传感器原理及应用项目项目五课件.ppt

1、 位置检测在航空航天技术、机床以及其他过程工业生产中都有广泛的应用。当前实现位置检测主要是使用各种各样的接近开关。在日常生活中、测量技术中、控制技术中和安全防盗方面，接近开关来实现位置检测都有应用。常见的接近开关有以下几种：1涡流式接近开关 2电容式接近开关 3霍尔接近开关 4光电式接近开关 5热释电式接近开关 6其它型式的接近开关 通过本项目，了解几种常用的接近开关的工作原理、使用方法等，掌握不同被测对象、不同工作环境下接近开关的选型原则。理解接近开关的主要性能参数指标，能解决实际的位置检测问题。适当了解接近开关和PLC以及整个控制系统的联系，其中包括接近开关的输出接线、与PLC的连线、在监

2、控软件中监控被测物位置等。单元一：金属物位置检测任务一 电感接近开关 任务二 测近距离物位置 学习目标：学习目标：1 1熟悉电感（涡流）接近开关的常用专业术语。熟悉电感（涡流）接近开关的常用专业术语。2 2了解电感接近开关的使用。了解电感接近开关的使用。3 3理解电感接近开关的工作原理。理解电感接近开关的工作原理。学习目标：学习目标：1 1运用电感式接近开关测近距离内的物体位置。运用电感式接近开关测近距离内的物体位置。2 2熟练掌握电感式接近开关测近距离物位置的接线。熟练掌握电感式接近开关测近距离物位置的接线。在实际的制造工业流水线上，电感（涡流）式接近开关有着较为广泛的应用。电感式接近开关不

3、与被测物体接触，依靠电磁场变化来检测，大大提高了检测的可靠性，也保证了电感式接近开关的使用寿命。所以，该类型的接近开关在制造工业中，比如机床、汽车制造等行业使用频繁。基本概况基本概况电感接近开关任务一 电感接近开关 在图1中，利用电感式接近开关来检测传送带上的工件，当有工件接近时，接近开关上的触点动作，常开触点闭合，常闭触点断开。沙场练兵：统计工件数沙场练兵：统计工件数步骤一：明确工艺要求图 1 接近开关应用动作距离沙场练兵：统计工件数沙场练兵：统计工件数步骤二：熟悉电感式接近开关步骤二：熟悉电感式接近开关图 2 动作距离和复位距离的关系复位距离设定距离回差值响应频率响应时间导通压降沙场练兵：

4、统计工件数沙场练兵：统计工件数步骤三：检测注意事项步骤三：检测注意事项 如果被测物体不是金属，则应该减小检测距离。同时，很薄的镀层也是很难检测到的。电感式接近开关最好不要放在有直流磁场的环境中，以 免发生误动作。避免接近开关接近化学溶剂，特别是在强酸、强碱的生 产环境中。注意对检测探头的定期清洁，避免有金属粉尘粘附。在测量过程中，电感式接近开关对于工作环境、被测物体等都有一定的要求：指点迷津指点迷津1）不同的电感式接近开关的输出提供的输出端口数量也是不一样的，有两线、三线、四线，甚至五线的。2）使用直流/交流二线型电感式接近开关时，必须连接负载。如不经负载直接连接电源，内部元器件将会烧坏，且无

5、法修复。3）当负载电流5mA时，将会造成开关通断不可靠，这时应按下图在负载两端并上39K/5W的电阻器。图 3 负载电流过小系统原理示意图基本概况基本概况任务二 测近距离物位置 PLC读取接近开关系统示意图 电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的关断或者导通。沙场练兵：系统接线沙场练兵：系统接线步骤一：熟悉电感式接近开关电感式接近开关的测量原理电感式接近开关的测量

