传感器技术及其应用 第4版 课件 3 力和位移检测2

*

任务3.3电容式传感器测位移3．3．1电容式传感器的工作原理与结构3．3．2电容式传感器的测量电路3．3．3电容式传感器的应用

优点：测量范围大、灵敏度高、结构简单、适应性强、动态响应时间短、易实现非接触测量等。应用：压力、位移、厚度、加速度、液位、物位、湿度和成分含量等测量之中。3.3电容式传感器测位移3.3.1电容式传感器的工作原理和结构

用两块金属平板作电极可构成电容器，当忽略边缘效应时，其电容C为

S—极板相对覆盖面积；δ—极板间距离；εr—相对介电常数；ε0—真空介电常数，ε0

＝8.85pF/m；ε—电容极板间介质的介电常数。Sδε

上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？

δ、S和εr中的某一项或几项有变化时，就改变了电容C0。δ或S的变化可以反映线位移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度等的变化；εr的变化则可反映液面高度、材料厚度等的变化。

三种基本类型：变极距(变间隙)(δ)型变面积型(S)型变介电常数(εr)型1.变极距型电容传感器平行板电容器的ε和S不变，只改变电容器两极板之间距离d。该类型传感器常用于压力的测量。

设初始极距为，当动极板有位移，使极板间距减小值后，其电容值变大。C0为初始电容值。电容量Cx与位移x不是线性关系。其灵敏度不为常数

为了提高传感器灵敏度，减小非线性误差，实际应用中大都采用差动式结构。

如图示(1为动片、2为定片)，中间电极若受力向上位移Δd，则C1容量增加，C2容量减小，两电容差值为：

电容传感器做成差动型后之后，灵敏度提高一倍。

得到：2.变面积型传感器

变面积式差动电容结构原理图

图（a）所示平板形位移x后，电容量由初始值变为：电容量变化：

灵敏度为：

圆柱形电容式位移传感器，图（b），设内外电极长度为L，起始电容量为C0，动极向上位移y后，电容量变为Cy：

电容量变化

：

灵敏度为：

对于角位移传感器，图（c），设两片极板全重合（θ=0）时的电容量为C0，动片转动角度θ后，电容量变为：电容量变化：

灵敏度为：

3.变介电常数式在电容器两极板间插入不同介质，电容器的电容量就不同，利用这种原理制作的变介电常数型电容式传感器常被用来测量液体的液位和材料的厚度。

电容液位计原理图

可见，传感器电容量C与被测液位高度hx成线性关系。

3.3.2电容式传感器测量电路1．桥式电路单臂接法的桥式测量转换电路。当交流电桥平衡时有：

当Cx改变时，，有电压信号输出。图(b)为差动电容式传感器，其空载输出电压为：

电容式传感器桥式转换电路

式中，为传感器的初始电容值；为传感器的电容变化值。需要注意的是，该转换电路的输出需经过相敏检波电路处理才能分辨。2.调频电路

调频电路将电容式传感器作为LC振荡器谐振回路的一部分，当电容传感器工作时，电容Cx发生变化，就使振荡器的频率f产生相应的变化。3.脉冲调制电路

脉冲宽度调制电路是利用传感器电容的充放电使电路输出脉冲的宽度随电容式传感器的电容量变化而变化，通过低通滤波器得到对应于被测量变化的直流信号。

脉冲宽度调制电路的输出电压波形图差动电容的变化使充电时间t1、t2不相等，从而使触发器输出端的脉冲宽度不同，经滤波器有直流电压输出。

P2玻璃盘镀金层金属膜片C2电极引线p1C1电容式差压传感器

结构简单、灵敏度高、响应速度快(约100ms)能测微小压差(0～0.75Pa)、真空或微小绝对压力需把膜片的一侧密封并抽成高真空(10-5Pa)即可。3.3.3电容式传感器的应用

