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INDUSTRIAL SENSOR DEVELOPMENT REPORT 工业传感器应用发展报告 2 工业是人类对客观世界进行改造的最主要活动 ， 工业发展的水平关系着产业 ， 国家等方方面面 。 随着工业现代化的进程不断加快 ， 亟需全面的对工业领域相关技术进行升级 ， 在这其中离不开工 业传感器的重要演进 。 传感器负责收集外界及设备内的各类信息 ， 并将信息通过物联网 、 云计算 、 AI和机器学习等方式 ， 进行分析与处理 。 传感器的重要性毋庸置疑 。 传感器是数据的源泉 ， 传感器连接了模拟世界与数 字世界 ， 担负着感知的桥梁 。 本报告将围绕 HVAC、 预测性维护 、 仪器仪表 、 机器人 /协作机器 人 、 精准运动控制以及半导体设备等重要的工业 场景 ， 阐述传感器 在其中 的 典型应用 、 技术特点 和商业价值 。 摘要 HVAC 仪器仪表预测性维护 半导体设备精准运动控制机器人 / 协作机器人 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 资料来源： Mordor Intelligence 工业 4.0市场 -增长，趋势， COVID-19冲击和预测（ 2021年至 2026年） 背景 工业 4.0正处于高速增长期 ， 而随着新冠疫情 ， 则将进一步推动 工业智能化 、 网联化的发展 。 自动化和机器人等技术可帮助减少 对人工的依赖 ， 并使员工能够抵御这些潜在威胁 。 它还可以提高 生产率 ， 从而防止因隔离需求而关闭工厂 。 根据市场调研机构 Mordor Intelligence的报告预计 ， 2020年工 业 4.0的总市场为 860.3亿美元 ， 预计到 2026年将达到 2670.1 亿美元 ， 年复合增长率超过 20%。 随着工厂连接设备的数量逐 渐增加 ， 再加上来自现场设备数据量的巨大增长以及不断变化的 技术格局 ， 使得公司无论大小都必须迅速适应数字世界的变化 ， 工业 4.0正在促使 OEM们采用 IoT技术进入数字化时代 。 针对中国工业产业升级来说 ， 随着 中华人民共和国国民经济和 社会发展第十四个五年规划和 2035年远景目标纲要 发布 ， 特 别提出要加快发展现代产业体系 ， 巩固壮大实体经济根基 。 规 划 要求推动制造业优化升级 ， 深入实施智能制造和绿色制造工 程 ， 发展服务型制造新模式 ， 推动制造业高端化智能化绿色化 。 作为经济重要支柱和升级转型的关键 ， 我国工业的智能化改造势 在必行 ， 智能化离不开传感器技术的广泛应用 。 在 2021年两会上 ， “ 碳达峰 ”“ 碳中和 ” 被首次写入政府工作 报告 。 其中 ， 工业部门是我国实现碳达峰碳中和的重中之重 。 如 何在智能化升级 ， 从制造大国向制造强国的转变过程中 ， 确保能 耗的降低 ， 实现高质量的经济增长 ， 在这其中传感器也可以起到 非常大的作用 。 20%+ 2020-2026年预估 工业 4.0总市场规模 的年复合增长率 碳中和碳达峰 860.30 亿美元 2670.10 亿美元 2020-2026年预估 工业 4.0总市场规模 增长情况 3 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 观点 根据 Markets and Markets的报告 ， 工业传感器市场规模预计 将从 2020年的 182亿美元增长到 2025年的 290亿美元 ， 复合 年增长率为 9.8 。 工业 4.0和 IoT的日益普及以及工业机器人技 术的需求不断增长是推动市场增长的关键因素 。 传感器技术与 计算能力相结合 ， 为客户提供了更高生产率的解决方案 。 智能传感器具有收集 ， 传输和处理信息的能力 ， 在诸多制造业 中对于智能传感器的需求越来越大 。 比如智能传感器在工业自 动化和楼宇自动化中的使用 ， 由于其能够监视和处理振动和噪 声信号的能力 ， 因此 ， 他们能够检测机器的运行状况并预测其 故障的可能性 ， 从而帮助制造行业减少维护成本并通过最大程 度地减少停机时间来节省更多成本 。 因此 ， 作为 IIoT市场技术 演进的关键 ， 传感器正在朝向更加智能 ， 更低功耗 ， 更小尺寸 ， 更高性能 ， 更简单化的方向发展 。 