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SENSORTRAINING,1,SENSORTRAINING,SENSORTRAINING,2,主要内容,一、传感器概述1.1什么是传感器1.2传感器的组成1.3传感器的分类1.4传感器的基本特征a静态特征b动态特征二、机械触点式Sensor2.1微动开关2.2限位开关2.3急停按钮2.4几种开关的共性三、磁性Sensor3.1干簧管a干簧管的工作原理b干簧管制成的传感器c电路连接3.2霍尔元件a霍尔元件工作原理b霍尔元件的应用c霍尔元件的应用电路,d霍尔元件的其他注意事项四、接近Sensor4.1什么是接近Sensor4.2电感式接近开关工作原理a通用型接近传感器的工作原理b金属型接近开关的工作原理c有色金属型接近开关工作原理4.3电容式接近开关工作原理4.4接近开关的共性五、压力Sensor5.1什么是压力传感器5.2压力传感器的工作原理a压阻式压力传感器b电容式压力传感器5.3输出接口5.4输入信号与输出信号的关系5.5单位换算5.6相关概念5.7安全使用要点,SENSORTRAINING,3,六、温度Sensor6.1常用的温度传感器6.2半导体温度传感器6.3热敏电阻温度传感器6.4热电阻温度传感器6.5热电偶温度传感器6.6温控开关6.7温控系统的工作原理6.8温度传感器的其他注意事项七、光电Sensor7.1什么是光电传感器7.2光电传感器的应用7.3光电传感器的工作原理7.4光电传感器的分类a对射型b反射型7.5相关概念7.6光电传感器的调整7.7光电传感器其他注意事项a最佳安装位置,b防止相互干扰7.8光电传感器的安装7.9光纤的安装7.10光纤的切割八、传感器的使用注意事项8.1电源电压8.2负载短路8.3错误的接线8.4防止相互干扰8.5导线压接端子的固定8.6接线端子的焊接8.7保护电路8.8传感器的布线8.9传感器的使用环境8.10传感器的其他使用注意事项,主要内容,SENSORTRAINING,4,一、传感器概述,SENSORTRAINING,5,1.1什么是传感器,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。,声,光,电,力,磁,生物量,化学量,其他量,被测量,传感器,输出量,声,光,电,力,磁,其他量,其他装置,PLC,蜂鸣器,继电器,电压表,显示器,指示灯,其他设备,电脑,温度,马达,气缸,其他执行机构,国家标准GB7665-87定义:,SENSORTRAINING,6,这一定义具体包含以下几方面的意思：传感器是测量装置，能完成检测任务；,1.1什么是传感器,SENSORTRAINING,7,它的输入量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；,生物传感器芯片,磁体,电信号,热量,化学量,声音,1.1什么是传感器,SENSORTRAINING,8,它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量;,NPN型输出,PNP型输出,传感器内部电路,传感器内部电路,温湿度计,光电传感器,光纤放大器,1.1什么是传感器,SENSORTRAINING,9,输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。,t,输出电压信号,0,Y,X（MPa),Y=k.X,ON,OFF,24V,0V,t,开关状态,输出量,输入量,气压表,行程开关,1.1什么是传感器,SENSORTRAINING,10,1.2传感器的组成,传感器一般由敏感元件和转换元件组成，大部分传感器还有转换电路部分。,敏感元件,转换元件,转换电路,被测量,微弱参量,可用电参量,敏感元件和转换元件有时合并为一个元件，完成检测和转换的功能；,传感器并不一定要另加专门的转换电路。有的有，有的无，视内部结构而定；,可用参量,传感器,传感器,SENSORTRAINING,11,a.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件；,光敏电阻,热敏电阻,热电阻,霍尔探头,干簧管,1.2传感器的组成,SENSORTRAINING,12,b.转换元件：敏感元件的输出就是转换元件的输入，它把输入抟换成电路参量；,转换元件,油量计工作原理示意图,1.2传感器的组成,气压计1.外壳2.真空模盒3.磁感线圈4.磁芯5.转换电路,“2”为敏感元件“3”为转换元件“5”为转换电路,压力方向,SENSORTRAINING,13,c.转换电路：传感器一般只完成被测参数至可用电量的基本转换，然后输入到测控电路，进行放大、运算、处理等进一步转换，以获得被测值或进行过程控制。,热电偶信号放大电路,1.2传感器的组成,SENSORTRAINING,14,我们一般认为敏感元件和转换元件为独立的两部分（有的后面还带有转换电路），它们能完成传感器的基本功能。但实际上，有些传感器的敏感元件和转换元件已合并为一个元件，该元件同时完成检测和转换的功能（如热电偶）。而有些传感器根本就不会用到转换电路。