傳感器原理及應(yīng)用(技能)

1、SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系 現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中,離不開離不開各種傳感器各種傳感器,傳感器傳感器與與PLCPLC( (可編程序控制器可編程序控制器) )等構(gòu)成等構(gòu)成自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)。 傳感器被稱為傳感器被稱為“電五官電五官”, ,作為系統(tǒng)作為系統(tǒng)輸入檢測部分輸入檢測部分,其作用其作用檢測外界信息變化檢測外界信息變化, ,并并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)為系統(tǒng)可識別的電信號可識別的電信號,傳送傳送給給PLCPLC、計算機計算機等核心控制器等核心控制器。一一、概概 述述第一章

2、第一章、傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系1.1.傳感器定義傳感器定義 自動檢測裝置中自動檢測裝置中, 直接感受直接感受被測量被測量, 并將其并將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為可用可用電信號電信號輸出的輸出的器件器件。電信號電信號敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件被測量被測量輔助電源輔助電源傳感器組成傳感器組成: 檢測部分檢測部分轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換部分輔助電源輔助電源SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電信號電信號敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件被測量被測量輔助電源輔助電源傳感器組成傳感器組成: 開關(guān)量信號開關(guān)量信號 “ 0，1”模擬量信號模擬量信號 電壓信號

3、電壓信號(05V,010V) 電流信號電流信號(420mA)PLC;單片機單片機;計算機計算機;傳送傳送 “磁場磁場/電場電場/光線光線”等等變化狀態(tài)變化狀態(tài)； “溫度溫度/壓力壓力/流量流量/ 速度速度”等等物理物理量量；SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系紅外線測溫儀紅外線測溫儀各類自動門各類自動門傳感器應(yīng)用傳感器應(yīng)用將將被測量被測量(溫度溫度)轉(zhuǎn)換為模擬量的轉(zhuǎn)換為模擬量的電信號電信號 (電壓電壓05V 或 電流電流420mA) 將將被測量被測量(光線變化狀態(tài)光線變化狀態(tài)) 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為開關(guān)量的開關(guān)量的電信號電信號 (0、1狀態(tài)信號狀態(tài)信號)SIPIVT SIPIVT 機電工程

4、系機電工程系2.傳感器的分類傳感器的分類數(shù)字量數(shù)字量傳感器傳感器：輸出輸出開關(guān)量信號開關(guān)量信號 ( 邏輯狀態(tài)邏輯狀態(tài)0、1 )(Digital sensor)模擬量模擬量傳感器傳感器：輸出輸出模擬量信號模擬量信號 (電壓電壓05V, 010V, 或或 電流電流420mA)(Analog sensor) 按按輸出信號性質(zhì)輸出信號性質(zhì)分類：分類：NPN型型：輸出輸出低電平低電平 “0” (亞洲亞洲標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)) ；PNP型型：輸出輸出高電平高電平 “1” (歐洲歐洲標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)) ；數(shù)字量傳感器按數(shù)字量傳感器按輸出特性輸出特性分類：分類：SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系傳感器輸出特性原理圖

5、傳感器輸出特性原理圖（以接近開關(guān)為例）（以接近開關(guān)為例）(a)輸出特性輸出特性 NPN型型(b)輸出特性輸出特性 PNP型型輸出輸出低電平低電平(0V)(0V)“高電平高電平”取決于取決于電源電壓電源電壓值值輸出輸出高電平高電平(24V)(24V)SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系輸出特性：輸出特性：輸出低電平時輸出低電平時負(fù)載得電負(fù)載得電輸出高電平時輸出高電平時負(fù)載得電負(fù)載得電SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系3.常用數(shù)字量傳感器分類常用數(shù)字量傳感器分類接近式接近式傳感器：傳感器：電感式電感式傳感器 Ind. (Proximity) 電容式電容式傳感器 Cap.

