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光電傳感器的工作原理你知多少 傳感器是如何工作的

時(shí)間:2020-08-13    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的 。光電傳感器在一般情況下,有三部分構(gòu)成,它們分為:發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束,發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源,發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射,或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面,裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路,它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外,光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成,能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回,具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角,使光束幾乎是從一根發(fā)射線,經(jīng)過反射后,還是從這根反射線返回。

 

檢測氣體的濃度依賴于氣體檢測變送器,傳感器是其核心部分,按照檢測原理的不同,主要分為金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器、催化燃燒式傳感器、定電位電解式氣體傳感器、迦伐尼電池式氧氣傳感器、紅外式傳感器、PID光離子化傳感器等,以下簡單闡述各種傳感器的原理及特點(diǎn)。 

金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器 

金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器利用被測氣體的吸附作用,改變半導(dǎo)體的電導(dǎo)率,通過電流變化的比較,激發(fā)報(bào)警電路。由于半導(dǎo)體式傳感器測量時(shí)受環(huán)境影響較大,輸出線形不穩(wěn)定。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器,因其反應(yīng)十分靈敏,故目前廣泛使用的領(lǐng)域?yàn)闇y量氣體的微漏現(xiàn)象。 

催化燃燒式傳感器 

催化燃燒式傳感器原理是目前廣泛使用的檢測可燃?xì)怏w的原理之一,具有輸出信號(hào)線形好、指數(shù)可靠、價(jià)格便宜、無與其他非可燃?xì)怏w的交叉干擾等特點(diǎn)。催化燃燒式傳感器采用惠斯通電橋原理,感應(yīng)電阻與環(huán)境中的可燃?xì)怏w發(fā)生無焰燃燒,使溫度使感應(yīng)電阻的阻值發(fā)生變化,打破電橋平衡,使之輸出穩(wěn)定的電流信號(hào),再經(jīng)過后期電路的放大、穩(wěn)定和處理最終顯示可靠的數(shù)值。 

定電位電解式氣體傳感器 

定電位電解式傳感器是目前測毒類現(xiàn)場廣泛使用的一種技術(shù),在此方面國外技術(shù)比較好,因此此類傳感器大都依賴進(jìn)口。定電位電解式氣體傳感器的結(jié)構(gòu):在一個(gè)塑料制成的筒狀池體內(nèi),安裝工作電極、對(duì)電極和參比電極,在電極之間充滿電解液,由多孔四氟乙烯做成的隔膜,在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接,在電極之間施加了一定的電位,使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體與的電解質(zhì)內(nèi)的工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng),在對(duì)電極發(fā)生還原或氧化反應(yīng),電極的平衡電位發(fā)生變化,變化值與氣體濃度成正比。 

迦伐尼電池式氧氣傳感器 

隔膜迦伐尼電池式氧氣傳感器的結(jié)構(gòu):在塑料容器的一面裝有對(duì)氧氣透過性良好的、厚10~30μm的聚四氟乙烯透氣膜,在其容器內(nèi)側(cè)緊粘著貴金屬(鉑、黃金、銀等)陰電極,在容器的另一面內(nèi)側(cè)或容器的空余部分形成陽極(用鉛、鎘等離子化傾向大的金屬)。用氫氧化鉀。氧氣在通過電解質(zhì)時(shí)在陰陽極發(fā)生氧化還原反應(yīng),使陽極金屬離子化,釋放出電子,電流的大小與氧氣的多少成正比,由于整個(gè)反應(yīng)中陽極金屬有消耗,所以傳感器需要定期更換。目前國內(nèi)技術(shù)已日趨成熟,完全可以國產(chǎn)化此類傳感器。 

紅外式傳感器 

紅外式傳感器利用各種元素對(duì)某個(gè)特定波長的吸收原理,具有抗中毒性好,反應(yīng)靈敏,對(duì)大多數(shù)碳?xì)浠衔锒加蟹磻?yīng)。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。 

PID光離子化氣體傳感器 

PID由紫外燈光源和離子室等主要部分構(gòu)成,在離子室有正負(fù)電極,形成電場,待測氣體在紫外燈的照射下,離子化,生成正負(fù)離子,在電極間形成電流,經(jīng)放大輸出信號(hào)。PID具有靈敏度高,無中毒問題,安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
安裝流量傳感器的注意事項(xiàng)

  1、流量安裝一般要求

  由干測量管形狀及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異,同一口徑相近流量范圍不同型號(hào)傳感器的重量和尺寸差別很大,例如80mm口徑輕者僅45噸,重者達(dá)150-200kg。安裝要求亦千差萬別,因此必須按照制造廠規(guī)定的安裝方法和趨避禁止事項(xiàng),例如有些型號(hào)流童傳感器直接連接到管道上即可,有些型號(hào)卻要求設(shè)置支撐架或基礎(chǔ)。為隔離管道振動(dòng)影響儀表,有時(shí)候傳感器與管道之間要介以柔性管連接,而柔性管與傳感器之間又要一段有支撐件分別固定的剛性直管。選購之前應(yīng)向擬購CMF的廠商索取安裝使用說明書參照比較和選擇。