,要加转换电路的传感器为了减小外界的干扰，通常把转换电路和敏感元件、转换元件封装在一起，让一个器件同时完成3个功能。因为只有把转换电路靠近这些元件才能以更高的精度输出可用电量信号，大大增加抗干扰能力。如：霍尔元件；,因此，敏感元件和转换元件虽是传感器的两个必要组成部分，能分别完成检测和转换两个功能，但有的传感器由一个元件就能同时完成这两个功能。,1.2传感器的组成,霍尔元件,热电偶,SENSORTRAINING,15,测量电机转速的旋转编码器，并显示出角度信息：,电机旋转,编码器变速器旋转,格雷码,光电编码盘旋转,光电接收管的电量变化,光-电量,机械-光,机械-光-电量,处理系统,显示器,视频信号,1.2传感器的组成,有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换；信号要通过电路进行多次处理。,传感器,SENSORTRAINING,16,实际上，有些传感器很简单，有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。,被测量,敏感元件,显示;传送;,输出量,开环系统：输出量不影响被测量（光电传感器）,闭环系统：输出量会影响被测量（如温控器）,被测量,敏感元件,处理电路和输出机构,输出量,转换元件,1.2传感器的组成,转换元件,SENSORTRAINING,17,一般采用两种方法：a、按被测参数分类；例如：温度、压力、位移、速度等；b、按传感器的工作原理分类；例如：应变式、电容式、磁电式、压电式、光电式等；为了便于理解，我们将采用第1种方法分类1.机械触点式传感器;2.磁性传感器;3.接近传感器;4.压力传感器;5.温度传感器;6.光电传感器;,1.3传感器的分类,SENSORTRAINING,18,a:静态特征,定义:传感器的静态特征是指被测量的值处于稳定状态时的输入，输出对应关系。,输入与输出关系式中不含有时间变量。,人们总希望传感器的输入与输出成唯一的对应关系，而且最好呈线性关系。但一般情况下，输入输出不会完全符合所要求的线性关系，因为传感器本身存在着迟滞、蠕变、摩擦等各种因素，以及受外界条件的各种影响。传感器静态特性的主要指标有：线性度、灵敏度、重复性、迟滞、分辨率、零点漂移、稳定性等。,1.4传感器的基本特征,SENSORTRAINING,19,测量范围和量程：传感器所能测量的最大被测量数值与最小被测量数值之间的区间，则称为测量范围。,X：输入信号,Y：输出信号,1.4传感器的基本特征,a:静态特征,测量上限与测量下限的矢量代数差称为量程。,0,y,x（N）,10,10,-5,-5,测量范围：5N10N量程：15N,SENSORTRAINING,20,分辨力：分辨力是一个反映传感器能否精密测量的性能指标。输入分辨力：是指在传感器的量程内都能产生可观测的输出量变化的最小输入量变化。输出分辨力：是指在传感器的量程内在输入量缓慢而连续变化时所观测到的输出量的最小阶跃变化。,1.4传感器的基本特征,a:静态特征,0,y,x,Ymin,Xmin,X：输入信号,Y：输出信号,SENSORTRAINING,21,线性度：衡量传感器输入输出对应关系线形程度的指标，它影响传感器的测量精度。,x,0,误差的最大值,X：输入信号,Y：输出信号,1.4传感器的基本特征,a:静态特征,SENSORTRAINING,22,灵敏度：传感器输入输出特征曲线上某点的斜率。,x,x0,x1,x,Y,X：输入信号,Y：输出信号,1.4传感器的基本特征,a:静态特征,SENSORTRAINING,23,迟滞性:传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时在同一输入量下的输出量。,y,x,0,迟滞,Y2,Y1,x1,ON,OFF,x2,X：输入信号,Y：输出信号,正行程,反行程,1.4传感器的基本特征,a:静态特征,SENSORTRAINING,24,重复精度：在相同的工作条件下，在一段短的时间间隔里，输入量从同一方向作满量程变化时，同一输入量值所对应的连续先后多次测量所得的一组输出量值，它们之间相互偏离的程度。,Y,0,X,X：输入信号,Y：输出信号,1.4传感器的基本特征,a:静态特征,SENSORTRAINING,25,定义:传感器的动态特性是指其输出对随时间变化的输入量的响应特性。,在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。,1.4传感器的基本特征,b:动态特征,1.规律性的：a）周期性的：正弦周期输入、复杂周期输入；b）非周期性的：阶跃输入、线性输入、其他瞬变输入；2.随机性的：a）平稳的：多态历经过程、非多态历经过程；b）非平稳的随机过程；,SENSORTRAINING,26,二、机械触点式Sensor,2.1微动开关,什么是微动开关:具有微小接点间隔的快动机构，用规定的行程和规定的力进行开关动作的接点机构，用外壳覆盖，其外部有驱动秆的一种开关。按结构主要分为：带驱动杆型和不带驱动杆型两种结构。