面对智能化的未来 ， TE Connectivity (TE) 提出了 “ 未来感 知 ， 由我先知 ” 的口号 ， 以及 “ 创新 (Innovation)” 、 “ 集成 (Integration)” 、 和 “ 智能 (Intelligence)” 三大价值主张 。 TE“ 创新 ” 在于提供精确 、 可靠 、 高性能 、 高品质 ， 能够满足 严苛和复杂环境的创新传感器解决方案 ； TE“ 集成 ” ， 即增强 与客户的合作协同设计解决方案 ， 优化资源配置； TE“ 智能 ” ， 即聚焦智能传感器领域 ， 成为 “ 工程师的工程师 ” 助力未来各 领域的智能化发展 。 在三大价值主张的引领下 ， TE致力于让未 来智能世界中的行业和个体 ， 获得更多感知和探索未知领域的 机会 ， 从而构建更安全 、 可持续 、 高效和互连的未来 。 9.80 % 2020-2025年预估 工业传感器市场规模 年复合增长率 2020-2025年预估 工业传感器市场规模 增长情况 资料来源： Markets and Markets调研公司 Covid-19 影响的工业传感器市场的类型、应用行业和地域的影响 - 到 2025 年的全球预测 4 182 亿美元 290 亿美元 未来感知 由我先知 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report HVAC系统典型工业应用 人们不断追求更好的工作 、 购物或居家的舒适性 ， 在适宜的温湿度 ， 才能保持愉悦的心情和良好的 状态 。 随着智能建筑概念的兴起 ， 对室内空气进 行适度调节 ， 保持舒适 、 均匀的温度与湿度 ， 是 HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioning) 最重要的功能 。 同时在工厂环境 中 ， 温度与湿度控制对于确保机器长期运行以及 生产环节也至关重要 。 2021年一场覆盖全行业的可持续发展绿色行动 已经拉开帷幕 ， 在实现碳中和的过程中 ， HVAC 的节能及环保问题 ， 也成为了目前业界所关心的 问题 。 首先是环保 ， 空调制冷剂含有挥发性有机 化合物 ， 会危害臭氧层 。 而针对节能话题 ， 据清 华大学建筑节能中心测算 ， 2018年我国建筑运 行碳排放在 21亿吨左右 ， 约占全社会排放总量 的 20%。 如今 ， 为了实现 HVAC的高效管理 ， 提高生 产力并增强建筑的可持续性 ， 降低能耗的同 时尽量提升舒适性 ， 便捷性 ， HVAC系统正 在引入更多 IoT技术 。 包括可以对温湿度进行智能调节 ， 也可以更 好地对暖通设备进行监控与运维 ， 实现智能 化的管理 。 随着 HVAC系统的不断优化 ， HVAC 用传感器的需求也迅速提升 。 据 Industry ARC分析报告指出 ， 2023年 ， HVAC传感器市场估计将超过 24.07亿美元 ， 在 2017年至 2023年期间的增长率为 5.10 以上 。 资料来源： Industry ARC 报告 HVAC传感器市场预测（ 2021-2026） 5 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 温湿度 监测1 这些高精度传感器每个都经过校准 ， 并进行 了序列化以实现可追溯性 ， 其相对湿度的典 型 精 度 为 2% ， 温 度 的 典 型 精 度 为 0.2 C。 具有响应时间快 ， 功耗小的特点 。 这些传感器既提供可配置地址的数字 I2C接口 版本 ， 也提供具有 0.5-4.5V输出的模拟接口 版本 。 除 HTU31外 ， TE 还拥有其他一众湿 度感测产品 ， 包括 HTU2x系列数字湿度 /温 度传感器 、 HTU35和 HTU38 湿度和温度模 块 、 HM和 HTM 湿度 /温度和单湿度探头 ， 以及 HS1101LF湿度元件 。 TE湿度传感器 系列采用电容式传感技术 ， 该技术可以感应 整个 0-100%范围内的相对湿度 ， 能够对变 化的相对湿度水平迅速做出反应 ， 并且可以 从冷凝中快速恢复 。 配备的温度传感器 ， 可 以直接计算露点 ， 并且能够监测房间或外壳 内的温度 。 HVAC的发展历时悠久 ， 功能已经从仅控制温度 （ 加热或冷却或兼而有之 ） 发展到不仅监测和 控制温度 ， 而且还监测控制湿度 、 空气质量等其 他方面 。 从湿度角度来看 ， 几乎所有新型系统都 可以监测和显示湿度 ， 尤其是在工业环境中 ， 可 以控制建筑物内的相对湿度水平 。 