一般的压力变送器的接触介质部分的材质采用的是316不锈钢,如果测量介质对316不锈钢没有腐蚀性,那么基本上所有的压力变送器都适合对介质压力的测量;如果测量介质对316不锈钢有腐蚀性,那么就要采用化学密封,这样不但可以测量介质的压力,也可以有效的阻止介质与压力变送器之间接液部分的接触,从而起到保护压力变送器,延长使用寿命的作用。输出信号目前由于各种采集的需要,现在市场上压力变送器的输出信号有很多种, 主要有4~20ma,0~20ma,0~10v,0~5v等,比较常用的是4~20ma和0~10v两种,且只有4~20ma信号为两线制(不包括接地和屏蔽线),其他均为三线制。
介质温度由于压力变送器的信号是通过电子线路部分转换的,所以一般情况下,压力变送器的测量介质温度为-30到+100度。如果温度过高,一般采用的是冷凝弯来冷却介质。其他在确定以上这些参数之后还要确认压力变送器的过程连接接口以及压力变送器的供电电压;如果在特殊的场合下使用还要考虑防爆以及防护等级等。
传感器是把非电物理量如温度、压力、液位、物料、气体特性等转换成电信号或把物理量如压力、液位等直接送到变送器。变送器则是把传感器采集到的微弱的电信号放大以便转送或启动控制元件。或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源。根据需要还可将模拟量变换为数字量。变送器的概念是将非标准电信号转换为标准电信号的仪器,传感器则是将物理信号转换为电信号的器件,过去常讲物理信号,现在其他信号也有了。一次仪表指现场测量仪表或基地控制表,二次仪表指利用一次表信号完成其他功能:诸如控制,显示等功能的仪表。传感器是能够受规定的被测量并按照相对的规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称,通常由敏感元件和转换元件组成。当传感器的输出为规定的标准信号时,则称为变送器。传感器和变送器一同构成自动控制的监测信号源。不同的物理量需要不同的传感器和相应的变送器。还有一种变送器不是将物理量变换成电信号,如一种锅炉水位计的“差压变送器”,是将液位传感器里的下部的水和上部蒸汽的冷凝水通过仪表管送到变送器的波纹管两侧,以波纹管两侧的差压带动机械放大装置用指针指示水位的一种远方仪表。当然还有把电气模拟量变换成数字量的也可以叫变送器。以上只是从概念上说明传感器和变送器的区别。
随着多学科的交叉与新兴技术的集成应用,检测技术不断发展,新型传感器产品也层出不穷。从农业的发展趋势及农业生产各环节的需求可以预见,mems微传感技术、光纤传感技术、仿生传感技术、无线传感网络技术及光谱检测技术等一批新兴传感技术及检测手段,将是农业领域中传感器技术的发展重点。
1、mems微传感器技术,mems微传感器是指应用mems微机械电子加工工艺研制的新型敏感元件和传感器,可在芯片中集成信号的放大、滤波、反馈线路和补偿线路,具有小型化、低功耗和单件成本低等特点。mems微传感器主要包括微压力传感器、微加速度传感器、微角速度传感器、微型磁敏传感器、微型光敏传感器、微型热敏传感器和微型气敏传感器等。目前,mems微传感器产品已应用于汽车产业。在汽车电子控制系统中,mems压力传感器可用于测量气囊贮气压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过滤系统的流体压力和轮胎压力等参数;mems微加速度计主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等;mems微陀螺仪用于测量汽车的旋转速度,它与低加速度计一起构成主动控制系统。随着高端农业装备智能化的推进,微传感器具有巨大的应用潜质和推广空间,国内已有工程技术人员将mems微加速度传感器应用于水田激光平地机,实现了平地铲水平倾角的动态检测。mems气体传感器主要指气体浓度传感器,一般是基于敏感材料吸附原理,用来测试环境中o2、co2、ch4和c2h4的浓度,可广泛应用于现代农业环境检测。
