第7章力學(xué)量和運動學(xué)量檢測

第7章力學(xué)量和運動學(xué)量1.力學(xué)量檢測技術(shù)2.運動學(xué)量檢測技術(shù)3.接近傳感器與轉(zhuǎn)速測量

本章學(xué)習(xí)要求：7.1力學(xué)量檢測技術(shù)

力學(xué)量包括力、力矩、應(yīng)力、質(zhì)量和稱重等。位移傳感器與變換力的彈性敏感元件組合可以測量力。稱重是使用地點重力加速度和空氣浮力來測量質(zhì)量的；而測力則用于力的比較和傳遞。力的單位是牛頓，質(zhì)量的單位是克。力學(xué)量傳感器明確地分為測力傳感器和稱重傳感器。

一、

測力傳感器及其應(yīng)用

1.YDS-781型壓電式單向力傳感器

如圖是YDS-781型壓電式單向力傳感器的結(jié)構(gòu)，它主要用于變化頻率中等的動態(tài)力的測量，如車床動態(tài)切削力的測試。被測力通過傳力上蓋1傳遞到壓電石英晶片2上。兩塊晶片沿電軸反方向疊起，中間是一個片形電極，它收集負電荷。兩壓電晶片正電荷表面分別與傳感器的傳力上蓋和底座6相連，構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。片形電極和傳感器底座通過電極引出插頭4與外部電纜相接。該傳感器的測力范圍為0～5000N，固有頻率約為數(shù)十千赫茲。YDS-781型壓電式單向力傳感器的結(jié)構(gòu)

刀具切削力測量示意圖

2.金屬加工切削力的測量

如圖是利用壓電陶瓷傳感器進行測量刀具切削力的示意圖。由于壓電陶瓷元件的自振頻率高，特別適合測量變化劇烈的載荷。圖中壓電傳感器位于車刀前部的下方，當進行切削加工時，切削力通過刀具傳給壓電傳感器，壓電傳感器將切削力轉(zhuǎn)換為電信號輸出，記錄下電信號的變化便測得切削力的變化。

如圖是拉刀的切削力試驗圖。在拉削加工中，因為切削速度低，可以在拉刀的卡具上粘貼應(yīng)變片進行受力狀態(tài)的測試。應(yīng)變片與測試電路組成橋路并由放大電路及示波器進行測試。拉刀切削力試驗圖

3.壓電引信

壓電引信是利用鈦酸鋇或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)制成的一種彈丸起爆裝置。

它具有瞬發(fā)度高、

靈敏度低、

不需配置電源等特點，

常應(yīng)用在破甲彈上，

對提高彈丸的破甲能力起著非常重要的作用。

壓電引信由壓電晶體和起爆裝置兩部分組成，壓電晶體放在彈丸的頭部，

起爆裝置設(shè)置在彈丸的尾部，

如圖所示。

使用壓電引信的破甲彈

壓電引信電路

當彈丸與裝甲目標相遇時，

碰撞力使壓電晶體產(chǎn)生電荷，經(jīng)導(dǎo)線傳給電雷管使其起爆，

并引起彈丸的爆炸，

錐孔炸藥爆炸形成的能量使藥形罩熔化，

形成高溫高速的金屬流將鋼甲穿透，

起到殺傷作用。

壓電晶體產(chǎn)生的電荷將從電阻R泄放掉，不會使電雷管動作。彈丸發(fā)射后，引信起爆裝置解除保險狀態(tài)，開關(guān)S從a處斷開，與b接通，處于待發(fā)狀態(tài)。二、扭矩的測量

1.測量原理

扭矩是一種力矩，它是改變物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)的原因。

扭矩的大小可用下式表示，即

M=lF

式中，

M為扭矩；l為轉(zhuǎn)軸與力作用點的距離（即力臂）；F為力。

扭矩傳感器與力傳感器一樣，要使用彈性元件。它利用彈性體把扭矩轉(zhuǎn)換為角位移，再由角位移轉(zhuǎn)換成電信號輸出。一些扭轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)

用于扭矩傳感器的彈性元件是扭矩軸，如圖所示。把扭轉(zhuǎn)軸連接在驅(qū)動源和負載之間，扭轉(zhuǎn)軸就會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角可用下式表示，即（7-2）