为了始终能够 高效提供理想的室内环境 ， 很多暖通空调系统现 在都配备了用于加湿和除湿的特定组件 。 湿度传 感器不仅在监测室内外的湿度方面发挥着关键作 用 ， 而且还可以负责监测和控制用于修改湿度设 备的关键元件 。 湿度传感器已经从具有有限测量 范围和精确度的简单电阻设备 ， 发展到可以在各 种条件下高精度测量温度和湿度的全数字产 品 。 TE一款可表面贴装的湿度 /温度数字输出组合传 感器 HTU31， 采用 2.5 x 2.5 x 0.9 mm 6引 脚 DFN封装 ， 是市场上尺寸小且精确度高的湿 度传感器 。 即使在严苛的环境下 ， HTU31也能 够提供响应速度快 、 测量精确度高 、 迟滞低和持 续性能好的特点 。 6 传感器在 HVAC系统中主要布局在管道 ， 房间 ， 电缆 ， 墙壁 ， 浸入式等场所 。 传感器主要 用于减少能耗 、 准确控制温湿度以及预测性维护等方面 ， 测量及监控环境中的各种指标 ， 例如温度 、 湿度 、 压力和空气质量 。 HVAC应用传感器类型包括温度传感器 ， 湿度传感器 ， 压力传感器 ， 占用传感器 ， 气体和挥发性有机化合物传感器等 。 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 在暖通自控系统当中 ， 末端传感器和控制器是保 证整个系统平稳运行且达到节能效果的关键部件 。 在中央空调的室内通风口处 ， 压差式压力传感器 被用来监测出风口处的滤网两端的气压差 。 过滤 网用来过滤通风管道中的灰尘杂质 ， 随着时间的 累积 ， 过滤网上的灰尘越积越多 ， 渐渐影响到滤 网的空气流通 ， 也影响人们的身体健康 。 由于空 气流通不畅 ， 滤网两端的气压差不断增大 。 压力 传感器感测到压力变化 ， 上位机接收到来自压力 传感器的信号 ， 当这个信号值达到报警点时 ， 就 会开始报警 ， 提醒更换或者清洗滤网 。 压力传感器还可以通过测量空气流量和压力来提 高空调系统的效率 。 通过对空气压力 、 质量和通 风的评估和监测 ， 压力传感器可准确判断出合适 的通风量 。 此外 ， 通过测量不同位置或房间的压 力和气流 ， HVAC系统可以优化供暖 、 冷却及空 气流动 ， 降低能耗与成本 。 随着 TE收购 SMI， 现在可 提供超低压传感器 ， 可用于监视压缩空气系统中的过滤器 ， 并监 视 、 调节变风量和分区系统中的气流 。 SM9000 / SM7000 / SM6000 / SM5000 系列产品 在表压 、 差压或不对称差压配置中 提供 0.07至 2.49 PSI的压力范围 。 这些传感 器能够检测到细微的压力变化 ， 且精确度高 ， 可提供长期的稳定性 。 该系列提供 JEDEC 标准 SOIC-16封装 ， 具有双垂直或水平安装 选项 ， 适合表面贴装 。 通过双端口传输 ， 可 以进行基准测量 ， 从而最大限度减少环境压 力变化造成的误差 。 该系列压力传感器内部 集成了信号调理 ASIC， 可以从数字接口获取 高水平的校准压力信号 。 这消除了对额外电 路 （ 如包含自定义校正算法的补偿网络或微 控制器 ） 的需求 。 7 HTU2x系列 数字湿度 /温度传感器 HTU35和 HTU38 湿度和温度模块 HM和 HTM 湿度 /温度和单湿度探头 HS1101LF 湿度元件 HTU31 湿度 /温度数字输出组合传感器 可表面贴装 尺寸极小 响应速度快 测量精确度高 迟滞低 持续性能好 压力检测2 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 目前 ， 大部分机器的状态还是由操作员依靠自 己的直觉和经验来判断 ， 但这并不可靠 。 而对 于保养工作 ， 操作员大部分都是严格按照运维 手册定期保养 ， 这其实很难检测突发事件 ， 并 且无法发挥机器的最大工作效率 。 预测性维护 和基于条件的维护 （ PdM / CbM） 概念的引入 ， 可以帮助企业运维人员在机器需要维护之前就 发现这些问题 。 这类主动维护的方式都可以提 高可靠性 、 减少停机时间 、 提高工作效率 。 随着机器学习的出现 ， 再加上高效的大数据分 析 ， 并行处理框架以及高精度可安装的传感器 ， 正在改变机器状态监控市场 。 而如今工厂的自 动化系统愈加复杂 ， 越来越需要将机器状态监 视系统与其他机器维护系统 （ 例如工厂资产管 理 （ PAM ） 和计算机化维护管理系统 （ CMMS） 集成在一起 。 