工業感測器的種類

加工工業中使用的工業感測器有哪些種類？

什麼是感測器？什麼是工業感測器？

感測器將測量物理量，並根據物理量產生相應的電訊號。工業感測器是一種可以對諸如熱、光、聲音、壓力、磁力、運動等物理量做出反應的設備，並將其轉換為電訊號。感測器的輸出訊號可以是電的、機械的、磁的等。

需要測量的主要工業製程

• 壓力
• 流量
• 液體高度
• 溫度

如何選擇工業感測器？

以下提到的是選擇工業感測器時要考慮的主要因素：

• 靈敏度
• 範圍
• 穩定
• 重複性
• 線性度
• 回應時間
• 溫度範圍
• 濕度影響
• 尺寸
• 堅固性
• 能量消耗

工業自動化感測器類型

1. 壓力感知器
2. 流量感測器
3. 液位感知器
4. 溫度感應器
5. 氣體感測器
6. 運動感應器
7. 加速度計感測器
8. 密度
9. 濕度
10. 不透明度
11. 體重計
12. 鄰近感測器
13. 電導率感測器
14. 位移測量感測器
15. pH 分析儀
16. 振動感測器
17. 扭力感測器

1. 壓力感知器

壓力測量在工業過程中非常重要，它用於測量氣體和液體的壓力。這些感測器將為壓力提供相應的電輸出。

壓力感測器的分類

我們可以根據壓力感測器測量的壓力範圍、壓力測量的類型以及工作溫度範圍對壓力感測器進行分類。

絕壓感知器

該感測器將相對於完美真空進行壓力測量，我們可以使用它來確定大氣壓力。氣壓計/高度計是此類壓力測量的範例。

表壓感知器

壓力測量將根據環境大氣壓力進行。這種類型的壓力感測器只有一個端口，因此環境空氣壓力將通過一個孔傳輸到感測元件。

差壓感知器

這種類型的壓力感測器將測量兩個壓力之間的壓力，這些感測器也稱為雙向差壓感測器。

真空壓力感知器

此感測器將測量相對於真空的壓力，並用於確定低於大氣壓力的壓力。

密封壓力感知器

這種類型的感測器將測量相對於固定壓力而不是大氣壓力的壓力，大氣壓力可能會因位置而異。

不同類型的壓力感測器

• 氣壓計
• 壓力計
• 光纖壓力感測器
• 應變計
• 波登管

水銀氣壓計和無液氣壓計是氣壓計的兩種類型，它們可用於確定大氣壓力。在用水銀氣壓計的情況下，它使用一根長管，該管將裝滿水銀，並將其放置在水銀容器中。無液氣壓計使用隔膜，其大小會根據氣壓而變化。

壓力計

最簡單的壓力計類型是充滿液體的壓力計，在這種壓力計中，要測量的壓力以及參考壓力將提供給管子的開口端。因此，如果有任何壓力差，那麼管子兩側的液體高度就會不同。

光纖壓力感知器

這是一種非接觸式壓力感測器，它還具有高頻響應。這種類型的壓力感測器精度高，可以在惡劣的環境中使用。在這個感測器中，壓力測量是透過根據壓力的變化去影響光來完成的。光線將透過光纖傳輸到膜片，因此可以確定膜片的移動。因此，當光從膜片反射回來時，我們可以確定附著在膜片上的外部壓力。

應變計

這是一種工業壓力感測器的主要類型，它會在拉伸時改變其電阻。基本上，這種壓力感測器是一根電線，當它被拉伸時，它的電阻會發生變化，所以如果電線的橫截面積越小，電阻就會越大。如果對電線施加壓力，則電線會拉伸並改變其電阻。

