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傳感器和檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

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點(diǎn)擊量: 258249 來源: 成都貝斯達(dá)儀器有限公司

  1 傳感器和檢測(cè)儀表的重要性

  工業(yè)設(shè)備再制造過程中及整機(jī)性能測(cè)試中會(huì)遇到各種機(jī)械量和幾何量,有些工業(yè)設(shè)備在運(yùn)行中還要經(jīng)常對(duì)一些機(jī)械量、電量進(jìn)行檢測(cè)或監(jiān)視。這些機(jī)械量有位移、速度、加速度、力、力矩、功率、壓力、流量、溫度、硬度、密度、濕度、比重和黏度等,幾何量有長度、角度、形狀、位置、表面粗糙度、表面波形等,這些均屬于物理量。實(shí)際在人們生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn) 中還會(huì)遇到化學(xué)量、生物量(包括醫(yī)學(xué)),而所有這一切,從信號(hào)的角度來看,都需要通過傳感器,將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(近代還可以轉(zhuǎn)換成光信號(hào)),而后再進(jìn)行信號(hào)的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、控制……,從信息的角度看,這些信號(hào)連同聲音和圖象信息都是信息的源頭,所以傳感器和檢測(cè)儀表、測(cè)量?jī)x表是信息科學(xué)技術(shù)的三部分(信息獲取、信息傳輸、信息處理)中的重要部分。

  在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中,傳感器和檢測(cè)儀表是不可或缺的一部分的理由,還可由以下兩方面來看,傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備如在其上增加了必要的傳感器,配備精密測(cè)量部件(附件),則其功能和精度可以提高,便于用戶操作和維護(hù),**等級(jí)也可以提高,設(shè)備可以增值;工業(yè)設(shè)備作為自動(dòng)化系統(tǒng)的控制對(duì)象或作為自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分,必須能與自動(dòng)化系統(tǒng)的三部分(檢測(cè)、控制、執(zhí)行)相兼容或提供接口,使之集成為一個(gè)有機(jī)的整體,無論是單機(jī)自動(dòng)化或作為大型自動(dòng)化裝置的一部分,都使該工業(yè)設(shè)備的用途擴(kuò)大。綜上所述,作為工業(yè)設(shè)備本身增加傳感器和檢測(cè)儀表、測(cè)量?jī)x表或提供接口,是傳統(tǒng)設(shè)備更新?lián)Q代的必要條件。

  傳感器是一種把非電量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件,而檢測(cè)儀表在模擬電影情況下,一般是包括傳感器、檢測(cè)點(diǎn)取樣設(shè)備及放大器(進(jìn)行抗干擾處理及信號(hào)傳輸),當(dāng)然還有電源及現(xiàn)場(chǎng)顯示部分(可選擇),電信號(hào)一般為連續(xù)量、離散量?jī)煞N,實(shí)際上還可分成模擬量、開關(guān)量、脈沖量等,模擬信號(hào)傳輸采用統(tǒng)一信號(hào)(4-20mA DC等)。數(shù)字化過程中,檢測(cè)儀表變化比較大,經(jīng)過幾個(gè)階段,近來多采用ASIC專用集成電路,而且把傳感器和微處理器及網(wǎng)絡(luò)接口封裝在一個(gè)器件中,完成信息獲取、處理、傳輸、存貯等功能。在自動(dòng)化儀表中經(jīng)常把檢測(cè)儀表稱為變送器,如問題變送器、壓力變送器等。

  因?yàn)閭鞲衅饔糜诟餍懈鳂I(yè),加之這些年來,家用電器、汽車、信息產(chǎn)業(yè)三方面的飛速發(fā)展,對(duì)傳感器需求大增,所以傳感器制造業(yè)發(fā)展很快,形成獨(dú)立的產(chǎn)業(yè),這就拉動(dòng)了工業(yè)設(shè)備,特別是半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)的發(fā)展,所以中國有必要特別關(guān)注傳感器產(chǎn)業(yè)。

  傳感器產(chǎn)品品種多,采用的科學(xué)原理多,技術(shù)密集,具有多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性,需要多學(xué)科、多種高新技術(shù)配合;又雖然具有高附加效益,但本身價(jià)格不高,所以要推動(dòng)傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,是有難度的。