振动监测系统与 PAM和 CMMS的集成有助于确保根据分析的 结果生成资产状况的整体视图 ， 并避免高昂的 停机时间 。 根据 Markets and markets的报告 ， 预计全 球机器状态监控市场规模将从 2021年的 26亿 美元增长到 2026年的 36亿美元 ， 年复合增长 率 CAGR将达 7.1 。 预测性维护的总体思路 是直观 、 准确 、 及时 ， 因此 预测性维护系统需 要依靠大量的传感器数据进行机器状态监控 。 其中包括温度 、 压力 、 振动 、 旋转速度 、 电流 、 液体特性等传感器 ， 通过传感器收集数据后 ， 再由 AI进行训练与推理以确保预测性维护的 实施 。 8资料来源： Markets and Markets COVID-19影响下的机器状态监控市场分析 -到 2026年的全球预测 典型工业应用 预测性维护 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 随着物联网和自动化的扩展 ， 不仅是大型设备 ， 小型系统也需要增加状态监测传感功能 ， 如机 床主轴 、 传送带 、 分拣台和机床借助合适的传感 器 ， 可以在任何工业应用内完成状态监测 ， 进行 预测性维护 ， 以确保操作可以根据需要正常运行 。 旋转设备资产状态监测是一种管理工厂可靠性和 安全性的方法 ， 经数十年实践证明行之有效 。 振 动监测是其中的主要部分 。 传统上 ， 加速度传感 器安装在机器上 ， 通过硬连接方式接回中央机械 保护系统 （ 例如振动监视器 ） 。 这种技术虽然可 靠 ， 但价格昂贵 ， 因此通常用于大型旋转机器 ， 如蒸汽涡轮机或大型燃烧 （ 气体 ） 涡轮机这类对 工厂运营 “ 至关重要 ” 的机器 。 而对于不太重要 的资产 （ 即所谓的配套设备 ） ， 如离心泵和压缩 机等 ， 安装这类状态监测系统的业务案例则少之 又少 。 然而 ， 在某些情况下 ， 这些机器的可用性 对工厂的安全可靠运行亦非常重要 ， 不能有丝毫 损失 。 为此 ， 需要经济实惠的状况监视器配套设 备 。 作为一种解决方案 ， 无线加速度传感器被提出已 有十余年 。 许多商业实施的结果好坏参半 ， 原因 有多种 。 而在 TE看来 ， 随着工厂运营者对于以 经济实惠价格获取数据的需求日增 ， 物联网设备 的边缘计算技术和数字无线电性能的提升 ， 加上 电池性能的提高 ， 推出这种无线传感器的技术和 市场力量已充分融合 。 9 工业状态振动监测1 TE 8911无线加速度计 TE设计了 8911型无线加速度传感器 。 这款传 感器具有易于扩展的无线架构 ， 可满足工厂运 营者对机器状况数据的需求 。 其中内置 LoRaTM无线电技术并使用 LoRaWANTM 协 议与无线网关通信 ， 根据采样率可实现长达 5 年的电池寿命 。 8911型无线加速度传感器可安装在复杂的工 厂环境中 ， 无需担心信号完整性问题 ， 它具有 边缘计算能力 ， 可计算处理的机器数据 。 TE嵌入式加速度计 工业状态监测的加速度传感器类型主要包括 PE压电式加速度传感器和可变电容 （ VC） MEMS加速度传感器 。 对于工业状态监测和预见性维护应用 ， 以下振 动规范参数对于确保长期 、 可靠 、 稳定和准确 的性能至关重要 ， 具体包括：宽频率响应 、 测 量分辨率和动态范围 、 长期稳定性 ， 偏移量小 、 工作温度范围 、 封装选项 ， 易于安装 、 传感器 输出选项 。 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 两种产品各有优劣 ， 具体取决于最终应用 。 但是在工业状态监测和预见性维护应用中 ， PE传感器是更好的选择 ， 由于其成熟的技术 ， 它们可长期稳定地保持可靠性 ， 同时还具有 宽频率响应 ， 更好的信号分辨率等 。 TE提供了包括单轴 /三轴 SMT 安装版本 ， 以 及 TO-5封装的 PE传感器 ， 这些设计允许直 接安装到轴承座或嵌入式安装 。 10 805M1 是一款基于 3 针 TO-5 封装的小尺寸粘贴安装电压输出加速度传感 器 。 最大支持 500 g测量范围 ， 灵敏范围为 4-100mV/g， 支持粘 合剂或螺钉安装 。 820M1 压电式 1.25V输出的单轴 PE加速度传感器 ， 是一款低成本 、 板安 装式加速度传感器 ， 专为嵌入式状态监测与预测性维护应用而设计 。 