傳感器原理及應(yīng)用項(xiàng)目項(xiàng)目五課件

1、項(xiàng)目五、 位置檢測單元一：金屬物位置檢測 單元二：磁性物質(zhì)的位置檢測 單元三：光電開關(guān) 單元四：其他位置檢測方法 項(xiàng)目描述 單元五：位置檢測應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 項(xiàng) 目 描 述 位置檢測在航空航天技術(shù)、機(jī)床以及其他過程工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前實(shí)現(xiàn)位置檢測主要是使用各種各樣的接近開關(guān)。在日常生活中、測量技術(shù)中、控制技術(shù)中和安全防盜方面 ，接近開關(guān)來實(shí)現(xiàn)位置檢測都有應(yīng)用。 常見的接近開關(guān)有以下幾種 ： 1渦流式接近開關(guān) 2電容式接近開關(guān) 3霍爾接近開關(guān) 4光電式接近開關(guān) 5熱釋電式接近開關(guān) 6其它型式的接近開關(guān) 項(xiàng) 目 描 述 通過本項(xiàng)目，了解幾種常用的接近開關(guān)的工作原理、使用方法等，掌握不同被測對(duì)象、

2、不同工作環(huán)境下接近開關(guān)的選型原則。理解接近開關(guān)的主要性能參數(shù)指標(biāo)，能解決實(shí)際的位置檢測問題。適當(dāng)了解接近開關(guān)和PLC以及整個(gè)控制系統(tǒng)的聯(lián)系，其中包括接近開關(guān)的輸出接線、與PLC的連線、在監(jiān)控軟件中監(jiān)控被測物位置等。 項(xiàng) 目 目 標(biāo)：單元一：金屬物位置檢測任務(wù)一 電感接近開關(guān) 任務(wù)二 測近距離物位置 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1熟悉電感（渦流）接近開關(guān)的常用專業(yè)術(shù)語。2了解電感接近開關(guān)的使用。3理解電感接近開關(guān)的工作原理。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1運(yùn)用電感式接近開關(guān)測近距離內(nèi)的物體位置。2熟練掌握電感式接近開關(guān)測近距離物位置的接線。 在實(shí)際的制造工業(yè)流水線上，電感（渦流）式接近開關(guān)有著較為廣泛的應(yīng)用。 電感式接近開關(guān)不與被測

3、物體接觸，依靠電磁場變化來檢測，大大提高了檢測的可靠性，也保證了電感式接近開關(guān)的使用壽命。所以，該類型的接近開關(guān)在制造工業(yè)中，比如機(jī)床、汽車制造等行業(yè)使用頻繁。 基本概況電感接近開關(guān)任務(wù)一 電感接近開關(guān) 在圖1中，利用電感式接近開關(guān)來檢測傳送帶上的工件，當(dāng)有工件接近時(shí)，接近開關(guān)上的觸點(diǎn)動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開。 沙場練兵：統(tǒng)計(jì)工件數(shù)步驟一：明確工藝要求 圖 1 接近開關(guān)應(yīng)用動(dòng)作距離 沙場練兵：統(tǒng)計(jì)工件數(shù)步驟二：熟悉電感式接近開關(guān) 圖 2 動(dòng)作距離和復(fù)位距離的關(guān)系 復(fù)位距離設(shè)定距離 回差值 響應(yīng)頻率響應(yīng)時(shí)間導(dǎo)通壓降沙場練兵：統(tǒng)計(jì)工件數(shù)步驟三：檢測注意事項(xiàng) 如果被測物體不是金屬，則應(yīng)該減小

