4.传感器.ppt

1 1 传感器2 光电 光纤 传感器3 区域传感器4 接近传感器5 压力传感器6 温度传感器7 影像传感器 传感器 2 传感器的定义传感器就是 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 1 1传感器定义 3 1 2传感器与五感 4 按被测物理量分类 温度传感器 湿度传感器 压力传感器 位移传感器 流量传感器等 1 3传感器的分类 一 5 按传感器工作原理分类 1 电磁式传感器2 磁学式传感器3 光电式传感器4 电势型传感器5 电荷型传感器6 半导体型传感器7 谐振式传感器8 电化学式传感器 1 3传感器的分类 二 6 1 线性度线性度是传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离直线的程度 又称非线性误差 1 4传感器的特性 静态特性一 2 灵敏度灵敏度是传感器在稳态下输出增量与输入增量的比值 7 3 重复性重复性是传感器在输入量按同一方向作全程多次测试时 所得特性曲线不一致性的程度 1 4传感器的特性 静态特性二 4 迟滞现象传感器在正向行程和反向行程期间 输出 输入特性曲线不一致的程度 8 5 分辨率在规定测量范围内所能检测的输入量的最小变化量 1 4传感器的特性 静态特性三 6 稳定性在室温条件下 经过长时间间隔 传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异 7 漂移在外界的干扰下 输出量发生与输入量无关的不需要的变化 9 1 阶跃响应特性给传感器输入一个单位阶跃函数信号其输出特性称为阶跃响应特性 1 5传感器的特性 动态特性 2 频率响应特性给传感器输入各种频率不同而幅值相同 初相位为零的正弦信号 其输出正弦信号的幅值和相位与频率之间的关系 称为频率响应曲线 10 1 6工业上常用传感器 光电传感器 接近传感器 压力传感器 温度传感器 11 2 1 1光电传感器 放大器 检测头 12 2 1 2光电传感器原理 光电传感器通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量 并能将光能转化成电信号的器件 原理如下图 13 反射型 从发光部发出信号光 可见光或红外光 在受光部接收被测物反射光量 发射和接收在一个头上 透过型 受光部接收被测物的透光量从而得出输出信号 2 1 3光电传感器种类 14 非接触检测非接触检测避免了对目标物和感测头的损害 延长了传感的操作寿命并无需保养 2 1 4光电传感器特性 一 可以检测任材料的目标物根据接收到的光量或反射光的光量变化进行检测 这种方法可以检测诸如玻璃 金属 塑料 木材以及液体等各种各样材料的目标物 检测距离长光透过型的检测离可达10m 回归反射型的检测距离可达50m 15 反应速度快光电传感器的反应速度高达20us 2 1 4光电传感器特性 二 可以区分颜色光电传感器能够根据目标物颜色的反射率和吸收率来检测目标物反射的光从而检测和区分颜色 检测精度高可以对微小目标物进行高精度定位和检测 16 当目标物遮断发射器和接收器间的光轴时进行检测 长检测距离 稳定的检测壮态 可以检测不透明的目标物论其外形卜颜色或材料如何 强光束 2 1 5检测配置和特性 一 透过型 当目标物遮断感洲头和反射板间的光轴时进行检测 反射板可以在有限的空间安装 接线简单 比扩散反射型传感器的检测距离长 可以方使地调节光轴 可以检测不透明的目标物 无论其外形 颜色或材料如何 回归反射型 17 当射向目标物的光束被目标物反射并被接收时进行检测 节省空问 只需要安装传感器模块 不需要调节光轴 可以检测反光的透明目标物 可以区分颜色 2 1 5检测配置和特性 二 扩散反射型 当射向目标物的光束点被目标物反射并被接收时进行检测 可以检测微小目标物 可以检测目标物标记 可以透过机器间的狭长缝隙进行检测 可见光束点 聚焦反射型 18 反射部分和接收部分彼此成一定角度 可以在光轴相交的有限区域内进行检测 受目标物背景的影响极小 低应差 可以检测细微的高度差 可见光束点 2 1 5检测配置和特性 三 小光束限定反射型 利用从目标物反射回来的光束的角度差异 检测目标 不受高度反光的目标物背景的影响 对不同反射率的各种颜色和材料的目标物进行稳定检测 对微小目标物进行高精度检测 可见光束点 固定距离型 19 当光束射到目标物上时 光束的反射根据目标物的光泽而不同 传感器根据反射的光束 镜面反射或扩散反射 来检测光泽的差异 可以进行在线检测 检测不受目标物颜色的影响 