波登管

波登管是彎管，如果受到內部和外部壓力變化的影響，它的形狀會改變。所以當壓力施加到管子的內部時，管子會被拉直，如果壓力被釋放，它會恢復到原來的位置。

壓力感測器的應用

• 流體和氣體壓力測量
• 高度測量
• 油和氣
• 海底應用
• 石油加工

2. 流量感知器

該感測器在加工過程中有許多應用，主要是透過在流量中放置障礙物來完成流量測量，正因為如此，它的背後會有週期性的動盪，因此我們可以透過測量湍流渦旋的頻率來測量流量。

流量感測器的功能

• 以間隔為單位決定流量
• 確定管道部件中的流量
• 確定已流動的總體積，如公升、加侖等
• 監控流量

不同類型的流量感測器

• 電磁流量計
• 科氏質量流量計
• 橢圓齒輪流量計
• 孔板流量計
• 靶式流量計
• 槳輪流量感測器
• 電磁流量計

在這些類型的流量計中，液體會流過磁場，為了進行流量測量，液體應該是導體。因此，當液體流過磁場時，液體中會產生感應電壓。所以為了測量流量，管道中會有兩個探頭，當液體流量增加時，感應電壓也會增加。

科氏質量流量計

在這種類型的流量計中，使用振動管進行流量測量。當流體流過管子時，管子會振動，這種頻率或振幅的變化可用於進行測量。

橢圓齒輪流量計

這種流量計用來測量連續和不規則的流量。大多數情況下，這種流量計與定位器指示器以及管道中的滾輪整合裝置一起使用。我們可以將此儀表用於不同的流體，例如有機溶液、鹽、酸、鹼等。

孔板流量計

在這個類型的流量計中，它使用一個孔板，在這個板上，我們可以看到一個孔。該板將垂直於流動放置，流動將通過板孔發生並且流動路徑變窄。因此，在測量狹窄流道上的壓力差時，我們會得到流量。

靶式流量計

這種類型的流量計將在流動路徑中放置一個物體，它會測量通過它的流體所施加的力，對象將被放置在與流體流動成直角的位置。

槳輪流量感知器

這可以歸類為渦輪流量計。流動會導致槳葉旋轉，我們可以透過這種旋轉來確定流速，水輪的流量和轉數成正比，磁鐵將放置在槳的旋轉軸附近，並從那裡提取脈衝作為訊號。

如何選擇流量計？

• 流體類型（黏度）
• 清潔/骯髒的液體
• 速度
• 密度
• 管徑

流量感測器的應用

• 化工廠
• 醫療器材
• 暖通空調系統
• 可偵測洩漏和堵塞
• 也可以偵測到管線爆裂
• 石油和天然氣工業
• 石化

3. 液位感知器

我們可以使用這些感測器來檢測散裝固體或液體的液位。這些感測器可用於測量油和粉末的液位，在流體系統中是不可避免的，借助該感測器，我們將能夠確定物體的位置或位移。

不同類型的液位感知器

• 浮子液位感知器
• 電容液位感測器
• 超音波液位感測器
• 雷達液位感測器
• 光學液位感測器

準位感測器

顧名思義，這種類型的感測器將檢測特定水平，操作員將能夠確定物體是否高於或低於該水平，這些物件可用作警報器。

連續液位感知器

這種類型的液位感測器將測量指定範圍內的液體或乾燥材料的液位，並發送顯示液位的輸出。因此，基本上這些感測器不會像準位感測器那樣測量指定的液位，而是在一定範圍內測量液位。

點對點液位測量

在某個過程中，我們應該確定介質或物體是否存在於兩點之間，所以這兩個點會是高電平和低電平，為了做這種類型的過程測量，我們可以使用點對點的電平測量方法。

浮子液位感知器

在這種類型的感測器中，顧名思義，它使用了一個浮子，它用於警報應用。因此，透過使用這個液位感測器，我們可以確定液位是低還是高。有一個連續的浮動液位感測器，它可用於以連續方式確定介質的確切數量。

電容液位感知器

這種類型的液位測量是基於電容的變化進行的，將有一個絕緣電極，它將充當電容器，還有一個參考電極也充當電容器。電容會根據水箱水位而變化，如果水位較低，則電容會較小，如果水箱水位高，則電容也會很高。