4、檢測距離。同時(shí) ， 很薄的鍍層也是很難檢測到的。 電感式接近開關(guān)最好不要放在有直流磁場的環(huán)境中，以 免發(fā)生誤動(dòng)作。 避免接近開關(guān)接近化學(xué)溶劑，特別是在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的生 產(chǎn)環(huán)境中。 注意對(duì)檢測探頭的定期清潔，避免有金屬粉塵粘附。 在測量過程中，電感式接近開關(guān)對(duì)于工作環(huán)境、被測物體等都有一定的要求：指點(diǎn)迷津1）不同的電感式接近開關(guān)的輸出提供的輸出端口數(shù)量也是不一樣的，有兩線、三線、四線，甚至五線的。 2）使用直流/交流二線型電感式接近開關(guān)時(shí)，必須連接負(fù)載。如不經(jīng)負(fù)載直接連接電源，內(nèi)部元器件將會(huì)燒壞，且無法修復(fù)。 3）當(dāng)負(fù)載電流5mA時(shí)，將會(huì)造成開關(guān)通斷不可靠，這時(shí)應(yīng)按下圖在負(fù)載兩端并上39K/5W的

5、電阻器。圖 3 負(fù)載電流過小 系統(tǒng)原理示意圖 基本概況任務(wù)二 測近距離物位置 PLC讀取接近開關(guān)系統(tǒng)示意圖 電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的關(guān)斷或者導(dǎo)通。 沙場練兵：系統(tǒng)接線步驟一：熟悉電感式接近開關(guān) 電感式接近開關(guān)的測量原理 電感式接近開關(guān)的工作流程 工作流程方框圖 沙場練兵：系統(tǒng)接線步驟二：連接電感式接近開關(guān)和西門子S7-200 接近開關(guān)和200CPU的

6、連接 沙場練兵：系統(tǒng)接線步驟三：上電測試，觀察現(xiàn)象 按照上面兩個(gè)步驟完成接線之后，先給24V直流電源上電，然后再給西門子S7-200CPU上電。觀察此時(shí)S7-200CPU上輸入點(diǎn)指示燈，會(huì)看到有一個(gè)點(diǎn)的燈被點(diǎn)亮了。若沒有燈亮，則應(yīng)馬上關(guān)閉S7-200CPU，再關(guān)閉24V直流電源，檢查線路，確認(rèn)無誤之后再上電測試。 指點(diǎn)迷津 西門子S7-200通過檢測24V的直流電壓來判斷該點(diǎn)的狀態(tài)，倘若接近開關(guān)和西門子S7-200使用了不同的24V直流電源來供電，那么這兩個(gè)24V就不能保證是共地的。 出現(xiàn)這個(gè)問題，可以更改接線，讓接近開關(guān)和西門子S7-200使用同一個(gè)24V直流電源就可以了。 按照步驟完成接線

7、后可能從西門子S7-200CPU上讀不到信號(hào)，在排除設(shè)備和接線完全沒問題的情況下，就得考慮信號(hào)共地的問題了。單元二：磁性物質(zhì)的位置檢測 任務(wù)一 霍耳開關(guān)檢測磁性物體 任務(wù)二 干簧管接近開關(guān)檢測磁性物體 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1熟悉霍耳開關(guān)的工作原理、常用專業(yè)術(shù)語。2掌握霍爾開關(guān)檢測磁性物體的應(yīng)用。3了解霍爾開關(guān)的應(yīng)用范圍。 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1理解干簧管接近開關(guān)的工作原理。2了解干簧管接近開關(guān)的應(yīng)用。 霍爾開關(guān)是利用半導(dǎo)體的磁電轉(zhuǎn)換的原理，將磁場信息變換成相應(yīng)的電信息的元器件。它可以直接測量磁場及微小位移量，也可以間接測量液位、壓力等工業(yè)生產(chǎn)過程參數(shù)?；靖艣r霍爾開關(guān)任務(wù)一 霍耳開關(guān)檢測磁性物體 沙場練兵一：自制

