位移传感器工作原理

光照度传感器是一种常用的检测装置，在多个行业中都有一定的应用。在很多地方我们都会看到光控开关这种设备，比如大街上的路灯、各个自动化气象站以及农业大棚里面，但当我们看到这种有个小球的盒子的时候，虽然知道这是光照度传感器，但是对于它还是不太了解，今天我们来了解一下光照度传感器。光照度传感器的工作原理光照度传感器采用热点效应原理，最主要是使用了对弱光性有较高反应的探测部件，这些感应原件其实就像相机的感光矩阵一样，内部有绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层，热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号与太阳辐射度成正比。透过滤光片的可见光照射到进口光敏二极管，光敏二极管根据可见光照度大小转换成电信号，然后电信号会进入传感器的处理器系统，从而输出需要得到的二进制信号。当然，光照度传感器还有很多种分类，有的分类甚至对上面介绍的结构进行了优化，尤其是为了减小温度的影响，光照度传感器还应用了温度补偿线路，这样很大程度上提高了光照度传感器的灵敏度和探测能力。光照度传感器的使用方法光照度传感器应安装在四周空旷，感应面以上没有任何障碍物的地方。将传感器调整好水平位置，然后将其牢牢固定，将传感器牢固地固定在安装架上，以减少断裂或在有风天发生间歇中断现象。壁挂型光照度传感器安装方式：首先在墙面钻孔，然后将膨胀塞放入孔中，将自攻螺丝旋进膨胀塞中。百叶盒型光照度传感器安装方式：百叶盒型光照度传感器一般应用在室外气象站中，可通过托片或折弯板直接安装在气象站横梁上。宽电压电源输入，10-30V均可。485信号接线时注意A/B条线不能接反，总线上多台设备间地址不能冲突。光照度传感器使用注意事项1.一定要先检查下包装是不是完好无损的，然后去核对变送器的型号和规格是不是跟所购买的的产品一样；如果有问题一定要尽快与卖家联系。2.使用光照度传感器的时候一定不能有外压力冲压光检测传感器，避免压力冲压下测量元件受损影响光照度传感器的使用或导致光照度传感器发生异常或压坏遮光膜产生漏水现象。一定要避免在高温高压环境下使用光照度传感器。3.用户在使用光照度传感器的时候禁止自己拆卸传感器，更加不能触碰传感器膜片，以免造成光照度传感器的损坏。4.使用光照度传感器之前一定要确认电源输出电压是不是正确；电源的正、负以及产品的正、负接线方式，保证被测范围在光照度传感器相应量程内并详细阅读产品说明书或咨询卖方。5.安装光照度传感器的时候，一定要保证受光面的清洁并置于被测面。6.严禁光照度传感器的壳体被刀或其他锋利的金属连接线及物体划伤，磕伤，砰伤，造成变送器进水损坏。

p 　　要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。 /p p strong 1.电化学型气体传感器的结构 /strong /p p 　　电化学式气体传感器，主要利用两个电极间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。有液体电解质和固体电解质，而液体电解质有分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量；电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。 /p p 　　电化学传感器有两电极和三电极结构，主要区别在于有无参比电极。两电极CO传感器没有参比电极，结构简单，易于设计和制造，成本较低适用于低浓度CO的检测和报警；三电极CO传感器引入参比电极，使传感器具有较大的量程和良好的精度，但参比电极的引入增加了制造工序和材料成本，所以三电极CO传感器的价格高于两电极CO传感器，主要用于工业领域。两电极电化学CO传感器主要由电极、电解液、电解液的保持材料、出去干涉气体的过滤材料、管脚等零部件组成。 /p p strong 2.电传感器工作原理 /strong /p p 　　电化学气体传感器是一种化学传感器，按照工作原理一般分为：a.在保持电极和电解质溶液的界面为某恒电位时，将气体直接氧化或还原，并将流过外电路的电流作为传感器的输出；b.将溶解于电解质溶液并离子化的气态物质的离子作用与离子电极，把由此产生的电动势作为传感器输出；c.将气体与电解质溶液反应而产生的电解电流作为传感器输出；d.不用电解质溶液，而用有机电解质、有机凝胶电解质、固体电解质、固体聚合物电解质等材料制作传感器。 /p p strong 表1 各种电化学式气体传感器的比较 /strong /p table cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" border=" 1" tbody tr class=" firstRow" td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 种类 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 现象 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 传感器材料 /span /strong /p /td td style=" border-width: 1px medium border-style: solid none border-color: rgb(79, 129, 189) currentcolor padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 特点 /span /strong /p /td /tr tr td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 恒电位电解式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电解电流 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 气体扩散电极，电解质水溶液 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 通过改变气体电极，电解质水溶液，电极电位等可测量CO、H sub 2 /sub S、HO sub 2 /sub 、SO sub 2 /sub 、HCl等 /span /p /td /tr tr td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 离子电极式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电极电位变化 /span /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 离子选择电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜 /span /p /td td style=" border: medium none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 选择性好，可测量NH sub 3 /sub 、HCN、H sub 2 /sub S、SO sub 2 /sub 、CO sub 2 /sub 等气体 /span /p /td /tr tr td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电量式 /span /strong /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 电解电流 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 贵金属正负电极，电解质水溶液，多孔聚四氟乙烯膜 /span /p /td td style=" border: medium none background: rgb(211, 223, 238) none repeat scroll 0% 0% padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 选择性好，可测量Cl sub 2 /sub 、NH sub 3 /sub 、H sub 2 /sub S等 /span /p /td /tr tr td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" strong span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 固体电解质式 /span /strong /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 测定电解质浓度差产生的电势 /span /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 固体电解质 /span /p /td td style=" border-width: medium medium 1px border-style: none none solid border-color: currentcolor currentcolor rgb(79, 129, 189) -moz-border-top-colors: none -moz-border-right-colors: none -moz-border-bottom-colors: none -moz-border-left-colors: none border-image: none padding: 0px 7px " width=" 142" valign=" top" p style=" text-align:left" span style=" font-family:& #39 微软雅黑& #39 ,& #39 sans-serif& #39 color:#365F91" 适合低浓度测量，需要基准气体，耗电，可测量CO sub 2 /sub sub 、 /sub NO sub 2 /sub 、H sub 2 /sub S等 /span /p /td /tr /tbody /table p 表1汇集了各类电化学气体传感器的种类、检测原理所用材料与特点。 /p p 2.1 恒电位电解式气体传感器 /p p 　　恒电位电解式气体传感器的原理是：使电极与电解质溶液的界面保持一定电位进行电解，通过改变其设定电位，有选择的使气体进行氧化或还原，从而能定量检测各种气体。对于特定气体来说，设定电位由其固有的氧化还原电位决定，但又随电解时作用电极的材质、电解质的种类不同而变化。