6、磁感應(yīng)式磁感應(yīng)式傳感器 Mag.光電式光電式傳感器傳感器: 透射式透射式傳感器 Opt. (Optical-electrical) 反射式反射式傳感器 Opt. : 鏡面反射鏡面反射 漫反射漫反射SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電氣圖形符號電氣圖形符號1.1.電感式傳感器電感式傳感器 Inductive Sensor二二、常用數(shù)字量傳感器工作原理常用數(shù)字量傳感器工作原理檢測物體檢測物體: 只能檢測只能檢測金屬物體金屬物體 檢測距離檢測距離: 010mm, 通常通常48mm SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系工作原理工作原理： 傳感器內(nèi)部傳感器內(nèi)部LC高頻振蕩高頻振

7、蕩等電路產(chǎn)生等電路產(chǎn)生一定電磁場一定電磁場。 當(dāng)當(dāng)金屬物體金屬物體靠近靠近傳感檢測頭時傳感檢測頭時, 金屬金屬物體內(nèi)部物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流產(chǎn)生渦流, 引起引起傳感器傳感器磁場磁場磁磁通量通量變化變化, 而使而使傳感器傳感器輸出信號輸出信號。 接近體振蕩器開關(guān)器輸出器LC電感式傳感器工作模型電感式傳感器工作模型 SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電氣圖形符號電氣圖形符號2.2.電容式傳感器電容式傳感器 Capacitive Sensor檢測物體檢測物體: 非薄片的任何介質(zhì)非薄片的任何介質(zhì)檢測距離檢測距離: 010mm, 通常通常35mm SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系

8、+-+-+-+-電容式傳感器工作模型電容式傳感器工作模型 無物體接近無物體接近時, ,傳感器檢測面靜電荷平衡靜電荷平衡電容量C不變, ,內(nèi)部RC振蕩回路建立穩(wěn)定電場穩(wěn)定電場。當(dāng)物體接近當(dāng)物體接近引起檢測面靜電荷變化靜電荷變化電容量電容量C C改變改變,使傳感器產(chǎn)生輸出信號輸出信號。傳感器檢測頭傳感器檢測頭工作原理工作原理：SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用在料位檢測中的應(yīng)用在料位檢測中的應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電容式傳感器在液位測量控制中的應(yīng)用電容式傳感器在液位測量控制中的應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機電工程系機

9、電工程系Capacitive sensor漢堡檢測漢堡檢測電容式傳感器應(yīng)用：電容式傳感器應(yīng)用： 用于物體位置檢測用于物體位置檢測、行程限位行程限位、產(chǎn)品計數(shù)等；產(chǎn)品計數(shù)等；SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電氣圖形符號電氣圖形符號3.3.磁感應(yīng)式傳感器磁感應(yīng)式傳感器 Magnetic SensorSIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系磁感應(yīng)傳感器工作模型磁感應(yīng)傳感器工作模型 工作原理：工作原理： 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為合金傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為合金簧片等組成的簧片等組成的干簧繼電器干簧繼電器。 當(dāng)當(dāng)磁性物體靠近磁性物體靠近時時, ,其其生產(chǎn)生產(chǎn)一定強度磁場一定強度磁場, ,電磁力電

10、磁力使使簧片簧片吸合吸合、觸點閉合觸點閉合。 當(dāng)當(dāng)磁性物體離開磁性物體離開時時, ,磁場減弱磁場減弱, ,使簧片釋放使簧片釋放、觸點斷開觸點斷開。檢測物體檢測物體: 磁性物質(zhì)磁性物質(zhì) （永久磁鐵（永久磁鐵、帶電線圈）帶電線圈）檢測距離檢測距離: 010mm, 通常通常35mm SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系轉(zhuǎn)子傳感器磁性齒轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速檢測 磁感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用磁感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用傳感器A氣缸傳感器B氣缸運動位置檢測氣缸運動位置檢測（在氣缸活塞環(huán)上包有一層（在氣缸活塞環(huán)上包有一層“永久磁鐵永久磁鐵”）SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電氣圖形符號電氣圖形符號4.4