式中，θ為扭轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)角;L為扭轉(zhuǎn)軸長;D為扭轉(zhuǎn)軸直徑;G為扭轉(zhuǎn)軸材料的彎曲系數(shù)。從式中可以看出，當扭轉(zhuǎn)軸的參數(shù)固定，扭矩對扭轉(zhuǎn)軸作用時，產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角與扭矩成正比關(guān)系。因此只要測得扭轉(zhuǎn)角，便可知扭矩的大小。

2.扭矩傳感器

1）應(yīng)變片式扭矩傳感器

如圖是應(yīng)變片式扭矩傳感器的工作原理圖。扭轉(zhuǎn)軸發(fā)生扭轉(zhuǎn)時，在相對于軸中心線45°方向上產(chǎn)生的應(yīng)力最大，應(yīng)變也最大。沿扭轉(zhuǎn)軸中心線45°方向粘貼四個電阻應(yīng)變片，并組成橋式電路，將應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電壓輸出。由此便可測量扭矩的大小。為了給旋轉(zhuǎn)的應(yīng)變片輸入電壓和從電橋中取出檢測信號，在扭轉(zhuǎn)軸上安裝有集電環(huán)和電刷。它是一種接觸式測量，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。應(yīng)變片式扭矩傳感器工作原理圖

2）振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器

振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，將套筒1、2分別卡在被測軸的兩個相鄰面上，然后將振弦5與6分別安裝在套筒上的支架3、4和3′、4′上，安裝時必須使振弦具有一定的預(yù)應(yīng)力。當被測軸轉(zhuǎn)動傳遞轉(zhuǎn)矩T時，軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，致使其兩相鄰截面扭轉(zhuǎn)一個角度，造成振弦5受到拉力，振弦6受到壓力。在被測軸的彈性變形范圍內(nèi)，軸的扭轉(zhuǎn)角與外加轉(zhuǎn)矩T成正比，而振弦的張力又與扭轉(zhuǎn)角成正比。可以用測量傳感器輸出差頻信號來測量被測軸上所承受的轉(zhuǎn)矩。振弦式轉(zhuǎn)矩傳感器

3）磁致伸縮式扭矩傳感器磁致伸縮式扭矩傳感器的轉(zhuǎn)換原理是磁致伸縮效應(yīng)。采用鐵磁材料制作的扭轉(zhuǎn)軸在受到扭矩作用時，扭轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生方向性應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)軸表面的磁場分布會變得不對稱，從而出現(xiàn)磁的各向異性。磁致伸縮式扭矩傳感器工作原理圖（a）

結(jié)構(gòu)原理；

（b）

橋路原理

如圖是磁致伸縮式扭矩傳感器工作原理圖。為了檢測扭轉(zhuǎn)軸由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的磁場，在離扭轉(zhuǎn)軸表面1～2mm處設(shè)置有兩個交叉90°的鐵芯1和2，在鐵芯1上繞有勵磁線圈，在鐵芯2上繞有感應(yīng)線圈。兩個線圈與檢測電路組成一個磁橋。

鑒于以下優(yōu)點，磁致伸縮式扭矩傳感器被廣泛應(yīng)用于大型動力機械的扭矩測量。（1）可實現(xiàn)非接觸測量，避免了接觸測量需經(jīng)常檢修的麻煩，也沒有電刷和集流環(huán)產(chǎn)生的干擾信號，因而工作可靠，堅固耐用。（2）對扭轉(zhuǎn)軸的材質(zhì)要求不高，一般采用低碳鋼即可。（3）

當扭轉(zhuǎn)軸切應(yīng)力在3000N/cm2以下時，輸出電勢與扭矩呈線性關(guān)系，

測量誤差較小。

三、電子皮帶秤

電子皮帶秤是一種能連續(xù)稱量散狀顆粒物料重量的裝置，它不但可以對某一瞬間在輸送帶上的輸送物料重量進行稱重，而且還可以在某段時間內(nèi)對輸送的物料總重進行稱重。因此，電子皮帶秤在建材水泥、煤礦、冶金化工和糧倉、碼頭等場合中得到了普遍的應(yīng)用。

