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1、 传感器的分类传感器的分类 传感器输出的信号有两种形式高电平输出和低电平输出，通俗的讲分为:PNP信号输出是电源信号，NPN输出是0V信号，在与PLC接线时，需要这样: PNP要求输入公共点COM接0V,因为PNP信号输出的是电源，这样能够形成激励，触发输入点(HITACHI)。 NPN要求输入公共点COM接24V(电源），因为NPN信号输出的是0V，这样能够在COM和输入点形成激励，触发输入点。传感器的分类传感器NPN型输出型(电流流入)和PNP输出型(电流流出)两种 二、传感器的分类分类法型式说 明按基本效应分类物理型化学型生物型采用物理效应进行转换采用化学效应进行转换采用生物效应进行转换
2、按构成原理分类结构型物性型以转换元件结构参数变化实现信号转换以转换元件物理特性变化实现信号转换按能量关系分类能量转换型能量控制型传感器输出量直接由被测量能量转换而来传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制按工作原理分电阻式电容式电感式压电式磁电式热电式光电式光纤式利用电阻参数变化实现信号转换利用电容参数变化实现信号转换利用电感参数变化实现信号转换利用压电效应实现信号转换利用电磁感应原理实现信号转换利用热电效应实现信号转换利用光电效应实现信号转换利用光纤特性参数变化实现信号转换按输入量分类长度、角度、振动、位移、压力、温度、流量、距离、速度等以被测量命名（即按用途分类）按输出量分类模拟式数
3、字式输出量为模拟信号（电压、电流、）输出量为数字信号（脉冲、编码、）工业在线检测、计量测试、检定标定- 几何量中最基本的测试内容三、长度及线位移传感器1、电容传感器：平板电容器的电容量：原理：被测量 - 电容变化特点：结构简单，分辨力高，非接触应用：可在高温、辐射、振动等条件下工作1）电容传感器原理、结构与特性a) 变极距型电容传感器初始电容量：极距变化：0 - 电容增大：长度 - 面与面、线与线、点与点之间的距离及它们之间的组合 传感器：机械式（杠杆、齿轮）、电感、电容、光栅、磁栅、容栅、 感应同步器、光电式广义 - 圆柱体的轴径和孔径；立方体的长度、宽度、高度（厚度）；孔和槽的深度；孔间距
4、、轴心距等 b) 变面积型电容传感器电容：(a)扇形平板结构； (b)柱面板结构相对变化：结论:灵敏度：(1)传感器输出为线性；(2)灵敏度与初始极距成反比：减小极距 -提高灵敏度 ， (3)保持极距不变：中间移动式；(4)差动结构：提高灵敏度 c) 变介质型电容传感器电容：插入式：应用：测量厚度2) 电容传感器特点及应用特点：分辨力极高（电容值10-7，相对值100%200%，位移0.01m） 动极板质量小，惯性小，动态响应好； 非接触，自身发热和功耗小； 结构简单，不含有机材料或磁性材料、对环境适应性强应用：微信息检测-测微仪、； 静态测量-金属零件计数 高频信号检测-振动，转速；1-测杆
5、： 2-片簧：3-定极板； 4-动极板：a) 电容式位移传感器：原理：变介质型 变极距型；b) 电容式厚度传感器：特点：接触式测量差动结构：特点：非接触式测量应用：纸张、绝缘薄膜等a) 差动式梳齿形容栅传感器3) 容栅传感器b) 多级片型容栅传感器c) 特点：定极板-两组极栅，等间隔，交叉 动极板-极距相同，栅宽相同相对移动-电容周期变化-脉冲信号多个差动式变面积型电容传感器的并联 动尺-一系列发射电极片，宽度间隔l0 定尺-一系列接收电极片，宽度间隔l0/4相对移动-电容周期变化-脉冲信号多个差动式变面积型电容传感器的并联d) 应用：量程大-长定尺，150mm, 300mm精度高-误差平均效
6、应测量位移-数显卡尺，分辨力0.01mm2、 光栅式传感器 - 等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件物理光栅：计量光栅：利用光的衍射现象分析光谱、测定波长利用光的莫尔条纹现象测量精密位移长光栅 - 直线位移；圆光栅 - 角位移 构成：主光栅 - 标尺光栅，定光栅；指示光栅 - 动光栅长度 - 测量范围；刻线密度 - 测量精度 ( 10、25、50、100、125线/mm )(1) 莫尔条纹（Moire） 条纹宽度： W-栅距， a-线宽， b-缝宽W=a+b ，a=b=W/2 特例：当 =0, w1=w2 B= 光闸莫尔条纹 当 =0, w1w2 纵向莫尔条纹均匀刻线主光栅指示
7、光栅夹角明暗相间条纹莫尔条纹移动莫尔条纹特性： 方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 与光栅移动方向垂直同步性：光栅移动一个栅距 莫尔条纹移动一个间距一方向对应放大性：夹角很小 BW 光学放大 提高灵敏度可调性：夹角 条纹间距B 灵活准确性：大量刻线 误差平均效应 克服个别/局部误差 提高精度 (2) 光栅传感器分类与结构原理 按运动形式分： 直线型-主光栅为直尺形直线移动 旋转型-主光栅为圆盘形旋转运动按光学形式分： 透射式-光源与光电元件在两侧透射光 反射式-光源与光电元件同一侧反射光(3) 光栅传感器特点 精度高：测长(0.2+210-6L)m，测角0.1量程大：透射式-光栅尺长（米），