11、.光電式傳感器光電式傳感器 Optical-electrical Sensor（又稱（又稱“光電式開關(guān)光電式開關(guān)”）（發(fā)射接收光線的器件）（發(fā)射接收光線的器件）SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系 工作模型工作模型: : 由由發(fā)射端發(fā)射端(Transmit)的的發(fā)光二極管發(fā)光二極管發(fā)出光線發(fā)出光線, 接收端接收端(Receiver)的光敏三極管的光敏三極管接收光線接收光線, 當(dāng)有物體穿過當(dāng)有物體穿過，引起引起光通量發(fā)生變化時光通量發(fā)生變化時, 使傳感器使傳感器輸出開關(guān)信號輸出開關(guān)信號。 工作原理工作原理: :主要包括：主要包括：發(fā)射端發(fā)射端TransmitTransmit(發(fā)光二極

12、管等器件發(fā)光二極管等器件) )； 接收端接收端ReceiveReceive(光敏三極管等器件光敏三極管等器件) )；SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系原理：原理：當(dāng)當(dāng)被測物體被測物體穿過光線穿過光線軸時軸時遮擋住光線遮擋住光線,引起光通量引起光通量變化變化, 使傳感器使傳感器輸出信號輸出信號。(1)透射式光電傳感器：透射式光電傳感器： 發(fā)射端和接收端分開安裝在兩側(cè)；發(fā)射端和接收端分開安裝在兩側(cè)；ReceiverObjectTransmitter 被測物體被測物體檢測物體檢測物體: 非透明物體非透明物體檢測距離檢測距離: 010m, 通常通常25m SIPIVT SIPIVT 機電

13、工程系機電工程系反射型反射型光電開光電開振光。振光。(2)(2)鏡面反射式光電傳感器鏡面反射式光電傳感器反射鏡反射鏡被測物體偏振光偏振光發(fā)射光發(fā)射光被測物體被測物體反射板反射光反射光發(fā)射光發(fā)射光發(fā)射與接收端發(fā)射與接收端集成安裝于一體集成安裝于一體原理：原理：當(dāng)當(dāng)被測物體被測物體穿過傳感器與反射板之間時穿過傳感器與反射板之間時, 反射光反射光被遮擋被遮擋, 引起光通量變化引起光通量變化, 使傳感器輸出使傳感器輸出開關(guān)信號開關(guān)信號。檢測物體檢測物體: 非透明物體非透明物體檢測距離檢測距離: 010m, 通常通常25m SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系漫反射光線反射光線被檢測物體發(fā)射

14、光線漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當(dāng)被測物體經(jīng)過該光電開關(guān)時，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開關(guān)信號。額定距離(3)(3)漫反射式光電傳感器漫反射式光電傳感器 當(dāng)當(dāng)被測物體靠近傳感器被測物體靠近傳感器, ,發(fā)射端發(fā)出的光線發(fā)射端發(fā)出的光線, ,經(jīng)過被經(jīng)過被測物體表面反射測物體表面反射, ,使接受端使接受端接受到反射光線接受到反射光線, ,從而使傳從而使傳感器感器產(chǎn)生開關(guān)信號產(chǎn)生開關(guān)信號。工作原理：工作原理：檢測距離檢測距離: 01m, 通常通常100 400mm發(fā)射與接收端發(fā)射與接收端集成安裝于一體集成安裝于一體檢測物體檢測物體: 非黑色非黑色、非透明物

15、體非透明物體SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系電動扶梯自動啟停物體倒置辨別產(chǎn)品計數(shù) 料位的控制 轉(zhuǎn)速檢測位置控制裝置三、傳感器的廣泛應(yīng)用三、傳感器的廣泛應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系常用數(shù)字量傳感器常用數(shù)字量傳感器（小結(jié)）（小結(jié)）SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系光電式光電式 Opt. 電感式電感式 Ind. 電容式電容式 Cap. 磁感應(yīng)式磁感應(yīng)式 Mag.電氣圖形符號電氣圖形符號根據(jù)電氣圖形符號根據(jù)電氣圖形符號, ,判斷傳感器類型判斷傳感器類型SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系二