電子皮帶秤工作原理圖

電子皮帶秤的工作原理如圖所示，電子皮帶秤主要由稱重橋架與稱重傳感器、測速傳感器、稱重儀表等組成；皮帶秤上使用著兩個傳感器，一個是測力傳感器，它通過皮帶下方的稱架感受稱量區(qū)間L的物料重量；另一個為測速傳感器，它和皮帶導(dǎo)輪同軸，當皮帶傳動時，通過導(dǎo)輪隨動檢測皮帶的運行速度。在電子皮帶秤某一稱量區(qū)間的物料重量為

W（t）=q（t）L

式中，W（t）為L區(qū)間的物料重量；q（t）為皮帶單位長度上的物料重量；L為區(qū)間長度。皮帶在單位時間內(nèi)的輸送量為

Q（t）=Lq（t）v（t）

式中，Q（t）為單位時間里的輸送物料的重量；v（t）為皮帶速度。這樣，只要將測力傳感器輸出經(jīng)放大的信號U1和測速傳感器經(jīng)頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路輸出的信號U2經(jīng)乘法器相乘，便可得知皮帶在單位時間內(nèi)的輸送量。將此值經(jīng)積分即可得到t時間內(nèi)物料總量。四、電子計價秤

電子計價秤通常是指稱量范圍在3～30kg內(nèi)帶有計價功能的商用案秤。一般電子秤的外形圖如圖所示。在前面的三個數(shù)字顯示窗口中，左面的為質(zhì)量顯示，中間的為商品單價顯示，右面的為計價顯示。通過鍵盤可輸入商品單價，稱量物品后，計價顯示窗口便顯示金額。電子計價秤的外形圖

圖7-13雙復(fù)梁式稱重傳感器（a）

雙連橢圓孔結(jié)構(gòu)；

（b）

四連孔結(jié)構(gòu)

1）稱重傳感器

電子計價秤通常選用如圖所示的以鋁合金為材料的雙復(fù)梁式結(jié)構(gòu)的稱重傳感器。其中，（a）為雙連橢圓孔構(gòu)成應(yīng)力集中合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)，秤盤用懸臂梁端部上平面的兩個螺孔緊固；（b）為用四連孔構(gòu)成應(yīng)力集中合理的力學(xué)結(jié)構(gòu)，秤盤用懸臂梁端部側(cè)面的兩個螺孔緊固，中間圓孔安插過載保險支桿。

以上兩種結(jié)構(gòu)形式的稱重傳感器均可通過銼磨修正四角誤差。

當稱重傳感器受外力F作用時，

產(chǎn)生平行四邊形變形，

四個應(yīng)變片分別粘貼在變形較大的部位，

電阻值隨之變化。

當外載荷改變時，

由四個電阻應(yīng)變片組成的電橋輸出電壓與外加載荷成正比。

7.2運動學(xué)量檢測技術(shù)

一、振動的概念

物體圍繞平衡位置作往復(fù)運動稱為振動。

1）振動的類型（1）按振動對象分類：如機械振動、土木振動、運輸工具振動、武器及爆炸引起的沖擊振動等。（2）按振動頻率分類：如高頻振動、低頻振動、超低頻振動。（3）按信號特征分類：如周期振動、非周期振動、隨機振動等。

