在工业、农业、交通、国防以及日常用电领域中,大多数采用高压供电。

(3)( )图纸的幅面尺寸一般分为A1、A2、A3、A4。

(4)( )在电气图中,电气元件的基本表示方法有集中表示法和分开表示法。

二、单选题

(1)低压电器一般是指在交流电压( )、直流电压1500V以下工作的电器。

A.220V

B.380V

C.1000V

D.1200V

(2)主令电器是指用于( )控制电路,以发出指令或控制程序的开关电器。

A.正向或反向

B.手动或自动

C.闭合或断开

(3)按操作方式不同,低压电器可分为( )。

A.自动电器和手动电器

B.配电电器和控制电器

C.电磁式电器和非电量控制电器

(4)按工作原理不同,低压电器可分为( )。

A.自动电器和手动电器

B.配电电器和控制电器

C.电磁式电器和非电量控制电器

(5)电气图纸的幅面尺寸不包括下列的( )。

A.A0

B.A3

C.A4

D.A6

(6)传感器的组成关键是敏感元件,敏感元件不包括下列的( )。

A.物理类

B.化学类

C.生物类

D.机械类

三、填空题

(1)低压电器能够依据操作信号或外界现场信号的要求,自动或手动地改变电路的状态、参数,实现对电路或被控对象的( )、( )、( )、( )、( )、( )等作用。

(2)通过电器本身参数的变化或外来信号(如电、磁、光、热等)的变化来( )接通、分断、启动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。

(3)通过( )来完成接通、分断、启动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。

(4)我们常常将传感器的功能与人类的五大感觉相比拟:视觉——( ),听觉——( ),嗅觉——( ),味觉——( ),触觉——( )。

(5)光电开关属于( ),因为都可以将信号以脉冲的方式提供给控制器来使用。

四、简答题

1.电气图纸的主要内容有哪些?

2.电梯称重传感器也叫电梯超载开关,其主要作用是什么? Nkd5PUO5nCJQW8lFj/d8EefnkA1P3BF7qSzQsuuyKCLjkbx6Q7dhLx3bHOemx0Rj

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