231B面A面546Cx1Cx21、5－固定极板2－壳体3－簧片4－质量块6－绝缘体精度较高，频率响应范围宽，量程大，可以测很高的加速度

.电容式加速度传感器a)测振幅b)测轴回转精度和轴心偏摆被测物振动电容式传感器被测轴电容式传感器电容式位移传感器应用

电容式液位计

棒状电极（金属管）外面包裹聚四氟乙烯套管，当被测液体的液面上升时，引起棒状电极与导电液体之间的电容变大。

聚四氟乙烯外套电容式液位限位传感器

液位限位传感器与液位变送器的区别在于：它不给出模拟量，而是给出开关量。当液位到达设定值时，它输出低电平。但也可以选择输出为高电平的型号。液位限位传感器的设定

智能化液位传感器的设定方法十分简单：用手指压住设定按钮，当液位达到设定值时，放开按钮，智能仪器就记住该设定。正常使用时，当水位高于该点后，即可发出报警信号和控制信号。设定按钮智能化液位限位传感器的设定按钮超限灯正常工作指示灯设定按钮电源指示灯硅微加工加速度传感器

图示加速度传感器以微细加工技术为基础，既能测量交变加速度（振动），也可测量惯性力或重力加速度。其工作电压为2.7～5.25V，加速度测量范围为数个g，可输出与加速度成正比的电压也可输出占空比正比于加速度的PWM脉冲。硅微加工加速度传感器原理

1—加速度测试单元

2—信号处理电路

3—衬底

4—底层多晶硅（下电极）

5—多晶硅悬臂梁

6—顶层多晶硅（上电极）

利用微电子加工技术，可以将一块多晶硅加工成多层结构。在硅衬底上，制造出三个多晶硅电极，组成差动电容C1、C2。图中的底层多晶硅和顶层多晶硅固定不动。中间层多晶硅是一个可以上下微动的振动片。其左端固定在衬底上，所以相当于悬臂梁。

当它感受到上下振动时，C1、C2呈差动变化。与加速度测试单元封装在同一壳体中的信号处理电路将ΔC转换成直流输出电压。它的激励源也做在同一壳体内，所以集成度很高。由于硅的弹性滞后很小，且悬臂梁的质量很轻，所以频率响应可达1kHz以上，允许加速度范围可达10g以上。

如果在壳体内的三个相互垂直方向安装三个加速度传感器，就可以测量三维方向的振动或加速度。加速度传感器在汽车中的应用

加速度传感器安装在轿车上，可以作为碰撞传感器。当测得的负加速度值超过设定值时，微处理器据此判断发生了碰撞，于是就启动轿车前部的折叠式安全气囊迅速充气而膨胀，托住驾驶员及前排乘员的胸部和头部。

装有传感器的假人气囊汽车气囊的保护作用

使用加速度传感器可以在汽车发生碰撞时，经控制系统使气囊迅速充气。

汽车气囊对驾驶员的保护作用利用加速度传感器实现延时起爆的钻地炸弹传感器安装位置湿敏电容

利用具有很大吸湿性的绝缘材料作为电容传感器的介质，在其两侧面镀上多孔性电极。当相对湿度增大时，吸湿性介质吸收空气中的水蒸气，使两块电极之间的介质相对介电常数大为增加（水的相对介电常数为80），所以电容量增大。

湿敏电容外形吸水高分子薄膜湿敏电容模块及传感器外形湿敏电容传感器的安装使用在野外的使用带报警器的家庭使用型多孔性氧化铝湿敏电容传感器外形

电容式油量表

机械式油量表：

在油箱内，装有类似卫生间水箱里的浮球，通过杠杆带动电阻丝式圆盘电位器，由电流表指示出油量。

该油量表可用于飞机油箱电容式油量表

当油箱中注满油时，液位上升，指针停留在转角为

m处。当油箱中的油位降低时，电容传感器的电容量Cx减小，电桥失去平衡，伺服电动机反转，指针逆时针偏转（示值减小），同时带动RP的滑动臂移动。当RP阻值达到一定值时，电桥又达到新的平衡状态，伺服电动机停转，指针停留在新的位置（

x处）。

该油量表属于开环系统还是闭环系统？电容式接近开关

被检测物体可以是导电体、介质损耗较大的绝缘体、含水的物体（例如饲料、人体等）；可以是接地的，也可以是不接地的。调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。电容式接近开关外形齐平式非齐平式非齐平式接近开关的安装