电解电流和气体浓度之间的关系如下式表示： /p p 　　　　I=(nfADC)/ σ /p p 　　式中：I-电解电流；n-1mol气体产生的电子数；f-法拉第常数；A-气体扩散面积；D-扩散系数；C-电解质溶液中电解的气体浓度；σ-扩散层的厚度。 /p p 　　在统一传感器中，n、f、A、D及σ是一定的，电解电流与气体浓度成正比。 /p p 　　自20世纪50年代出现CIDK电极以来，控制电位电化学气体传感器在结构、性能和用途等方面都得到了很大的发展。20世纪70年代初，市场上就有了31检测器。有先后出现了CO、N sub x /sub O sub Y /sub （氮氧化物）、H sub 2 /sub S检测仪器等产品。这些气体传感器灵敏度是不同的，一般是H sub 2 /sub S& gt NO& gt NO sub b /sub & gt Sq& gt CO，响应时间一般为几秒至几十秒，大多数小于1min；他们的寿命相差很大，短的只有半年，有的CO监测仪实际寿命已近10年。影响这类传感器寿命的主要因素为：电极受淹、电解质干枯、电极催化剂晶体长大、催化剂中毒和传感器使用方法等。 /p p 　　以CO气体监测为例来说明这种传感器隔膜工作电极对比电极的结构和工作原理。在容器内的相对两壁，安置作用电极h’和对比电极，其内充满电解质溶液构成一密封结构。瓦在化田由极3g对冲由极AnljI进行恒定电位差而构成恒压电路。此时，作用电极和对比电极之间的电流是I，恒电位电解式气体传感器的基本构造根据此电流值就可知CO气体的浓度。这种方式的传感器可用于检测各种可燃性气体和毒气，如H sub 2 /sub S、NO、NO sub b /sub 、Sq、HCl、Cl sub 2 /sub 、PH sub 3 /sub 等，还能检测血液中的氧浓度。 /p p 2.2离子电极式气体传感器 /p p 　　离子电极式气体传感器的工作原理是：气态物质溶解于电解质溶液并离解，离解生成的离子作用于离子电极产生电动势，将此电动势取出以代表气体浓度。这种方式的传感器是有作用电极、对比电极、内部溶液和隔膜等构成的。 /p p 　　现以检测NH sub 3 /sub 传感器为例说明这种气体传感器的工作原理。作用电极是可测定pH的玻璃电极，参比电极是A8从姐电极，内部溶液是NIkCE溶液。NEACt离解，产生铵离子NH sub 4 /sub sup + /sup ，同时水也微弱离解，生成氢离子H sup + /sup ，而NH4 sup + /sup 与H sup + /sup 保持平衡。将传感器侵入NH sub 3 /sub 中，NH sub 3 /sub 将通过隔膜向内部渗透，NH sub 3 /sub 增加，而H sup + /sup 减少，即pH 增加。通过玻璃电极检测此PH的变化，就能知道NH sub 3 /sub 浓度。除NH sub 3 /sub 外，这种传感器海能检测HCN（氰化氢）、H sub 2 /sub S、Sq、C0 sub 2 /sub 等气体。 /p p 　　离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数，电化学式气体传感器主要的有点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 /p p 2.3电量式气体传感器 /p p 　　电量式气体传感器的原理是：被测气体与电解质溶液反应生成电解电流，将此电流作为传感器输出，来检测气体浓度，其作用电极、对比电极都是Pt电极。 /p p 　　现以检测C12为例来说明这种传感器的工作原理。将溴化物MBr（M是一价金属）水溶液介于两个铂电极之间，其离解成比，同时水也离解成H sup + /sup ，在两铂电极间加上适当电压，电流开始流动，后因H sup + /sup 反应产生了H sub 2 /sub ，电极间发生极化，发生反应，其结果，电极部分的H sub 2 /sub 被极化解除，从而产生电流。该电流与H sub 2 /sub 浓度成正比，所以检测该电流就能检测Cl sub 2 /sub 浓度。除Cl sub 2 /sub 外，这种方式的传感器还可以检测NH sub 2 /sub 、H sub 2 /sub S等气体。 /p p strong 3.传感器的检测 /strong /p p 　　电化学型气体传感器可分为原电池式、可控电位电解式、电量式和离子电极式四种类型。原电池式气体传感器通过检测电流来检测气体的体积分数，市售的检测缺氧的仪器几乎都配有这种传感器。可控电解式传感器是通过检测电解时流过的电流来检测气体的体积分数，和原电池式不同的是，需要由外界施加特定电压，除了能检测CO、NO、NO sub 2 /sub 、O sub 2 /sub 、SO sub 2 /sub 等气体外，还能检测血液中的氧体积分数。电量式气体传感器是通过被测气体与电解质反应产生的电流来检测气体的体积分数。离子电极式气体传感器出现得较早，通过检测离子极化电流来检测气体的体积分数。电化学式气体传感器主要的优点是检测气体的灵敏度高、选择性好。 /p p 　　综上所述，不同种类的气体传感器适用于不同气体检测与控制的需求，随着现代工业的发展，尤其是绿色环保理念的不断加强，气体传感器技术的开发应用必将具有非常广阔的发展前景。两电极电化学CO传感器，是近年来研究的热点，属于国际上先进的传感器技术，通过实验研究，在电极、过滤层、电解质等材料选择和结构的设计中，攻克了影响传感器寿命的诸多技术难题，研制成功了具有实用意义的新型CO传感器，它必将在CO气体检测领域发挥积极的作用。 /p

