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1、SIPIVT 机电工程系,传感器原理及应用,现代工业自动化生产过程中,离不开各种传感器, 传感器与PLC(可编程序控制器)等构成自动控制系统。 传感器被称为“电五官”,作为系统输入检测部分, 其作用检测外界信息变化,并转换为系统可识别的电信号,传送给PLC、计算机等核心控制器。,一、概 述,第一章、传感器原理及应用,1.传感器定义,自动检测装置中, 直接感受被测量, 并将其转换为 可用电信号输出的器件。,传感器组成:,检测部分,转换部分,辅助电源,传感器组成:,开关量信号 “ 0，1” 模拟量信号 电压信号(05V,010V) 电流信号(420mA),“磁场/电场/光线”等变化状态； “温度/
2、压力/流量/ 速度”等物理量；,红外线测温仪,各类自动门,传感器应用,将被测量(温度)转换为模拟量的 电信号 (电压05V 或 电流420mA),将被测量(光线变化状态) 转换为 开关量的电信号 (0、1状态信号),2.传感器的分类,数字量传感器：输出开关量信号 ( 逻辑状态0、1 ) (Digital sensor) 模拟量传感器：输出模拟量信号 (电压05V, 010V, 或 电流420mA) (Analog sensor),按输出信号性质分类：,NPN型：输出低电平 “0” (亚洲标准) ；PNP型：输出高电平 “1” (欧洲标准) ；,数字量传感器按输出特性分类：,传感器输出特性原理图
3、,（以接近开关为例）,(a)输出特性 NPN型,(b)输出特性 PNP型,输出低电平(0V),“高电平”取决于电源电压值,输出高电平(24V),输出特性：,输出低电平时 负载得电,输出高电平时 负载得电,3.常用数字量传感器分类,接近式传感器：电感式传感器 Ind. (Proximity) 电容式传感器 Cap. 磁感应式传感器 Mag. 光电式传感器: 透射式传感器 Opt. (Optical-electrical) 反射式传感器 Opt. : 镜面反射 漫反射,电气图形符号,1.电感式传感器 Inductive Sensor,二、常用数字量传感器工作原理,检测物体: 只能检测金属物体,检测
4、距离: 010mm, 通常48mm,工作原理： 传感器内部LC 高频振荡等电路产生一定电磁场。 当金属物体靠近传感检测头时, 金属物体内部产生涡流, 引起传感器磁场磁 通量变化, 而使 传感器输出信号。,电感式传感器工作模型,电气图形符号,2.电容式传感器 Capacitive Sensor,检测物体: 非薄片的任何介质,检测距离: 010mm, 通常35mm,电容式传感器工作模型,无物体接近时, 传感器检测面 静电荷平衡电容量C不变,内部RC振荡回路建立 稳定电场。,当物体接近,引起检测面静电荷变化 电容量C改变,使传感器产生输出信号。,传感器检测头,工作原理：,电容式传感器的应用,在料位检
5、测中的应用,电容式传感器在液位测量控制中的应用,Capacitive sensor,汉堡检测,电容式传感器应用： 用于物体位置检测、行程限位、产品计数等；,电气图形符号,3.磁感应式传感器 Magnetic Sensor,磁感应传感器工作模型,工作原理：,传感器内部结构为合金簧片等组成的干簧继电器。 当磁性物体靠近时,其 生产一定强度磁场,电磁力 使簧片吸合、触点闭合。 当磁性物体离开时, 磁场减弱,使簧片释放、 触点断开。,检测物体: 磁性物质 （永久磁铁、带电线圈）,检测距离: 010mm, 通常35mm,转速检测,磁感应式传感器的应用,气缸运动位置检测,（在气缸活塞环上包有一层“永久磁铁