非齐平式安装时，传感器高于安装支架，易损坏。全密封防水式远距离式（大量程）电容式接近开关在液位测量控制中的使用

电容式接近开关在

液位物位测量控制中的使用

电容式接近开关在物位测量控制中的使用演示不同材料的非金属检测物对电容式接近开关动作距离的影响机械工业出版社休息一下*任务3.4电感式传感器测位移3．4．1自感式电感传感器3．4．2差动变压器3．4．3电感传感器的应用认识电感式传感器

利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出,这种装置称为电感式传感器。电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感。电感式传感器具有结构简单,工作可靠,测量精度高,零点稳定,输出功率较大等一系列优点。其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约,传感器自身频率响应低。这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,在自动控制系统中广泛采用。

电感式传感器种类很多,本节主要介绍自感式、互感式两种传感器。电涡流式传感器在3.5接近开关及应用中介绍。自感式传感器

1自感式传感器自感式传感器的结构如图所示。它由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。先看一个实验：

将一只380V交流接触器线圈与交流毫安表串联后，接到机床用控制变压器的36V交流电压源上，如下页图所示。这时毫安表的示值约为几十毫安。用手慢慢将接触器的活动铁心（称为衔铁）往下按，我们会发现毫安表的读数逐渐减小。当衔铁与固定铁心之间的气隙等于零时，毫安表的读数只剩下十几毫安。

电感传感器的基本工作原理演示F220V准备工作电感传感器的基本工作原理演示气隙变小，电感变大，电流变小F线圈自感

Ψ——线圈总磁链,单位：韦伯；I——通过线圈的电流，单位：安培；N——线圈的匝数；Rm——磁路总磁阻，单位：1/亨。自感式传感器1.工作原理若忽略磁路磁损，则上式可改写为如果S保持不变，则L为δ的单值函数，构成变气隙式自感传感器。若保持δ不变，使S随被测量变化，则构成变截面式自感传感器。若线圈中放入圆柱形衔铁，当衔铁上、下移动时，自感量将相应发生变化，就构成了螺线管型自感传感器。差动式自感传感器。a)变隙式b)变截面式c)螺管式自感式传感器原理图（1）变气隙式电感传感器电感量L为：

当衔铁受外力作用使气隙厚度减小，则线圈电感也发生变化，为：灵敏度为：

（2）变截面式电感传感器

若保持气隙厚度δ为常数，则L=f(A)即电感L是气隙截面积的函数，故称这种传感器为变截面式电感传感器。其输入输出是线性关系，灵敏度为：

灵敏度是一常数。但是，由于漏感、结构的限制等原因，这种类型的传感器线性区较小，量程也不大，在工业中用得不多。

电感式传感器的输出特性1—实际输出特性；2—理想输出特性

气隙变化量Δδ越小，非线性失真越小；气隙δo越小，灵敏度越高。输出特性如图(a)所示。

（3）螺管式电感传感器

螺管式电感传感器由1只螺管线圈和1根柱形衔铁组成。当被测量作用在衔铁上时，会引起衔铁在线圈中伸入长度的变化，从而引起螺管线圈电感量的变化。对于长螺管线圈且衔铁工作在螺管的中部时，可以认为线圈内磁场强度是均匀的。此时线圈电感量与衔铁插入深度成正比。

这种传感器结构简单，制作容易，但灵敏度较低、且衔铁在螺管中间部分工作时，才能获得较好的线性关系。因此，螺管式电感传感器适用于测量比较大的位移。

（4）差动电感传感器

两个完全相同的单个线圈的电感传感器共用1根活动衔铁就构成了差动式电感传感器。灵敏度为：

测量时,衔铁通过导杆与被测量相连,当被测体移动时,导杆带动衔铁也相应移动,使两个磁回路中磁阻发生大小相等,方向相反的变化,导致一个线圈的电感量增加,另一个线圈的电感量减小,形成差动形式。差动式电感传感器除了可以改善线性、提高灵敏度外，对温度的变化、电源频率变化等影响，也可进行补偿，从而减少了外界影响造成的误差。（1）变压器式交流电桥

变压器电桥电路相邻两工作臂是差动电感传感器的两个线圈，阻抗Z1、Z2；另外两臂为激励变压器的二次线圈。输出电压取自A、B两点。若D点为零电位，且传感器线圈的品质因素(Q值)较高，即线圈直流电阻远小于其感抗。可推导出输出电压为：