频率响应范围为 2Hz至 10000Hz。 量程最大可支持 6000g。 是一款三轴 PE加速度传感器 ， 同样具有频响范围宽 、 小尺寸 、 低功耗和可靠性高等特点 ， 最大支持 2000g量程范围 。 830M1 两类传感器具有不同特性 。 其中 PE传感器具有 长期稳定性 ， 已成功商用了 30多年 。 压电晶体 具有固有稳定性 ， 随着时间的推移仍表现出优异 的稳定性 。 VC MEMS 加速度传感器相对较新 。 由于设计结构问题 ， MEMS传感器具有固有的 漂移缺陷 。 虽然体硅微机械加工 MEMS 传感器具有最佳的 漂移抑制 ， 但其成本也明显更为昂贵 ， 因此通常 只用于惯性应用中 。 针对状态监测 ， MEMS 供 应商提供了一种表面微机械加工 VC MEMS 传 感器 ， 这类传感器的成本虽然要便宜得多 ， 但最 终用户将无法获得较好的测量分辨率和长期稳定 性 。 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report TE IEPE型加速度传感器 IEPE型加速度传感器内部集成了 ASIC信号调理电路 ， 可以直接将传感器采集到的数据进行 处理 ， 无需后续的处理电路 ， 使用同轴电缆传输信号 ， 尤其是针对长距离传输 ， 具有小型化 、 低功耗 、 强抗干扰能力和高智能化程度 ， 满足数字化预测性维护的需求 ， 越来越受到智能工 厂的欢迎 。 TE IEPE型传感器包括 8711/8811/8021/8011等系列 ， 具体优势如下： TE的 IEPE系列可直接安装于传统控制系统形态 DCS或可编程序控制系统 PLC， 其操作方便 快捷 、 适合大规模投入使用 ， 确保 TE传感器在广泛的应用场景中向监测网络传输可靠数据 ， 为设备异常做好准确预判 。 采用不锈钢焊接外壳 ， 对各种严苛环境有较好的适应力 IEPE技术的应用使其能够有效阻挡电磁干扰 产品高量程及高频率响应 ， 既保证灵敏度又适应较大加速度范围 111 8811-01 是一款坚固的内部屏蔽 IEPE 加速度传感器 ， 具有最高达 2.5 kV 的定制防雷击保护 ， 设计用于可能暴露于雷电环境下的严苛工业状态 监测 。 8711-01 是一款坚固耐用的内部屏蔽式 IEPE 加速度传感器 ， 专为设备状况监 控而设计 。 是坚固的内部屏蔽 IEPE 加速度传感器 ， 适用于严苛环境 。 8021-01 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 12 液体特征监测2 液体特征测量是工业现场中常见的传感器 ， 用于 测量液体的粘度 、 密度 、 介电常数和温度 ， 从而 判断液体何时达到其使用寿命 。 FPS2800 TE的 FPS2800传感器 ， 基于音叉原理技术 ， 并 内置高效的软件算法 ， 具有高度集成 、 坚固封装 、 数字 CAN接口 、 内置诊断以及经过工厂校准等 多种优势 ， 应用于工业和商用车辆润滑油品质等 全生命周期监控 。 TE还提供了广泛的各种类型的传感器 ， 包括 火灾余压等特殊应用传感器 ， 以及温湿度传 感器 、 压力传感器 、 液体特征传感器 、 位移 传感器等产品 。 作为跨国传感器供应商 ， TE正在通过高可靠 性 ， 高精度 ， 灵活配置 ， 多产品布局等方式 ， 帮助各行业的工业客户更好地导入预测性维 护等先进的数字化技术 。 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 如果说传感器是人类五官的延伸 ， 用来获取自然 和生产领域中的可靠信息 ， 那么仪器仪表就相当 于工业生产中所有设备及传输通路的 “ 五官 ” ， 负责监控和采集工业系统每个环节的数据 。 仪器 仪表对于过程控制系统是至关重要 ， 可以就过程 控制进行实时测量 ， 以及对过程变量进行有效控 制 ， 确保生产线高效 ， 安全和经济地运行 。 据 Verified Market Research报告数据 ， 2019 年 ， 工业过程仪表市场的价值为 167.3亿美元 ， 预计到 2027年将达到 217.6亿美元 ， 复合年增长 率为 8.79 。 智能化工厂需要确保全生产生命周期的过程是自 动化监控与控制的 。 