工业设备在制造过程和整机性能测试中会遇到各种机械量和几何量,有些工业设备在运行中会经常检测或监测一些机械量和电气量。这些力学量包括位移、速度、加速度、力、力矩、功率、压力、流量、温度、硬度、密度、温度、比重、粘度,而几何量包括长度、角度、形状、位置、表面粗糙度、表面波形等。这些都是物理量。在实践中,人们在生产、生活和科学实验中会遇到化学量和生物质(包括药物),而所有这些东西,从信号的角度来说,都需要通过传感器转换成电信号(在现代,也可以转换成光信号),然后对信号进行传输、处理、存储、显示和控制...从信息的角度来看,这些信号加上声音和图像信息,就是信息的来源。
在现代工业设备中,传感器和测量仪器之所以是不可或缺的一部分,也可以从以下两个方面来看:传统工业设备如果配备必要的传感器和精密测量元件(附件),可以提高其功能和精度,方便用户操作和维护,也可以提高安全水平,增加设备的附加值;工业设备作为自动化系统的控制对象或部分,必须与自动化系统的三个部分(检测、控制和执行)兼容或提供接口,这样才能集成为一个有机的整体。无论是单机自动化还是大型自动化设备的一部分,工业设备的应用都将得到扩展。综上所述,作为工业设备本身,增加传感器、检测仪器、测量仪器或者提供接口是升级传统设备的必要条件。
传感器是将非电量转化为电信号的装置。在模拟电路的情况下,检测仪表一般包括传感器、检测点的采样设备和放大器(用于抗干扰处理和信号传输),当然还有电源和现场显示部分(可选)。电信号一般分为连续量和离散量,实际上还可以分为模拟量、开关量和脉冲量等。模拟信号传输采用统一信号(4~20mA DC等)。).在数字化的过程中,测量仪器发生了很大的变化。经过几个阶段,最近多采用ASIC,将传感器、微处理器、网络接口封装在一个器件中,完成信息的采集、处理、传输、存储等功能。在自动化仪表中,探测器常被称为变送器,如温度变送器、压力变送器等。
因为传感器在各行各业都有应用,而且近年来随着家电、汽车、信息产业的快速发展,对传感器的需求大大增加。所以传感器制造业发展很快,形成了一个独立的产业,拉动了工业装备的发展,特别是半导体和装备制造业。因此,中国有必要特别关注传感器行业。
传感器种类多,采用的科学原理多,技术密集,多样性,边缘性,综合性,技巧性,需要多学科,多高科技的配合。虽然附加效益高,但价格不高,难以推动传感器产业的发展。
传感器种类繁多,主要应用于流程工业:温度传感器、压力传感器、重量传感器、流量传感器、液位传感器、氧气传感器、各种力传感器、气体传感器、分析仪器等。,并用于机械行业:开关的接近/定位传感器,安全门开关等安全传感器,旋转编码器,视觉传感器,速度传感器,加速度传感器等。目前国内传感器分为10大类24小类6000个品种。中国的传感器种类更多,比如美国的传感器大约有17000种,所以中国发展传感器品种的领域非常广阔。
近年来,中国传感器市场持续增长,增长率超过15%。2003年销售额为186亿元,同比增长32.9%。而1998年世界非军事传感器市场为325亿美元,平均增长率为9%,预计2008年将增长到506亿美元。2003年,我国传感器应用的四大领域是工业和汽车电子产品、通信电子产品和消费电子产品专用设备,其中工业和汽车电子产品占市场份额的33.5%。由于改革开放,中国巨大的市场吸引了来自世界各地的制造商,如西门子、横河、霍尼韦尔、欧姆龙、邦纳等。,给终端用户和工业设备制造商带来了极大的便利。然而,虽然国内传感器和检测仪器的生产有所发展,但远远跟不上形势的要求。各国传感器生产和R&D的规模在不断扩大。美国大约有1300家传感器制造商,100多家研究所和大学,日本有800家制造商。近年来,我国建立了传感器技术国家重点实验室、微/纳米国家重点实验室等研发基地,初步建立了敏感元器件和传感器产业。2000年总产量超过13亿。目前,我国从事传感器研发的企业有1688家,其中从事MEMS研究和生产的企业有50多家。到第十个五年计划结束时,敏感元件和传感器的年产量已达到20亿个。
中国在参与国际传感器市场竞争方面也走出了一条新路。例如,沈阳仪器仪表科学研究所国家传感器研究中心已经向美国出口了40万个力敏传感器芯片。
传感器技术包括敏感机理、敏感材料、工艺装备和测量技术四个方面,大约有30种技术。随着微电子技术的发展,传感器技术发展迅速,而中国的R&D努力仍然需要大量的投资。特别是加强具有自主知识产权的传感器的开发、科研成果的转化和传感器生产的产业化,是我国迫切需要解决的问题。在批量生产的情况下,要控制传感器产品的性能(主要是稳定性和可靠性),使其具有较高的合格率,需要先进的制造技术和自动化水平较高的工艺装备。中国应发展特种工艺装备。传感器的应用,尤其是新型传感器的应用还没有得到大力推广。改革开放创造了有利条件,各种工业设备应用了先进的传感器,扩大了传感器市场,推动了我国新型传感器的产业化。
在我国传感器生产产业化过程中,既要考虑国外技术引进,又要考虑自主创新。引进国外先进技术可以提高我们自己的技术,同时满足国内市场的需求,形成传感器生产产业的规模。比如横河公司最近发布的EJX多变量变送器就是一个可以考虑引进技术的例子。精度高(0.025%),智能化程度高。它采用现场总线技术,因为它可以通过现场总线将质量流量、介质压力、导管堵塞、诊断、蒸汽伴热诊断、孔板磨损等各种变量和信息传输到中央控制室。有利于保障生产,提供设备维护信息,保障安全运行。这种新型变送器的开发符合自动化系统综合管理和控制的变化。只有信息源能力强,信息丰富,信息化才能更好地促进生产力的发展。此外,它还具有广阔的市场,因为它广泛应用于许多行业,如石油化工,冶金和电力。