6、原理电感式接近开关的工作流程电感式接近开关的工作流程工作流程方框图沙场练兵：系统接线沙场练兵：系统接线步骤二：连接电感式接近开关和西门子步骤二：连接电感式接近开关和西门子S7-200接近开关和200CPU的连接 沙场练兵：系统接线沙场练兵：系统接线步骤三：上电测试，观察现象步骤三：上电测试，观察现象按照上面两个步骤完成接线之后，先给24V直流电源上电，然后再给西门子S7-200CPU上电。观察此时S7-200CPU上输入点指示灯，会看到有一个点的灯被点亮了。若没有灯亮，则应马上关闭S7-200CPU，再关闭24V直流电源，检查线路，确认无误之后再上电测试。指点迷津指点迷津任务一 霍耳开关检测磁

7、性物体 任务二 干簧管接近开关检测磁性物体 学习目标：学习目标：1 1熟悉霍耳开关的工作原理、常用专业术语。熟悉霍耳开关的工作原理、常用专业术语。2 2掌握霍尔开关检测磁性物体的应用。掌握霍尔开关检测磁性物体的应用。3 3了解霍尔开关的应用范围。了解霍尔开关的应用范围。学习目标：学习目标：1 1理解干簧管接近开关的工作原理。理解干簧管接近开关的工作原理。2 2了解干簧管接近开关的应用。了解干簧管接近开关的应用。霍尔开关是利用半导体的磁电转换的原理，将磁场信息变换成相应的电信息的元器件。它可以直接测量磁场及微小位移量，也可以间接测量液位、压力等工业生产过程参数。基本概况基本概况霍尔开关任务一 霍

8、耳开关检测磁性物体沙场练兵一：自制霍尔开关沙场练兵一：自制霍尔开关 把一块可以导电的物体置于磁场之中，比如磁力线向北，当你给它施加从西向东的电流时，根据左手定则，这个电流会受到一个向上的力。这时把电流表的正极放在物体的上边，负极接在物体的下边，电流表中就会有电流通过。通常进入电流表的电流比较微弱，需用放大电路进行放大，放大之后的电流再去控制开关（实际上是一个继电器），这就是霍尔开关。霍尔开关传感器具有较高的灵敏度，能感受到很小的磁场变化，因而可对黑色金属零件进行计数检测。图7中，利用霍尔开关传感器来统计钢球在绝缘板上通过磁铁的次数。根据“沙场练兵一”，试分析霍尔计数装置如何实现计数功能？沙场练

9、兵二：霍尔计数沙场练兵二：霍尔计数步骤一：明确工艺要求 霍尔计数装置工作示意图 钢球绝缘板磁铁霍尔开关传感器沙场练兵二：霍尔计数沙场练兵二：霍尔计数步骤二：了解霍尔元件步骤二：了解霍尔元件 外形图形符号霍尔元件沙场练兵二：霍尔计数沙场练兵二：霍尔计数步骤三：霍尔元件的主要技术参数步骤三：霍尔元件的主要技术参数inRoutR霍尔输入电阻和输出电阻 霍尔元件的电阻温度系数霍尔不等位电势霍尔输出电压霍尔电压输出比率霍尔电势温度系数沙场练兵二：霍尔计数沙场练兵二：霍尔计数步骤四：霍尔开关性能步骤四：霍尔开关性能 霍尔开关可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应

10、频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。沙场练兵二：霍尔计数沙场练兵二：霍尔计数步骤五：霍尔计数装置工作电路图步骤五：霍尔计数装置工作电路图霍尔计数装置的工作电路图指点迷津指点迷津1）霍尔式传感器按被测量的性质可分成电量型（电流型、电压型）和非电量型（开关型和线性型）两大类。2）按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线形器件和霍尔开关 器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。3）按被检测的对象的性质可将霍尔开关的应用分为：直接应用和 间接应用。基本概况基本概况干簧管任务二 干簧管接近开关检测

11、磁性物体任务二 干簧管接近开关检测磁性物体一、干簧管接近开关的工作原理 干簧管接近开关在工作时，由恒磁铁或线圈产生的磁场施加于干簧管开关上，使干簧管两个磁簧磁化，使一个磁簧在触点位置上生成N极，另一个磁簧在触点位置上生成S极。若生成的磁场吸引力克服了磁簧的弹性阻力，磁簧由吸引力作用接触导通，即电路闭合。一旦磁场吸引力消除，磁簧因弹力作用又重新分开，即电路断开。任务二 干簧管接近开关检测磁性物体二、干簧管接近开关的应用干簧管式水位传感器原理结构任务一 光电器件任务二 光电亮通和暗通控制电路 学习目标：学习目标：1 1了解光电器件的分类。了解光电器件的分类。2 2了解光电器件的基本原理。了解光电器