2）振動測量的內(nèi)容振動測量的內(nèi)容包括振動頻率、振動振幅、振動速度和加速度。

3）振動傳感器的類型（1）

非接觸式傳感器：

如電容式、

霍爾式、

光電式等。

如圖所示，

將傳感器置于試件的最大振幅處，可以測量振幅。

用電渦流傳感器測量時，

試件材料為金屬導(dǎo)體，

圖（a）表示測量轉(zhuǎn)軸的徑向振幅，

若要測量軸向振幅，可將傳感器安裝在軸的端部；（b）表示測量彈簧片的振幅；

(c)表示測量復(fù)雜形狀試件，

如機床等，

用多個傳感器分別測量各個部位的振動情況，

以便進行研究分析。若要測量非金屬材料的振動，

可用光電式傳感器等。

用電渦流傳感器測量振幅原理圖（a）

轉(zhuǎn)軸的徑向振幅；

（b）

測量彈簧片的振幅；

（c）

測量復(fù)雜形狀試件

（2）

接觸式傳感器：

如磁電式、

電感式、

壓電式等。

接觸式振動傳感器必須由質(zhì)量塊、

彈簧和阻尼元件組成機械二階系統(tǒng)。

其固有振動頻率為

（7-7）

式中，f0為傳感器的固有振動頻率；K為彈簧的剛度；m為質(zhì)量塊的質(zhì)量。

在振動測量中主要考慮傳感器固有振動頻率f0和被測振動頻率f的關(guān)系，可分別測量振幅、速度和加速度。

(1)當f0≤5f時，質(zhì)量塊與振動體振幅成正比，用以測量振幅，稱為振幅計。如差動變壓器式測振儀。

(2)當f0=f且阻尼很大時，質(zhì)量塊與振動體速度成正比，用以測量速度，稱為速度計。如電動式測振儀。

(3)當f0≥f時，質(zhì)量塊與振動體加速度基本一致，用以測量加速度，稱為加速度計。如壓電式加速度傳感器。二、加速度傳感器與刀具磨損監(jiān)測

1.應(yīng)變式加速度傳感器

如圖所示，應(yīng)變式加速度傳感器是利用電阻應(yīng)變片3作為轉(zhuǎn)換元件，與質(zhì)量塊1和彈性梁2構(gòu)成。測量時，傳感器外殼與被測物剛性固定在一起，當被測物體作上下加速度運動時，由于質(zhì)量塊受到一個與加速度方向相反的慣性力F=ma，使懸臂梁發(fā)生彎曲變形，通過應(yīng)變片檢測出懸臂梁的應(yīng)變量。當振動頻率小于傳感器的固有振動頻率時，懸臂梁的應(yīng)變量與加速度成正比。應(yīng)變式加速度傳感器不適用于頻率較高的振動和沖擊場合，一般適用頻率為10～60Hz。應(yīng)變式加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

2.

電容式加速度傳感器

3.

電感式加速度傳感器

4.磁電式加速度傳感器

5.壓電式加速度傳感器

6.刀具磨損振動監(jiān)測法

三、線速度測量

1.空間濾波器測速

由上式可知，速度v可用空間頻率來描述。

空間濾波器的工作原理如圖所示，在柵格板上刻有透明與不透明的相間狹縫，設(shè)在空間長度l內(nèi)有N個等距狹縫，當柵格板移動時，光檢測器件便可感受到光源的明暗變化。明暗變化的空間頻率μ＝N/l。如果柵格板的移動速度為v，移動l所需的時間為t，則光檢測器檢測到的時間頻率為f＝N/t。由于N＝μl，時間頻率和空間頻率的關(guān)系為空間濾波器是能夠選擇一定空間頻率段的器件?？臻g頻率是指單位空間線度內(nèi)物理量周期性變化的次數(shù)。空間濾波器測速原理圖

當點光源沿著圖中y的方向以一定速度運動時，點光源的光通過光學(xué)透鏡成像在叉指式光電池柵格上，光電池便會輸出頻率為f的脈沖串。選擇光電池柵格尺寸和形狀能使柵格對一定空間頻率有選擇性，那么物體運動的速度就可以變換為時間頻率信號。空間濾波器輸出信號的中心頻率跟速度成正比，因此，通過測頻便可達到測速的目的。在實際的測量中所使用的不是點光源，具有任意輝度分布的光源都可以利用。這種傳感器可以用來檢測傳送帶、鋼板、車輛等的運動速度，也可用于轉(zhuǎn)動物體為背景的角速度測量。它的檢測范圍為1.5～250km/h，測量精度可達0.5%。

2.多普勒效應(yīng)測速

當發(fā)射機和接收機在同一地點，兩者無相對運動，而被測物體以速度v向發(fā)射機和接收機運動時，被測物體的運動速度v可以用式所示的多普勒頻率來描述。

1）多普勒雷達測速多普勒雷達的電路原理框圖，如圖所示。多普勒雷達電原理框圖

它由發(fā)射機、接收機、混頻器、檢波器、放大器及處理電路等組成。當發(fā)射信號和接收到的回波信號經(jīng)混頻器混頻后，兩者產(chǎn)生差頻現(xiàn)象，差頻的頻率正好為多普勒頻率。