  2 傳感器和檢測(cè)儀表的現(xiàn)狀

  傳感器產(chǎn)品的門類品種繁多,用語流程工業(yè)的主要有:溫度傳感器、壓力傳感器、重量傳感器、流量傳感器、液位傳感器、氧敏傳感器、各種力敏傳感器、氣敏傳感器、分析儀表……,用于機(jī)械工業(yè)的還有:開關(guān)類的接近/定位傳感器**門開關(guān)等**傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、視覺傳感器、速度傳感器、加速度傳感器……回首國內(nèi)傳感器共分10大類,24小類,6000個(gè)品種。而國外品種更多,如美國約有17000種傳感器……所以我國發(fā)展傳感器品種的領(lǐng)域很寬廣。

  中國傳感器的市場(chǎng)近幾年一直持續(xù)增長,一般增長速度超過15%,2003年銷售額為186億元,同比增長率為9%,預(yù)計(jì)2008年將增加到506億美圓。2003年中國傳感器應(yīng)用四大領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)及汽車電子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費(fèi)電子產(chǎn)品、專用設(shè)備,其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場(chǎng)份額的33.5%。由于改革開放,我國巨大的市場(chǎng),引來了各國廠商,如西門子、橫河、霍民韋爾、歐姆龍、邦納等公司,這為*終用戶和工業(yè)設(shè)備制造長帶來了很大的便利,而國內(nèi)傳感器和檢測(cè)儀表生產(chǎn)雖有發(fā)展,但這遠(yuǎn)不能跟上形勢(shì)的需求。各國傳感器生產(chǎn)和研發(fā)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大,美國約有1300家生產(chǎn)和開發(fā)傳感器的廠家,100多個(gè)研究院所和院校,日本有800家廠商。我國近年建立了傳感器技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研發(fā)基地,初步建立了敏感元件和傳感器產(chǎn)業(yè),2000年總產(chǎn)量超過13億只,目前我國已有1688家從事傳感器的生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè),其中MEMS研制生產(chǎn)的已有50多家,到“十五”末期,敏感元件和傳感器年總產(chǎn)量已達(dá)到20億只。

  我國在參加國際傳感器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面也走出了新路子如沈陽儀表科學(xué)研究院的“傳感器國家工程研究中心。”已向美國出口力敏傳感器芯片40萬只。

  傳感器技術(shù)包括敏感機(jī)理,敏感材料,工藝設(shè)備和計(jì)測(cè)技術(shù)四個(gè)方面約有30多種技術(shù)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,傳感器技術(shù)發(fā)展很快,我國研發(fā)的力量尚需大量投入,特別要加強(qiáng)具存自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的傳感器的開發(fā);科研成果的轉(zhuǎn)化及傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化問題,在我國更是迫在眉睫的問題,在批量生產(chǎn)情況下,控制傳感器產(chǎn)品性能(主要是穩(wěn)定性、可靠性),使之合格率很高,就需要有先進(jìn)的制造工藝和自動(dòng)化水平很高的工藝設(shè)備,我國應(yīng)在開發(fā)專用工藝設(shè)備上下功夫,解決傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化的“瓶頸”問題;在傳感器的應(yīng)用上,特別是新型傳感器的應(yīng)用上,還得大力推廣,改革開放創(chuàng)造了有利條件,各種工業(yè)設(shè)備應(yīng)用了先進(jìn)的傳感器,這擴(kuò)大了傳感器市場(chǎng),也使我國新型傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化有了動(dòng)力。

  我國在傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化過程中,應(yīng)該在引進(jìn)國際技術(shù)和自主**兩方面都不放松。在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)中,可以提高自己的技術(shù),同時(shí)也滿足了國內(nèi)市場(chǎng)的需求,形成了傳感器生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模。如橫河公司*近發(fā)布的EJX多變量變送器,就是個(gè)可以考慮引進(jìn)技術(shù)的例子,它精度高(0.025%)、智能化程度高,采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),由于能把質(zhì)量、流量、介質(zhì)壓力及導(dǎo)管堵塞診斷、蒸氣體熱診斷和孔板磨損情況等多種變量和信息經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸給中央控制室;對(duì)保證生產(chǎn)和提供設(shè)備維護(hù)信息、保證**運(yùn)行都很有利,這種新型變送器的發(fā)展,配合了自動(dòng)化系統(tǒng)管控一體化的變革,只有信息源頭能力強(qiáng)了,信息豐富了,才能使信息化更好促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展。另外,他有廣闊的市場(chǎng),因?yàn)樗谑突ぁ⒁苯?、電力等多個(gè)行業(yè)均用量很大。