8、霍爾開關(guān) 把一塊可以導(dǎo)電的物體置于磁場之中，比如磁力線向北，當(dāng)你給它施加從西向東的電流時(shí)，根據(jù)左手定則，這個(gè)電流會(huì)受到一個(gè)向上的力。這時(shí)把電流表的正極放在物體的上邊，負(fù)極接在物體的下邊，電流表中就會(huì)有電流通過。通常進(jìn)入電流表的電流比較微弱，需用放大電路進(jìn)行放大，放大之后的電流再去控制開關(guān)（實(shí)際上是一個(gè)繼電器），這就是霍爾開關(guān)。 霍爾開關(guān)傳感器具有較高的靈敏度，能感受到很小的磁場變化，因而可對(duì)黑色金屬零件進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測。圖7中，利用霍爾開關(guān)傳感器來統(tǒng)計(jì)鋼球在絕緣板上通過磁鐵的次數(shù)。根據(jù)“沙場練兵一”，試分析霍爾計(jì)數(shù)裝置如何實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能？ 沙場練兵二：霍爾計(jì)數(shù)步驟一：明確工藝要求 霍爾計(jì)數(shù)裝置工作示

9、意圖 鋼球 絕緣板 磁鐵 霍爾開關(guān)傳感器 沙場練兵二：霍爾計(jì)數(shù)步驟二：了解霍爾元件 外形圖形符號(hào)霍爾元件沙場練兵二：霍爾計(jì)數(shù)步驟三：霍爾元件的主要技術(shù)參數(shù) 霍爾輸入電阻和輸出電阻 霍爾元件的電阻溫度系數(shù) 霍爾不等位電勢 霍爾輸出電壓 霍爾電壓輸出比率 霍爾電勢溫度系數(shù) 沙場練兵二：霍爾計(jì)數(shù)步驟四：霍爾開關(guān)性能 霍爾開關(guān)可方便的把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號(hào)，具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作?；魻栭_關(guān)可應(yīng)用于接近開關(guān)，壓力開關(guān)，里程表等，作為一種新型的電器配件。 沙場練兵二：霍爾計(jì)數(shù)步驟五：霍爾計(jì)數(shù)裝置工作電路

10、圖 霍爾計(jì)數(shù)裝置的工作電路圖 指點(diǎn)迷津1）霍爾式傳感器按被測量的性質(zhì)可分成電量型（電流型、電壓型） 和非電量型（開關(guān)型和線性型）兩大類。 2）按照霍爾器件的功能可將它們分為：霍爾線形器件和霍爾開關(guān) 器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。 3）按被檢測的對(duì)象的性質(zhì)可將霍爾開關(guān)的應(yīng)用分為：直接應(yīng)用和 間接應(yīng)用。 干簧管是一種氣密式密封的磁控性機(jī)械開關(guān)，可以作為磁接近開關(guān)或者繼電器使用，與電子開關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)，工作可靠性很高。電子電路中只要使用自動(dòng)開關(guān)，基本上都可以使用干簧管。干簧管與永磁體配合可制成磁控開關(guān)，用于報(bào)警裝置及電子玩具；與線圈配合可制成干簧管繼電器，用于迅速切換電

11、子設(shè)備的電路?；靖艣r干簧管任務(wù)二 干簧管接近開關(guān)檢測磁性物體 任務(wù)二 干簧管接近開關(guān)檢測磁性物體 一、干簧管接近開關(guān)的工作原理 干簧管接近開關(guān)在工作時(shí)，由恒磁鐵或線圈產(chǎn)生的磁場施加于干簧管開關(guān)上，使干簧管兩個(gè)磁簧磁化，使一個(gè)磁簧在觸點(diǎn)位置上生成N極，另一個(gè)磁簧在觸點(diǎn)位置上生成S極。若生成的磁場吸引力克服了磁簧的彈性阻力，磁簧由吸引力作用接觸導(dǎo)通，即電路閉合。一旦磁場吸引力消除，磁簧因彈力作用又重新分開，即電路斷開。 任務(wù)二 干簧管接近開關(guān)檢測磁性物體 二、干簧管接近開關(guān)的應(yīng)用 干簧管式水位傳感器原理結(jié)構(gòu)單元三：光電開關(guān) 任務(wù)一 光電器件 任務(wù)二 光電亮通和暗通控制電路 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1了解光電器

