传感器技术详细讲解

1、 传感器技术模块一 传感器(Sensor)知识要求：1、传感器组成及工作原理；2、分类、输出特性、和负载的连接。技能要求：1、掌握光电、电感、电容和磁场式传感器的正确使用；2、掌握传感器的串联、并联回路控制负载。11 传感器基本知识111 定义传感器是自动检测装置中直接感受被测量，并将它转换成可用信号输出的器件。自动检测在自动化装置构成的系统中是必不可少的。直接感受被测量，表明传感器和被测量之间没有其它感受器件。实际的被测量中多数是非电量，当然也可能是电量。输出的可用信号，是与被测量有确定对应关系的电量，通常为电压、电流。112 组成转换元件敏感元件被测量 电量 辅助电源 图11 传感器组成敏

2、感元件是传感器中直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。其作用是检测感应被测物体信息。转换元件是只感受由敏感元件输出的与被测量成确定关系的其它量并将其转换成电量输出的元件。其作用是把被测物体信息转换为可用输出信号（电量）。辅助元件：辅助电源，固定、支撑件等。113 应用代替人的五种感觉（视、听、嗅、味、触）器官。114 分类按输出信号的性质分：数字量传感器、模拟量传感器。115 数字量传感器输出特性（1）NPN型：传感器的转换元件的输出管为NPN型。传感器的负载（灯）接在传感器电源正极（+DC24V）和传感器输出信号端之间；未感应时传感器输出管截止，输出端输出逻辑电平“1”（+D

3、C24V），负载不工作；有感应时传感器输出管导通，输出端输出逻辑电平“0”（0V），负载得电工作。（2）PNP型：传感器的转换元件的输出管为PNP型。传感器的负载（灯）接在传感器输出信号端和传感器电源负极（0V）之间；未感应时传感器输出管截止，输出端输出逻辑电平“0”（0V），负载不工作；有感应时传感器输出管导通，输出端输出逻辑电平“1”（+DC24V），负载得电工作。 图12 以电感式接近开关为例的传感器输出特性12 光电式传感器光电式传感器发射出来自其发光元件的光线（可见光或红外线）。反射式光电传感器被用于探测来自目标物的反射光线，而透射式光电传感器被用于因测量目标物穿过光轴引起的光通量的

4、变化。121 分类：（1）按光电传感器发射光线性质分：可见光式；红外线式。（2）按光电传感器应用原理分：（A）反射型：发射端（发光器件）和接收端（光敏器件）合成在一起或安装在物体一侧；（B）透射型：发射端（发光器件）和接收端（光敏器件）分离，在光轴上面对面安装。122 反射型光电传感器（1）通过被检测物体反射光大小判别信号有无。常用的形式有漫反射式和镜反射式。（2）对漫反射式传感器，被检测物体经过传感器的对面。被检测物体的信号与背景反差要大，被检测物有关部位表面反射率要高。黑色物体或透明物体（如玻璃）不宜作被测物。 图13 反射型光电传感器（3）对镜反射式传感器，传感器对面设置一个表面反射率高

5、的镜反射面。被检测物体经过传感器和镜反射面之间。透明物体不宜作被测物。（4）若接收端接受到反射光信号，对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。（5）有效工作距离和发射端（发光器件）发射的光强度大小有关。注意，工作距离愈大，受外部光线干扰愈大。一般工作距离1米。123 透射型（对射型）光电传感器（1）被检测物体经过传感器的发射端和接收端之间。透明物体（如玻璃）不宜作被测物。 图14 透射型光电传感器（2）通过检测传感器输出端输出信号，判断有无被检物体经过。（3）若接收端接受到光信号，表明无被测物体经过。此时

6、，对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。（4）有效工作距离和发射端（发光器件）发射的光强度大小有关。注意，工作距离愈大，受外部光线干扰愈大。一般工作距离10米。124 抗干扰（外部光线）措施（1）安装注意，为减少外部光线干扰，应仔细调整安装位置和方向。（2）电路措施，在电路中，设置电平检测器（电压比较器）。（3）软件措施，在PLC程序中增加数字滤波手段。125 应用：用作位置传感器、产品计数传感器等。126 光电（数字量输出）传感器接线（1）反射式：（见附录第1、2号图）3线，红线为电源正极（+DC24

