傳感器課件1-紡織輕工業(yè)-工程科技-專業(yè)資料

1、CopyrightSGMEmployeeDevelopmentCenter版權歸上海通用汽車員工發(fā)展中心所有常規(guī)元器件介紹-傳感器上海通用東岳動力總成工廠技術支持部2緒論 通訊技術、計算機技術、傳感器技術 既是現(xiàn)代信息產業(yè)的源頭，又是信息社會賴以存在和發(fā)展的物質與技術基礎。 如果沒有高度保真和性能可靠的傳感器，沒有先進的傳感器技術，信息的準確獲得與精密檢測就成了一句空話，通訊技術和計算機技術也就成了無源之水，無本之木，現(xiàn)代測量與自動化技術隨之變成水中之月、鏡中之花?，F(xiàn)代信息產業(yè)的三大支柱HSK夾緊系統(tǒng)及常規(guī)保養(yǎng)傳感器新技術應用傳感器的工作原理HSK夾緊系統(tǒng)及常規(guī)保養(yǎng)傳感器常見失效模式及預防01

2、0203040506傳感器的分類，結構組成工業(yè)自動化中傳感器的定義與應用目錄傳感器常規(guī)保養(yǎng)方法介紹課程介紹引出課程義傳感器就像是人類五官的延長，又稱之為電五官。傳感器是獲取信息的主要途徑與手段。沒有傳感器，現(xiàn)代化生產就失去了基礎。 概述“沒有傳感器就沒有現(xiàn)代科學技術”的觀點已為全世界所公認。以傳感器為核心的檢測系統(tǒng)就像神經和感官一樣，源源不斷地向人類提供宏觀與微觀世界的種種信息，成為工業(yè)自動化控制不可缺少的一部分。傳感器已滲透到諸如工業(yè)生產、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其廣泛的領域。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)

3、代化項目，都離不開各種各樣的傳感器。1-1傳感器的定義 第一章 工業(yè)自動化中傳感器的定義與應用國家標準（GB7665-87）中傳感器（Transducer/Sensor）的定義：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器是測量裝置，能完成檢測任務；輸入量是某一被測量，可能是物理量，也可能是化學量、生物量等；輸出量是某種物理量，便于傳輸、轉換、處理、顯示等，可以是氣、光、電物理量，主要是電物理量；輸出輸入有對應關系，且應有一定的精確程度。 1-2 傳感器的應用 ：第一章 工業(yè)自動化中傳感器的定義與應用 在自動化流程中，傳感器是將信息傳送給PLC的先決條件。他們傳遞

4、關于位置、終點的信號，或作為脈沖信號采集用于計數任務或用于檢查轉動速度等。 它與傳統(tǒng)的機械式接近開關相比，現(xiàn)代傳感器提供無接觸和無磨損的工作方法及很高的開關頻率和開關精度。 此外，它們擁有良好的抗振蕩、防灰塵、防潮濕。過渡頁010203040506傳感器新技術的應用傳感器的工作原理傳感器常見失效模式及預防傳感器的分類，結構組成工業(yè)自動化中傳感器的定義與應用傳感器常規(guī)保養(yǎng)方法介紹2-1 傳感器的分類第二章 傳感器的分類，結構組成1、按傳感器的工作機理，分為物理型、化學型、生物型等 2、按構成原理，結構型與物性型兩大類 3、根據傳感器的能量轉換情況，可分為能量控制型傳感器和能量轉換型傳感器4、按照

5、傳感器的用途分類 ：位移、壓力、振動、溫度傳感器6、根據傳感器輸出信號：模擬信號和數字信號 5、根據轉換過程可逆與否 ：單向和雙向7、根據傳感器使用電源與否：有源傳感器和無源傳感器 第二章 傳感器的分類，結構組成2-1 傳感器的分類按照物理原理分類：電參量式傳感器：電阻式、電感式、電容式等； 磁電式傳感器：磁電感應式、霍爾式、磁柵式等； 壓電式傳感器：聲波傳感器、超聲波傳感器； 光電式傳感器：一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導纖維式、紅外式、攝像式等；氣電式傳感器：電位器式、應變式； 熱電式傳感器：熱電偶、熱電阻； 波式傳感器：超聲波式、微波式等；半導體式傳感器：霍耳器件、熱敏電阻；