12、件的分類。2了解光電器件的基本原理。3熟悉光電器件的簡單測試方法。 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1了解光電亮通和暗通。2熟悉幾種典型的亮通和暗通控制電路。3能根據(jù)控制電路實(shí)現(xiàn)接線測試等工作單元三：光電開關(guān) 任務(wù)三 光電接近開關(guān) 任務(wù)四 顏色分辨 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1了解光電接近開關(guān)測量物體位置的基本原理。2了解光電接近開關(guān)的種類。3利用光電接近開關(guān)測量。學(xué)習(xí)目標(biāo)：1認(rèn)識(shí)色標(biāo)傳感器。2了解色標(biāo)傳感器的工作原理。3色標(biāo)傳感器的接線與操作。 單元三：光電開關(guān) 任務(wù)五 熱釋電傳感器 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1認(rèn)識(shí)熱釋電傳感器。2了解熱釋電傳感器的工作原理?；靖艣r光電傳感器任務(wù)一 光電器件 各式各樣的光電傳感器沙場練兵：認(rèn)識(shí)光電器件準(zhǔn)備工作

13、：認(rèn)識(shí)光 常用光源： 1、白熾光源 2、氣體放電光源3、發(fā)光二極管 沙場練兵：認(rèn)識(shí)光電器件光電器件類型 2、內(nèi)光電效應(yīng) 光照射在半導(dǎo)體材料上，材料中處于價(jià)帶的電子吸收光子能量，通過禁帶躍人導(dǎo)帶，使導(dǎo)帶內(nèi)電子濃度和價(jià)帶內(nèi)空穴增多，這就是內(nèi)光電效應(yīng)（光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)） 。1、外光電效應(yīng) 在光的照射下，使電子逸出物體表面而產(chǎn)生光電子發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)（光電管和光電倍增管） 。沙場練兵：認(rèn)識(shí)光電器件光電元件的簡單測試光敏電阻 光敏電阻結(jié)構(gòu)光敏電阻檢測電路指點(diǎn)迷津1）實(shí)驗(yàn)室里用到的光電三極管和光電二極管也是光電導(dǎo)器件。由于光電三極管充分利用了三極管的電流放大，光電流可以達(dá)到0.44mA，而

14、光電二極管的光電流一般僅為幾十微安，因此光電三極管具有更高的靈敏度。2） 在日常使用中，發(fā)光二極管都會(huì)串聯(lián)一個(gè)電阻，這個(gè)串聯(lián)的電阻叫限流電阻。發(fā)光二極管的工作電流一般較小。沙場練兵：亮通和暗通控制電路 任務(wù)二 光電亮通和暗通控制電路 步驟一：認(rèn)識(shí)亮通和暗通 對(duì)數(shù)字電路來講，“亮通”和“暗通”是“1”和“0”的關(guān)系?！傲镣ā敝傅氖窃趥鞲衅鹘邮盏焦庑盘?hào)后會(huì)有高電平輸出給負(fù)載，而“暗通”剛好相反，它指的是無光信號(hào)時(shí)有高電平輸出。步驟二：了解光敏電阻 光敏電阻是一種半導(dǎo)體器件，利用的是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。當(dāng)有光照時(shí)電阻很小，無光照時(shí)電阻很大，利用這個(gè)特性可以來制作亮通/暗通控制電路。 沙場練兵：亮通和暗

15、通控制電路 步驟三：光電亮通控制電路的制作 亮通光電控制電路 沙場練兵：亮通和暗通控制電路 步驟四：光電暗通控制電路的制作 暗通光電控制電路 指點(diǎn)迷津 在亮通和暗通控制電路的實(shí)現(xiàn)過程中，對(duì)于與光敏電阻共同構(gòu)成分壓電路的電阻R的阻值問題是整個(gè)電路能否正常工作的關(guān)鍵。建議在實(shí)驗(yàn)過程中用滑動(dòng)變阻器來代替這個(gè)電阻R。 基本概況任務(wù)三 光電接近開關(guān) 光電開關(guān)系統(tǒng)示意圖 槽式光電開關(guān) 沙場練兵：光電開關(guān)的基本原理和分類 光電開關(guān)工作示意圖光電開關(guān)分類： （2）鏡反射式光電開關(guān) （1）漫反射式光電開關(guān) （3）對(duì)射式光電開關(guān) （4）槽式光電開關(guān) （5）光纖式光電開關(guān) 沙場練兵：光電開關(guān)的基本原理和分類 HU1