8、反射式-几十米响应快：可用于动态测量增量式：增量码测量 计数 断电数据消失要求高：对环境要求高温度、湿度、灰尘、振动、移动精度成本高：电路复杂 4) 光电式绝对编码器 特点：高精度、高分辨力、可靠性好 - 数字式传感器（直接）1 - 光源；2 - 柱面镜；3 - 码盘；4 - 狭缝；5 - 元件 原理：平行光源码盘 光电元件电信号输出 光学码盘式传感器 - 用光电方法将被测角位移转化成数字电信号 码盘：光学玻璃，透光/不透光（同心码道） 照相腐蚀 要求：分度准确（工艺）、 阴暗交替边缘陡峭（工艺、材质）光源：LED 光学系统 平行光 投影精确 光电元件：硅光电池，光电晶体管 码道：位数每个码道
9、对应一个光电元件分辨率 角度分辨率：=360/2n n-码道数（位数） 光电元件输出： 亮区 - “1” ;暗区 - “0”1 - 20/21位信号组合 - 编码数字量 - 转角大小 绝对测量 - 固定的数字码 （不需要基准） 编码码制：直观，易于后续电路和计算机处理。多位码同时动作同步误差错码格雷码（循环码）有权码对称性，无权码二进制码相邻两数只有一位不同每次只有一位变化转换 十进制码8个码道、2位内4圈 - 高位；外4圈 - 低位编码数：102个分辨力：360/102 =3.6编码：二十进制十进制 09二进制 00001010容量小，有权码较少使用角度位置十进制码二进制码格雷码0.022.
10、545.067.590.0112.5135.0157.5180.0202.5225.0247.5270.0292.5315.0337.5ABCDEFGHIJKLMNOp0123456789101112131415000000010010001101000101011001111000100110101011110011011110111100000001001100100110011101010100110011011111111010101011100110004位光电编码器码制 特点与应用 特点：结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好， 直接数字量输出，绝对码输出， 测量范围小（360），速
11、度不高（最高几千转/分）应用：小范围绝对位置测量-角度、直线位置 小范围位移、速度检测例：1- 光源； 2非球面聚光镜；3 码盘；4狭缝；5- 光电元件五、力的测量 - 与重力相比较- 将力转换为其他物理量电阻应变式：力 应变压电式：压电效应压磁式：压磁效应电容式：力 位移其他量 加速度传感器人的体温日常生活 - 电饭煲、电冰箱、空调、微波炉等家用电器汽车 - 发动机控制工业六、温度的测量 产品质量/温度控制 - 精度高， - 价格昂贵设备安装/设备监视 - 精度不高， - 价格低廉代表：玻璃温度计、双金属温度计（液体/气体膨胀） - 结构简单 热电偶（温差电势现象）- 价格便宜，耐高温，精度
12、高 热电阻（电阻随温度变化）- 温度不太高，精度要求较高六、温度的测量 温度单位和温度标准热力学温度 - 开尔文（K）；摄氏温度（ C）;华氏温度（ F）国际标准单位（SI） - 绝对温度瑞典的摄氏：水的冰点 - 0 C，沸点 - 100 C，100等分T(K) - 热力学温度；t (C) - 摄氏温度摄氏 华氏：t 9 5 + 32 如：正常体温（从口中测量所得）是37C / 98.6F。 1、热电偶 - 热电效应普通热电偶：1。热电极；2。绝缘套管3。保护套管；4。接线盒；5。盒盖材料：铂、铑、铱、铬、镍、铜 - 合金铂铑铂结构：应用范围可测量气体、液体、固体的温度测量范围-50 to 7
13、00 -58 to 1292 准确度2.2 or 0.75%3.9 or 0.75%表面热电偶 浸入式热电偶 2、热电阻温度传感器金属式- 热电阻；（铂、铜、铁、镍等）半导体式- 热敏电阻应用 - 医学3、辐射式温度传感器红外辐射 - 物体本身有一定的温度（电机/电器/火炉/冰块）- 红外测温传感器物体温度高 - 红外辐射能多特点：非接触测量，远距离/带电/不能直接接触 - 不影响温度分布 速度快；灵敏度高；测量范围广(-101300C)；抗干扰应用 - 军事热像仪停机坪七、流量传感器工业生产 - 物料平衡、热平衡、储存、经济核算日常生活 - 水表/煤气表/给油量表 (加油站) /血流量/风速计（天气预报）IC卡式燃气表 IC水表 燃油流量表 流量：单位时间内流过一定横截面的流体体积的质量- 体积流量；质量流量1、差压式 - 最多（80%）电磁流量计涡街流量计超声波流量计质量流量计2、其它转子流量计涡轮流量计