利用多普勒雷達可以對物體的線速度和轉(zhuǎn)速進行測量。

式中，v為被測物體的線速度；θ為電磁波方向與速度方向的夾角；λ0為電磁波的波長；vcosθ為電磁波方向上被測物體的速度分量。

如圖是檢測線速度的工作原理圖。多普勒雷達產(chǎn)生的多普勒頻率為:多普勒雷達檢測線速度工作原理圖

2）激光多普勒測速原理根據(jù)多普勒效應(yīng)，當激光作為光源照射運動物體或流體時，

其反射或散射光的頻率將隨物體或流體的速度變化。所示為激光多普勒測速示意圖。將激光器發(fā)出的光作為參考光束，與散射光束在分光鏡上產(chǎn)生差頻，經(jīng)光電器件將頻率差轉(zhuǎn)換為電信號。該電信號與物體或流體運動速度成比例。由于激光頻率高，而頻率的測量又可達到極高的精度，因此激光多普勒測速可用于高精度、寬范圍（1cm/h的超低速～超音速的高速）非接觸性的測量中。

7.3接近傳感器與轉(zhuǎn)速測量一、接近傳感器的類型與選擇

1.接近傳感器的特點

與機械開關(guān)相比，接近傳感器具有以下特點：（1）非接觸測量，無機械力影響，測量精度高。（2）無機械磨損和疲勞破壞，使用壽命長。（3）反應(yīng)快，轉(zhuǎn)換頻率可達100次/s。（4）可采用封閉式結(jié)構(gòu)，有防塵、防濕的功能。（5）無觸點、無火花、無噪音，輸出信號靈活，能適應(yīng)各種后置處理的需要。

（6）體積小，能適應(yīng)各種使用場合，也便于設(shè)計造型。

2.接近傳感器的分類

1）按原理分類因為位移傳感器可以根據(jù)不同的工作原理制作，

而不同的位移傳感器對物體接近的感知方法也不同，

所以常見的接近傳感器的形式有電感式、

電渦流式、

電容式、

霍爾式、

干簧式、

光電式、

熱釋電式、

多普勒式、

電磁感應(yīng)式、

微波式、

超聲波式等。

電感式和電渦流式只能感應(yīng)金屬體；

電容式可感應(yīng)非金屬體；

光電式對金屬體和非金屬體都能感應(yīng)；

霍爾式和干簧式可感應(yīng)磁性體。

2）按結(jié)構(gòu)分類（1）一體式：感應(yīng)頭和信號處理電路置于一體中，又分螺紋式和基地式兩種。（2）分離式：感應(yīng)頭和信號處理電路分開安裝。（3）組合式：有多個感應(yīng)頭組合在一體中。

3）按工作電壓分類（1）直流型：工作電壓為5～30V。（2）交流型：工作電壓為AC220V或AC110V。

4）按輸出信號分類（1）正邏輯輸出：當傳感器感應(yīng)到信號時，輸出從0跳變成1。（2）負邏輯輸出：當傳感器感應(yīng)到信號時，輸出從1跳變成0。

5）按輸出引線分類（1）四線制：兩根電源線，兩根正、負邏輯輸出的信號線。（2）三線制：兩根電源線，一根正或負邏輯輸出的信號線。（3）二線制：兩根電源線與信號線合二為一。

6）按輸出電信號性質(zhì)分類（1）電流輸出：能輸出50～500mA的電流，能直接驅(qū)動執(zhí)行器。（2）電壓輸出：用以和各種數(shù)字電路相配合。（3）觸點輸出：用微型繼電器的觸點輸出。（4）光耦輸出：感應(yīng)信號與輸出信號隔離，用于計算機控制。

7）按信號傳送方式分類（1）有線傳送：感應(yīng)頭信號與后置處理電子線路直接相連。（2）無線傳送：用于運動中的物體測試，或不能靠近、不能連線的場合。

3.接近傳感器的應(yīng)用（1）定位控制：在定位控制中應(yīng)用最廣的是電感式接近開關(guān)。距離5mm可輸出信號，精度可達±2mm。（2）限位控制：它是指對機床或自動生產(chǎn)線設(shè)備中運動件的控制，如龍門刨的工作行程，沖床、摩擦壓力機的沖程，搖臂擺動角度的行程等。（3）