6、其他原理的傳感器：差動變壓器、振弦式等。 有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復合形式,如不少半導體式傳感器，也可看成電參量式傳感器。 第二章 傳感器的分類，結構組成2-1 傳感器的分類 結構型傳感器是利用物理學中場的定律構成的，包括動力場的運動定律，電磁場的電磁定律等。物理學中的定律一般是以方程式給出的。對于傳感器，這些方程式就是許多傳感器在工作時的數學模型。這類傳感器的特點是傳感器的工作原理是以傳感器中元件相對位置變化引起場的變化為基礎，而不是以材料特性變化為基礎 第二章 傳感器的分類，結構組成2-1 傳感器的分類 物性型傳感器是利用物質定律構成的,如虎克定律,歐姆定律。 虎克定律:f=

7、kN (N是彈簧的伸長量，單位是米(m) k是彈簧的勁度系數，單位是米牛/米(N/m) f是彈力，單位是牛(N) 歐姆定律: I=U/R(I、U、R三個量是屬于同一部分電路中同一時刻的電流強度、電壓和電阻) 物質定律是表示物質某種客觀性質的法則。這種法則，大多數是以物質本身的常數形式給出。這些常數的大小，決定了傳感器的主要性能。因此，物性型傳感器的性能隨材料的不同而異。如，光電管，它利用了物質法則中的外光電效應。顯然，其特性與涂覆在電極上的材料有著密切的關系。又如，所有半導體傳感器，以及所有利用各種環(huán)境變化而引起的金屬、半導體、陶瓷、合金等性能變化的傳感器，都屬于物性型傳感器。 第二章 傳感器

8、的分類，結構組成2-1 傳感器的分類 能量控制型傳感器，在信息變化過程中，傳感器將從被測對象獲取的信息能量用于調制或控制外部激勵源，使外部激勵源的部分能量載運信息而形成輸出信號，這類傳感器必須由外部提供激勵源，如電阻、電感、電容等電路參量傳感器都屬于這一類傳感器。基于應變電阻效應、磁阻效應、熱阻效應、光電效應、霍爾效應等的傳感器也屬于此類傳感器。 第二章 傳感器的分類，結構組成2-1 傳感器的分類 能量轉換型傳感器，又稱有源型或發(fā)生器型，傳感器將從被測對象獲取的信息能量直接轉換成輸出信號能量，主要由能量變換元件構成，它不需要外電源。如基于壓電效應、熱電效應、光電動勢效應等的傳感器都屬于此類傳感

9、器。 第二章 傳感器的分類，結構組成2-2 傳感器的結構組成敏感元件是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關系的某一物理量的元件。轉換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉換成電路參量?；巨D換電路：上述電路參數接入基本轉換電路（簡稱轉換電路），便可轉換成電量輸出。第二章 傳感器的分類，結構組成2-2 傳感器的結構組成實際上，有些傳感器很簡單，有些則較復雜，大多數是開環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。最簡單的傳感器由一個敏感元件(兼轉換元件)組成，它感受被測量時直接輸出電量，如熱電偶。有些傳感器由敏感元件和轉換元件組成，沒有轉換電路，如壓電式加速度傳感器，其中質量塊m是敏感元件，壓電片（

10、塊）是轉換元件。有些傳感器，轉換元件不只一個，要經過若干次轉換。由于空間的限制或者其他原因,轉換電路常裝入電箱中。然而，因為不少傳感器要在通過轉換電路后才能輸出電信號，從而決定了轉換電路是傳感器的組成環(huán)節(jié)之一。 第二章 傳感器的分類，結構組成2-2 傳感器的結構組成過渡頁010203040506傳感器新技術的應用傳感器的工作原理傳感器常見失效模式及預防傳感器的分類，結構組成工業(yè)自動化中傳感器的定義與應用傳感器常規(guī)保養(yǎng)方法介紹第三章 傳感器的工作原理3-1 電阻式傳感器 電阻式傳感器是把位移、力、壓力、加速度、扭矩等非電物理量轉換為電阻值變化的傳感器。它主要包括電阻應變式傳感器、電位器式傳感器和