16、線制二線制棕棕/紅紅線：DC24V藍(lán)藍(lán)線：0V三線制三線制棕棕/紅紅線：DC24V藍(lán)藍(lán)線：0V黑線黑線：輸出信號(常開NO)四線制四線制棕棕/紅紅線：DC24V藍(lán)藍(lán)線：0V黑黑線：輸出信號(常開NO)白線：輸出信號(常閉NC)四、傳感器的安裝接線四、傳感器的安裝接線1.1.接線規(guī)則接線規(guī)則SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系(1)根據(jù)根據(jù)電氣圖形符號電氣圖形符號判斷判斷傳感器類型傳感器類型；(2)根據(jù)根據(jù)被測物體的性質(zhì)被測物體的性質(zhì)及及檢測要求檢測要求, 選擇選擇適合的適合的 傳感器類型傳感器類型(Opt./Ind./Cap./Mag.等等) ；(3)根據(jù)傳感器銘牌上根據(jù)傳感器銘牌

17、上接線圖接線圖判斷其判斷其輸出特性輸出特性；NPN型型PNP型型2. 傳感器銘牌參數(shù)識別及接線傳感器銘牌參數(shù)識別及接線(型號型號、電氣圖形符號電氣圖形符號、接線圖接線圖、工作電壓工作電壓、運行指示燈運行指示燈、靈敏度電位器靈敏度電位器)SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系(4)按照傳感器按照傳感器接線圖接線圖，正確連接電源，正確連接電源“+、-”極極和和負(fù)載負(fù)載。(5)根據(jù)傳感器根據(jù)傳感器工作電壓工作電壓(1030VDC), 正確接入正確接入電源電源；(6) 通過傳感器的通過傳感器的 “運行運行”指示燈指示燈，觀察其運行狀態(tài)。，觀察其運行狀態(tài)。(7) 漫反射光電傳感器漫反射光電傳感

18、器, 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)“靈敏度電位器靈敏度電位器” 可微調(diào)可微調(diào)檢測距離檢測距離。SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系1. 實驗?zāi)繕?biāo)：實驗?zāi)繕?biāo)：熟悉傳感器的銘牌參數(shù), 正確選型接線(1)(1)分別選擇四種類型傳感器分別選擇四種類型傳感器( (Ind. Cap. Mag. Opt.),.), 按照銘牌參數(shù)正確連接電源及負(fù)載按照銘牌參數(shù)正確連接電源及負(fù)載(指示燈指示燈)；(2)(2)通電運行通電運行,選擇適合的被測物體進(jìn)行檢測選擇適合的被測物體進(jìn)行檢測, ,記錄傳感器記錄傳感器 的的輸出特性、檢測物體、檢測距離范圍輸出特性、檢測物體、檢測距離范圍；(3)選擇一個選擇一個OMRON傳感器傳感器,

19、記錄記錄“型號型號、工作電壓工作電壓、接線圖接線圖” 等銘牌參數(shù)等銘牌參數(shù)，正確連接電源和負(fù)載正確連接電源和負(fù)載(指示燈指示燈)； 通電運行通電運行,記錄傳感器記錄傳感器輸出特性、檢測物體、檢測距離范圍輸出特性、檢測物體、檢測距離范圍；課堂實踐課堂實踐1：傳感器的接線與檢測傳感器的接線與檢測2. 實訓(xùn)內(nèi)容及要求：實訓(xùn)內(nèi)容及要求：SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系 五、各類傳感器的組合應(yīng)用五、各類傳感器的組合應(yīng)用方案方案1：選擇選擇輸出特性相同輸出特性相同的的S1和和S2, 可可直接并聯(lián)直接并聯(lián)控制；控制； 現(xiàn)有兩個傳感器現(xiàn)有兩個傳感器S1和和S2, 當(dāng)任意一個傳感器檢測到物體時當(dāng)任意一個傳感器檢測到物體時, 即控制指示燈即控制指示燈HL1亮亮；分析：分析：兩個傳感器為兩個傳感器為“邏輯邏輯或或”控制關(guān)系；控制關(guān)系；案例案例1：SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系方案方案2：選擇選擇輸出特性不同輸出特性不同的的S1和和S2, 需通過需通過中間繼電器中間繼電器觸點觸點 間接并聯(lián)間接并聯(lián)控制；控制；目前常用的控制方式目前常用的控制方式SIPIVT SIPIVT 機電工程系機電工程系 用用S2S2的輸出端控制的輸出端控制