12、件的基本原理。3 3熟悉光电器件的简单测试方法。熟悉光电器件的简单测试方法。学习目标：学习目标：1 1了解光电亮通和暗通。了解光电亮通和暗通。2 2熟悉几种典型的亮通和暗通控制电路。熟悉几种典型的亮通和暗通控制电路。3 3能根据控制电路实现接线测试等工作能根据控制电路实现接线测试等工作任务三 光电接近开关任务四 颜色分辨学习目标：学习目标：1 1了解光电接近开关测量物体位置的基本原理。了解光电接近开关测量物体位置的基本原理。2 2了解光电接近开关的种类。了解光电接近开关的种类。3 3利用光电接近开关测量。利用光电接近开关测量。学习目标：学习目标：1 1认识色标传感器。认识色标传感器。2 2了解

13、色标传感器的工作原理。了解色标传感器的工作原理。3 3色标传感器的接线与操作。色标传感器的接线与操作。任务五 热释电传感器学习目标：学习目标：1 1认识热释电传感器。认识热释电传感器。2 2了解热释电传感器的工作原理。了解热释电传感器的工作原理。基本概况基本概况光电传感器任务一 光电器件 各式各样的光电传感器沙场练兵：认识光电器件沙场练兵：认识光电器件准备工作：认识光常用光源：1、白炽光源 2、气体放电光源3、发光二极管 沙场练兵：认识光电器件沙场练兵：认识光电器件光电器件类型2、内光电效应 光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃人导带，使导带内电子浓度和价带内空穴

14、增多，这就是内光电效应（光电导效应和光生伏特效应）。1、外光电效应 在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外光电效应（光电管和光电倍增管）。沙场练兵：认识光电器件沙场练兵：认识光电器件光电元件的简单测试光敏电阻光敏电阻结构光敏电阻检测电路指点迷津指点迷津1）实验室里用到的光电三极管和光电二极管也是光电导器件。由于光电三极管充分利用了三极管的电流放大，光电流可以达到0.44mA，而光电二极管的光电流一般仅为几十微安，因此光电三极管具有更高的灵敏度。2）在日常使用中，发光二极管都会串联一个电阻，这个串联的电阻叫限流电阻。发光二极管的工作电流一般较小。沙场练兵：亮通和暗通控制电路

15、沙场练兵：亮通和暗通控制电路任务二 光电亮通和暗通控制电路步骤一：认识亮通和暗通步骤一：认识亮通和暗通 对数字电路来讲，“亮通”和“暗通”是“1”和“0”的关系。“亮通”指的是在传感器接收到光信号后会有高电平输出给负载，而“暗通”刚好相反，它指的是无光信号时有高电平输出。步骤二：了解光敏电阻步骤二：了解光敏电阻 光敏电阻是一种半导体器件，利用的是半导体的光电效应。当有光照时电阻很小，无光照时电阻很大，沙场练兵沙场练兵：亮通和暗通控制电路亮通和暗通控制电路步骤三：光电亮通控制电路的制作 亮通光电控制电路沙场练兵沙场练兵：亮通和暗通控制电路亮通和暗通控制电路步骤四：光电暗通控制电路的制作 暗通光电

16、控制电路指点迷津指点迷津 在亮通和暗通控制电路的实现过程中，对于与光敏电阻共同构成分压电路的电阻R的阻值问题是整个电路能否正常工作的关键。建议在实验过程中用滑动变阻器来代替这个电阻R。基本概况基本概况任务三 光电接近开关光电开关系统示意图槽式光电开关沙场练兵：光电开关的基本原理和分类沙场练兵：光电开关的基本原理和分类 光电开关工作示意图光电开关分类：（3）对射式光电开关对射式光电开关（4）槽式光电开关槽式光电开关（5）光纤式光电开关光纤式光电开关沙场练兵：光电开关的基本原理和分类沙场练兵：光电开关的基本原理和分类 HU15-M15DPT输出接口形式指点迷津指点迷津任务四 颜色分辨沙场练兵：色标