2、光纤传感器技术,光纤传感器可以分为物性型和结构型两类,物性型光纤传感器是利用光纤本身(或通过光学镀膜技术在纤芯表面人为制造)的某种对环境变化的敏感特性,基于光纤的光调制效应,将输入物理量变换为调制的光信号;而结构型光纤传感器则是以光纤作为传输媒介,通过光敏元件实现信号转换的一种传感器。光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、固定准确、耐高温、耐腐蚀、易变形和无源等特性,被广泛地应用在航空航天、石油化工、冶金电力等各个领域,也可以满足农业领域的应用需求。在农业中,为保证育种及温室栽培环境适宜,可采用光纤温度传感器、光纤湿度传感器实时获取环境中的温湿度情况,并采用光纤co2传感器有效监测温室中的co2浓度,以保证环境条件达到所需的状态。为保证农业水利设施安全,可采用光纤光栅裂缝传感器等监测高架水渠或大型农业水利设施的健康情况,通过光纤流量传感器监测埋入地下的管道水流通畅状况。以光纤传感器为的光纤光度分析仪器在农产品品质无损检测中的应用也越来越广泛。
3、高光谱检测分析技术,高光谱技术是以纳米级的超高光谱分辨率和几十或几百个波段同时对地表地物成像的技术。高光谱检测分析技术是应用中转化而来,并被逐步应用到工业,农业等领域。高光谱检测分析技术融合了传统的成像技术和光谱技术的特点,获取的高光谱图像具有“图谱合一”的特点,即同时含有图像信息和光谱信息。图像信息可以用来检测被检物体的外观,而光谱信息则可以反映被检物体的内部特性及品质。目前,在国内农业领域中,农产品品质与安全检测主要还是依靠化学方法进行,化学方法是一种费时费力的破坏性检测技术。随着成像和光谱技术的发展,高光谱成像技术在美国、加拿大、澳大利亚、新西兰、欧盟等发达国家和地区已经广泛应用于农产品品质与安全的无损检测中,在现代精准农业中可满足物种鉴别、土壤分类、植物胁迫生理、作物健康、果蔬品质检测的技术要求。高光谱检测分析技术将是食品和农产品品质与安全检测的科学有效工具之一。
4、仿生传感器技术,仿生传感器是一种采用新的检测原理的新型传感器,它采用固定化的细胞、酶或者其他生物活性物质与换能器相配合组成传感器或传感器阵列。仿生传感器是生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型信息技术,具有性能好、寿命长的特点。作为一种模拟生物感官的新兴检测手段,仿生传感器技术在农业领域的应用已有较多报道。以仿生电子鼻为例,可在水果、饮料、酒类和肉类等产品的检测识别过程中,有效地对不同物质的气味进行分类识别。仿生电子鼻通常由若干气敏传感器组成传感器阵列,对挥发性气体进行复合检测和识别,阵列中每一个传感器对某些特定种类的气体成分敏感,使得传感器阵列对气体中不同的成分进行识别并给出总体评价。究其工作原理不难发现,这还不是真正意义上的仿生传感器,相信不久的将来,基于生物技术的模拟生体嗅觉、味觉、听觉和触觉仿生传感器必将问世,并在农产品和食品的检验检疫方面发挥作用。
5、无线网络传感器技术,无线网络传感器是具有无线网络通信功能的传感器,通常由大量的低功耗传感器节点组成无线传感网来进行信号采集工作。无线网络传感器技术涉及传感器技术、嵌入式计算技术、网络通信技术和分布式信息处理技术等多个学科领域。网络节点间采用自组织的通信方式,数据由特定的汇聚节点接收,可以探测周围环境中声、光、热等多种信号。由于功耗低、响应快、组网节点容量大,且成本低,无线网络传感器已在农业信息采集和远程监控中得到了应用。在现代精细农业中,应用无线传感网络监测土壤墒情,实施节水灌溉,减少漫灌造成的水资源浪费。在温室等农业设施中,应用无线网络传感器可同时对多个温室空气温湿度,光照强度,ph值和co2浓度以及土壤含水量和土壤中氮、钾元素含量等影响作物生长的环境信息进行实时监测,保证作物的增产增收。
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