自动控制传感器技术

自动控制---传感器技术

重点与难点了传感器的基本知识掌握各类传感器的基本特性了解各类传感器的典型应用掌握传感器的接口电路原理一、概述

传感器是自动控制技术中首要信号器件，其信号的灵敏度与可靠性决定自动控制系统的正常与否，就像人的五官眼、耳、鼻、口、舌，将所采集的信息输入大脑，经大脑处理后，发出相应的动作指令。而传感器则是取出相应的信号经放大处理后控制系统自动运行。如电冰箱内安装有温度传感器，当电冰箱内温度达到设定值时，传感器检测到该值并将其温度转变为电信号，控制电冰箱的运行与停机。再如机器人安装有各种传感器，当其检测到对应信号，便输入计算机进行运算处理，驱动肢体运动。

本课介绍传感器和变送器的基本知识、测量和检测技术。通过学习，了解检测的目的、意义，掌握传感器的定义、分类和命名方法及其应用原理。

1.

人与机器的机能对应关系

外界对象感官传感器人脑微机肢体执行器

2.传感器采集信号的传输过程

传感器将被测物理量(如噪声、温度等)检出并转换为电量；中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后，显示测量结果，并提供给观察者或其它自动控制装置。

信息获取信号转换5数据分析与处理

3传感器接入控制系统工作示意

例1：生产车间的感温、感烟火灾报警系统框图集控器1中央监控图监控系统组成框图传感器1传感器2传感器N

例2粮仓温度、湿度检测通风口探头通风口通风口装有温湿度探头的粮仓示意图二、传感器的定义与分类1.传感器的定义

传感器的定义在国家标准GB7665-87中表述：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。

传感器处于检测系统的最前端，起着获取检测信息与转换信息的作用。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器习惯上又被称为：发送器、传送器、变送器、检测器、探头等。2.传感器工作性质

传感器处于被测对象与测试系统的接口位置，是一个信号变换器。它直接从被测对象中提取被测量的信息，感受其变化并变换成便于测量的其他量。例如将速度变换成电压，将流量变换成压力等。3.传感器的特征①传感器是测量装置，能完成检测任务；②输入量是物理、化学、生物等被测量；③输出量是气、光、电等物理量，主要是电物理量，如：

电压（V）、电流（I）、频率（F）、功率（P）等；④输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。4.传感器功能传感器功能可以用“一感二传”来描述，即感受被测信息，并传送出去。5.传感器的组成传感器将非电量转换成电量输出。通常，传感器由敏感元件、转换元件和基本转换电路三部分组成。

敏感元件

能够灵敏地感受被测量并作出响应的物理量变化，为敏感元件。如金属或半导体应变片，能感受压力的大小而引起形变，形变程度就是对压力大小的响应。因此是一种压力敏感元件；铂电阻能感受温度的升降而改变其阻值，阻值的变化就是对温度升降的响应。所以铂电阻就是一种温度敏感元件。②转换元件

就是将敏感元件感受的被测量转换成电路参数的元件。③基本转换电路

将电路参数转换成便于测量的电量（如：电压、电流、频率等）。

例3

传感器的能量转换mVTT0BAIhfG光电池f+++++–––––Q压电传感器RRTR0RU0Ui热敏电阻传感器热电偶把热能变为电能光电池把光能变为电能6.传感器的分类（1）按被测物理量分类此类表明传感器的用途，便于使用者选择，如位移传感器用于位移测量（2）按传感器工作原理分类表明了传感器工作原理，有利于传感器设计和应用，如电感式传感器、电容式传感器等。（3）按传感器转换能量的情况分类①能量转换型。又称发电型，不需外加电源而将被测能量转换成电能输出，这类传感器有压电式、热电偶、光电池等。

②能量控制型。又称参量型，需外加电源才能输出电能量。这类传感器有电阻、电感、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等。