,SENSORTRAINING,27,二、机械触点式Sensor,安装孔,驱动杆,接线端子,开关外壳,滚珠,2.1微动开关,带驱动杆型：,SENSORTRAINING,28,二、机械触点式Sensor,2.1微动开关,不带驱动杆型：,SENSORTRAINING,29,2.2限位开关（行程开关）,二、机械触点式Sensor,什么是限位开关（行程开关）：限位开关又叫行程开关，是用以限定机械设备的极限位置的保护开关。限位开关按结构分为：直动式、滚轮式、微动式3种。,SENSORTRAINING,30,2.2限位开关（行程开关）,直动式：,二、机械触点式Sensor,SENSORTRAINING,31,2.2限位开关（行程开关）,二、机械触点式Sensor,滚轮式：,SENSORTRAINING,32,2.2限位开关（行程开关）,二、机械触点式Sensor,微动式：,SENSORTRAINING,33,2.3急停按钮,二、机械触点式Sensor,什么是急停按钮通常为手动控制的按压式开关(按键为红色),串联接入设备的控制电路,用于紧急情况下快速停止设备的运动部件，避免非正常事故的发生。通常为常闭结构。,SENSORTRAINING,34,二、机械触点式Sensor,急停按钮的结构,3.开关动片4.开关静触点,1.按钮盘2.弹簧,2.3急停按钮,SENSORTRAINING,35,二、机械触点式Sensor,连接NPN输入型PLC,EMO按钮一定要使用常闭型的，目的是防止由于连接按钮的线路发生断路时不能将运行的设备停止下来。,常闭触点,2.3急停按钮,急停按钮的连接,SENSORTRAINING,36,相关概念接触形式：常开/常闭接点:与具有开关特性的半导体开关相比，通过接点式的机械开关来实现开关功能。额定值：指开关特性和性能保证的基准值，如额定电流、电压、负载种类等。绝缘电阻：各端子间，不带电金属部位间的电阻值。耐压：在规定的测定部位加分钟高压后，不会引起绝缘损坏的临界值。抗振性：由于振动，闭合的接点在超过规定的时间内不分离的振动范围。误动作冲击：使用时由于冲击，闭合的接点在超过规定的时间内不分离。操作频率：一定的时间内能正常工作的最高开关次数。机械寿命：以规定的操作频率对开关进行操作，其运行的开关寿命。,二、机械触点式Sensor,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,37,二、机械触点式Sensor,开关的接点结构:,例：“a”表示常开触点；“b”表示常闭触点；,1a表示有1组常开触点；2a表示有2组常开触点；1b表示有1组常闭触点；2b表示有2组常闭触点；,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,38,二、机械触点式Sensor,接触形式：,NC,NO,COM,COM,NC,NO,COM,NO：常开端子,NC：常闭端子,NO/NC：复合端子,端子符号：,金属片,触点,绝缘体,金属片,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,39,二、机械触点式Sensor,接点间隔,接点,NO接点,可动接点,微动开内部结构：,NC,NO,COM,COM,NC,NO,COM,COM,NO,NC,微动开关内部接线：,电路符号：,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,40,二、机械触点式Sensor,接点的形状和种类：,接点间隔和其他参数之间的关系：,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,41,二、机械触点式Sensor,电路中的连接：,连接PNP输入型PLC,连接NPN输入型PLC,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,42,二、机械触点式Sensor,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,43,二、机械触点式Sensor,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,44,不恰当,滚珠,档块,恰当,滚珠,档块,二、机械触点式Sensor,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,45,二、机械触点式Sensor,操作体,操作体,操作体,操作体,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,46,冲击点,不恰当,恰当,二、机械触点式Sensor,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,47,二、机械触点式Sensor,冲击点,不恰当,恰当,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,48,不恰当,恰当,二、机械触点式Sensor,2.4几种开关的共性,SENSORTRAINING,49,三、磁性Sensor,常见的磁性Sensor,磁性传感器的检测部件是一个磁敏器件。当检测部件进入磁场后，检测部件会产生相应动作，可以是机械动作或电参数的变化。常见的磁性传感器主要有干簧管和霍尔元件。