16、5-M15DPT輸出接口形式 指點(diǎn)迷津 在使用光點(diǎn)開關(guān)檢測微小物體時(shí)，光點(diǎn)開關(guān)沒有任何輸出。這是因?yàn)閷?duì)對(duì)射式光電開關(guān)而言，被測物體的最小寬度為光電開關(guān)透鏡寬度的80%。 任務(wù)四 顏色分辨 沙場練兵：色標(biāo)傳感器的認(rèn)識(shí)和使用 一、色標(biāo)傳感器的測量原理色標(biāo)傳感器工作原理示意圖 沙場練兵：色標(biāo)傳感器的認(rèn)識(shí)和使用 二、色標(biāo)傳感器的使用（2）靈敏度調(diào)節(jié)（1）色標(biāo)傳感器的安裝位置 （3）色標(biāo)傳感器的接線 指點(diǎn)迷津 色標(biāo)傳感器作為光電傳感器的一種，對(duì)光強(qiáng)和環(huán)境溫度也比較敏感。一般來說，色標(biāo)傳感器的工作環(huán)境溫度為050，光強(qiáng)一般都要求小于10000lux。除此之外，檢測距離也是衡量色標(biāo)傳感器性能高低的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

17、當(dāng)前大部分的檢測距離都在10mm以內(nèi)的范圍里。 基本概況任務(wù)五 熱釋電傳感器 熱釋電紅外傳感器是一種紅外光傳感器，屬于熱電型器件，當(dāng)熱電元件受到光照時(shí)能將光能轉(zhuǎn)換為熱能，受熱的晶體兩端產(chǎn)生數(shù)量相等符號(hào)相反的電荷，如果帶上負(fù)載就會(huì)有電流流過，輸出電壓信號(hào)。 熱釋電紅外傳感器 沙場練兵：熱釋電傳感器的認(rèn)識(shí)和使用 一、熱釋電傳感器的測量原理 熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)與電路原理 沙場練兵：熱釋電傳感器的認(rèn)識(shí)和使用 二、熱釋電傳感器的實(shí)驗(yàn)步驟 1、觀察傳感器探頭； 2、連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源線及傳感器接口；3、開啟主機(jī)電源，待傳感器穩(wěn)定后，人體和手分別從傳感器探 頭前移過，觀察輸出信號(hào)電壓變化（熱釋電紅外傳感

18、器只對(duì) 變化的溫度信號(hào)敏感，這一特性也決定了它的應(yīng)用范圍）； 4、將傳感器探頭對(duì)準(zhǔn)加熱爐方向，開啟加熱爐并將溫度控制在 50左右，用 遮擋物斷續(xù)探頭前面的熱源，觀察并記錄傳感 器輸出信號(hào)的變化情況。5、在傳感器探頭前加裝菲涅耳透鏡，試驗(yàn)傳感器的探測視場和 距離，以驗(yàn)證菲涅耳透鏡的功能。 單元四：其他位置檢測方法 任務(wù)一 電容接近開關(guān) 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1理解電容接近開關(guān)的工作原理。2掌握電容接近開關(guān)的使用。3體會(huì)電容接近開關(guān)與其它接近開關(guān)的異同。4了解其他位置檢測方法。基本概況任務(wù)一 電容接近開關(guān) 電容接近開關(guān) 電容式接近開關(guān)應(yīng)用沙場練兵：控制水罐液位 步驟一：認(rèn)識(shí)電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)結(jié)構(gòu)外形 沙場練兵：控制水罐液位 步驟二：了解電容式接近開關(guān)的使用 電容式接近開關(guān)安裝要求 沙場練兵：控制水罐液位 步驟三：明確控制要