2.测量电路

当传感器的衔铁下移时，即Z1=Z-ΔZ，Z2=Z+ΔZ，此时：

由此可见，输出电压反映了传感器线圈阻抗的变化，由于是交流信号，因此还要经过适当电路处理才能判别衔铁位移的大小及方向。（2）相敏检波电路

下图是相敏检波电路图。图中，UX为电感传感器的输出信号，UR为参考电压，相敏检波电路起信号解调作用。当衔铁正位移时，仪表指针正向偏转，当衔铁负位移时，仪表指针反向偏转。因此，采用相敏检波整流电路，得到的输出信号既能反映位移大小，也能反映位移方向。

传感器的输出特性曲线图中，U0为零点残余电压，即当衔铁处于零点附近时存在的微小误差电压(零点几毫伏，有时可达数十毫伏)，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所造成的，会给测量带来误差。机械工业出版社休息一下*任务3.4电感式传感器测位移3.4.2差动变压器把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且二次绕组都用差动形式连接，故也称差动变压器式传感器。差动变压器式传感器的结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1~100mm范围内的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。3.4.2差动变压器（互感式传感器）3.4.2差动变压器1．工作原理

差动变压器目前应用最广泛的是螺管式差动变压器在线框上绕有3组线圈，其中N1为输入线圈(称一次线圈)；N21和N22是两组完全对称的线圈(称二次线圈)，它们反向串联组成差动输出形式。差动变压器等效电路图差动变压器原理图1-一次线圈2-二次线圈3-衔铁4-测杆差动变压器工作原理根据电磁感应原理，由于两二次绕组反向串联，二次侧线圈产生感应电动势为当活动衔铁处于中间位置,差动变压器输出电压为零当活动衔铁向二次绕组N21方向（向上）移动时，当活动衔铁向二次绕组N22方向（向下）移动时由于在一定的范围内，互感的变化∆M与位移x成正比，所以输出电压的变化与位移的变化成正比。当衔铁位于中心位置时，差动变压器的输出电压并不等于零，通常把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。

零点残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。由于以上原因导致它们产生的感应电势的幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小,否则将会影响传感器的测量结果。零残误差及其补偿补偿零点残余电压的电路

为了减小零点残余电压，可采用以下方法1）尽可能保证传感器尺寸、线圈电气参数和磁路对称。2）选用合适的测量电路。3）采用补偿线路减小零点残余电压。2．测量电路

差动变压器输出的是交流电压，若用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，而不能反映移动方向。另外，其测量值中将包含零点残余电压。为了达到能辨别移动方向及消除零点残余电压的目的，实际测量时，常采用差动整流电路和相敏检波电路。

差动整流电路是把差动变压器的两个二次电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出。

差动整流电路不但可以用0值居中的直流电表指示输出电压或电流的大小和极性，还可以有效地消除残余电压，同时可使线性工作范围得到一定的扩展。差动整流电路a)半波电压输出；b)半波电流输出；c)全波电压输出；d)全波电流输出设某瞬间载波为正半周，此时差动变压器两个次级线圈的相位关系为A正B负，C正D负；在上线圈中，电流自A点出发，路径为A→1→2→9→11→4→3→B，流过电容C1

的电流是由2到4，电容C1

上的电压为U24

。在下线圈中，电流自C点出发，路径为C→5→6→10→11→8→7→D，流过电容C2的电流是由6到8，电容C

两端的电压为U68

。差动变压器的输出电压为上述两电压的代数和，即U2=U24－U68。当铁心在中间位置时，U24=U68，所以U2=0；当铁心在零位以上时，因为，U24＞U68，所以U2＞0；当铁心在零位以下时，因为U24＜U68，所以U2＜0；铁心在零位以上或以下时，输出电压的极性相反，于是零点残余电压会自动抵消。由此可见，差动整流电路可以不考虑相位调整和零点残余电压的影响。此外，还具有结构简单、分布电容影响小和便于远距离传输等优点，获得广泛的应用。相敏检波电路

相敏检波电路的形式很多，过去通常采用分立元件构成的电路，它可以利用半导体二极管或晶体管来实现。

随着电子技术的发展，各种性能的集成电路相继出现，例如单片集成电路LZX1，就是一种集成化的全波相敏整流放大器，它以开关元件的全波相敏解调器，能完成把输入交流信号经全波整流后变为直流信号，以及鉴别输入信号相位等功能。