,霍尔器件,SENSORTRAINING,50,三、磁性Sensor,干簧管的外壳一般是一根密封的玻璃管，在玻璃管中装有两个铁质的弹性簧片电板，玻璃管中还灌有一种叫金属铑的惰性气体。在平时玻璃管中的两个簧片是分开的，当有磁性物质靠近玻璃管时在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，使两个引脚所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开，在实际运用中，通常使用永久磁铁在控制这两根金属片的接通与否，所以又被称为“磁控管”。,3.1干簧管,a干簧管的工作原理,SENSORTRAINING,51,三、磁性Sensor,b干簧管制成传感器,传感器内部电路,传感器与PLC的连接,3.1干簧管,PLC内部电路,V,V,SENSORTRAINING,52,三、磁性Sensor,气缸上的磁性传感器,气缸内部的磁环,3.1干簧管,b干簧管制成传感器,SENSORTRAINING,53,三、磁性Sensor,c电路连接,3.1干簧管,磁性传感器,PLC内部电路,V,V,V,V,SENSORTRAINING,54,三、磁性Sensor,3.2霍尔元件,a霍尔元件工作原理,在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图中的Vh，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文.霍尔在1879年发现的。Vh称为霍尔电压。这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。,霍尔效应,SENSORTRAINING,55,三、磁性Sensor,霍尔效应,3.2霍尔元件,a霍尔元件工作原理,SENSORTRAINING,56,三、磁性Sensor,锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场B正向增加，达到BOP时，电路导通，之后无论B增加或减小，甚至将B除去，电路都保持导通态，只有达到负向的BRP时，才改变为截止态，因而称为锁定型。,（c）锁定型霍尔开关输出特性,3.2霍尔元件,a霍尔元件工作原理,SENSORTRAINING,57,三、磁性Sensor,工作磁体和霍尔器件间的运动方式有：(a)对移；(b)侧移；(c)旋转；(d)遮断。如图所示，图中的TEAG即为总有效工作气隙。在遮断方式中，工作磁体和霍尔器件以适当的间隙相对固定，用一软磁（例如软铁）翼片作为运动工作部件，当翼片进入间隙时，作用到霍尔器件上的磁力线被部分或全部遮断，以此来调节工作磁场。被传感的运动信息加在翼片上。这种方法的检测精度很高，在125的温度范围内，翼片的位置重复精度可达50m。,3.2霍尔元件,b霍尔元件的应用,SENSORTRAINING,58,三、磁性Sensor,按图所示的各种方法设置磁体，将它们和霍尔开关电路组合起来可以构成各种旋转传感器。霍尔电路通电后，磁体每经过霍尔电路一次，便输出一个电压脉冲。由此，可对转动物体实施转数、转速、角度、角速度等物理量的检测。在转轴上固定一个叶轮和磁体，用流体（气体、液体）去推动叶轮转动，便可构成流速、流量传感器。在车轮转轴上装上磁体，在靠近磁体的位置上装上霍尔开关电路，可制成车速表，里程表等等。,旋转传感器磁体设置,3.2霍尔元件,b霍尔元件的应用,SENSORTRAINING,59,三、磁性Sensor,可将工作磁体固定在霍尔器件背面（外壳上没打标志的一面），让被检的铁磁物体（例如钢齿轮）从它们近旁通过，检测出物体上的特殊标志（如齿、凸缘、缺口等），得出物体的运动参数。,3.2霍尔元件,b霍尔元件的应用,SENSORTRAINING,60,三、磁性Sensor,c霍尔元件的应用电路,简化的霍尔开关示意图,霍尔开关与电路接口举例,3.2霍尔元件,SENSORTRAINING,61,三、磁性Sensor,d霍尔元件的其他注意事项,2.与磁场之间的相对位置,3.磁场极性的影响,3.2霍尔元件,1.使用的电源性质和电压,SENSORTRAINING,62,4.1什么是接近Sensor（开关）接近开关是一种非接触式探测开关，主要应用于自动机械的运动定位控制中。根据工作原理的不同主要分为电感式和电容式。其中电感式式接近开关应用较广，约占接近开关使用量的80以上。,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,63,电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱或者停振。振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。,4.2电感式接近开关工作原理,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,64,a.通用型接近传感器的工作原理,振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场。