传感器原理及应用项目项目五课件

1、项目五、 位置检测单元一：金属物位置检测 单元二：磁性物质的位置检测 单元三：光电开关 单元四：其他位置检测方法 项目描述 单元五：位置检测应用实验 项 目 描 述 位置检测在航空航天技术、机床以及其他过程工业生产中都有广泛的应用。当前实现位置检测主要是使用各种各样的接近开关。在日常生活中、测量技术中、控制技术中和安全防盗方面 ，接近开关来实现位置检测都有应用。 常见的接近开关有以下几种 ： 1涡流式接近开关 2电容式接近开关 3霍尔接近开关 4光电式接近开关 5热释电式接近开关 6其它型式的接近开关 项 目 描 述 通过本项目，了解几种常用的接近开关的工作原理、使用方法等，掌握不同被测对象、

2、不同工作环境下接近开关的选型原则。理解接近开关的主要性能参数指标，能解决实际的位置检测问题。适当了解接近开关和PLC以及整个控制系统的联系，其中包括接近开关的输出接线、与PLC的连线、在监控软件中监控被测物位置等。 项 目 目 标：单元一：金属物位置检测任务一 电感接近开关 任务二 测近距离物位置 学习目标：1熟悉电感（涡流）接近开关的常用专业术语。2了解电感接近开关的使用。3理解电感接近开关的工作原理。学习目标：1运用电感式接近开关测近距离内的物体位置。2熟练掌握电感式接近开关测近距离物位置的接线。 在实际的制造工业流水线上，电感（涡流）式接近开关有着较为广泛的应用。 电感式接近开关不与被测

3、物体接触，依靠电磁场变化来检测，大大提高了检测的可靠性，也保证了电感式接近开关的使用寿命。所以，该类型的接近开关在制造工业中，比如机床、汽车制造等行业使用频繁。 基本概况电感接近开关任务一 电感接近开关 在图1中，利用电感式接近开关来检测传送带上的工件，当有工件接近时，接近开关上的触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开。 沙场练兵：统计工件数步骤一：明确工艺要求 图 1 接近开关应用动作距离 沙场练兵：统计工件数步骤二：熟悉电感式接近开关 图 2 动作距离和复位距离的关系 复位距离设定距离 回差值 响应频率响应时间导通压降沙场练兵：统计工件数步骤三：检测注意事项 如果被测物体不是金属，则应该减小

4、检测距离。同时 ， 很薄的镀层也是很难检测到的。 电感式接近开关最好不要放在有直流磁场的环境中，以 免发生误动作。 避免接近开关接近化学溶剂，特别是在强酸、强碱的生 产环境中。 注意对检测探头的定期清洁，避免有金属粉尘粘附。 在测量过程中，电感式接近开关对于工作环境、被测物体等都有一定的要求：指点迷津1）不同的电感式接近开关的输出提供的输出端口数量也是不一样的，有两线、三线、四线，甚至五线的。 2）使用直流/交流二线型电感式接近开关时，必须连接负载。如不经负载直接连接电源，内部元器件将会烧坏，且无法修复。 3）当负载电流5mA时，将会造成开关通断不可靠，这时应按下图在负载两端并上39K/5W的

5、电阻器。图 3 负载电流过小 系统原理示意图 基本概况任务二 测近距离物位置 PLC读取接近开关系统示意图 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的关断或者导通。 沙场练兵：系统接线步骤一：熟悉电感式接近开关 电感式接近开关的测量原理 电感式接近开关的工作流程 工作流程方框图 沙场练兵：系统接线步骤二：连接电感式接近开关和西门子S7-200 接近开关和200CPU的

6、连接 沙场练兵：系统接线步骤三：上电测试，观察现象 按照上面两个步骤完成接线之后，先给24V直流电源上电，然后再给西门子S7-200CPU上电。观察此时S7-200CPU上输入点指示灯，会看到有一个点的灯被点亮了。若没有灯亮，则应马上关闭S7-200CPU，再关闭24V直流电源，检查线路，确认无误之后再上电测试。 指点迷津 西门子S7-200通过检测24V的直流电压来判断该点的状态，倘若接近开关和西门子S7-200使用了不同的24V直流电源来供电，那么这两个24V就不能保证是共地的。 出现这个问题，可以更改接线，让接近开关和西门子S7-200使用同一个24V直流电源就可以了。 按照步骤完成接线