6、”）,电气图形符号,4.光电式传感器 Optical-electrical Sensor,（又称“光电式开关”）,（发射接收光线的器件）,工作模型:,由发射端(Transmit)的发光二极管发出光线, 接收端(Receiver)的光敏三极管接收光线, 当有物体穿过，引起光通量发生变化时, 使传感器输出开关信号。,工作原理:,主要包括：发射端Transmit(发光二极管等器件)； 接收端Receive(光敏三极管等器件)；,原理：当被测物体穿过光线轴时遮挡住光线,引起光通量变化, 使传感器输出信号。,(1)透射式光电传感器： 发射端和接收端分开安装在两侧；,被测物体,检测物体: 非透明物体,检测
7、距离: 010m, 通常25m,反射型,光电开,振光。,(2)镜面反射式光电传感器,发射与接收端 集成安装于一体,原理：当被测物体穿过传感器与反射板之间时, 反射光被遮挡, 引起光通量变化, 使传感器输出开关信号。,检测物体: 非透明物体,检测距离: 010m, 通常25m,(3)漫反射式光电传感器,当被测物体靠近传感器,发射端发出的光线,经过被测物体表面反射,使接受端接受到反射光线,从而使传感器产生开关信号。,工作原理：,检测距离: 01m, 通常100 400mm,发射与接收端 集成安装于一体,检测物体: 非黑色、非透明物体,电动扶梯自动启停,物体倒置辨别,产品计数,料位的控制,转速检测,
8、位置控制装置,三、传感器的广泛应用,常用数字量传感器（小结）,光电式 Opt. 电感式 Ind. 电容式 Cap. 磁感应式 Mag.,电气图形符号,根据电气图形符号,判断传感器类型,二线制,棕/红线：DC24V,蓝线：0V,三线制,棕/红线：DC24V,蓝线：0V,黑线：输出信号(常开NO),四线制,棕/红线：DC24V,蓝线：0V,黑线：输出信号(常开NO),白线：输出信号(常闭NC),四、传感器的安装接线,1.接线规则,(1)根据电气图形符号判断传感器类型；,(2)根据被测物体的性质及检测要求, 选择适合的 传感器类型(Opt./Ind./Cap./Mag.等) ；,(3)根据传感器铭牌
9、上接线图判断其输出特性；,NPN型,PNP型,2. 传感器铭牌参数识别及接线,(型号、电气图形符号、接线图、工作电压、运行指示灯、灵敏度电位器),(4)按照传感器接线图，正确连接电源“+、-”极和负载。,(5)根据传感器工作电压(1030VDC), 正确接入电源；,(6) 通过传感器的 “运行”指示灯，观察其运行状态。,(7) 漫反射光电传感器, 调节“灵敏度电位器” 可微调检测距离。,1. 实验目标：熟悉传感器的铭牌参数, 正确选型接线,(1)分别选择四种类型传感器(Ind. Cap. Mag. Opt.), 按照铭牌参数正确连接电源及负载(指示灯)； (2)通电运行,选择适合的被测物体进行
10、检测,记录传感器 的输出特性、检测物体、检测距离范围； (3)选择一个OMRON传感器,记录“型号、工作电压、接线图” 等铭牌参数，正确连接电源和负载(指示灯)； 通电运行,记录传感器输出特性、检测物体、检测距离范围；,课堂实践1：传感器的接线与检测,2. 实训内容及要求：,五、各类传感器的组合应用,方案1：选择输出特性相同的S1和S2, 可直接并联控制；,现有两个传感器S1和S2, 当任意一个传感器检测到物体时, 即控制指示灯HL1亮；,分析：两个传感器为“逻辑或”控制关系；,案例1：,方案2：选择输出特性不同的S1和S2, 需通过中间继电器触点 间接并联控制；,目前常用的控制方式,用S2的
11、输出端控制 S1电源“-”极的接通,现有两个传感器S1和S2, 当两个传感器同时检测到物体时, 则控制指示灯HL2亮；,分析：两个传感器为“逻辑与”控制关系；,方案1：选择输出特性相同的S1和S2, 可直接串联控制；,案例2：,思考与练习： 选择输出特性不同的S1和S2, 如何设计控制电路？,实训项目1：使用检测模块识别材料属性,使用如图所示的检测模块， 识别被测工件材料属性, 要求如下： 当检测到金属工件时，指示灯HL1亮； 当检测到塑料红色工件时，指示灯HL2亮； 当检测到塑料黑色工件时，指示灯HL3亮。,项目说明：,实训要求及步骤：,1.分析项目控制要求 （选择传感器类型及输出特性、分析I/O控制逻辑关系） 2.设计和绘制控制电路图 (包括“传感器、中间继电器、指示灯”等),