该器件具有重量轻、体积小、可靠性高、调整方便等优点。u2

为信号输入电压

，us为参考输入电压，

R

为调零电位器，

C

为消振电容，若无C则会产生正反馈，发生振荡。移相器使参考电压和差动变压器次级输出电压同频率，相位相同或相反。一般经过相敏检波和差动整流输出的信号，还需通过低通滤波器，把调制时引入的高频信号衰减掉，只让铁心运动所产生的有用信号通过。差动变压器和LZX1的连接电路相敏检波输出特性曲线a）非相敏检波b）相敏检波1—理想特性曲线

2—实际特性曲线

3.4.3电感式传感器应用（1）差动式压力变送器YST-1型差动压力变送器结构示意图1—压力接入接头；2—膜盒；3—导线；4—印制板；5—差动线圈；6—衔铁；7—变压器；8—罩壳；9—指示灯；10—安装座；11—底座3.4.3电感式传感器应用（1）差动式压力变送器上图是这种传感器的测量电路。220V交流电通过变压整流、滤波、稳压后，被VTl、VT2三极管组成的振荡器转变为6V、1000Hz的稳定交流电压，作为该传感器的激磁电压。差动变压器二次输出电压通过半波差动整流电路、滤波电路后，作为变送器输出信号。

是调零电位器，是调量程电位器。

（2）加速度传感器

在汽车的电控防抱死(ABS)制动系统中，为了获得汽车的纵向或横向加速度的变化情况，通常在车身上安装加速度传感器。图示为差动变压器式加速度传感器的结构和工作原理图。汽车正常行驶时，差动变压器线圈内的铁心处于线圈中部，当汽车制动减速时，铁心受惯性力作用向前移动，从而使差动变压器线圈内的感应电压发生变化，以此作为输出信号来控制ABS系统的工作。差动变压器式加速度传感器1—差动变压器;2—线圈；3—铁心；4—印制板；5—弹簧；6—变压器油；7—解调电路；8—振荡电路；9—电源电路机械工业出版社休息一下*任务3.5接近开关及应用常用接近开关及特性接近开关技术指标接近开关的选型接近开关

接近开关实质上是一种开关型位置传感器，它是利用位置传感器对接近物体的敏感特性，控制开关通、断的一种装置。它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，根据被检测物体的特性不同，依据不同的原理和工艺做成了各种类型的接近开关。圆柱形扁平形槽形贯穿形

接近开关常见外形图1.常用接近开关及特性

接近开关类型特点电感式接近开关被测物体必须是金属导体电容式接近开关被测物体不限于金属导体，可以是绝缘的液体或粉状物霍尔接近开关被测物体必须是磁性物体干簧管接近开关被测物体必须是磁性物体或通电光电式接近开关对环境要求严格，无粉尘，被测物对光的反射能力好超声波开关对脏污、震动、环境光线或噪声不敏感，应用范围非常广泛常用接近开关的特性

（1）电感接近开关（电涡流接近开关）如果通过金属导体中的磁通发生变化，就会在闭合的导体内产生感应电流。这种电流的流线在金属体内是自行闭合，通常称之为涡流，这种现象称为电涡流效应。电涡流的产生，必然要消耗一部分磁场能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化。电涡流接近开关的工作框图电感接近开关具有体积小、重复定位准确、使用寿命长，抗干扰性能好、防尘、防水、防油、耐振动等特点，广泛应用于各种机电一体化装置中，一般用于近距离的导电性能良好的金属物体的检测。电感接近开关的应用

（2）霍尔接近开关

的应用

当磁铁的有效磁极接近、并达到动作距离时，霍尔式接近开关动作。霍尔接近开关一般还配一块钕铁硼磁铁。霍尔式接近开关应用于限位

用霍尔IC只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。

当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔IC的输出由高电平变为低电平，使继电器吸合或释放，控制运动部件停止移动（否则将撞坏霍尔IC），起限位的作用。霍尔式接近开关应用于转速测量演示n=60f4(r/min)软铁分流翼片