7、后可能从西门子S7-200CPU上读不到信号，在排除设备和接线完全没问题的情况下，就得考虑信号共地的问题了。单元二：磁性物质的位置检测 任务一 霍耳开关检测磁性物体 任务二 干簧管接近开关检测磁性物体 学习目标：1熟悉霍耳开关的工作原理、常用专业术语。2掌握霍尔开关检测磁性物体的应用。3了解霍尔开关的应用范围。 学习目标：1理解干簧管接近开关的工作原理。2了解干簧管接近开关的应用。 霍尔开关是利用半导体的磁电转换的原理，将磁场信息变换成相应的电信息的元器件。它可以直接测量磁场及微小位移量，也可以间接测量液位、压力等工业生产过程参数。基本概况霍尔开关任务一 霍耳开关检测磁性物体 沙场练兵一：自制

8、霍尔开关 把一块可以导电的物体置于磁场之中，比如磁力线向北，当你给它施加从西向东的电流时，根据左手定则，这个电流会受到一个向上的力。这时把电流表的正极放在物体的上边，负极接在物体的下边，电流表中就会有电流通过。通常进入电流表的电流比较微弱，需用放大电路进行放大，放大之后的电流再去控制开关（实际上是一个继电器），这就是霍尔开关。 霍尔开关传感器具有较高的灵敏度，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑色金属零件进行计数检测。图7中，利用霍尔开关传感器来统计钢球在绝缘板上通过磁铁的次数。根据“沙场练兵一”，试分析霍尔计数装置如何实现计数功能？ 沙场练兵二：霍尔计数步骤一：明确工艺要求 霍尔计数装置工作示

9、意图 钢球 绝缘板 磁铁 霍尔开关传感器 沙场练兵二：霍尔计数步骤二：了解霍尔元件 外形图形符号霍尔元件沙场练兵二：霍尔计数步骤三：霍尔元件的主要技术参数 霍尔输入电阻和输出电阻 霍尔元件的电阻温度系数 霍尔不等位电势 霍尔输出电压 霍尔电压输出比率 霍尔电势温度系数 沙场练兵二：霍尔计数步骤四：霍尔开关性能 霍尔开关可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。 沙场练兵二：霍尔计数步骤五：霍尔计数装置工作电路

10、图 霍尔计数装置的工作电路图 指点迷津1）霍尔式传感器按被测量的性质可分成电量型（电流型、电压型） 和非电量型（开关型和线性型）两大类。 2）按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线形器件和霍尔开关 器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。 3）按被检测的对象的性质可将霍尔开关的应用分为：直接应用和 间接应用。 干簧管是一种气密式密封的磁控性机械开关，可以作为磁接近开关或者继电器使用，与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，工作可靠性很高。电子电路中只要使用自动开关，基本上都可以使用干簧管。干簧管与永磁体配合可制成磁控开关，用于报警装置及电子玩具；与线圈配合可制成干簧管继电器，用于迅速切换电

11、子设备的电路。基本概况干簧管任务二 干簧管接近开关检测磁性物体 任务二 干簧管接近开关检测磁性物体 一、干簧管接近开关的工作原理 干簧管接近开关在工作时，由恒磁铁或线圈产生的磁场施加于干簧管开关上，使干簧管两个磁簧磁化，使一个磁簧在触点位置上生成N极，另一个磁簧在触点位置上生成S极。若生成的磁场吸引力克服了磁簧的弹性阻力，磁簧由吸引力作用接触导通，即电路闭合。一旦磁场吸引力消除，磁簧因弹力作用又重新分开，即电路断开。 任务二 干簧管接近开关检测磁性物体 二、干簧管接近开关的应用 干簧管式水位传感器原理结构单元三：光电开关 任务一 光电器件 任务二 光电亮通和暗通控制电路 学习目标：1了解光电器

12、件的分类。2了解光电器件的基本原理。3熟悉光电器件的简单测试方法。 学习目标：1了解光电亮通和暗通。2熟悉几种典型的亮通和暗通控制电路。3能根据控制电路实现接线测试等工作单元三：光电开关 任务三 光电接近开关 任务四 颜色分辨 学习目标：1了解光电接近开关测量物体位置的基本原理。2了解光电接近开关的种类。3利用光电接近开关测量。学习目标：1认识色标传感器。2了解色标传感器的工作原理。3色标传感器的接线与操作。 单元三：光电开关 任务五 热释电传感器 学习目标：1认识热释电传感器。2了解热释电传感器的工作原理。基本概况光电传感器任务一 光电器件 各式各样的光电传感器沙场练兵：认识光电器件准备工作