計數(shù)及計數(shù)控制：

它是工業(yè)自動化中的重要內(nèi)容之一，

如沖床的沖件計數(shù)，

飲料生產(chǎn)線的瓶罐計數(shù)，

彩電、

冰箱生產(chǎn)線的產(chǎn)品計數(shù)，

電線、

塑料、

紙張的長度計數(shù)以及轉(zhuǎn)速測量等等。

（4）物位控制：在各種生產(chǎn)線中經(jīng)常需要自動加料，如在面粉、塑料、水泥、飲料、藥品等生產(chǎn)過程中，對這些非金屬材料料位的檢測和控制，一般都采用電容式接近開關(guān)，對液位的控制常采用光電開關(guān)。其它超聲波、微波、激光等傳感器也可以用來檢測料位。（5）邏輯控制：在機械設(shè)備的啟動或運動中，需要若干個動作按一定的時序進行，利用接近傳感器和相應(yīng)的電路即可實現(xiàn)。（6）

安全保護控制：

在工業(yè)生產(chǎn)中，高溫、高壓、有毒等場所，人不易靠近，

可用光電開關(guān)報警；

儲存貴重材料或成品，

需要大面積的保護區(qū)，可用光電開關(guān)防盜報警；

對于沖床及壓力機等設(shè)備，用組合式光電感應(yīng)頭形成光簾，

在人手伸進時進行保護。

4.接近傳感器的選用原則

1）按使用要求選擇（1）定位限位計數(shù)及邏輯控制：可選用JCK系列電感式接近開關(guān)，JCL系列霍爾式接近開關(guān)，JCH系列干簧式接近開關(guān)。（2）粉料、粒料及液位控制、塑料定位及計數(shù)：可選用JCE系列電容式接近開關(guān)、JCG系列光電開關(guān)。（3）

