非标机械设计常用传感器

传感器是工业自动生产线设备中不可或缺的一种器件，它是设备的机械系统和控制系统连结的纽带。生产线设备系统通过传感器将运动参数以及运行状态反馈给控制系统，控制系统通过传感器反馈的信号和数据发出指令驱动机械系统，其重要性不言而喻。传感器相当于人体的各种感觉器官，设备控制系统需要通过它来确定：机构的位置、产品的有无、以及产品的精度等重要参数以监测和控制设备的使用状态和产品的生产过程。根据其使用方式，传感器在生产线设备中最常见的主要用途有以下几种：检测有无、检测位置、检测外形、检测速度、检测温度等各种物理量。根据其检测方式，工业自动化设备中常用的传感器大约有以下几种：磁性开关、接近开关、光电开关、光纤传感器、光栅、位移传感器、压力传感器、电热偶、激光传感器、编码器等。根据其输出型号类型的不同，传感器大致可以分为三种：开关量输出型、模拟量输出型和数字量输出型。开关量输出的传感器有两种：一种是常开型（NO）、一种是常闭型（NC）。开关量输出的三线制传感器通常有两种输出制式：NPN和PNP，即低电平输出和高电平输出。通常，在中国大陆生产使用的控制器的输入输出接口一一PLC接口或者工业控制计算机的输入输出卡接口一一接受NPN型输出信号。当然，NPN型和PNP型输出也是可以通过继电器相互转换的。对于我们普通的自动生产线设备机械设计师来说，最重要的不是研究传感器的原理，而是明白其用途就可以。我们在选择传感器的时候通常需要考虑的主要是以下三个问题：（1）检测要求和条件，测量目标物的性状、测量目的、测量的目标值范围、测量频率等（2）传感器性能，传感器的检测精度、响应速度、输出信号类型等；（3）工况条件，主要是指传感器的使用环境和与其他装置的连接环境等。下面我们简单介绍一下在工业自动化设备中常用的传感器。磁性开关：它是气缸用传感器的一个专用称呼，主要应用于检测气缸活塞位置。通常，都由气缸供应商根据客户使用情况配套提供。顾名思义，磁性开关是通过电磁感应来检测目标物，所以，其检测精度相当低。接近开关：接近开关也是依据电磁感应的原理设计制造的，所以，它只能应测金属目标物，并且不同的金属感应距离略有差距。目前常用的接近开关检测距离大约有如下几种：1mm、2mm、4mm、8mm、12mm等。接近开关通常有两种：埋入型和非埋入型。所谓埋入型就是指接近开关的感应头不检测其圆周方向的金属目标，只检测其前方的金属目标，即传感器感应头可以不露出金属安装支架;所谓非埋入型就是指接近开关感应头既检测其前方的金属目标也同时会检测其圆周方向的金属目标，即传感器感应头必须露出金属安装支架一段距离且圆周方向一定范围内不得有金属目标物以免引起错误判断。接近开关的检测精度较磁性开关高。接近开关通常用于判断产品有无、工装夹具是否到位等对位置精度要求相对较低的场合。光电开关：光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。我们通常所说的光电开关大致有三种：一种是反射式光电传感器、一种是对射式光电传感器、一一种是使用反射板反射光束的光电传感器。其中后两种都是通过目标物遮光实现检测的，前一种是通过目标物反射光线来实现检测功能。所以，通常后两种检测距离更远、精度更高。由于光电传感器具有相当高的检测精度，所以，通常用于检测产品或者机械手等工件的精确位置以及步进、伺服系统的反馈装置中。光纤传感器：光纤传感器也是一种应用光电信号转换的检测元件，相比较于光电开关而言，它通常能检测更小的目标物、检测距离更远、精度更高。所以，光纤传感器通常应用于更为精准的检测场合和步进、伺服系统的定位反馈装置中。光栅：光栅也是一种利用光电信号的传感器。光栅检测区域大，所以通常也称区域传感器。光栅通常最主要的应用领域是设备之间的互锁和安全作用，特别是应用于对人的保护上比较多。位移传感器：顾名思义，即是检测目标物位置变化的传感器。压力传感器：压力传感器用于检测目标物所施加的或者承受的拉力或者压力。电热偶：电热偶主要是用于检测其周围的环境温度。激光检测仪：激光检测仪最主要的功能是精确地测量目标物的外形尺寸。工业照相机：工业照相机在工程上也通常称为CCD(Charge-coupledDevice),它主要应用于检测目标物的外形和位置。随着目前CCD技术的提高，高分辨率的工业相机已经可以应用于精确测量领域。编码器：按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置府应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和