傳感器技術(shù)在微量注射泵中的應(yīng)用
傳感器是一種能感受或響應(yīng)規(guī)定的被測量物理量,并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號輸出的器件或裝置,它可將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供檢測的電信號,并將各種參量送入計算機(jī)系統(tǒng),進(jìn)行智能監(jiān)測、控制,是測量系統(tǒng)中的一種前置部件。近年來,傳感器的應(yīng)用正朝著兩個方向發(fā)展,一是單一功能傳感器朝著多用途傳感器的綜合應(yīng)用發(fā)展;二是傳感器與微處理機(jī)接口,既改進(jìn)傳感器的測量精度和可靠性,又提高微處理機(jī)的運(yùn)算精度,二者相輔相成。當(dāng)前,傳感器已廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、能源、宇宙空間、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、自然災(zāi)害預(yù)報、醫(yī)療保健以及癌癥診斷等各個領(lǐng)域。
一、容柵傳感器
容柵傳感器是一種基于變面積工作原理,可測量大位移的電容式數(shù)字傳感器,與其它數(shù)字式位移傳感器,如光柵、感應(yīng)同步器等相比,具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、分辨率和準(zhǔn)確度高、測量速度快、功耗小、成本低、對使用環(huán)境要求不高等突出的特點,因此在電子測量技術(shù)中占有十分重要的地位。隨著測量技術(shù)向精密化、高速化、自動化、集成化、智能化、經(jīng)濟(jì)化、非接觸化和多功能化方向的發(fā)展,容柵傳感器的應(yīng)用越來越廣泛。
在整個測量系統(tǒng)中,容柵傳感器的主要作用是把機(jī)械位移量轉(zhuǎn)變成電信號的相位變化量,然后送給測量電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。容柵傳感器通過精密電壓比較器 TLC354進(jìn)行控制,由繼電器供電,由CPU89C52提供所需的激勵信號,同時接收其感應(yīng)信號,并通過鑒相型電路測量出激勵信號與感應(yīng)信號的相位差,經(jīng)過一系列的變化,即可得出活塞移動的長度距離。
二、光電開關(guān)
在設(shè)計中,為了兼容多個廠家的注射器,我們專門考慮了測量注射器直徑的問題。最初是選用高精度的CCD光學(xué)傳感器,但是考慮到主要的功能為檢測注射器的直徑,而不同型號的注射器直徑具有階躍性的特點,為了降低成本,我們將其換成了光。
光電開關(guān)是一種電量傳感器,它把發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化,即進(jìn)行電信號→光信號→電信號的轉(zhuǎn)換,以此來達(dá)到探測的目的。由于光電開關(guān)輸出回路和輸入回路是電隔離的(即電緣絕),所以它可以在許多場合得到應(yīng)用。在本系統(tǒng)中我們選用光電開關(guān)的型號為HY-301-05,當(dāng)鎖定注射器的閥門被提起,分別提到不同高度時,通過對光電開光的遮攔而讀出注射器的直徑。
三、壓力傳感器
壓力傳感器是工業(yè)實踐中最常用的一種傳感器,而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)的壓電傳感器。目前,壓力傳感器的種類很多,有振動筒式、石英波登管式、壓阻式、應(yīng)變片式等。本系統(tǒng)中采用的是電阻式壓力傳感器,其工作原理是將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值,通過測量此電阻值達(dá)到測量非電量的目的。傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來的傳感器。
應(yīng)變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上,當(dāng)彈性敏感元件受到外施壓力作用時,將產(chǎn)生應(yīng)變,電阻應(yīng)變片將它們轉(zhuǎn)換成電阻變化,再通過電橋電路及補(bǔ)償電路輸出電信號。
在產(chǎn)品中我們采用CZA-102的壓力傳感器,此傳感器的芯片具有精度高、漂移小、測試范圍大的特點,當(dāng)注射器的針頭的阻力大于正常值時,壓力傳感器即可檢測到電壓信號的變化,然后經(jīng)過放大,再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
本文在比較國內(nèi)外現(xiàn)有微量注射泵存在的不足的基礎(chǔ)上,研究了傳感器在微量注射泵中的一些新的應(yīng)用。通過這些應(yīng)用,成功地提高了注射精度,降低了成本,其適用范圍廣及功能全面等特點使得市場前景十分廣泛。