7、V），蓝线为电源负极（0V），黑线为输出信号线。（2）透射式：（见附录第1、2号图）发光器件：2线。红线为电源正极（+DC24V），蓝线为电源负极（0V）。光敏器件：3线。红线为电源正极（+DC24V），蓝线为电源负极（0V），黑线为输出信号线。13 接近式传感器131 分类电感式、电容式、磁场式（磁感应式）。132 电感式传感器（1）工作原理 传感器端头内部振荡电路的电感中通高频振荡电流，在其端头周围产生交变磁场；图15 电感式传感器 当金属物体靠近传感器感应端头检测面时，在金属物体表面产生涡流； 该涡流反作用于感应端头，使传感器振荡能力减弱，传感器输出相应信号。（2）对电感式接近传感器，被

8、测物体必须是金属物。（3）若金属被测物体接近传感器端头检测面，电感式接近传感器输出开关信号。对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。（4）应用：用于金属物体的位置检测、行程限位、产品计数等，一般工作距离20毫米。133 电容式传感器（1）工作原理 传感器检测面由两个同轴金属电极构成电容器（敏感元件）并串接在内部RC振荡回路内，无被测物体靠近传感器端头检测面时，此电容器电容量不足以使振荡器起振； 当被测物体靠近传感器端头检测面时，引起敏感元件周围的介质介电常数改变，敏感元件将此被测量的变化转换为电容量的变化

9、（变大），使振荡器起振；传感器的转换元件将振荡器振荡信号转换成开关信号（数字量信号）输出。（2）电容式接近传感器对被测物材料无要求，但要求被测物有一定厚度，以达到改变介质介电常数而使振荡器起振的目的。有“灵敏度旋钮”可调节传感器的灵敏度。（3）若被测物体接近传感器端头检测面，电容式接近传感器输出开关信号。对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。（4）应用：用于物体的位置检测、行程限位、产品计数等，工作距离很近，和灵敏度有关，一般20毫米。 图16 电容式传感器134 磁感应式（磁场式）传感器（1）分类：（

10、A）干簧管式磁感应传感器；（B）霍尔（磁感应）传感器。 图17 干簧管式磁感应传感器（2）工作原理（以干簧管为例）磁感应式传感器内部结构为高导磁率和低矫玩力合金簧片组成的干簧继电器。当干簧管所处位置的磁场强度足够大时两触点簧片被磁化，克服矫玩力而互相吸引使触点导通；当磁场减弱到一定程度，借助弹簧片本身弹力使其释放，触点断开。产生磁场的方式有永久磁铁和电磁铁两种。（3）一般用磁铁做成被测物体。对于干簧管式磁感应传感器，磁性被测物体接近传感器时传感器触点吸合，磁性被测物体离开传感器时传感器触点断开，从而产生开关信号，可作为PLC输入信号。对于霍尔（磁感应）传感器，磁性被测物体接近传感器时传感器输出

11、开关信号。对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。（4）应用：用于物体的位置检测、行程限位、转速检测等，一般工作距离与被测物磁场强度成正比。 图18 磁感应式传感器135 接近式（数字量输出）传感器接线（1）干簧管式：2线或3线。（见附录第5、6号图）（2）电感式、电容式、霍尔感应式：（见附录第1、2号图）3线。红线为电源正极（+DC24V），蓝线为电源负极（0V），黑线为输出信号线。14 传感器的串联和并联141 传感器的串联（1）NPN型串联（2个3线NPN型传感器（DC）的逻辑“与”）连接线路：NP

12、NDC24VNPN 图19（2）PNP型串联（2个3线PNP型传感器（DC）的逻辑“与”）连接线路： AND（serial connection）PNP + + out DC24V - -PNPLoad + out - 图110（3）NPN型和PNP型串联（NPN型和PNP型传感器（DC）的逻辑“与”）连接线路： AND（serial connection）KNPN + + out DC24V - -LoadPNP + K out - 图111142 传感器的并联（1）NPN型并联（两个NPN型传感器（DC）的逻辑“或”）连接线路： 图112（2）PNP型并联（两个PNP型传感器（DC）的逻辑“或”）连接