当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目标物中产生一个感应电流（涡电流）。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，振荡减弱直至停止。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。,4.2电感式接近开关工作原理,振幅变化的程度随目标物种类的不同而不同，因此检测距离也随目标物金属的种类不同而不同。,L,四、接近Sensor,常见材料的衰减系数,SENSORTRAINING,65,b.金属型接近开关的工作原理,所有金属型传感器基本上属于电感式。和普通型一样，它也有一个振荡电路，电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振幅或振荡频率。目标物接近传感器时，不论目标物金属种类如何，振荡频率都会提高，振幅会下降。传感器检测到这个变化并输出检测信号。,4.2电感式接近开关工作原理,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,66,a.有色金属型接近开关工作原理,有色金属传感器也属于电感式。它有一个振荡电路，电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率的变化。当铝或铜之类的有色金属目标物接近传感器时，振荡频率增高；当铁一类的黑色金属目标物接近传感器时，振荡频率降低。如果振荡频率高于参考频率，传感器输出信号。,4.2电感式接近开关工作原理,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,67,电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器的检测面与大地间构成一个电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面对，回路的电容量发生变化，使高频振荡器振荡。振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进制的开关信号。,4.3电容式接近开关工作原理,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,68,感应面由两个同轴金属电极构成，很像“打开的电容器的电极（如图1），电极A和B连接在高频振子的反馈回路中。该高频振子无测试目标时不感应。当测试目标接近传感器表面时，它就进入了由这两个电极构成的电场，引起A、B之间的偶合电容增加，电路开始振荡。每一振荡的振幅均由一数据分析电路测得，并形成开关信号。,A,B,A,B,A,B,图1：感应面图,4.3电容式接近开关工作原理,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,69,A,B,C,A、B：主电极,C：辅助电极,正视图,A,B,C,C,B,检测物,侧视图,振荡器,检波器,输出信号,图2：电容式接近开关工作原理,信号线,当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。,4.3电容式接近开关工作原理,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,70,导体物体,A,B,A,B,CA,CB,电容式接近开关既能被导体目标感应，又能被非导体目标感应。以导体为材料的测试目标对传感器的感应面形成一个反电极，由极板A和极板B构成了串联电容CA和CB（图3）。该串联电容的电容量总是大于无测试目标时的电极A和B所构成的电容量。因为金属具有高传导性，所以金属测试目标可获得最大的开关距离。,图3,4.3电容式接近开关工作原理,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,71,非导体物体,A,B,A,B,图4,四、接近Sensor,以非导体为材料作测试时，可用以下方式感应其开关将一块绝缘体放在电容器的电极A和电极B之间（图4），使其电容量增加，增加量取决于介电常数。一般绝缘体的介电常数均大于空气的介电常数（空气的介电常数为1）。一般而言，材料的介电常数越大，可获得的开关距离就越大。对于有机材料，开关距离在很大程度上取决于其中的水含量。,4.3电容式接近开关工作原理,SENSORTRAINING,72,四、接近Sensor,4.3电容式接近开关工作原理,常见物质介电常数表,SENSORTRAINING,73,标准检测物体标准检测物体要以测定的基本性能作为标准，其材质、形态、尺寸等都是规定的。,标准检测物体,1.材质2.形态3.尺寸4.移动速度,t,d,h,接近传感器,输出,4.4接近开关的共性,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,74,四、接近Sensor,检测物体,检测面,基准位置,检测距离,接近传感器,输出,ON,OFF,复位距离,检测距离用指定的方法移动标准检测物体来测定由基准位置到动作位置的距离。