《传感器应用 教学课件 PPT 作者 于彤 6章-位置》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器应用 教学课件 PPT 作者 于彤 6章-位置（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 位置及位移传感器,内 容 描 述,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,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
2、开关的输出接线、与PLC的连线、在监控软件中监控被测物位置等。,学习目标：,6.1 金属物位置检测,一 电感接近开关,二 测近距离物位置,学习目标： 1熟悉电感（涡流）接近开关的常用专业术语。 2了解电感接近开关的使用。 3理解电感接近开关的工作原理。,学习目标： 1运用电感式接近开关测近距离内的物体位置。 2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
3、使用频繁。,电感接近开关,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,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,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：统计工件数,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
4、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。,电感式接近开关对于工作环境、被测物体等都有一定要求：,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,检测近距离物体位置,PLC读取接近开关系统示意图,由LC高频振荡器和放大处理电路组成，金属物接近振荡感应
5、头时，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,步骤一：熟悉电感式接近开关,电感式接近开关的测量原理,电感式接近开关的工作流程,工作流程 方框图,沙场练兵：系统接线,步骤二：连接接近开关与西门子S7-200,接近开关和200CPU的连接,沙场练兵：系统接线,步骤三：上电测试，观察现象,完成接线后，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
6、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,西门子S7-200通过检测24V的直流电压来判断该点的状态，倘若接近开关和西门子S7-200使用了不同的24V直流电源来供电，则这两个24V就不能保证是共地的。 出现这个问题，应让接近开关和西门子S7-200使用同一个24V直流电源。,完成接线后若从S7-200CPU上读不到信号，需考虑信号共地的问题。,6.2 磁性物质的位置检测,一 霍尔开关检测磁性物体,二 干簧管接近开关检测磁性物体,学习目标： 1熟悉霍耳开关的工作原理、常用专业术语。 2掌握霍尔开关检测磁性物体的应用。 3了解霍尔开关的应用范围。,学习目标： 1理解干簧管
7、接近开关的工作原理。 2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。,霍尔开关,一 霍尔开关检测磁性物体,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，当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。,霍尔开关传感器有较高的灵敏度，
8、能感受到很小的磁场变化，可对黑色金属零件进行计数检测。图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”，分析霍尔计数装置如何实现计数功能。,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,沙场练兵二：霍尔计数,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,步骤三：霍尔元件的主要技术参数,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,步骤四：霍尔开关性能,霍尔开关具有无触点、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成
9、一体化，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,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,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。,干簧管是一种气密式密封的磁控性机械开关，可以作为磁接近开关或者继电器使用，与电子开关相比，它又有抗负载冲击能力强的特点，工作可靠性很
10、高。电子电路中只要使用自动开关，基本上都可以使用干簧管。干簧管与永磁体配合可制成磁控开关，用于报警装置及电子玩具；与线圈配合可制成干簧管继电器，用于迅速切换电子设备的电路。,干簧管,二、干簧管接近开关,二、干簧管接近开关,干簧管接近开关的工作原理,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，生成N极和S极。磁场吸引力克服磁簧的弹性阻力，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。,二、干簧管接近开关,干簧管接近开关的应用,干簧管式水位 传感器原理结构,6.3 光电开关,一 光电器件,二 光电亮通和暗通控制电路,学习目标：
11、 1了解光电器件的分类。 2了解光电器件的基本原理。 3熟悉光电器件的简单测试方法。,学习目标： 1了解光电亮通和暗通。 2熟悉几种典型的亮通和暗通控制电路。 3能根据控制电路实现接线测试等工作,3 光电开关,三 光电接近开关,四 颜色分辨,学习目标： 1了解光电接近开关测量物体位置的基本原理。 2了解光电接近开关的种类。 3利用光电接近开关测量。,学习目标： 1认识色标传感器。 2了解色标传感器的工作原理。 3色标传感器的接线与操作。,3 光电开关,五 热释电传感器,学习目标： 1认识热释电传感器。 2了解热释电传感器的工作原理。,光电传感器,一 光电器件,各式各样的光电传感器,沙场练兵：识
12、别光电器件,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：识别光电器件,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增多，此为内光电效应（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：识别光电器件,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,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
13、，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,二 制做亮通和暗通控制电路,步骤一：认识亮通和暗通,亮通：在传感器接收到光信号后会有高电平输出给负载 暗通：无光信号时有高电平输出。,步骤二：了解光敏电阻,利用光电效应实现的半导体器件。有光照时电阻很小，无光照时电阻很大，利用此特性可以来制作亮通/暗通控制电路。,沙场练兵：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,步骤四：光电暗通控
14、制电路的制作,暗通光电控制电路,沙场练兵：亮通和暗通控制电路,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。,三 使用光电接近开关,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,光电开关工作示意图,光电开关分类：,（2）镜反射式光电开关,（1）漫反射式光电开关,（3）对射式光电开关,（4）槽式光电开关,（5）光纤式光电开关,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,在使用光点开关检测微小物体时，光点开关没有任何
15、输出。这是因为对对射式光电开关而言，被测物体的最小宽度为光电开关透镜宽度的80%。,四 色标传感器,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,二、色标传感器的使用,（2）灵敏度调节,（1）色标传感器的安装位置,（3）色标传感器的接线,指点迷津,色标传感器作为光电传感器的一种，对光强和环境温度也比较敏感。一般来说，色标传感器的工作环境温度为050，光强一般都要求小于10000lux。除此之外，检测距离也是衡量色标传感器性能高低的一个标准。当前大部分的检测距离都在10mm以内的范围里。,五 热释电传感器,热释电红外传感器
16、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,一、热释电传感器的测量原理,热释电传感器的结构与电路原理,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；,4、将传感器探头对准加热炉方向，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。,6.4 其他位置检测方法,一 电容接近开关,学习目标： 1理解电容接近开关的工作原理