超音波液位感測器

這種液位測量是透過發射超音波來完成的，這個感測器有一個電晶體、接收器、定時和控制等。所以超音波會被傳送到有流體的罐子裡，當接收到回波時，我們可以確定水平。

雷達液位感知器

在這種類型的感測器中，微波脈衝被傳送到要測量的製程流體。微波回波會因傳輸而被接收，我們可以透過接收到的脈衝訊號來計算電平。

光學感測器

此感測器使用紅外線 LED 和光接收器。光將從 LED 發出，該光將穿過棱鏡。因此，當沒有液體時，光線將在棱鏡內反射。

液位感測器的應用

• 食物和飲料
• 物料搬運
• 力量
• 化工行業
• 水處理業
• 泥漿

4. 溫度感測器

這是一種感測器，可以以電訊號的形式進行溫度測量。輸出訊號將是電氣訊號，它代表溫度等級。

溫度感測器的類型

• 接觸式溫度感測器
• 非接觸式溫度感測器

不同類型的溫度感測器

• 熱電偶
• 熱電阻
• 熱敏電阻
• 紅外線溫度感測器
• 光學高溫計
• 輻射溫度計

熱電偶

該設備將透過使用兩種不同的金屬來測量溫度，該設備將熱能轉換為電能。在該感測器中，將連接兩條不同的金屬線，並在一端形成一個接頭。這個連接的部分將被加熱，因此，它上面會有一個電壓。儀表將連接到電線的兩端以測量電壓。

熱電阻

大多數 RTD 都是使用鎳或銅製成的。它的電阻隨溫度呈線性變化，因此這種類型的溫度測量是利用金屬的電氣特性來完成的。所以上述金屬會根據溫度改變其電阻率。

熱敏電阻

這是另一種溫度感測元件，該元件具有燒結的半導體材料。該設備的主要特點是，如果溫度變化很小，那麼它會表現出很大的電阻變化。這種溫度感測器具有很高的精度。熱敏電阻非常小，這是我們可以在空間非常有限的情況下使用此設備的另一個重要優勢。

紅外線溫度感測器

紅外線溫度感測器將能夠偵測移動物體，我們不能在移動物體上使用基於接觸的溫度感測器，因此，我們可以使用紅外線感測器。該感測器將由一個光電管組成，它將傳輸和接收紅外光。我們可以使用這個感測器來偵測運動。

光學高溫計

這是另一種非接觸式溫度測量，它將透過亮度比較進行溫度測量。基本上，該設備將利用人眼將熱物體的亮度與儀器內部校準燈絲的亮度相匹配。

輻射溫度計

這是一種非接觸式溫度感測器，它將透過從物體接收到的熱電磁輻射量進行溫度測量。然後將接收到的輻射水平轉換為電壓。這些感測器的主要應用是在工業爐中。

溫度感測器的應用

• 馬達 – 測量繞組溫度
• 電線 - 決定電線的內部溫度
• 機械引擎 – 決定引擎油溫
• 加熱控制系統
• 暖通空調系統
• 進水管——確定水的內部溫度
• 橡實產業
• 生醫產業

5. 氣體感知器

我們可以使用氣體感測器來檢測各種氣體的變化或存在。這些感測器對於某些製造工廠和化學工業來說是不可避免的。我們可以使用該感測器來確定有毒或可燃氣體的存在。氣體感測器的種類很多，例如氧氣感測器、二氧化碳感測器、氮氧化物感測器等。

氣體感測器的應用

• 製造業
• 化工行業
• 油和氣
• 石化產業
• 畫

6. 動態感測器

我們可以使用這個感測器來確定一個物體是否已經從它的位置相對於它的周圍移動，可​​以在安全系統中使用這種感測器來自動觸發燈光和遠程警報，動態感測器能夠透過測量磁場或壓力的變化來間接測量運動。