11、錳銅壓阻傳感器等。它與相應的測量電路組成的測力、測壓、稱重、測位移、加速度、扭矩等測量儀表是冶金、電力、交通、石化、商業(yè)、生物醫(yī)學和國防等部門進行自動稱重、過程檢測和實現(xiàn)生產過程自動化不可缺少的工具之一3-1 電位器式傳感器線繞電位式傳感器的原理圖精密電位器 機械位移信號電信號轉換元件位移線繞電位式傳感器的結構第三章 傳感器的工作原理第三章 傳感器的工作原理3-1 電位器式傳感器第三章 傳感器的工作原理3-2電感式傳感器 第三章 傳感器的工作原理3-3 電容傳感器第三章 傳感器的工作原理漫反射式光電開關鏡反射式光電開關對射式光電開關槽式光電開關光纖式光 電開關安全光幕3-4 光電傳感器第三章

12、傳感器的工作原理3-5 光電傳感器術語解釋 1.檢測距離: 動作距離是指檢測體按一定方式移動時，從基準位置（光電開關的感應表面）到開關動作時測得的基準位置到檢測面的空間距離。額定動作距離指接近開關動作距離的標稱值。 2.回差距離：動作距離與復位距離之間的絕對值。 3.響應頻率：按規(guī)定1秒的時間間隔內，允許光電開關動作循環(huán)的次數。第三章 傳感器的工作原理3-5 光電傳感器術語解釋 4.檢測方式：根據光電開關在檢測物體時，發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為漫反射式，鏡反射式，對射式等。 5.輸出狀態(tài)： 分常開和常閉。當無檢測物體時，常開型的光電開關所接通的負載，由于光電開關內部的

13、輸出晶體管的截止而不工作，當檢測到物體時，晶體管導通，負載得電工作。 6.輸出形式： 分npn二線， npn三線， npn四線， pnp二線， pnp三線， pnp四線， AC二線， AC五線（自帶繼電器），及直流NPN/PNP/常開/常閉多功能等幾種常用的形式輸出。 注：NPN類 是指當有信號觸發(fā)時，信號輸出線OUT輸出低電平。 PNP類 是指當有信號觸發(fā)時，信號輸出線OUT輸出高電平。第三章 傳感器的工作原理3-5 光電傳感器術語解釋 7. 指向角第三章 傳感器的工作原理3-5 光電傳感器術語解釋 防護等級（外殼封裝）第三章 傳感器的工作原理3-5 光電傳感器術語解釋 8.表面反射率 對于

14、漫反射式光電開關發(fā)出的光線需要被檢測物表面將足夠的光線反射回漫反射開關的接收器，所以檢測距離和被檢測物體的表面反射率將是決定接收器接收到光線的強度大小，粗糙的表面反射回的光線必將小于光滑表面反射回的強度，而且，被檢測物體的表面必須垂直于光電開關的發(fā)射光線。第三章 傳感器的工作原理3-6 光電傳感器對不同材料的反射率第三章 傳感器的工作原理3-7 漫反射式光電開關漫反射光電開關是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。第三章

15、傳感器的工作原理3-8 鏡反射式光電開關 鏡反射式光電開關亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經過反射鏡，反射回接收器，當被檢測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就產生了檢測開關信號。第三章 傳感器的工作原理3-9 對射式光電開關對射式光電開關包含在結構上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。當被檢測物體經過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產生了開關信號。當檢測物體是不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測模式。第三章 傳感器的工作原理3-10槽式光電開關 槽式光電開關通常是標準的U字型結構，其發(fā)射器和接收器分別位于U型槽的兩邊，并形成

16、一光軸，當被檢測物體經過U型槽且阻斷光軸時，光電開關就產生了檢測到的開關量信號。槽式光電開關比較安全可靠，適合檢測高速變化，分辨透明與半透明物體。第三章 傳感器的工作原理3-11 光電傳感器對不同材料的反射率 光纖式光電開關采用塑料或玻璃光纖傳感器來引導光線，以實現(xiàn)被檢測物體不在相近區(qū)域的檢測。通常光纖傳感器分為對射式和漫反射式。第三章 傳感器的工作原理3-12安全光幕 安全光幕也就是光電安全保護裝置（也稱安全保護器、沖床保護器、紅外線安全保護裝置等）。在現(xiàn)代化工廠里，人與機器協(xié)同工作，在一些具有潛在危險的機械設備上，如沖壓機械、剪切設備、金屬切削設備、自動化裝配線、自動化焊接線、機械傳送搬運