  安裝設(shè)計(jì)時(shí)盡可能使其有長的使用壽命,為除去過早磨損和產(chǎn)生測量誤差的固形物和夾雜氣體,按流體和管道條件在傳感器上游裝過濾器或氣體分離器等保護(hù)裝置。若希望能在現(xiàn)場在線校準(zhǔn)儀表,應(yīng)考慮引流連接口和閥,以及相應(yīng)的空間。

  2、流量傳感器安裝姿勢和位置

  流量傳感器測量管內(nèi)殘留固形物、結(jié)垢、儲(chǔ)留氣體等均將影響測量精度。一般說裝于自下而上流動(dòng)的垂直管道較為理想;但對(duì)于非直形測量管CMF裝在垂直管道還是水平管上,取決于管道振動(dòng)狀況和應(yīng)用條件。 安裝位置必須使測量管內(nèi)充滿液體,例如水平管道上流體流過CMF后直接放人容器而無背壓,測量管往往不能充滿,會(huì)使輸出信號(hào)激烈波動(dòng)。

  3、截止閥控制閥的安裝

  為使調(diào)零時(shí)沒有流動(dòng),CMF上下游設(shè)置截止閥,并保證無泄漏??刂崎y應(yīng)裝在CMF下游,CMF保持盡可能高的靜壓,以防止發(fā)生氣蝕和閃蒸(flashing)。

  4、脈動(dòng)和振動(dòng)

  為勿使流程中發(fā)生的和外部的機(jī)械振動(dòng)影響 CMF,向制造廠詢問所提供CMF的共振頻率范圍,以判斷現(xiàn)場脈動(dòng)或振動(dòng)頻率是否接近CMF的共振頻率。A可向制造廠提供現(xiàn)場振動(dòng)狀況咨詢是否需要采取下列措施,如:1)設(shè)置脈動(dòng)衰減器,2)設(shè)置振動(dòng)衰減器或柔性連接管,3)特殊的流址傳感器的夾裝固定設(shè)備,等等。

  5、防止CMF間相互影響

  同一型號(hào)兩臺(tái)CMF串聯(lián)安裝,或多臺(tái)CMF接近地并行(或并聯(lián))安裝,尤其裝在同一支撐臺(tái)架時(shí),測量管振動(dòng)會(huì)使各CMF間相互影響,產(chǎn)生干擾而引起異常振動(dòng),嚴(yán)重時(shí)使儀表無法工作。安裝時(shí)應(yīng)采取防范措施,如:向制造廠提出錯(cuò)開接近儀表的共振頻率值;拉開流量傳感器距離,不設(shè)置在同一臺(tái)架上,獨(dú)立設(shè)置支撐架;流量傳感器異方向安裝;流量傳感器間設(shè)置防振材料隔離等方法。

  6、管道應(yīng)力和扭曲

  CMF法蘭與管道法蘭連接旋緊螺栓時(shí)要均勻,勿使CMF產(chǎn)生應(yīng)力(例如管道兩法蘭平面不平行所致)。若在布設(shè)管道時(shí)預(yù)接人與CMF同樣長度的短管,可防止不良布管形成的應(yīng)力。在使用過程中由于工藝流程壓力和溫度變化,CMF會(huì)受到管線軸向力或彎曲/扭曲力,影響測量性能,要做好必要的固定支架。

  7、強(qiáng)磨蝕性漿液的使用

  前文提到測量強(qiáng)磨蝕性漿液可以選用直管單管型并且要使測量管處于垂直位置,以免管壁磨損不勻,縮短使用壽命。然而管壁厚度變薄會(huì)降低測量管剛性而改變流量測量值,因此在這種場所的運(yùn)行初期要定期監(jiān)測,確認(rèn)使用周期。

  測量管內(nèi)壁結(jié)垢或沉積也會(huì)影響測量精確度,因此要定期清洗。

  8、零點(diǎn)漂移和調(diào)零

  零點(diǎn)漂移來自流量傳感器部分,主要原因有:1)機(jī)械振動(dòng)的非對(duì)稱性和衰減;2)流體的密度粘度變化。影響前者的因素有:a)管端固定應(yīng)力的影響;b)振動(dòng)管剛度的變化;c) 雙管諧振頻率不一致性;d)管壁材料的內(nèi)衰減。后者影響零位的原因是結(jié)構(gòu)不平衡,因此即使在空管時(shí)將雙管的諧振頻率調(diào)整一致,到充滿液體時(shí)可能產(chǎn)生零漂,同樣因枯度引起的振動(dòng)衰減與頻率有關(guān),在流動(dòng)時(shí)亦可能產(chǎn)生零漂。

  最后調(diào)零必須在安裝現(xiàn)場進(jìn)行,流量傳感器排盡氣體,充滿待測流體后再關(guān)閉傳感器上下游閥門,在接近工作溫度的條件下調(diào)零。安裝方面變動(dòng)或沮度大幅度變化時(shí)需重新調(diào)整。

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