運動感測器的類型

微波

這種類型的感測器將傳輸微波脈衝，因此當這些脈衝從移動物體反射時，可以進行測量。

超音波

這種類型的感測器將發射超音波並測量移動物體的反射。

運動感測器的應用

• 自動照明系統
• 智慧泛光燈
• 保全系統

7. 加速度感知器

該設備會將機械運動轉換為電輸出，我們可以使用這個設備來了解物體的物理加速度。

加速度計的類型

霍爾效應加速度計

這種類型的感測器使用霍爾原理進行測量，因此基本上它會測量由它們周圍的磁場變化引起的電壓變化。

壓電加速度計

這種類型的感測器將根據壓電原理工作，我們可以用它來測量振動和壓力。

加速度感測器的應用

• 振動檢測
• 傾斜
• 航空工業

8. 密度感測器

密度測量在氣體和流量測量中非常重要，在流量測量中，密度測量對於將體積流量轉換為質量流量非常重要。

不同類型的密度感測器

• 濕度計
• 超音波密度計
• 聲波液位密度計
• 氣體密度計

濕度計

這是最常見的密度測量類型，該設備是校準的玻璃浮子。這個裝置是由玻璃製成的，它有一個圓柱形的桿和一個用水銀稱重的燈泡，這樣它就可以正確地漂浮起來。待測流體必須加入容器或鋼瓶中，比重計必須下降到該罐或容器中，直到其自由漂浮。我們必須檢查接觸比重計桿的液點。這個桿可以很容易地測量液體的比重。

超音波密度計

我們可以使用這種類型的密度計來測量泥漿或污泥的密度。為了進行密度測量，將沿著漿料流經的管道傳輸超音波脈衝。接收回來的超音波能量是漿料的密度。我們不能將這種類型的測量用於高密度材料。

聲波液位密度計

這種類型的密度計將利用聲音來進行密度測量。此密度計具有用於測量液體中 m/m 聲速的裝置，它還可以補償壓力和溫度的變化。這種密度計的主要缺點是它只能用於透明液體，而且如果體積模量變化，那麼測量中就會出現錯誤。此儀表的主要應用是確定兩種不同碳氫化合物產品之間的干擾。

氣體密度計

這種密度計的工作原理是，施加在懸浮在氣體中的物體上的浮力與氣體密度成正比。此儀表附有一個浮力浮標。

9. 濕度

我們可以將濕度定義為空氣中存在水蒸氣，如果濕度水平增加，許多工業製程可能會受到影響。某些過程，如化學、物理和生物過程會受到存在的水蒸氣的影響。因此，工業中濕度的測定非常重要。

絕對濕度 - 質量（蒸氣）與體積之比

相對濕度 - 質量（蒸氣）與質量百分比（飽和質量）之比

比濕度 – 質量（蒸氣）與總質量百分比的比值

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不同類型的濕度感測器

• 電容式濕度感測器
• 熱能濕度感測器
• 電阻式濕度感測器

電容式濕度感測器

在這種類型的濕度感測器中，吸濕性介電材料將像電容器一樣放置在兩個電極之間。水蒸氣的介電常數確實比感測器的高。如果感測器吸收水蒸氣，它的電容會增加。

熱能濕度感測器

該設備有兩個腔室，它們都有一個熱導感測器。其中一個腔室關閉並充滿參考氣體，而另一個腔室將接收氣體樣本。將比較兩種氣體的熱傳導率差異。

電阻式濕度感測器

這種類型的濕度感測器利用非金屬導體的導電性。該感測器由放置在兩個導電電極之間的聚合物-金屬氧化物薄膜組成。該薄膜具有可移動的離子，如果水分含量增加，該薄膜的電導率將增加。

濕度感測器的應用

• 化工行業
• 儀器儀表
• 自動化系統
• 氣候學
• 地理資訊系統
• 農業

10. 不透明度感測器

這種類型的感測器用於測量傳輸的光量，大多數情況下我們可以使用不透明度感測器來確定煙霧。我們可以使用不透明度感測器來測量加工應用中的不透明度，並透過使用這個感測器來確定空氣的品質。主要的不透明度測量方法是單程透射儀和雙程透射儀。

不同類型的不透明度感測器

單程透射儀

該設備的主要部件為光源、分束器、控制檢測器和測量檢測器。光源將通過氣體或空氣傳輸光並到達測量檢測器，並根據光的變化確定光源的不透明度。

雙通透射儀

這種類型的不透明度測量將使用光的反射特性來進行不透明度測量。此裝置的主要部件是光源、反射鏡、偵測器和自動準直反射器。光線將從光源通過空氣或氣體傳輸到自動準直反射器，然後反射回發射器部分並到達偵測器。

不透明度感測器的應用

• 鐵和鋼
• 火力發電廠
• 鐵和鋼
• 煉油廠

11. 秤重感知器

重量感測是加工過程的重要組成部分，例如在輸送元件中，我們需要稱重感測器。大多數情況下，重量測量是透過與已知重量進行比較來完成的。它也可以透過物體的偏轉以及透過測量液壓和氣動壓力來完成。