仪器仪表则负责监控生产过 程中的全部数据 ， 这些数据经过收集 、 传输 、 处 理与反馈 ， 从而驱动自动化生产过程有序高效地 进行 ， 因此仪器仪表是工业自动化 、 智能化的 重要支撑 。 随着人工智能与边缘计算的发展 ， 仪器仪表也需要支持人工智能从而在终端实现 数据的快速处理 ， 避免因传输延迟而影响整体 生产过程 。 传感器是仪器仪表进行数据采集的重要途径 ， 负责为仪器仪表收集工业现场的数据 。 仪器仪 表的量程 、 准确度 、 可靠性等 ， 主要依赖于传 感器的性能 ， 因此如何选择一款适合的传感器 ， 是工业仪器仪表设计的首要任务 。 以下我们介绍仪器仪表中三种重要的传感器 ， 通过了解这些传感器原理和选型等 ， 将会对仪 器仪表中使用的传感器有更深的理解 。 13资料来源： Verified Market Research报告 全球工业仪表市场预测 典型工业应用 仪器仪表 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 压力传感器最重要的是要满足工业仪器仪表领域不断发展及创新的要求 ， 其准确的压力测量及长 期稳定性至关重要 。 随着仪器仪表的发展 ， 高精度 、 小型化 、 智能化 、 数据化是主要的发展趋势 。 伴随着整体工业系统复杂化演进 ， 需要越来越多具有更高精度的仪器仪表 ， 以准确测量和获得到 整体系统的各种数据和信息；其次 ， 受现场位置和重量的限制 ， 产品也越来越要求小型化 、 微型 化；第三 ， 随着物联网 、 5G技术和其他联网技术的兴起 ， 仪器仪表需要采集更多的数据和信息 ， 这不仅对总体的采集数量有更多的需求 ， 同样对每个节点来说 ， 采集的数据或信息也要求更加准 确和多样 。 14 压力检测1 85系列 TE不锈钢隔离 85系列压力传感器是一款外形小巧 、 介质兼容性好的 硅压阻式压力传感器 ， 封装在 316L不锈钢壳体中 。 该款 14位数字压 力传感器支持 I2C和 SPI输出协议 ， 供电电压为 3.3 或 5.0Vdc， 可采 用焊接式结构或者直接通过螺纹进行过程连接 。 传感器通过硅油将压 力从 316L不锈钢隔离膜片传递到感应元件上 。 85BSD压力传感器产 品可广泛设计和应用于高性能 、 低压力量程应用领域 。 TE特别定制 了 ASIC芯片 ， 采用数字处理技术 ， 以实现传感器的温度补偿和偏差 修正 ， 方便不同的客户进行数据采集和处理 。 TEI-19D TE 新推出的 TEI-19D 是新一代高精度数字压力传感器 ， 特别适合 工业天然气流量体积修正仪 。 其在 -2065 温度范围内具有 0.2% 读数精度和 0.4%总误差带 （ TEB） . 高精度压力输出 ， 满足气体流 量计系统规格 ， 无需在客户设施进行二次校准 ， 数字接口协议使 TEI-19D 无需数据转换即可无缝集成到客户系统中 。 TE板装式压力传感器 MS5803， 具有小巧紧凑 、 重量轻 ， 性价比高 等特点 。 功耗仅为 1A ， 数字分辨率达 24位 ， 支持数字输出信号 。 具有较强的抗腐蚀性和耐久性 ， 可用于燃气表等应用 。 MS5803 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 在工业过程控制过程中 ， 由于一些产品的特殊性要求 ， 通常需要准确快速的温度控制以调整产品 的反应合成速度 ， 从而确保产品质量 。 在自动化生产过程中 ， 广泛使用温度表来检测和调节温度 变化 。 通过热电偶和热阻传感器反映温度变化 ， 并将数据传递至温度采集设备中进行实时检测和 分析 。 TE的 PTF系列产品使用铂材料 ， 其温度特性曲线符合 DIN EN 60751。 用铂作为电阻材料 具有出色的长期稳定性 。 此 RTD体积小 、 质量轻 ， 具有快速响应时间和低时间常量 ， 是快速 、 精 确反馈控制系统的良好解决方案 。 该产品具有宽工作温度范围： -50 至 +600 （ 金包镍导线的 Class F 0.3 PTF， 银导线版本限 制为 300 ） ， 产品在寿命期内具有非常低的偏移 ， 以及快速的响应时间 。 支持多种外形尺寸来 满足各种空间要求 。 编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器 ， 这些脉冲能用来控制角位移 ， 如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起 ， 也可用于测量直线位移 。 