开关型霍尔ICT（3）干簧管接近开关的应用

带有磁环的气缸检测活塞位置利用气缸组成的简易机械手检测活塞杆伸出位置

（4）电容接近开关电容接近开关主要用于定位或开关报警控制等场合。它的特点是无抖动、无触点、非接触监测、体积小、功耗低、寿命长、检测物质范围广、抗干扰能力强、耐腐蚀性能好等。与电感接近开关、霍尔接近开关相比，电容接近开关检测距离远，而且静电电容接近开关还可以检测金属、塑料、木材等物质的位置。检测纸包装内有无牛奶液位的检测（5）光电开关

对射式光电开关

直接反射式光电开关

会聚型反射式光电开关

反射板型反射式光电开关镜面抑制反射式光电开关

生产线中厚纸箱检测

啤酒生产线中检测酒瓶的有无生产线中产品的计数纺织行业梳棉机中断条的检测（6）超声波开关

频率高于20KHz的声波称为超声波，超声波是一种机械波，它方向性好，穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显著的反射。利用这一性质，超声波可以实现液位、流量、温度、黏度、厚度、距离以及探伤等诸多参数的测量。超声波换能器的内部结构超声波传感器测液位超声波传感器测距离2接近开关技术指标(1)动作距离：当动作片由正面靠近接近传感器的感应面时，使接近传感器动作的距离为接近传感器的最大动作距离。(2)复位距离：当动作片由正面离开接近传感器的感应面，开关由动作转为复位状态时，测定动作片离开感应面的最大距离。同一接近开关的复位距离大于动作距离。

(3)回差H：最大动作距离和释放距离之差的绝对值。(4)动作频率：若接近开关的动作频率太低而被测物运动得太快时，有可能造成漏检。(5)重复精度:重复移动使开关开断10次，计算10次测量值的最大值和最小值与10次平均值之差，差值大者为重复精度误差。

3.接近传感器的选型

(1)当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型(电感式)接近传感器。(2)当检测体为非金属材料时，如木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近传感器。(3)金属体和非金属要进行远距离检测和控制时应选用光电型接近传感器或超声波型接近传感器。（4）对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近传感器或霍尔式接近传感器。（5)在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、微波接近开关。有时为了提高识别的可靠性，上述几种接近开关往往被复合使用。

一般的工业生产场所防盗系统中自动门

无论选用哪种接近开关，都要注意所用传感器能符合对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指标的要求。选用接近开关应考虑的主要因素有使用要求、动作距离、输出信号要求、工作电源、信号感应面的位置、工作环境、价格，从它的基本功用、技术参数、使用要求等方面综合权衡，选择最佳组合。

例如，选用一种接近开关来控制继电器。该接近开关所用的电源电压为AC220V,电流为200mA,继电器的线圈电压也为AC220v,正常工作时功率为12V·A,启动时功率为75V·A。深入分析发现继电器在启动时线圈电流是非常大的，已经超出了200mA,若通断频率很高的话，势必会缩短接近开关的使用寿命或直接损坏开关元件。这种情况下最好选用输出电流更大的接近开关来使用。

机械工业出版社休息一下*3．6同步技能训练3.6.1压电式简易门铃的制作与调试3.6.2电容式接近开关的安装与调试3.6.3数显电子秤的制作与调试3.6同步技能实训

3.6.1简易门铃采用FT-50(φ50mm)压电陶瓷片1．判断压电陶瓷片的好坏。2．按图搭建电路。3．电路搭建好后，可用手指轻触压电陶瓷的金属面，观察不同力度下压电陶瓷片的发声区别。

4.调节R1电阻阻值.观察受力相同情况下压电陶瓷片的发声区别。压电陶瓷正面压电陶瓷反面认识一下压电陶瓷片3.6.2电容式接近开关的安装与调试

按图所示搭建电路，开始检测实验，观察发光二极管LED的亮灭,将试验结果记录到数据记录表中。1.观察哪些物体能检测，哪些物体不能检测；2.观察同种物质不同的形状检测效果；3.同一物体不同的接近方式得到的结果。PCB电路图正反面绘制实验电路及电路板

注意：电容式接近开关不要在露天环境或被水溅到的地方使用，不要与电力线、动力线同管走线，不要大力拉接近开关的电源线，不要用硬的物体撞击感应面。数据记录表实验序号被检测物是否可以检测1