可以检测透明目标物 2 1 5检测配置和特性 四 光泽识别型 均匀的平行光束形成检测区域 当目标物通过这一区域时 接受到的光量会引起变化 检测仅根据这个变化进行 可以检测微小目标物 只能检测移动目标物 检测受镜头上污物或灰尘的影响较小 光通过确认型 20 2 2 1光纤传感器 光纤传感器其实是光电传感器的一种 普通的光电传感器的发光源在感测头上 而光纤传感器的发光源在放大器上 通过光纤传送到感测头上 这样大大的缩小了感测头的体积 21 2 2 1光纤传感器原理 光纤由纤芯和包层组成 具有不同的折射率 光束被包层壁反复地反射 以这种方法通过纤芯 光束通过光纤时光量没有损失 在约60 角的范围内散射并被投向目标物 22 2 2 2光纤传感器外形 光纤传感器从广义上分为两大类 透过型和反射型 透过型包括一个发射器和一个接收器 反射型是一个单一模块 根据光纤断面的形状分为三个类型 平行型 同轴型和分离型 23 2 2 2光纤种类 材料 塑料光纤塑料光纤的纤芯有一根或多根直径0 25至1mm的丙烯酸树脂纤维 包在聚乙烯外皮内 塑料光纤重量轻 价格低 富有柔性大多数光纤光电传感器都使用 可剪切 常用 玻璃光纤玻璃光纤由直径 10至100um的玻璃纤维套在不锈钢套管内组成 因此可以在高温 最高350 C 662 F 的条件下使用 24 2 2 3光纤传感器特性 耐热耐热光纤可以在高温环境中进行检测 在苛刻环境中稳定地操作光纤中没有电流通过 因此不受电杂波的影晌 检测小目标物感测头的光发射面极为紧凑 可以对小目标物进行稳定检测 安装灵活使用柔性光纤 可以方便地安装在机器之间狭小的空间内 25 2 2 4光纤传感器弯曲半径 一 使用过度弯曲的光纤会造成漏光 使检测精度降低 光量保持率与弯曲半径的关系曲线 典型 26 2 2 4光纤传感器弯曲半径 二 几种光纤的最小弯曲半径 27 2 2 5光纤传感器颜色区分图 对于颜色区分 要选择一种光源 在待区分两种颜色的反射率上能够形成明显的差异 就是说 选择的光源应能使灵敏度调节器上对应两个待区分颜色的设定位置离得尽可能远 下面的图表给出了颜色区分的参考数据 不过检测会受到目标物表面状况和亮度的影响 用实际目标物确认待区分颜色的灵敏度差异 28 2 3光电传感器的影响因素 一反射型 1 反射物质表面粗糙度2 反射物质的角度3 反射物与发射头距离4 反射物质颜色 二透过型 1 光穿过的介质材料2 传感器安装位置 29 脉冲型发射光电传感器采用脉冲光束发射法并以LED或半导体激光器作为光源 利用这种方法 传感器可以间歇地发射一束预设脉冲时间的强光束从而能够进行长距离的一稳定的检测受外界光线的干扰极小 2 4光束发射方法 连续型发射传感器连续发出预设的光量 由于光发射元件的电流大小有限 使得光束较弱 所以这种方不能提供长的检测距离 并且容易受外界光线的影响尸尽管如此它的反应速度却高于脉冲发射法 30 2 5光电传感器的安装与使用 1 透过型光电传感器的安装与正确使用 31 2 反射型光电传感器的安装与正确使用 2 5光电传感器的安装与使用 32 2 6维护改善注意点 1 金属头和塑胶部分易折断 2 不要安装在灰尘和蒸汽较多或与油和水直接接触的地方 不能接触信那水等有机溶剂 3 最佳感度范围内使用 感度调整轴不能用普通的螺丝刀调整 应用专用的调整器调整 4 不能在传感器工作状态下拨动开关 5 光纤不能承受重压 光纤卷曲半径原则上大于25mm 6 光纤的感应头不可以受到振动 应固定 7 传感器的安装位置应远离噪音源 超频率音响 8 不要忘了接地线 9 检出物体与传感器的距离保持一定 10 光纤线的切断必须使用专用切断工具 切断孔只能使用一次 33 2 7术语表 一 检测距离 34 2 7术语表 二 应差距离 反应时间 35 2 7术语表 三 LIGHT ON DARK ON 36 2 7术语表 四 环境光亮 37 3区域传感器的原理 区域传感器其实就是由多个透过型光电传感器配合组成 只要其中一个检测到即判定检测到 38 3 1区域传感器作用 1 安全防护用 2 检测物体 39 3 2区域传感器 安装一 正确的安装位置 只有通过区域传感器的检测区域才能够接近机器内的危险区域或危险物 当机器运行时 操作员的身体应当在危险区域或危险物的相反侧 40 3 2区域传感器 安装二 错误安装 机器操作员能够不通过传感器检测区域即可接近危险区域或危险物 当机器运行时 操作员的身体处于传感器检测区域和危险区域或危险物之间 41 3 3区域传感器安装位置范例 42 4接近传感器 接近传感器可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标物 