第五章物位傳感器

1、1 Technology & Application of Sensor機械工業(yè)出版社傳感器技術(shù)及其應(yīng)用2 * 第5章 物位傳感器3 5.1 物位傳感器概述5.2 磁性物體位置檢測傳感器5.3 金屬物體位置的檢測傳感器5.4 一般物體位置的檢測傳感器5.5 綜合應(yīng)用技能實訓(xùn)第第5章章 物位傳感器物位傳感器4 51 物位傳感器概述物位傳感器概述 物體的位置簡稱物位，物位包括料位和液位。物位檢測主要對運動部件進行檢測、定位或判斷是否有工件存在，因此，控制、檢測器件只需用開關(guān)形式判斷。目前，物位檢測主要是使用各種接近開關(guān)。 接近開關(guān)實質(zhì)上是一種開關(guān)型位置傳感器，它是利用位置傳感器對接近物體的

2、敏感特性，控制開關(guān)通、斷的一種裝置。根據(jù)被檢測物體的特性不同，依據(jù)不同的原理和工藝做成了各種類型的接近開關(guān)。5 開關(guān)類傳感器按照工作原理分類表6 開關(guān)類傳感器按照工作原理分類表7 開關(guān)類傳感器主要接線示意圖8 開關(guān)類傳感器主要接線示意圖9 傳感器與三菱FX2NPLC連接示意圖（a）與兩線制傳感器連接 （b）與三線制傳感器連接傳感器與松下FP系列PLC連接示意圖（a）與兩線制傳感器連接 （b）與三線制傳感器連接10 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強度為B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當(dāng)有電流I 流過薄片時，在垂流過薄片時，在垂直

3、于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電動勢EH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。該電動勢稱為霍爾電動勢。，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。該電動勢稱為霍爾電動勢。磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B為零時的情況為零時的情況5.2 磁性物體位置檢測傳感器磁性物體位置檢測傳感器521霍爾接近開關(guān)霍爾接近開關(guān)11 磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B 較大時較大時磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B不為零時的情況不為零時的情況 作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強度作用在半導(dǎo)體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高。霍爾電勢越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱軪H可用可用下式表示：下式表示： EH=KH IB12 霍爾效應(yīng)動畫演示霍爾效應(yīng)動畫演示

4、當(dāng)磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，當(dāng)磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向向d側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片側(cè)偏移，在半導(dǎo)體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。方向的端面之間建立起霍爾電勢。dc13 開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路開關(guān)型霍爾集成電路的外形及內(nèi)部電路OCOC門門施密特觸發(fā)電路施密特觸發(fā)電路雙端輸入、單端輸出運雙端輸入、單端輸出運放放霍爾霍爾元件元件. .VccVcc14 開關(guān)型霍爾集成電路（開關(guān)型霍爾集成電路（OCOC門輸出）的接線門輸出）的接線請按以下電路，將下一頁中的有關(guān)元件連接起來。請按以下電路，將下一頁中的有關(guān)元件連接起來。15 開關(guān)型霍爾集成電路的史密特輸

5、出特性開關(guān)型霍爾集成電路的史密特輸出特性 回差越大，抗振動干擾能回差越大，抗振動干擾能力就越強。力就越強。 當(dāng)磁鐵從遠到近地接近霍爾當(dāng)磁鐵從遠到近地接近霍爾ICIC，到多少特斯拉時輸出翻轉(zhuǎn)？當(dāng)磁鐵從近到遠地遠離霍爾，到多少特斯拉時輸出翻轉(zhuǎn)？當(dāng)磁鐵從近到遠地遠離霍爾ICIC，到多少特斯，到多少特斯拉時輸出再次翻轉(zhuǎn)？回差為多少特斯拉？相當(dāng)于多少高斯（拉時輸出再次翻轉(zhuǎn)？回差為多少特斯拉？相當(dāng)于多少高斯（GsGs）？）？ 16 2.2.霍爾接近開關(guān)霍爾接近開關(guān) 的應(yīng)用的應(yīng)用 當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達到動作當(dāng)磁鐵的有效磁極接近、并達到動作距離時，霍爾式接近開關(guān)動作。霍爾接近距離時，霍爾式接近開關(guān)動作。