不同類型的秤重感測器

• 應變計
• 稱重感測器
• 質量平衡器

應變計

該裝置具有彈性，該裝置由電阻膜組成，當對其施加重量時，它會改變其形狀。所以在變形過程中，阻力會發生變化，可以用來確定重量。

稱重感測器

稱重感測器可以將力轉換為電訊號，該設備非常準確。稱重感測器由許多應變計組成。基本上，它會計算應變，然後將力轉換為電能，有液壓和氣動稱重感測器也可用於測量重量。

質量平衡器

這種類型的重量測量會將測量質量上的重力與另一個已知質量的物體的重力進行比較。這些儀器的主要類型是稱重梁、擺秤、電磁天平和樑式天平。

12. 鄰近感測器

該設備無需進行任何物理接觸即可檢測到物體，所以如果這個感測器靠近物體，它就會檢測到它。這個感測器會發射一束電磁波，根據接收到的訊號，我們可以確定物體的存在。

不同類型的鄰近感測器

• 電感式鄰近感測器
• 光學鄰近感測器
• 電容式鄰近感測器
• 磁性鄰近感測器
• 超音波鄰近感測器

電感式鄰近感測器

這種類型的鄰近感測器可用於檢測黑色金屬和有色金屬材料，它使用電感來確定物體，將EMF力傳遞給目標物體。因此，如果該場附近有金屬物體，則金屬物體會降低 EMF 的振幅。

光纖鄰近感測器

這種類型的感測器將使用紅外光來確定物體。我們可以使用這個感測器來確定幾乎任何物體。所以會有一個發射器來發射光，還有一個接收器來吸收反射光。有三種類型的光學鄰近感測器，它們是對射式、回歸反射式和漫射式感測器。

電容式鄰近感測器

我們可以使用這個感測器來檢測大部分物質。此感測器可以確定具有高介電常數的物質。此感測器將對有源部件周圍的介電介質的任何變化作出反應。該感測器將能夠透過眼鏡和塑膠檢測物體。

磁性鄰近感測器

磁性鄰近感測器用於檢測磁性物體，因此它可以透過物體的磁場來確定物體。此感測器由簧片觸點組成，當它靠近磁性物體時，磁場會使觸點帶電。

超音波鄰近感測器

這種類型的鄰近感測器利用超音波來檢測物體。所以它會發射超音波，在接收回波的同時，它可以確定物體。

鄰近感測器的應用

• 位置測量
• 動態運動偵測
• 組裝測試
• 航空安全
• 差動系統
• 輸送系統

13. 電導率感測器

某些製程控制需要電導率感測器，例如產品監控、水監控或洩漏檢測。大多數情況下，這些感測器用於確定溶液的電導率。

電導率感測器的類型

接觸式電導率感測器

這種類型的感測器有兩個金屬電極，這將與溶液接觸。電壓將施加到電極上，電場使溶液中的離子來回移動。離子電流取決於溶液的濃度和麵積。感測器中有一個分析儀，可以確定溶液的電導率。

電感式電導感知器

該感測器由兩個繞線金屬環形線圈組成，一個環形線圈是驅動線圈，另一個是接收線圈。感測器與溶液接觸，分析儀將向驅動線圈施加電壓，這將在溶液中產生電壓。由於電壓的原因，會有離子電流流動，與溶液的電導成正比。

電導率感測器的應用

• 化學品
• 水和廢水
• 食物和飲料
• 發電廠
• 油和氣

14. 位移測量感知器

這種類型的感測器將檢測身體位置的變化。位移和速度的測量在許多位置和速度控制過程中非常重要。因此，需要正確測量這些參數以獲得更好的控制性能。

不同類型的位移測量感測器

• 電位位移感測器
• 感應式位移感測器
• 電容式位移感測器
• 渦流感測器
• 超音波位移感測器
• 光學位移感測器
• 磁致伸縮位移感測器

電位位移感測器

我們可以使用這種類型的位移感測器進行線性和角位移測量。因此，該設備會將旋轉和線性位移轉換為電訊號。此裝置的電阻會隨著軸的旋轉而改變。

感應式位移感測器

感應式位移感測器由磁路組成，線圈將繞在其上。如果導體和磁場之間存在運動，則導體中將感應出電壓。 LVDT 是一種感應式位移感測器，它是一種可以產生電訊號的機電設備。此訊號將與變壓器和電樞的位移成比例。