43 4 1接近传感器原理 振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场 目标物接近磁场时 由于电磁感应在目标物中就有一个感应电流 涡电流 流动 随着目标物接近传感器 感应电流增强 引起振荡电路中的负载加大 然后 振荡减弱或停止 传感器利用振幅检测电路检测到振荡状态的变化并输出检测信号 振幅变化的程度随目标物金属的种类而不同 因此检测距离也随目标物金属的种类而不同 44 4 2接近传感器分类 利用电磁感应的高频振荡型 使用磁铁的磁力型 利用电容变化的电容型 按检测原理分类 通用型 主要检测黑色金属 铁 所有金属型 在相同的检测距离检测任何金属 有色金属型 主要检测铝一类的有色金属 按检测方法分类 45 4 3接近传感器的特性 非接触检测 避免了对传感器自身和目标物的损坏 无触点输出 操作寿命长 即使在有水或油喷溅的苛刻环境中也能稳定检测 反应速度快 小型感测头 安装灵活 46 4 4金属种类和检测距离 金属种类和检测距离间的关系 通用型 所有金属型 有色金属型 47 4 5检测距离与目标物厚度的关系 检测距离与目标物厚度的关系 48 4 6术语表 检测距离 应差距离 49 4 6术语表 检测目标物 重复精度 50 4 6术语表 反应频率 温度波动 51 4 6术语表 埋入型 非埋入型 52 4 6术语表 常开和常闭输出模式 53 5压力传感器 压力传感器使用一个内部压力感应元件 把空气压力的变化转变为电信号 当压力超过设定值时 压力传感器输出一个信号 这个信号可用于各种利用空气压力的场合 如抽吸确认 就位确认 漏测试 底压控制等 54 在硅片上形成一层应变灵敏电阻 应变仪 沿箭头方向施加压力时 硅片变形 同时应变灵敏电阻器 应变仪 的电阻值改变 于是压力变化就转变为电信号 5 1压力传感器原理 55 5 2压力传感器分类和特性 压力传感器分为两大类 电子型和机械型 过去都使用布尔登管型等这样的机械型传感器 可是由于这类传感器的使用寿命短 因此现在工作寿命长 精度高而且反应速度快的电子型传感器得到了普遍的应用 电子型传感器有硅膜片型和不锈钢膜片型 分类和特性 56 标准压力表示压力时把大气压力规定为零 压力高于大气压力为正压力 低于大气压力为负压力 5 3压力的概念 绝对压力表示压力时把绝对真空规定为零 通常都使用标准压力 绝对压力用于科学计算等在单位后面加上 abs 以和标准压力相区别 如mmHGabs 57 5 4压力传感器正确使用提示 接线 传感器的线路必须与电源线或高压线隔离 否则传感器可能受杂波干扰而出现故障 不正确的接线会使放大器发热或者损坏 每个感测头的连接器的 压入配合 连接只能使用一次 其他 检测腐蚀性的气体或液体要仔细查看应用范围说明 不要从压力孔插入任何物品 例如 铁丝 压力传感器元件可能会损坏而造成故障 不要用尖锐的物品来按压前方面板的按键 普通型号的不能用来检测可燃性的气体 58 6温度传感器 我们工程上用到的温度传感器最多的是热电偶温度传感器 热电偶是一种感温元件 是一次仪表 它直接测量温度 并把温度信号转换成热电动势信号 通过电气仪表 二次仪表 显示出被测介质的温度 59 6 1热电偶的原理 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路 当两端存在温度梯度时 回路中就会有电流通过 此时两端之间就存在Seebeck电动势 热电动势 这就是所谓的塞贝克效应 两种不同成份的均质导体为热电极 温度较高的一端为工作端 温度较低的一端为自由端 自由端通常处于某个恒定的温度下 60 热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一 其优点是 测量精度高 因热电偶直接与被测对象接触 不受中间介质的影响 测量范围广 常用的热电偶从 50 1600 均可边续测量 某些特殊热电偶最低可测到 269 如金铁镍铬 最高可达 2800 如钨 铼 构造简单 使用方便 热电偶通常是由两种不同的金属丝组成 而且不受大小的限制 外有保护套管 用起来非常方便 6 2热电偶的优点 61 6 3类型与适用范围 62 由于热电偶的材料一般都比较贵重 特别是采用贵金属时 而测温点到仪表的距离都很远 为了节省热电偶材料 降低成本 通常采用补偿导线把热电偶的冷端 自由端 延伸到温度比较稳定的控制室内 连接到仪表端子上 6 4补偿导线 63 1 热电偶的插入深度2 热电偶与炉壁间应用隔热材填充3 热电偶冷端不能太靠近炉体 100