17、設備、危險區(qū)域（有毒、高壓、高溫等），容易造成作業(yè)人員的人身傷害。光電安全裝置通過發(fā)射紅外線，產生保護光幕，當光幕被遮擋時，裝置發(fā)出遮光信號，控制具有潛在危險的機械設備停止工作，避免發(fā)生安全事故。過渡頁010203040506傳感器新技術的應用傳感器的工作原理傳感器常見失效模式及預防傳感器的分類，結構組成工業(yè)自動化中傳感器的定義與應用傳感器常規(guī)保養(yǎng)方法介紹第四章 傳感器常規(guī)保養(yǎng)方法檢查傳感器外觀是否缺損。檢查各接頭是否松動。檢查傳感器固定可靠。檢查傳感器的工作電源，在合格范圍內。模擬量輸出或是軟件控制的傳感器要定期標定。光電傳感器要定期清理反光板和傳感器收發(fā)單元的鏡片。過渡頁010203040

18、506傳感器新技術的應用傳感器的工作原理傳感器常見失效模式及預防傳感器的分類，結構組成工業(yè)自動化中傳感器的定義與應用傳感器常規(guī)保養(yǎng)方法介紹第五章 傳感器常見的失效模式及預防5-1光電傳感器輸出信號不穩(wěn)定的原因有哪些?原因： 供電不正常； 檢測頻率太快； 被測物體尺寸問題； 被測物體不在傳感器穩(wěn)定檢測區(qū)域內；（傳感器光軸沒有對準） 電氣干擾。對策： 給傳感器供穩(wěn)定的電壓，供給的電流必須大于傳感器的消耗電流； 被測物體通過的速度必須比傳感器的響應速度慢； 被測物體尺寸必須大于標準檢測物體或者最小檢測物體； 被測物體必須在傳感器穩(wěn)定檢測范圍內檢測； 可以做相應的防護措施，例如：在探頭周圍做屏蔽防護罩

19、、把大功率設備接地等。第五章 傳感器常見的失效模式及預防4 、零點漂移 這種故障可以進行標定或是將漂移的量補償到系統(tǒng)中去，如果不穩(wěn)定只能更換。1、壓力值偏低 此種情況，先應檢查壓力接口是否漏氣或者被堵住，如果確認不是，檢查接線方式和檢查電源，如電源正常則進行簡單加壓看輸出是否變化，或者察看傳感器零位是否有輸出，若無變化則傳感器已損壞，可能是儀表損壞或者整個系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)的問題。2、壓力傳感器密封圈的問題 由于壓力的不斷變化，很有可能是壓力傳感器密封圈的問題。常見的是由于密封圈規(guī)格原因，傳感器擰緊之后密封圈被壓縮到傳感器引壓口里面堵塞傳感器，加壓時壓力介質進不去，但在壓力大時突然沖開密封圈，壓力

20、傳感器受到壓力而變化。排除這種故障的最佳方法是將傳感器卸下，直接察看零位是否正常，若零位正?？筛鼡Q密封圈再試3、輸出信號不穩(wěn) 這種故障有可能是壓力源的問題，壓力源本身不穩(wěn)定，也有可能是儀表或壓力傳感器抗干擾能力不強、傳感器本身振動很厲害或信號放大器和傳感器自身故障壓力傳感器常見的四種故障過渡頁010203040506新技術應用工作原理常見失效模式及預防結構組成課程背景介紹常規(guī)保養(yǎng)方法介紹第五章 傳感器的新技術 隨著技術發(fā)展和新材料的出現(xiàn)，各種新型傳感器層出不窮。與傳統(tǒng)傳感器相比，新型傳感器的典型特征是微型化、數字化、智能化、網絡化。各種新型傳感器被廣泛應用于生物、醫(yī)學、環(huán)?；瘜W、工業(yè)過程控制和汽車制