编码器通常包括了光学和 磁性两种测量方法 。 随着对流量计测量精度要求的不断提高 ， 在流量计上增加编码器 ， 利用其输 出的脉冲信号进行统计和显示测量结果 ， 已经成为数字化流量计的主要工作方式 。 编码器与流量 计中的转子相连接 ， 转子随着流速进行旋转 ， 产生的磁场通过磁性传感器将其转换为信号并输出 。 通用非接触式磁性编码器 ， 可实现精确可靠的测量 。 TE KMA36磁性编码器使用各向异性磁阻 (AMR) 技术 ， 能够以非接触方式准确确定外部磁铁 360 范围内的磁场角度 ， 分辨率高达 15位 。 KMA36 通过 I2C接口提供低功耗休眠模式 。 此外 ， 通过使用可编程参数 ， 用户可获取多种配置选 项 ， 从而提供最大的自由度和功能性 。 KMA36磁性编码器 IC可用作线性位移传感器和旋转位移 传感器 ， 具有较大的空气间隙公差 。 测量在温度范围内均保持可靠 ， 同时对热应力不敏感 。 这款 通用磁传感器的免维护操作和高带宽特性使其成为严苛环境中动态应用的理想选择 。 15 温度监测2 位置检测3 PTF系列 KMA36 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 随着工业对于生产效率的需求不断提高 ， 机器 人及自动化已经逐渐成为现代化工厂的标配 。 由国际机器人联合会 (IFR) 发布的 新世界机 器人 工业机器人 2020 (The new World Robotics 2020 Industrial Robots) 报告显示 ， 2019 年 ， 中国的新机器人销量出货量约为 14.05 万台 。 2020年中国工厂有 78.3 万台工 业机器人在运行 ， 增长 21%。 预计全球工业机 器人市场将在 2019年至 2027年间持续稳定增长 。 根据 Statista的数据统计指出 ， 2019年 ， 全球 约有 270万台工业机器人在运行 ， 市场规模估计 将近 400亿美元 ， 预计到 2027年 ， 市场规模预 计将超过 1000亿美元 。 机器人市场按照应用来划分 ， 可分为工业机器 人 、 服务机器人和协作机器人等 。 IFR将工业机 器人定义为 “ 自动控制 、 可重复编程 、 具有三 个或以上可编程轴的多功能机械臂 ， 其机械 臂可以是固定的或移动的 ， 用于工业自动化 应用程序 ” 。 协作机器人则定义为是一种和人类在共同工 作空间中能进行近距离互动的机器人 。 与工 业机器人不同 ， 协作机器人能和人类近距离 接触 ， 在生产生活中充当不同的角色 ， 如在 办公室环境下它可以是和人类一起工作的自 主机器人 ， 在工厂中它可以充当没有防护罩 的工业机器人 。 无论哪类机器人 ， 都离不开传感器 。 传感器 赋予了机器人视 、 力 、 触 、 嗅 、 味等多种感 知能力 ， 它们不仅能从外部赋予机器人感知 功能 ， 还能用于检测机器人自身的内部工作 状态 ， 通过对各关节的位置 、 速度 、 温度 、 16Statista数据统计 2019-2027年全球工业机器人市场规模 典型工业应用 机器人 /协作机器人 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 载荷 、 电压等信息进行探测和了解 ， 有效保证 和提升机器人自身的运作和灵敏度 。 随着工业 4.0 趋势的发展 ， 在工厂车间使用机 器人 、 采取自动化和控制系统已成为提高生产 效率和盈利能力的重要方式 。 对工业机器人自 动化需求的提高 ， 使得传感技术将继续成为数 据收集的重要基础 。 扭矩传感器是用于测量反作用扭矩和旋转扭矩 的传感器 。 扭矩仪带有一体式机械限动器 ， 可 增加过载容量并在安装和操作期间提供额外保 护 。 TE为动态和反作用扭矩测量提供各种小量 程传感器 。 可使用单个器件同时测量反作用扭 矩和力 ， 这些传感器还可以检测角度位置并提 供速度测量 。 和工业机器人不同 ， 协作机器人需要同工人进 行交互 ， 因此对安全性要求愈发强烈 ， 需要集 成大量监测和控制技术 。 其中一个技术是安全 扭矩传感器 ， 它可监测协作机器人上各种旋转 枢轴点的机械扭矩 。 安全扭矩传感器通常集成在协作机器人的关节 单元中 。 关节单元是一个完整的系统 ， 通常包 括一个或多个角度传感器 ， 以及电机和谐波减 速机 。 关节单元可驱动机器人每个手臂的运动 ， 而扭矩传感器用于检测电机和谐波减速机内的 扭矩 。 