,4.4接近开关的共性,SENSORTRAINING,75,四、接近Sensor,设定距离考虑到温度、电压等外界因素的影响，稳定使用传感器时，检测面与被测物体通过位置之间的距离。一般设定距离为额定检测距离的7080。,检测物体,检测面,额定检测距离,接近传感器,输出,设定距离,4.4接近开关的共性,SENSORTRAINING,76,检测物体,检测面,基准位置,应差距离,接近传感器,输出,ON,OFF,复位距离,检测距离,应差距离标准检测物体在传感器“动作”与“复位”之间的距离。,4.4接近开关的共性,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,77,检测物体,基准轴,接近传感器,基准面,动作（ON）,复位（OFF）,检测距离,应差距离,检测物体,基准轴,接近传感器,基准面,动作（ON）,复位（OFF）,检测距离,应差距离,垂直检测距离标准物体接近基准面（垂直于检测面），由基准面测得的距离。,水平检测距离将标准物体与基准面作水平移动，由基准面测得的距离。,4.4接近开关的共性,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,78,四、接近Sensor,检测物体的材质和检测距离的关系,4.4接近开关的共性,检测物体的材质不同，它的检测距离会有显著的差别，请在参考特性数据基础上，给出充裕的设定距离。,一般来说，检测物体如果是非导磁性金属（如铝等），那么检测距离会变小。,SENSORTRAINING,79,四、接近Sensor,检测物体的大小和检测距离的关系,4.4接近开关的共性,通常，检测物体的大小小于标准检测物体时，检测距离会变小。检测物体在小于标准检测物体时，请给设定距离留充分的余度。,SENSORTRAINING,80,四、接近Sensor,检测物体的厚度和检测距离的关系,4.4接近开关的共性,导磁性金属（铁、镍等），厚度应大于1mm。厚度小于0.01mm以下的箔，不得与导磁性物体同等的检测距离。对蒸膜等极薄材料及无导电性物体则不能进行检测。,SENSORTRAINING,81,NPN型输出,PNP型输出,传感器内部电路,传感器内部电路,输出状态：,NO（常开型）,检测区域有物体时，输出开关单元处于ON。,NC（常闭型）,检测区域无物体时，输出开关单元处于ON。,NO/NC切换型,可以通过切换开关等选择输出开关单元的NO、NC动作方式。,NC,NO,NO/NC切换开关,输出开关管,4.4接近开关的共性,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,82,检测物体,检测面,接近传感器,输出,动作区域,输出信号,ON,OFF,输入信号,区域内,区域外,t1,t2,响应时间当标准检测物体进入传感器的动作区域时，传感器从处于“动作”状态到输出信号为ON的时间，即t1。当标准检测物体离开传感器的动作区域时，传感器的输出为OFF时的时间，即t2。通常t1不等于t2。,四、接近Sensor,4.4接近开关的共性,SENSORTRAINING,83,响应频率当传感器反复接近标准检测物体时，每秒钟产生的输出的次数。,输出,非金属,1/2检测距离,接近传感器,输出信号,f=1/(t1+t2),t1,t2,t3,标准检测物体,四、接近Sensor,4.4接近开关的共性,SENSORTRAINING,84,检测物体,磁感线,输出,接近传感器,支架,检测物体,磁感线,输出,接近传感器,支架,屏蔽型,非屏蔽型,关于屏蔽,该型号传感器的磁感线集中在正前方，检测线圈的侧面用金属覆盖。传感器的安装可埋入金属中。,该型号传感器的磁感线在正前方较宽的空间中，检测线圈的侧面未用金属覆盖。由于传感器容易受周围金属物的影响，要特别注意安装位置。,4.4接近开关的共性,四、接近Sensor,SENSORTRAINING,85,四、接近Sensor,检测物体与接近开关的动作条件：,4.4接近开关的共性,SENSORTRAINING,86,四、接近Sensor,电的相关：,4.4接近开关的共性,SENSORTRAINING,87,五、压力Sensor,压力传感器是一种将压力信号转变成电信号的传感器，主要分为静态和动态压力传感器两种。高频以压电式压力传感器为主；低频静态以压阻硅、应变式压力传感器为主。动态压力传感器主要应用于爆炸物理、风洞试验、自由场压力测量领域；静态压力传感器主要应用于安全控制、生产过程控制等领域。它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称，也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计。这里主要讲触用于检测气体压力的静态型压力传感器。,5.1什么是压力传感器,SENSORTRAINING,88,五、压力Sensor,a.压阻式压力传感器：半导体薄片受到外部的变形压力后，引起薄片变形，其电阻率会产生一定的变化。这种导体电阻率变化和应力之间的相互关系称为半导体压阻效应，利用此效应制成的力学量传感器称为压阻式力敏传感器。