细颗粒物又称细粒、细颗粒、PM2.5。细颗粒物指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。目前测量PM2.5的方法主要有以下5种：一种：红外法和浊度法红外由于光线强度不够，只能用浊度法测量。所谓浊度法，就是一边发射光线，另一边接收，空气越浑浊光线损失掉的能量就越大，由此来判定目前的空气浊度。实际上这种方法是不能够准确测量PM2.5的，甚至光线的发射、接收部分一旦被静电吸附的粉尘覆盖，就会直接导致测量不准确。这种方法做出来的传感器只能定性测量（可以测出相对多少），不能定量测量（因为数值会飘）。更何况这种方法也区分不出颗粒物的粒径来，所以凡是用这种传感器的性能都相对要差一些。第二种：激光法和粒子计数法就是激光散射，而不是直接测量浊度，这一类的传感器共同的特点就是离不开风扇（或者用泵吸），因为这种方法空气如果不流动是测量不到空气中的悬浮颗粒物的，而且通过数学模型可以大致推算出经过传感器气体的粒子大小，空气流量等，经过复杂的数学算法，最终得到比较真实的PM2.5数值，这一类传感器是激光散射，对静电吸附的灰尘免疫，当然如果用灰尘把传感器堵死了，自然也不可能测到。第三种：Beta射线法Beta射线仪是利用Beta射线衰减的原理，环境空气由采样泵吸入采样管，经过滤膜后排出，颗粒物沉淀在滤膜上，当β射线通过沉积着颗粒物的滤膜时，Beta射线的能量衰减，通过对衰减量的测定便可计算出颗粒物的浓度。Beta射线法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、样品动态加热系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h的环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后成为符合技术要求的颗粒物样品气体。在样品动态加热系统中，样品气体的相对湿度被调整到35%以下，样品进入仪器主机后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。在仪器中滤膜的两侧分别设置了Beta射线源和Beta射线检测器。随着样品采集的进行，在滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加，此时Beta射线检测器检测到的Beta射线强度会相应地减弱。由于Beta射线检测器的输出信号能直接反应颗粒物的质量变化，仪器通过分析Beta射线检测器的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集的样品体积，最终得出采样时段的颗粒物浓度。配置有膜动态测量系统后，仪器能准确测量在这个过程中挥发掉的颗粒物，使最终报告数据得到有效补偿，接近于真实值。第四种：微量振荡天平法微量振荡天平法是在质量传感器内使用一个振荡空心锥形管，在其振荡端安装可更换的滤膜，振荡频率取决于锥形管特征和其质量。当采样气流通过滤膜，其中的颗粒物沉积在滤膜上，滤膜的质量变化导致振荡频率的变化，通过振荡频率变化计算出沉积在滤膜上颗粒物的质量，再根据流量、现场环境温度和气压计算出该时段颗粒物标志的质量浓度。微量振荡天平法颗粒物监测仪由PM10采样头、PM2.5切割器、滤膜动态测量系统、采样泵和仪器主机组成。流量为1m3/h，环境空气样品经过PM10采样头和PM2.5切割器后，成为符合技术要求的颗粒物样品气体。样品随后进入配置有滤膜动态测量系统（FDMS）的微量振荡天平法监测仪主机，在主机中测量样品质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定，另一端装有滤膜的空心锥形管，样品气流通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时空心锥形管是处于往复振荡的状态，它的振荡频率会随着滤膜上收集的颗粒物的质量变化发生变化，仪器通过准确测量频率的变化得到采集到的颗粒物质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算得出样品的浓度。5、重量法我国目前对大气颗粒物的测定主要采用重量法。其原理是分别通过一定切割特征的采样器，以恒速抽取定量体积空气，使环境空气中的PM2.5和PM10被截留在已知质量的滤膜上，根据采样前后滤膜的质量差和采样体积，计算出PM2.5和PM10的浓度。必须注意的是，计量颗粒物的单位ug/m3中分母的体积应该是标准状况下（0℃、101.3kPa）的体积，对实测温度、压力下的体积均应换算成标准状况下的体积。由于红外法测量PM2.5的传感器性能较差，且Beta射线法、微量振荡天平法、重量法三种方法的原理应用比较困难且价格较高，所以市面上比较多的是采用激光散射原理来测量PM2.5浓度的PM2.5传感器。 建大仁科空气质量变送器RS-PM-*-2是一款工业级通用颗粒物浓度变送器，采用激光散射测量原理，通过独有的数据双频采集技术进行筛分，得出单位体积内等效粒径的颗粒物粒子个数，并以科学独特的算法计算出单位体积内等效粒径的颗粒物质量浓度，以485 接口通过 ModBus-RTU 协议进行数据输出。可用于室外气象站、扬尘监测、图书馆、档案馆、工业厂房等需要PM2.5或 PM10浓度监测的场所。