扭矩水平由控制电路用于关闭关节 ， 以 防止对机械臂本身造成损害 ， 或者 ， 如果协作 使用 ， 则防止相应的工人受伤 。 在机器人应用 中 ， 从使用功率限制系统到使用扭矩传感器的 转变是由扭矩传感器为系统提供的优势推动的 。 扭矩传感器可缩短响应时间并提高精度 ， 从而 提高机器人系统的安全性和可靠性 ， 并确保人 员的安全性 。 TE Cobot环形安全扭矩传感器以一件式挠曲 件为起点 ， 该挠曲件设计用于将旋转扭矩转换 为机械应变 。 扭矩传感器基于集成的 MEMS 称重传感器 ， 可以将机械扭矩转换为与施加的 扭矩成正比的数字输出信号 。 根据不同应用 ， 可以建立扭矩阈值 ， 让协作机器人在任何人受 伤之前或对协作器人本身造成任何损害之前关 闭 。 TE的安全扭矩传感器旨在提供准确的扭矩数 据 ， 同时更大限度减少交叉载荷误差 （ 轴向载 荷 、 径向载荷和倾斜力矩 ） ， 并可充当谐波减 速器中的密封壁 。 为了符合 ISO13849 类别 4 PL e 的功能安全要求 ， 安全扭矩传感器的设 计基于双通道系统 ， 并包含用于检测任何安全 相关故障的其他功能 。 TE的安全扭矩传感器 专门针对协作机器人进行了优化 ， 对串扰具有 低易感性 ， 从而增加了精确度 。 支持定制机械 接口 ， 传感器可轻松进行调整尺寸和测量范围 ， 以满足客户的特定要求 ， 在提高协作机器人的 安全性和可靠性方面发挥着重要作用 。 17 扭矩检测1 Cobot环形安全扭矩传感器 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 机器臂中需要大量的力检测和力 反馈数据 ， 来确定抓取物体过程 中的力度是否合适 ， 以及通过不 同的称重数字保证制造过程的一 致性 。 其中 ， 力传感器担当着机 械臂受力的使命 。 力传感器最基 本的特性是灵敏度 、 稳定性 、 可 重复性和精度 。 此外 ， 力传感器 还能够在正常使用和操作过程中 承受一定程度的高过载 （ 包括意 外跌落和其他不可预见的压力 ） 而不会损坏 。 TE的 FX29按钮压缩式力传感器 ， 兼具高性能和性价比 ， 同时设计尺寸非常紧凑 。 核心传感元件 是一个半导体微机械硅压阻式应变片 。 每个力传感器有四个精心排布的 MEMS裸芯片 。 这些应变 片根据密切匹配的热 /电工作特性配对 ， 形成一个惠斯通电桥 ， 其中两个应变片测量张力 ， 另外两 个应变片测量压缩力 ， 应变片所依附的基板可在受到外界力或扭矩作用时变形 。 电桥产生的差分 电压输出信号与外界施加在 FX29基板上的力的大小成正比 。 与许多制造商使用的粘结箔应变片 (BFSG) 技术相比 ， 半导体应变片具有 75倍的灵敏度 ， 因此可 支持更硬的负载受力结构和更小的应力等级 ， 但仍可产生 10倍的信号输出 ， 十分适合对于灵敏度 和稳定性有高要求的机器手臂的应用 。 18 力检测2 FX29 按钮压缩式力传感器 工业传感器应用发展报告 Industrial Sensor Development Report 机器臂除了要监控动作的力度之外 ， 还要监控其运动轨迹 ， 并且对精度和响应有很高的要求 。 机 器臂在作业过程中会产生电流 ， 磁阻传感器会以增加垂直磁场的方式监测期间的阻值变化 ， 从而 测量出机械臂的角位移 ， 以监测设备了解机器手臂的运动轨迹 。 有些材料中磁阻的变化 ， 与磁场 和电流间夹角有关 ， 称为异向性磁阻效应 ， 可用来精确测量磁场 。 各向异性磁阻 (AMR) 传感器 是精确的非接触式设备 ， 可对传感器感测到的磁场角度变化进行测量 。 TE的 KMXP系列位移传感器采用 AMR技术 ， 可在高温等严苛环境中提供出色的精度和可靠准确 的测量 。 严苛环境中的应用需要即使暴露于油渍 、 污垢和灰尘中也能表现良好的传感器 。 这些传 感器提供两种不同的 DFN封装 ， 可用于多种方向选择 ， 这些封装可以轻松集成到几乎任何自动装 配过程中 。 具体优势如下： 高分辨率和高精度 ： 采用非接触式测量技术的磁阻 (MR) 传感器 ， 可在 1 5 mm 范围之间提供 10-50m 的精确度 。 易于装配： DFN封装适用于任何 PCB装配过程 ， 可降低 OEM制造成本 。 采用卷带包装可轻松集成 。 设计自由： 垂直或扁平焊接版本 ， 以及用于大的空气间隙应用的较小的传感器壁厚 。 卓越性能： 可以承受高达 150 C的温度 ， 即使在脏