例4传感器实物外形压力传感器温度传感器液位传感器7.传感冒器的楼代号传感忠器的屡代号手：依奸次为潮主称--马-被测睁量--全-转换在原理--溪-序号理。①蛙主称--知-传感诱器代误号C喉；②魔被测闻量--浆-用一佳个或乒两个磁汉语壮拼音承的第或一个街大写佳字母将标记；③幕转换点原理--用一缸个或婆两个孤汉语争拼音脚的第危一个移大写炉字母古标记；④尘序号--赌-用来池表征找产品沫设计贝特性裕、性音能参肤数、甩产品市系列艺等。例如管：应等变式距位移吃传感脆器：绸C锄W线Y-乏YB哈-2敌0；悠光纤跳压力货传感器：亏C而Y-要GQ勾-2观。8.变送涝器传感内器是笑能感项受规圾定的拉被测赏量并渣按照丘一定南的规坏律转奇换成肺可用味输出莫信号器的器润件或氏装置摊的总顽称。闸当传历感器摇的输指出为辨规定妻的标配准信许号时矮，则钞称为估变送捎器。变送蜜器可写定义陶为将磁物理偏测量叨信号全或普倚通电杂信号态转换牌为标捞准电统信号臣输出担或能辣够以仗通讯火协议赤方式便输出碎的设炭备，姥它是厌从传皇感器漠发展浇而来寨的。变送呀器输封出的费标准魔信号是符合欺国际蛙标准缘瑞的信亲号。霉如直刑流电极流0匆～1找0m奴A、轻4～观20缘瑞mA危。无皮论被木测变亲量是便哪种览物理会或化耳学参摘数，衣也不河论测编量范求围如碧何，央经过赖变送欠器之谎后的联信息老都必策须包仍含在困标准摩信号斜之中咳。三、检测技术1.瞎检测描技术稿的目的的和晴意义检测浓是指断在各吼类生税产、椒科研定、试贫验及勒服务裳等各疑个领昌域为凯及时副获得致被测洽、被善控对征象的遇有关油信息贫而实颈时或痰非实庸时地傅对一速些参赚量进坏行定性蓝检查和定量狮测量的技术密措施。2.育检合测技筑术的誉作用检测雅技术城是通部过传伸感器雾获取怖相应此的信兰号，妖控制魂电气碍系统际工作黄。不少同的啊设备尖需要赏的信阔号亦吗不相丝式同，愚根据蓬信号划类别肠选择恳对应歌的传市感器吐与之醒匹配胡，才甘能实麻现检狐测技茂术的帆作用宫。13.拾检测绣技术陷的应宾用机械价手、苗机器狗中的金传感蒜器：转动损/移贤动位询置传晌感器央、力煌传感洞器、苦视觉死传感辞器、溜听觉疮传感征器、午接近冒距离盈传感纠器、汽触觉瓦传感狮器、涝热觉晌传感舅器、言嗅觉杠传感安器。在各仅种自尾动控件制系肢统中违，测使试环待节起石着系君统感够官的管作用诱，是歉其重须要组抄成部呼分。机械手装配模型数码注机器桑狗3bAG炎V自动融送货盐车中的皇传感讽器超声惜波测舌距传报感器：判断建筑能物内裁人和泻物所玩在位燥置；红外谁线色申彩传镇感器：控制筛运动著轨迹傲和AG暴V小车龟位置识别未；条贷形码跑传感为器：货品识别净。AGV模型4切削扮力传炒感器、加工争噪声自传感荣器、超声穗波测泛距传扬感器疼、红炕外接递近开枣关传当感器例等应用北实例哄：大学竟数字消化工炮厂21c)刚生雷产加坡工过喝程监带测2、穗流程误工业布设备迹运行龙状态器监控④在电惑力、恳冶金朱、石塞化等交工业该生产归设备安装译的设或备流厦程运行新状态监视森传感纯器。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。53、改产品窜质量辫测量⑤用传赢感器违检测舰汽车线、机俩床等业设备山的电机茂、发惯动机熊零部赌件的性能和质械量。上图为汽车出厂前的检验测量：润滑油温度、冷却水温度、燃油压力和发动机转速等。通过测试，可了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量6⑥为使楼宇安全邀、舒导适、健康家、温馨，在楼观宇中猎应用核了检测技术炭，如吼闯入陵监测尚、空从气监触测、践温度劲监测烈、电烟梯运箩行状龟况监视品等。图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控等装置。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器75、此家庭迎与办卖公自脖动化⑦家电基产品抗和办摩公自纤动化谱产品杨设计劫中，盖人们惕大量洽的应确用了蒸传感症器和结测试伪技术械来提蒜高产牧品性铲能和夜质量纯。如全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器、衣质传感器、水温传感器、水质传感器、透光率光传感器(洗净度)液位传感器、电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器8⑧航天躁、交笋通、骨医学征、农豆业的应用航天农业交通医学9鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器话筒:电容式语音传声器声卡:A/D卡+D/A卡软驱:速度,位置伺服⑨PC桃机中邀的测替试技测术应再用10四、裹传感怎器的袭接口狂电路传感鸦器只资能获喂取相芽应的收信号醋，且劳信号曾较为阶微弱熊，不昂能直跳接驱句动后详续电跳路，康因此米必须森连接绘配套裁的接乞口电崖路，目才能珍实现遭控制仰目的且。现溜列举模如下秀几类既传感液器驱迁动电岂路，殃以剖登析其慈作用今原理终。1北语心音传患感器没放大浇电路对着虎话筒隶讲话嫁，语准音传乱感器影将声亏波变牲换成筑微小兰的电取流信料号，像经v呆i端率输入妨，集育成块震TD牢A2歌03踏0放升大后柴，4他脚输早出通垄过喇铲叭发期出强超大的成声音胁。话筒:语音传感器2.译水位程传感陡器连流接电罪路全自升动洗味衣机盟控制脱原理饺框图水位尼传感选器检但测洗阻衣机西内水系位，粱当水位达车到设惧定值针，自尿动关霜断进置水阀吗。当洗圆衣机骄门关获好后眼，才级能启动威，否港则不纯能启枯动。全自眉动洗促衣机碍电路界图水位初开关预为水屈位传乳感器附：用殊于检杆测洗励衣机怨桶内抚水位织；桶造盖开茄关为光电拉传感围器：铸用于男安全慎联锁准控制坚，当充桶盖姻未盖筛好，广洗衣纹机不熊能启动。3景液懂位传心感器咐检测拔管道阶液位下图双为液游位传标感器亿安装握于管倦道内扁的示继意图燃。4.筛人体绩红外铃传感俱器传感砖器模芦块I谱MC要-C创76斯01两各脚贤功能册：3览脚-屡-电弦源端革，2细脚-秤-接割地，蜓4脚猜--榜定时侦设置粮，4钩脚-徐-输穷出。午当有愿人接遮近该杂传感清器时碑，就寸会检颜测到妨人体集信号绝，并企从4翼脚输鸣出，羞驱动藏光电侦藕合坐器件询工作身，灯前泡E武被点推亮。杂此电族路也辆