6、霍爾接近開關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。開關(guān)一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。17 霍爾式接近開關(guān)應(yīng)用于限位霍爾式接近開關(guān)應(yīng)用于限位 用霍爾用霍爾ICIC只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強的閉合磁場。要建立一個較強的閉合磁場。 當(dāng)磁鐵隨運動部件移動到距霍爾當(dāng)磁鐵隨運動部件移動到距霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾接近開關(guān)幾毫米時，霍爾ICIC的輸出由高的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，使繼電器吸合或釋放，電平變?yōu)榈碗娖?，使繼電器吸合或釋放，控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍爾爾ICIC），起限位的作用。），起限位的作用。 18 霍爾式接近開關(guān)應(yīng)用

7、于轉(zhuǎn)速測量演示霍爾式接近開關(guān)應(yīng)用于轉(zhuǎn)速測量演示n= = 6060f4(r/min)軟鐵分流翼片軟鐵分流翼片 開關(guān)型霍爾開關(guān)型霍爾IC IC T T19 522干簧管接近開關(guān)干簧管接近開關(guān) 1.干簧管接近開關(guān)的工作原理 由恒磁鐵或線圈產(chǎn)生的磁場施加于干簧管開關(guān)上，使干簧管的兩個磁簧磁化，兩個磁簧分別在兩觸點位置生成N、S極。若生成的磁場吸引力克服了磁簧彈性所產(chǎn)生的阻力，磁簧將被吸引力作用接觸導(dǎo)通，即電路閉合。一旦磁場力消失，電路斷開。干簧管接近開關(guān)結(jié)構(gòu)圖 20 2.干簧管接近開關(guān)的應(yīng)用帶有磁環(huán)的氣缸 利用氣缸組成的簡易機械手21 53金屬物體位置的檢測傳感器金屬物體位置的檢測傳感器 531電感接

8、近開關(guān)（電渦流接近開關(guān)）的工作原理 如果通過金屬導(dǎo)體中的磁通發(fā)生變化，就會在閉合的導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流的流線在金屬體內(nèi)是自行閉合，通常稱之為渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。電渦流的產(chǎn)生，必然要消耗一部分磁場能量，從而使產(chǎn)生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化。原理如下圖。22 電渦流接近開關(guān)的工作框圖 電感接近開關(guān)具有體積小、重復(fù)定位準(zhǔn)確、使用壽命長，抗干擾性能好、防塵、防水、防油、耐振動等特點，廣泛應(yīng)用于各種機電一體化裝置中，一般用于近距離的導(dǎo)電性能良好的金屬物體的檢測。23 532電感接近開關(guān)的應(yīng)用24 54一般物體位置的檢測傳感器一般物體位置的檢測傳感器 541電容接近開關(guān)電容接近開關(guān) 電容接近

9、開關(guān)主要用于定位或開關(guān)報警控制等場合。它的特點是無抖動、無觸點、非接觸監(jiān)測、體積小、功耗低、壽命長、檢測物質(zhì)范圍廣、抗干擾能力強、耐腐蝕性能好等。 與電感接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)相比，電容接近開關(guān)檢測距離遠，而且靜電電容接近開關(guān)還可以檢測金屬、塑料、木材等物質(zhì)的位置。檢測紙包裝內(nèi)有無牛奶 液位的檢測25 542光電開關(guān)光電開關(guān)對射式光電開關(guān)原理 直接反射式光電開關(guān)原理 會聚型反射式光電開關(guān)原理圖 反射板型反射式光電開關(guān)原理圖26 鏡面抑制反射式光電開關(guān)原理27 生產(chǎn)線中厚紙箱檢 啤酒生產(chǎn)線中檢測酒瓶的有無 生產(chǎn)線中產(chǎn)品的計數(shù) 紡織行業(yè)梳棉機中斷條的檢測28 543超聲波開關(guān)超聲波開關(guān) 頻率高于2