17、传感器的认识和使用沙场练兵：色标传感器的认识和使用 一、色标传感器的测量原理色标传感器工作原理示意图沙场练兵：色标传感器的认识和使用沙场练兵：色标传感器的认识和使用 二、色标传感器的使用（1）色标传感器的安装位置（3）色标传感器的接线指点迷津指点迷津基本概况基本概况任务五 热释电传感器 热释电红外传感器是一种红外光传感器，属于热电型器件，当热电元件受到光照时能将光能转换为热能，受热的晶体两端产生数量相等符号相反的电荷，如果带上负载就会有电流流过，输出电压信号。热释电红外传感器沙场练兵：热释电传感器的认识和使用沙场练兵：热释电传感器的认识和使用 一、热释电传感器的测量原理热释电传感器的结构与电路

18、原理沙场练兵：热释电传感器的认识和使用沙场练兵：热释电传感器的认识和使用 二、热释电传感器的实验步骤1、观察传感器探头；2、连接主机与实验模块电源线及传感器接口；3、开启主机电源，待传感器稳定后，人体和手分别从传感器探 头前移过，观察输出信号电压变化（热释电红外传感器只对 变化的温度信号敏感，这一特性也决定了它的应用范围）；4、将传感器探头对准加热炉方向，开启加热炉并将温度控制在 50左右，用 遮挡物断续探头前面的热源，观察并记录传感 器输出信号的变化情况。5、在传感器探头前加装菲涅耳透镜，试验传感器的探测视场和 距离，以验证菲涅耳透镜的功能。任务一 电容接近开关学习目标：学习目标：1 1理解

19、电容接近开关的工作原理。理解电容接近开关的工作原理。2 2掌握电容接近开关的使用。掌握电容接近开关的使用。3 3体会电容接近开关与其它接近开关的异同。体会电容接近开关与其它接近开关的异同。4 4了解其他位置检测方法。了解其他位置检测方法。基本概况基本概况任务一 电容接近开关电容接近开关电容式接近开关应用沙场练兵：控制水罐液位沙场练兵：控制水罐液位步骤一：认识电容式接近开关电容式接近开关结构外形沙场练兵：控制水罐液位沙场练兵：控制水罐液位步骤二：了解电容式接近开关的使用电容式接近开关安装要求沙场练兵：控制水罐液位沙场练兵：控制水罐液位步骤三：明确控制要求并完成表格 电容式接近开关应用表 电容式接

20、近开关动作描述液位变化检测元件动作描述低高电容式接近开关1（上）电容式接近开关2（下）高低电容式接近开关1（上）电容式接近开关2（下）步骤三：明确控制要求完成下表 沙场练兵：控制水罐液位沙场练兵：控制水罐液位步骤四：掌握电容式接近开关工作原理 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，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，由此便可控制接近开关的接通和关断。沙场练兵：控制水罐液位沙场练兵：控制水罐液位步骤五：了解电容式接近开关工作流程图电容式接近开关工作流程图指点

21、迷津指点迷津2）电容式接近开关理论上可以检测任何物体，当检测过高介电常 数物体时，检测距离要明显减小，这时即使增加灵敏度也起不 到效果。3）电容式接近开关的接通时间为50ms，所以，当负载和接近开 关采用不同电源时，务必先接通接近开关的电源。任务一 电容接近开关学习目标：学习目标：1 1熟悉环形输送线实验原理。熟悉环形输送线实验原理。2 2掌握不同的位置检测应用。掌握不同的位置检测应用。3 3理解流水线上传感器的基本应用。理解流水线上传感器的基本应用。1.物体检测物体检测2.金属物体检测金属物体检测3.输送线运行速度测量输送线运行速度测量4.利用色差传感器检测物体表面颜色利用色差传感器检测物体表面颜色5.工位定位工位定位