13、：认识光 常用光源： 1、白炽光源 2、气体放电光源3、发光二极管 沙场练兵：认识光电器件光电器件类型 2、内光电效应 光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃人导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，这就是内光电效应（光电导效应和光生伏特效应） 。1、外光电效应 在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应（光电管和光电倍增管） 。沙场练兵：认识光电器件光电元件的简单测试光敏电阻 光敏电阻结构光敏电阻检测电路指点迷津1）实验室里用到的光电三极管和光电二极管也是光电导器件。由于光电三极管充分利用了三极管的电流放大，光电流可以达到0.44mA，而

14、光电二极管的光电流一般仅为几十微安，因此光电三极管具有更高的灵敏度。2） 在日常使用中，发光二极管都会串联一个电阻，这个串联的电阻叫限流电阻。发光二极管的工作电流一般较小。沙场练兵：亮通和暗通控制电路 任务二 光电亮通和暗通控制电路 步骤一：认识亮通和暗通 对数字电路来讲，“亮通”和“暗通”是“1”和“0”的关系。“亮通”指的是在传感器接收到光信号后会有高电平输出给负载，而“暗通”刚好相反，它指的是无光信号时有高电平输出。步骤二：了解光敏电阻 光敏电阻是一种半导体器件，利用的是半导体的光电效应。当有光照时电阻很小，无光照时电阻很大，利用这个特性可以来制作亮通/暗通控制电路。 沙场练兵：亮通和暗

15、通控制电路 步骤三：光电亮通控制电路的制作 亮通光电控制电路 沙场练兵：亮通和暗通控制电路 步骤四：光电暗通控制电路的制作 暗通光电控制电路 指点迷津 在亮通和暗通控制电路的实现过程中，对于与光敏电阻共同构成分压电路的电阻R的阻值问题是整个电路能否正常工作的关键。建议在实验过程中用滑动变阻器来代替这个电阻R。 基本概况任务三 光电接近开关 光电开关系统示意图 槽式光电开关 沙场练兵：光电开关的基本原理和分类 光电开关工作示意图光电开关分类： （2）镜反射式光电开关 （1）漫反射式光电开关 （3）对射式光电开关 （4）槽式光电开关 （5）光纤式光电开关 沙场练兵：光电开关的基本原理和分类 HU1

16、5-M15DPT输出接口形式 指点迷津 在使用光点开关检测微小物体时，光点开关没有任何输出。这是因为对对射式光电开关而言，被测物体的最小宽度为光电开关透镜宽度的80%。 任务四 颜色分辨 沙场练兵：色标传感器的认识和使用 一、色标传感器的测量原理色标传感器工作原理示意图 沙场练兵：色标传感器的认识和使用 二、色标传感器的使用（2）灵敏度调节（1）色标传感器的安装位置 （3）色标传感器的接线 指点迷津 色标传感器作为光电传感器的一种，对光强和环境温度也比较敏感。一般来说，色标传感器的工作环境温度为050，光强一般都要求小于10000lux。除此之外，检测距离也是衡量色标传感器性能高低的一个标准。

17、当前大部分的检测距离都在10mm以内的范围里。 基本概况任务五 热释电传感器 热释电红外传感器是一种红外光传感器，属于热电型器件，当热电元件受到光照时能将光能转换为热能，受热的晶体两端产生数量相等符号相反的电荷，如果带上负载就会有电流流过，输出电压信号。 热释电红外传感器 沙场练兵：热释电传感器的认识和使用 一、热释电传感器的测量原理 热释电传感器的结构与电路原理 沙场练兵：热释电传感器的认识和使用 二、热释电传感器的实验步骤 1、观察传感器探头； 2、连接主机与实验模块电源线及传感器接口；3、开启主机电源，待传感器稳定后，人体和手分别从传感器探 头前移过，观察输出信号电压变化（热释电红外传感

18、器只对 变化的温度信号敏感，这一特性也决定了它的应用范围）； 4、将传感器探头对准加热炉方向，开启加热炉并将温度控制在 50左右，用 遮挡物断续探头前面的热源，观察并记录传感 器输出信号的变化情况。5、在传感器探头前加装菲涅耳透镜，试验传感器的探测视场和 距离，以验证菲涅耳透镜的功能。 单元四：其他位置检测方法 任务一 电容接近开关 学习目标：1理解电容接近开关的工作原理。2掌握电容接近开关的使用。3体会电容接近开关与其它接近开关的异同。4了解其他位置检测方法。基本概况任务一 电容接近开关 电容接近开关 电容式接近开关应用沙场练兵：控制水罐液位 步骤一：认识电容式接近开关电容式接近开关结构外形 沙场练兵：控制水罐液位 步骤二：了解电容式接近开关的使用 电容式接近开关安装要求 沙场练兵：控制水罐液位 步骤三：明确控制要