電容式位移感測器

我們可以使用這個感測器來測量旋轉或平移運動。這個感測器可以檢測很多東西，像是運動、化學成分、電場。如果介電常數、極板之間的間隙以及電容器極板的面積發生變化，則電容會發生變化。

渦流感測器

渦流是由磁場在導電材料中產生的電流。此感測器中有兩個線圈，一個是有源線圈，另一個是平衡線圈。有源線圈會產生磁場，因此主動線圈會偵測附近的物體，平衡線圈會做輸出橋電路的平衡和溫度補償。因此，在透過向物體或導體施加磁場來產生渦流的同時，感應電流會向主動線圈施加磁場，這會降低線圈電感。

超音波位移感測器

大多數這些感測器用於水下應用，該設備由壓電元件組成，它將向目標發射聲能脈衝。因此，當訊號從目標反射回來時，可以測量發射和接收訊號所需的時間，從而確定目標距離。

光學位移感測器

這種位移感測器類似於超音波位移感測器。裝置不是聲能，而是傳輸光源，光的強度會根據距離而降低。因此，當感測器將光源傳輸到物體時，可以測量從物體反射回來的光量以確定距離。

15. pH 分析儀

PH測量對於許多化學工業來說非常重要，PH測量可以描述為測量水溶液中氫或氫氧根離子的量。基本上，它是氫離子活性的測量。某些加工過程需要 PH 控制，透過這樣做，我們可以提高產品的品質。透過進行 PH 測量，我們可以確定溶液是鹼性還是酸性。

PH分析儀的主要部件是參考電極、玻璃測量電極，還有一個感測元件可以進行自動溫度補償。玻璃測量電極對 PH 敏感，它會與溶液接觸，該電極會產生與溶液 PH 成正比的電壓。參考電極會給出一個已知的電位，玻璃電極和參考電極之間的電壓差將與溶液的 PH 成正比。

PH分析儀的應用

• 化工行業
• 製藥
• 水和廢水
• 食品與飲料
• 生化反應監測
• 石油和天然氣

16. 振動探頭

振動可以定義為機器不平衡，它是由於離心力而在機器中發生的振盪。機械中振動的影響取決於振動的幅度、頻率和持續時間，我們可以看到旋轉機器中的振動，主要原因是旋轉部件中的質量分佈不均。

不同類型的振動探頭

• 鄰近探頭
• 速度探頭
• 加速度計探頭
• 渦流探頭

鄰近探頭

該感測器將主要測量軸運動，它將放置在軸承座中。

速度探頭

此感測器將檢測該設備所在點的總振動。此探頭可用於測量振動體的速度，這些感測器大多放置在跑步機的軸承座中。

加速度計探頭

裝置將測量振動體的加速度。這些感測器可用於低頻到高頻。該設備的頻率將高於振動體的頻率。它會在記錄加速度後測量振動。

渦流探頭

該設備用於檢測旋轉機器中的振動。該裝置可以監測軸的軸向位置，也可以測量轉子與機殼之間的相對膨脹。這是一種非接觸式感測器，用於測量位移，並顯示軸徑向振動、軸轉子位置。

振動感測器的應用

• 煉油廠
• 電力業
• 食物和飲料
• 礦業

17. 扭力感知器

需要扭矩測量來確定所需的機械功率，這將有助於確定應力和變形分析所需的負載資訊。

不同類型的扭力感測器

• 磁致伸縮扭力感測器
• 壓電扭力感知器
• 應變式扭力感測器
• 測力計

磁致伸縮扭力感知器

這種類型的感測器將透過測量其自身磁場的變化來檢測磁導率的變化。

壓電扭力感知器

壓電材料將被壓縮並產生電荷並被測量。

應變式扭力感知器

該設備將成對安裝在軸中，其中一個將測量長度的增加，另一個將測量相反方向的減少部分。

測力計

該裝置可用於確定煞車扭矩和功率，大多數情況下該裝置會透過各種方法來確定。測功機分為吸收測功機、傳輸測功機和驅動測功機。

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