判光標、

判顏色運動邊線定位及計數(shù)控制、

定長控制：

選用JCG系列光電開關(guān)。

2）按動作距離選擇動作距離是接近傳感器的首選參數(shù)。

選用動作距離小，

調(diào)試困難；

選用動作距離偏大，

動作距離內(nèi)的其它物體也會起作用，

因此抗干擾能力差。

對于機床等以導(dǎo)軌形式運動的部件，

其平直度好，

可選用動作距離小的電感式接近開關(guān)。

對于傳送帶、

送料車等，

應(yīng)選用動作距離較大的接近開關(guān)，

同時應(yīng)使動作距離大于最大晃動差的2倍。

一般情況下，

應(yīng)選用動作距離5～12mm為好。

3）按輸出信號要求選擇考慮到電源和不同輸出信號的要求，

接近開關(guān)形成了不同的引線制。

交流型接近開關(guān)一般均為二線制，

使用較為方便。

大部分直流接近開關(guān)均用三線制，

即兩根電源線，

一根信號線，

輸出正邏輯或負邏輯，

因此一定要判明是正邏輯還是負邏輯。

四線制增加了一根信號線，

一根輸出正邏輯，

另一根輸出負邏輯，

相當于繼電器的動合觸點和動斷觸點。

如果系統(tǒng)對接近開關(guān)狀態(tài)不確定的情況下，

應(yīng)選用四線制接近開關(guān)。

在輸出功能已確定為正輸出或負輸出的情況下，

可選用三線制接近開關(guān)。

如果還需要簡化，

則選用二線制接近開關(guān)。

如果需要現(xiàn)場與計算機或PC機控制系統(tǒng)隔離，

則應(yīng)用帶光耦器件或繼電器的接近開關(guān)。

4）按工作電源選擇為了滿足不同的工作需要，

接近開關(guān)采用多種電源，

如工作電壓為直流5V、12V、24V等。JCK系列電感式接近開關(guān)工作電壓在直流5～30V范圍內(nèi)均可正常工作，

用戶可根據(jù)具體需要來選用。

如作為計算機開關(guān)量信號輸入，

可采用直流5V。

如與繼電器相連，

則可根據(jù)繼電器所需工作電壓來選用直流12V、

24V等等。

選用直流電源，

使用安全，

傳感器壽命長。

若需要與強電直接相連，

則選用交流220V的電源，

可減少信號轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。

若選用了直流型接近開關(guān)，

又想使用交流電源，

可選用JCM型電源功能模塊來實現(xiàn)。

在防爆場合，

可選用無源接近開關(guān)。

5）按信號感應(yīng)面的位置選擇接近開關(guān)的信號感應(yīng)面都在一定的位置上。

對螺紋式接近開關(guān)來說，

其信號感應(yīng)面均在前端面，

而對于基座式電子開關(guān)來說，

其信號感應(yīng)面可在前端面、

上側(cè)面、

左側(cè)面、

右側(cè)面等四個位置，

用戶可根據(jù)使用中的安裝方式來選擇感應(yīng)面的合適位置。

6）按工作環(huán)境選擇工作環(huán)境也是選擇的依據(jù)。對機床、自動生產(chǎn)線、有油污或近高溫的場合不宜采用塑料外殼的接近開關(guān)，因油污會加速塑料外殼的老化或過熱引起塑殼的變形，應(yīng)采用金屬外殼為好。對于現(xiàn)場有灰塵、有毒、有干擾的環(huán)境，應(yīng)采用分離式接近開關(guān)，而光電開關(guān)盡量避免在有灰塵的場合使用。

7）按價格選擇對接近開關(guān)來說，如果體積愈小，則工藝要求愈高價格也愈貴。所以在實際情況許可的條件下，應(yīng)盡量選用體積較大的電子開關(guān)為好。為了適應(yīng)不同場合的需要，往往一個接近開關(guān)有多種功能，所以對批量較大的產(chǎn)品，應(yīng)選用功能夠用、價格便宜的接近開關(guān)。多余的功能不但與價格有關(guān)，而且也增加了不可靠環(huán)節(jié)?？傊?，

對于接近開關(guān)的選用，必須綜合權(quán)衡利弊得失，

選擇一個最佳的組合，

得到最好的效果。

二、接近傳感器

1.電容式接近傳感器

1）電容式接近傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)電容式接近傳感器是一個以電極為檢測端的靜電電容式接近開關(guān)。

它由高頻振蕩電路、

檢波電路、

放大電路、

整形電路及輸出電路組成，如圖所示。電容式接近傳感器電路框圖

平時檢測電極與大地之間存在一定的電容量，它成為振蕩電路的一個組成部分。當被檢測物體接近檢測電極時，由于檢測電極加有電壓，檢測物體就會受到靜電感應(yīng)而產(chǎn)生極化現(xiàn)象。被測物體越靠近檢測電極，檢測電極上的電荷就越多。由于檢測電極的靜電電容C＝Q/U，所以電荷的增多使電容C隨之增大，從而又使振蕩電路的振蕩減弱，甚至停止振蕩。振蕩電路的振蕩與停振這兩種狀態(tài)被檢測電路轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號后向外輸出。

電容式接近傳感器的形狀及結(jié)構(gòu)隨用途的不同而各異。

應(yīng)用最多的是如圖所示的圓柱型接近傳感器.當檢測物體和檢測電極之間隔有不靈敏的物體如紙帶、玻璃時，調(diào)節(jié)該電位器可使傳感器不檢測夾在中間的物體，此外，還可用此電位器調(diào)節(jié)工作距離。電路中還裝有指示傳感器工作狀態(tài)的工作指示燈，當傳感器動作時，該指示燈點亮。

它主要由檢測電極、檢測電路、引線及外殼等組成。檢測電極設(shè)置在傳感器的最前端，檢測電路裝在外殼內(nèi)并由樹脂灌封。在傳感器的內(nèi)部還裝有靈敏度調(diào)節(jié)電位器。

2）電容式接近傳感器的特性（1）電容變化與響應(yīng)距離的關(guān)系：當傳感器與被測物體距離超過數(shù)毫米時，靈敏度急劇下降，且響應(yīng)曲線的形狀與被測物體的材料有關(guān)。（2）