塑料

纸张

金属片

金属小球

2

被检测物形状检测距离（单位cm）金属片

金属小球

3金属球接近方式检测距离（单位cm）从左边靠近

从中间靠近

从右边靠近

3.6.3小量程电子称重系统的制作与调试

1.项目描述在日常生活中，广泛使用各种称重设备。这里介绍的数显电子秤具有准确度高、易于制作、成本低廉、体积小巧和实用等特点。2．项目要求

制作的数显电子称重系统分辨率为1g，在5kg的量程范围内经仔细调校，测量精度可达0.5%F.S±1。自行查找项目电路中关键器件的特性和应用电路。完成项目电路设计、制作、调试及必要的技术文档。小量程电子称重系统框图使用应变式称重传感器、HX711模块、ArduinoUno和LabVIEW组成上下位机小量程电子称重系统。

称重传感器将重物质量转换为电压；HX711模块实现AD转换与数据处理；ArduinoNano作为下位机，负责HX711的读写以及数据传输；LabVIEW上位机应用程序通过USB接口与下位机实现标定与修正的交互，经过标定后便可实现称重结果的显示。（1）小型电子秤硬件设计

小型电子秤的硬件接线图称重传感器HX711E+E+E-E-S-A-S+A+HX711ArduinoDTD2SCKD3VCC5VGNDGND称重传感器与HX711模块的引脚接线如表所示HX711模块与Arduino的引脚接线如表所示HX711简介

HX711是一款专为高精度称重传感器而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其他芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其他同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。

HX711降低了电子称重的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取通道A或通道B，与其内部的低噪声可编程放大器相连。

(2)Arduino下位机程序设计

HX711_ADC库的安装1.初始化程序

#include

<HX711_ADC.h>

#include

<EEPROM.h>

#include

<math.h>

const

int

HX711_dout

=

2;

//Arduino接HX711模块Dout引脚

const

int

HX711_sck

=

3;

//Arduino接HX711模块SCK引脚

HX711_ADC

LoadCell(HX711_dout,

HX711_sck);

const

int

calVal_eepromAdress

=

0;

//标定参数的EEPROM地址

void

setup()

{

Serial.begin(115200);

delay(10);

LoadCell.begin();

//HX711初始化

unsigned

long

stabilizingtime

=

2000;

//开机稳定时间，改善传感器开机零飘

boolean

_tare

=

true;

//是否清零，true:清零；false:不清零

LoadCell.start(stabilizingtime,

_tare);

//HX711开始工作

while

(!LoadCell.update());

//判断HX711读AD值是否正确

float

calibrationValue;

//标定参数

EEPROM.get(calVal_eepromAdress,

calibrationValue);//从EEPROM中读取标定参

if(isnan(calibrationValue)){

//如果没有标定数据

LoadCell.setCalFactor(1.0);

//设置默认的标定参数

}else{

LoadCell.setCalFactor(calibrationValue);

//设置EEPROM读出的标定参数

}

}

2.主循环程序

void

loop()

{

static

boolean

newDataReady

=

0;

//AD数据准备好标志位

const

int

serialPrintInterval

=

100;

//串口发送数据间隔

static

uint32_t

t

=

0;

if

(LoadCell.update())

newDataReady

=

true;//查询AD值是否转换好，如果转换好，置数据准备好标志位

if

(newDataReady)

{

if

(millis()

>

t

+

serialPrintInterval)

{

//判断是否到了设定的时间间隔

float

weight

=

LoadCell.getData();

//读重量值

if(fabs(weight)<0.3){

//防止零显示值出现-0

weight

=

0.0;

}

Serial.println(weight,1);

//串口发送重量值，1位小数

newDataReady

=

0;

//数据准备好标定位清0

t

=

millis();

//t记录当时系统时间

}

}

if

(Serial.available()

>

0)

{

//判断串口是否收到数据

char

inByte

=

Serial.read();

//读串口数据

if

(inByte

==

't')

LoadCell.tareNoDelay();

//如果收到命令't'，执行清零

else

if

(inByte

==

'c')

calibrate();

//如果收到命令'c'，执行标定

}

3.标定程序

void

calibrate()

{

boolean

_resume

=

false;

while

(_resume

==

false)

{