工业传感器应用：关键作用与选择要点

过程工业拥有大量的机器或系统集群以及相互连接的设备，这些设备都依赖于传感器才能正常运行，而传感器在工业应用中起着至关重要的作用。这些传感器的选择需要考虑到工业环境中的严苛要求，并且传感器足够可靠，可以消除工厂过程中的盲点，从而实现高质量的生产。

工业领域的传感器应用有很多 ，例如温度传感、压力传感、湿度传感等。而且，工业现场相对恶劣的环境也对传感器的性能提出了诸多挑战。例如NTC传感器需要在高温环境下进行温度测量，还需要可靠地完成电路保护功能。

在工业场景中，这些不同的传感器起到什么作用，需要注意哪些点？

工业NTC

从工业应用的角度来看，NTC的应用可以说是非常广泛的，比如一些电源转换电路、UPS、驱动器、控制柜、火灾探测器等。在功率转换中，比较常见的是IGBT分布式温度监控。由于IGBT、MOSFET等器件的功率转换涉及AC/DC、DC/DC、DC/AC等过程，会产生热量，需要对这些热量进行监控，避免IGBT、MOSFET因过热而损坏。

在分布式IGBT温度监测中，最常见的NTC应用是将其安装在PCB板的散热器上。这种安装方法非常简单，用螺丝固定即可。通常，此类应用采用旋入式 NTC，非常易于部署。前端用螺丝圈固定后，后端也可以根据线材长度定制。在此应用中，NTC 需要用金属标签外壳密封，以确保 NTC 良好的热耦合。一般来说，这款NTC 125℃的高温性能可以适应大部分应用，但如果工业场景有更严格的高温要求，则需要对传感器探头进行加强。

结合实际使用场景，场景对温度监控会有一些不同的需求。例如，在UPS系统中，NTC至少需要监测三个位置的温度，一是监测散热器处整流器和逆变器的温度；二是监测散热器处的温度。二是监控BMS中BMS的温度，特别是锂离子电池。由于锂离子电池不耐热，因此需要监控每块电池的温度，以确保BMS不会过热；三是监控机柜内整个UPS系统的温度，需要使用的NTC数量取决于UPS的大小。

在这种功率转换应用中，模块化趋势明显，为了顺应这种趋势，NTC在设计和制造上也需要注意很多点。首先在技术方面，需要采用烧结和键合半导体技术将片状NTC连接到电路板。为了加强NTC的热性能，一些制造商还采用丝网印刷技术进行涂覆，以确保在工业高温下的可靠性。这种可键合的片状NTC可以直接安装在IPM中测量IGBT附近的温度，而且由于是直接连接到电路板，热耦合性能也非常出色。

工业压力传感器

另一个主要的传感应用类别是压力传感器。许多工业应用使用液压或气动设备。在这些需要压力传感器的设备中如何控制气体和液体的压力呢？硅压阻压力传感元件是工业场景中经常使用的压力传感器。它的工作原理实际上是惠斯通电桥。当气体或流体的压力作用在该元件的膜片上，使膜片变形时，几乎每个电阻都会变形，从而产生不同的输出，通过输出的大小来判断压力的大小。

压力测量的种类很多，有的测表压，有的测背部绝对压力，有的测前部绝对压力，而且每种测量类型的测量范围都不一样。需要注意的是，有些被测物体是有腐蚀性的，这时候就要选择充油芯体，也就是把芯片封装在充油芯体里面，然后把整个芯体做成压力传感器，避免直接接触元器件，以免被测体因接触而腐蚀导致损坏。其实也和基片玻璃的选择有关，测表压、测背部绝对压力、测前部绝对压力，基片玻璃的选择是不一样的。

压力传感器的过压能力是一个非常直观的性能表现。为了增强过电压能力，可以通过减小孔的体积或增加硅玻璃接合面积来实现。这种改进是显而易见的，有时会使器件的过压能力加倍。

工业铝电解电容器

工业领域中变频器的使用可以说是随处可见，不仅可以达到节能的目的，还可以减少电机的损耗，从而提高电机的寿命。变频器的逆变部分在调制时会产生较大的纹波，调制过程中能量的吸收和释放需要DC-LINK足够的电容支持。

铝电解电容 是工业变频器中常见的选择，我们知道电容家族中电容种类繁多，而铝电解电容最大的特点就是单位体积容量最大，单位容量成本最低，这两个特点让它成为了工业变频器的首选。需要注意的是，四核变频器的电容额定电压需要预留安全余量，一般是5%到10%，有的在峰值的基础上再加50V甚至更高。

伺服变频器与通用变频器类似，但由于其响应速度更快、更准确，因此伺服变频器需要更大的过载能力要求。因此，伺服变频器使用的铝电解电容器的额定电压会高于同类型的通用变频器。这一要求业内称为快速充放电要求。目前，行业对于快充放电还没有通用的标准，但基本上需要满足以下条件。对于牛角电容来说，充放电电压压差必须为150V，频率为6Hz，必须能够满足5000万次循环。对于螺栓式电容器的压差也是150V，频率为3Hz，满足2000万次循环。简单来说，220V的通用变频器使用的铝电解电容需要在400V，而同等情况下伺服需要在450V。