檢測距離與被測物體的關(guān)系：

電容式接近傳感器的檢測距離與被測物體的大小和材料有關(guān)。

接地金屬和非接地金屬的檢測距離有較大的差別，

對非接地金屬的檢測距離要比接地金屬的距離小許多。（3）動作頻率：電容式接近傳感器有直流型和交流型兩種。直流型電容式接近開關(guān)的動作頻率為70～200Hz，而交流型電容式接近傳感器的動作頻率為10Hz。（4）動作距離偏差：在-25～70℃范圍內(nèi)，電容式接近傳感器檢測距離的偏差為±15%。（5）

動作滯差：電容式接近傳感器的動作滯差與檢測距離有關(guān)，檢測距離越大，

動作滯差也越大，

在通常情況下為3%～15%。3）使用電容式接近傳感器時應(yīng)注意的問題（1）檢測區(qū)不應(yīng)有金屬物體，傳感器與周圍金屬物體的距離應(yīng)大于80mm。同時，檢測區(qū)不應(yīng)安裝另外的接近傳感器。（2）在安裝使用時應(yīng)遠離高頻電場。

2.電感式接近傳感器

1）電感式接近傳感器的工作原理電感式接近傳感器由高頻振蕩電路、

檢波電路、

放大電路、

整形電路及輸出電路組成，如圖所示。檢測用敏感元件為檢測線圈，它是振蕩電路的一個組成部分。在檢測線圈的工作面上存在一個交變磁場，當金屬物體接近檢測線圈時，金屬物體就會產(chǎn)生渦流而吸收振蕩能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩與停振這兩種狀態(tài)經(jīng)檢測電路轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號輸出。

2）電感式接近傳感器的主要特性（1）被測體尺寸與檢測距離的關(guān)系：當被測體的厚度一定，被測體的邊長大于30mm時，檢測距離不再受被測體邊長的影響，僅隨被測金屬材料的不同而不同。（2）被測體厚度與檢測距離的關(guān)系：檢測物體的厚度對檢測距離有著較大的影響。實驗證明，不同的檢測體材料對檢測距離的影響也不一樣，銅、鋁等非磁性金屬材料的厚度在0.01mm左右時，檢測距離與磁性材料相同，但隨著材料厚度的增加，檢測距離急劇減小。對于磁性材料來說，當其厚度超過1mm時，檢測距離是穩(wěn)定的。（3）

金屬材料表面鍍層對檢測距離的影響：

不同材料的鍍層和不同厚度的鍍層對檢測距離都有影響。

4.光電開關(guān)

1）反射分離型主動開關(guān)

如圖為分離型光電開關(guān)的工作原理框圖。它采用主動式探測系統(tǒng)，由振蕩電路產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)發(fā)射電路調(diào)制二極管的發(fā)光，光敏元件將接收的反射光信號送入接收電路，經(jīng)放大電路放大、同步電路選通整形，再進行檢波及積分濾波，然后延時，直接觸發(fā)驅(qū)動電路。F系列分離型都采用脈沖調(diào)制方式，具有穩(wěn)定可靠，抗光干擾能力強的特點。工作電壓有AC110V、AC220V、DC12V三種，交流直流電源可自動切換，保持工作不間斷。分離型光電開關(guān)可任意選配傳感器，可得到數(shù)百種不同要求的檢測控制功能，使用十分方便。

2）一體化光電開關(guān)把傳感器與控制器組合在一起稱為一體化光電開關(guān)。

適用于遠距離及微小物體的檢測以及高速運動或高精度定位物體的檢測。

改變電源極性可實現(xiàn)亮動、

暗動的切換。

它設(shè)有靈敏度調(diào)整鈕，

有利于消除背景物干擾以及判別缺陷和選擇最佳工作區(qū)。

5.霍爾式接近開關(guān)

用霍爾開關(guān)集成電路構(gòu)成接近開關(guān)或無觸點行程開關(guān)，有外圍電路少、信號強、抗干擾能力強、對環(huán)境條件要求不高等優(yōu)點，廣泛用作工位識別、停動識別、極限位置識別、運動方向識別、運動狀態(tài)識別傳感器及可逆計數(shù)傳感