它有两种类型，一类是将半导体应变计粘贴在弹性元件上制成的传感器，称为粘贴型压阻式传感器，另一类是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，使应变计与硅衬底形成同一整体的传感器，称为扩散型压阻式传感器。,5.2压力传感器的工作原理,SENSORTRAINING,89,五、压力Sensor,粘贴型压阻式力敏传感器由四只半导体应变片接成全桥形式，用粘合剂贴在弹性元件上构成，它具有很高的应变灵敏系数。扩散型压阻式力敏传感器大都采用单晶硅和半导体平面工艺制成的。一般以N型硅为衬底，采用氧化、扩散等工艺将硼原子沿给定的晶向扩散到n型硅衬底材料中，形成P型扩散层。结果硼扩散区便形成应变电阻，并用衬底形成一个整体，当它受到压力作用时，应变电阻发生变化，从而使输出发生变化。,压阻式力敏传感器有灵敏度高、精度高、体积小、重量轻、工作频率高、结构简单、工作可靠、寿命长等特点。,扩散型压阻式力应变片,粘贴型压阻式压力应变片,a.压阻式压力传感器：,5.2压力传感器的工作原理,SENSORTRAINING,90,五、压力Sensor,b.电容式压力传感器：内部为玻璃的固定极和硅的可动极，它们之间形成一个可变电容，当硅膜片两边存在压力差时，硅膜片产生形变，电容器极板间的间距发生变化，从而引起电容量的变化。这样，电容变化量与压差有关，因此，就可作为压力传感器。它与压阻式力敏传感器相比，具有灵敏度高、温度稳定性好、压力量程大等特点。大多数气压传感器为电容式压力传感器。,电容式压力传感器原理图,5.2压力传感器的工作原理,SENSORTRAINING,91,NPN型输出,PNP型输出,传感器内部电路,传感器内部电路,五、压力Sensor,5.3输出接口,Pink,Pink,模拟信号输出端,模拟信号输出端,SENSORTRAINING,92,五、压力Sensor,5.4输入信号与输出信号的关系,检测值(-kPa),设定下限值,真空值,t,设定上限值,Out1（上限）,Out2（下限）,高阻,0V,高阻,0V,0,P2=-70,P1=-25,Out1和Out2的信号都取出送到PLC(如SAW机TurnTable),SENSORTRAINING,93,五、压力Sensor,5.4输入信号与输出信号的关系,检测值(-kPa),设定下限值,真空值,t,设定上限值,Out1（上限）,Out2（下限）,高阻,0V,高阻,0V,0,P2=-70,P1=-25,只取Out1的信号都取出送到PLC(如SAW机DryBlock),SENSORTRAINING,94,注：1兆帕(MPa)1000000帕(Pa)1巴(bar)1000毫巴(mbar)1毫巴(mbar)1000微巴(bar)1000达因/厘米2(dyn/cm2)1托(Torr)1毫米汞柱(mmHg)133.329帕(Pa)1工程大气压1千克力/厘米2(kgf/cm2)1物理大气压1标准大气压(atm),五、压力Sensor,5.5单位换算,SENSORTRAINING,95,标准压力：以大气压为基准而表示的压力大小。比大气压高的称为“正压”，比其低的压力称为“负压”。,绝对压力：以绝对真空的基准表示的压力大小。,差压（相对压）：对某一任意相对压力（基准压力）而表示的大小。,绝对压,标准压,相对压,绝对真空,大气压,负压,正压,基准压,1atm,五、压力Sensor,5.6相关概念,SENSORTRAINING,96,大气压：称为大气的压力。标准大气压（1atm)与760mm水银柱的压力相当。,真空：称比大气压力低的状态。,检测压力范围：传感器能正常使用的检测压力范围。否则影响精度。,耐压力：传感器能承受的最大压力。否则可能会损坏传感器。,五、压力Sensor,5.6相关概念,检测压力范围,SENSORTRAINING,97,五、压力Sensor,关于耐压力：请不要施加超过额定耐压力的压力。若施加了耐压力以上的压力，可能引起破损。关于使用环境：请避免在有可燃性和爆炸性气体的环境下使用。关于电源电压：使用时请不要超过使用电压范围。若施加了使用电压范围以上的电压，则可能引起破裂或烧毁。关于负载短路：请避免使负载短路。否则可能引起破裂或烧毁。关于误布线：请避免对电源的极性等进行错误布线。否则可能引起破裂或烧毁。,5.7安全使用要点,SENSORTRAINING,98,六、温度Sensor,6.1常用的温度传感器,常用的温度传感器有4大类：半导体温度传感器、热敏电阻、热电阻和热电偶。,热电阻,半导体温度探头,热电偶,温度是表征物体或环境冷热程度的物理量。温度的测量及控制对机器、设备的正常运行及对控制产品的质量、提高生产高效率、节约能源、安全生产都起到十分重要的作用。,SENSORTRAINING,99,六、温度Sensor,4类温度传感器各自的特点：,6.1常用的温度传感器,SENSORTRAINING,100,六、温度Sensor,一种为PN结温度传感器。硅晶体二极管或三极管的PN结构成的结电压（正向管压降）是随着温度变化的。温度每升高1摄氏度，PN结电压下降约2mV。利用这个特性制成PN结温度传感器。,另一种半导体温度传感器为集成温度传感器。它是把敏感器件和放大电路一体封装在塑封体内构成的，输出电压与温度成正比。