10、0KHz的聲波稱為超聲波，超聲波是一種機械波，它方向性好，穿透力強，遇到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著的反射。利用這一性質(zhì)，超聲波可以實現(xiàn)液位、流量、溫度、黏度、厚度、距離以及探傷等諸多參數(shù)的測量。 超聲波換能器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)29 超聲波傳感器測液位 超聲波傳感器測距離30 5.5綜合應(yīng)用技能實訓(xùn)綜合應(yīng)用技能實訓(xùn) 5.51 干簧管式水位控制裝置干簧管式水位控制裝置 1項目描述 干簧管式自動水位控制裝置由干簧管作為主要控制元件，具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝維修方便，動作準(zhǔn)確可靠，不受水位波動影響等特點，適用于工礦企業(yè)、民用建筑、科技研究領(lǐng)域中的水塔、水箱、水池等的水（液）位自動控制或報警。 2項目要求 該控制裝置垂直

11、定裝于水塔、水箱、水池等開口容器內(nèi)，浮球隨水位變化而上、下升降，干簧管受到磁場的作用，發(fā)出低水位或高水位信號，并作用于水位報警裝置。 自行查找項目電路中關(guān)鍵器件（干簧管）的特性和應(yīng)用電路。 完成項目電路設(shè)計、制作、調(diào)試及必要的技術(shù)文檔。31 干簧管式水位傳感器原理結(jié)構(gòu)32 干簧管式水位控制裝置電路33 552霍爾式曲軸位置傳感器的測試霍爾式曲軸位置傳感器的測試 1.霍爾式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)及原理 曲軸位置傳感器工作示意圖34 曲軸位置傳感器的信號特性35 當(dāng)發(fā)動機的曲軸位置傳感器發(fā)生故障時，檢測方法如下。 萬用表檢測（見圖5-36 ） 信號線：插好連接器，啟動發(fā)動機，測量2腳與1腳間的電壓，

12、應(yīng)約為3V。 搭鐵線：拔下連接器，點火開關(guān)OFF，測量插頭1腳與搭鐵間的電阻，應(yīng)為0。 電源線：拔下連接器，點火開關(guān)ON，測量插頭3腳與搭鐵間的電壓，應(yīng)為5V。 霍爾式曲軸位置傳感器的連接電路36 霍爾式曲軸位置傳感器標(biāo)準(zhǔn)波形37 553飲料包裝中液位的自動檢測飲料包裝中液位的自動檢測 1.項目描述 目前，飲料包裝中的液位檢測方法主要有射線、紅外線、光學(xué)、紅外熱成像以及聲波等，但這些方法都有一定的缺陷。利用電容式傳感器進行液位測量的基本原理，可以設(shè)計出一套測量精度高、速度快、造價低、維護容易的液位檢測裝置，而且這個設(shè)備對被測對象沒有過多要求，對人體沒有傷害。 2.項目要求 利用變介電常數(shù)式電容傳感器實現(xiàn)液位檢測。完成檢測系統(tǒng)軟硬件設(shè)計及實訓(xùn)報告。飲料包裝中液位檢測電路原理38 高頻振蕩源電路檢測電路圖檢測系統(tǒng)框圖39 5.5.4煤倉煤位的自動監(jiān)控煤倉煤位的自動監(jiān)控 1.項目描述 自動配煤能否順利實現(xiàn)，還要依賴于現(xiàn)場設(shè)備（特別是煤倉煤位的檢測）的準(zhǔn)確可靠。煤倉煤位的自動監(jiān)控主要是利用傳感器測量倉庫中煤的高度控制運輸傳動裝置的啟停，進而控制煤的高度。超聲波傳感器是一種非接觸測量的傳感器