有3个引脚，分别为电源正和负，模拟信号输出脚。,6.2半导体温度传感器,SENSORTRAINING,101,六、温度Sensor,热敏电阻温度传感器有珠粒状和圆片状。一般珠粒状由玻璃封装，圆柱状由树脂封装。主要分为正温度系数和负温度系数两种。PTC电阻的主要材料为钛酸钡，NTC电阻主要以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。热敏电阻具有体积小、热时间常数小，非常适合制造点温度计、表面温度计、电子体温计等。,热敏电阻的实际应用电路,基本电路,6.3热敏电阻温度传感器,SENSORTRAINING,102,六、温度Sensor,NTC热敏电阻温度特性曲线,分为PTC和NTC两种类型,6.3热敏电阻温度传感器,SENSORTRAINING,103,六、温度Sensor,热电阻,热电阻的材料主要由金属铂制成，因此又叫做铂电阻。铂电阻是一种精确、灵敏、稳定的温度传感器。它是用微型陶瓷管或陶瓷片作基体，内装绕制好的铂电阻丝脱胎制成的感温元件。由于可以做得相当小（外径约1.61.2mm），因此它可制成各种微型探头。可用于200到420摄氏度的温度范围。但由于铂是一种昂贵的稀有金属，因此这种电阻的价格相当昂贵。电阻值通常从100欧到1000欧。,6.4热电阻温度传感器,SENSORTRAINING,104,实际应用电路：,六、温度Sensor,6.4热电阻温度传感器,SENSORTRAINING,105,六、温度Sensor,6.4热电阻温度传感器,SENSORTRAINING,106,六、温度Sensor,热电偶的测温范围约50到1600摄氏度，最高的可达2800摄氏度，并有较好的测量精度。并且热电偶已标准化，有标准的分度表便于选用。各种热电偶都有相应的分度号，可以用模拟的方法调整电路或仪表进行非线性补偿。因此在工业中应用非常广泛。,6.5热电偶温度传感器,SENSORTRAINING,107,六、温度Sensor,工作原理,两种不同的金属导体A和B组成两个接点，形成闭合回路。当两个接点的温度不同时，回路中将产生电动势，该电动势大小取决于两导体的材料和两接点间的温度差，而与两导体的粗细、长短无关。这种现象称为物体的热电效应，两种导体组成的回路称为热电偶，它产生的电势称为热电势。接点温度较高端称为热端，温度较低端称为冷端。,6.5热电偶温度传感器,SENSORTRAINING,108,分度表,六、温度Sensor,热电偶产生的热电势可用下式表达：,EAB(t,t0)=eAB(t)eAB(t0),式中：t热接点温度t0冷接点温度,由上式可知，必须固定其中冷接点的温度才能确定热电势和测温端的对应关系。目前，热电偶统一规定t00摄氏度的条件下，给出热端温度（测量温度）与热电势的数值对照表，称为分度表。因此，当使用热电偶测温时，若将冷端保持在0摄氏度，则测出的电势可通过查分度表得出所测的温度值。,6.5热电偶温度传感器,SENSORTRAINING,109,补偿电路,六、温度Sensor,在实际使用中，要求冷端保持在0度是很不方便的，而通常希望冷端是室温。而室温又是隨季节变化的，这就需用加冷端补偿，以满足冷端在变化的室温下也能获得与冷端在0度下测量的精度。,采用PN结温度传感器作冷端补偿,采用集成温度传感器作冷端补偿,6.5热电偶温度传感器,SENSORTRAINING,110,实际应用电路：,六、温度Sensor,6.5热电偶温度传感器,SENSORTRAINING,111,六、温度Sensor,一种受温度变化控制的开关，内部由膨胀率不同的双金属片组成。双金片是不同物质的导体，在变化的温度下由于涨缩程度不一样而使双金片弯曲，碰到设定的触点或开关，接通或断开开关，使设定的电路（保护）开始工作。,温控开关的结构有常开和常闭型两种，通常接入加热器的回路中起过温保护。,温控开关,6.6温控开关,SENSORTRAINING,112,六、温度Sensor,6.7温控系统的工作原理,温度（摄氏度）,报警上限185,温度曲线,温度下限报警,t,0,300,温度上限报警,报警,正常,报警下限175,报警,正常,设定值180,SENSORTRAINING,113,六、温度Sensor,6.7温控系统的工作原理,热电偶,温控器,加热板,加热管,AC220V电源,继电器,PLC,报警输出,电源,控制输出,温度输入,温控开关,SENSORTRAINING,114,六、温度Sensor,6.8温度传感器的其他注意事项,温控器的接线,接线端子的主要组成1.电源；2.温度控制输出端；3.报警输出端；4.检测端；,SENSORTRAINING,115,六、温度Sensor,6.8温度传感器的其他注意事项,1、安装不当引入的误差,2、绝缘变差而引入的误差,3、热惰性引入的误差,4、热阻误差,*热电偶的两根引出线分是要分极性的，不能随便交换。,*当引出线的长度不够时，必须用相应的专用延长线进行加长，不能用普通导线进行加长。,*不能安装到有腐蚀性气体和液体的地方。,其他注意事项：,SENSORTRAINING,116,七、光电Sensor,7.1什么是光电传感器,光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器