传感器技术课件.pptx

传感器技术,培训老师：培训时间：2018/01/15 2017/01/26,目 录,第一章 感应式接近开关,第二章 磁性开关,第三章 光电开关,第四章 温度传感器,第六章 压力传感器,第七章 位移传感器,第八章 光电编码器,第五章 Pilz安全开关,目 录,第一章 感应式接近开关,第三节、电容式接近开关,第二节、金属接近开关,第一节、简 介,第一章 感应式接近开关,第一节 简介,特性：非接触检测，避免了对传感器自身和目标物的损坏；无触点输出，使用寿命长，可靠性高；可用于有水或油喷溅的苛刻环境中；反应速度快；感测头小，安装灵活。检测类型：金属接近开关（电涡流式）非金属接近开关（电容式）,接近开关不用直接接触就能检测到周围的目标物。,第一章 感应式接近开关,第二节 金属接近开关（电涡流式）,名称：又叫电涡流式接近开关；作用：用作检测金属零件尺寸和位置，及行程控制和限位保护外等功能；电气符号：,1电涡流线圈 2探头壳体 3壳体上的位置调节螺纹 4印制线路板 5夹持螺母 6电源指示灯 7阈值指示灯 8输出屏蔽电缆线 9电缆插头,第一章 感应式接近开关,元件构成：,电涡流式接近开关由高频振荡电路、振幅检测电路、输出电路组成。,工作原理：,在传感器检测面由振荡电路产生一个高频电磁场，当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目标物中产生感应电流（涡电流）。目标物越接近传感器，感应电流越强，引起振荡电路中的负载加大。最后振荡减弱直至停止。传感器利用振幅检测电路检测到振荡状态的变化，并输出检测信号。,内部电路,第一章 感应式接近开关,第三节 电容式接近开关,作用：用作检测非金属物体（木材、纸张、塑料、玻璃、水、油等）,工作原理：,电容式接近开关由检测面（感应电极）与被测物体间构成一个电容器，电源接通时，振荡器不振荡，当检测物体朝着电容器的电靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。,内部电路,第一章 感应式接近开关,主要技术参数：工作电压-在保证开关功能正常的前提下，所允许的电压范围；额定工作电流-是允许的连续输出最大负载电流；输出类型-NPN型（0V低电平输出），PNP型（+24V高电平输出）；输出状态-NO 常开，NC常闭；额定检测距离-信号变化时 标准检测件和感应面的距离；开关频率-是指每秒种开关动作的最大次数；电压衰减-是接近开关接通负载后（负载电流为Ie时）开关两端的电压值；空载电流-是指在没有负载时，测量所得的传感器自身所消耗的电流；剩余电流（漏电流）-是接近开关断开时，流过负载的电流；,第一章 感应式接近开关,输出电路：（直流三线型）,NPN型,PNP型,棕色(BN),棕色(BN),NPN型输出0V(低电平),PNP型输出24V(高电平),第一章 感应式接近开关,输出电路：（直流、交流二线型）,直流二线型,负载,交流二线型,第一章 感应式接近开关,接线图：（三、四线DC开关）,第一章 感应式接近开关,接线图：（二线DC开关）,第一章 感应式接近开关,多开关串联接线图：,注意事项：多开关串联线路会影响接近开关的工作电压及输出电流需通过计算确定串联开关的数量。总压降 U总降=U降*n;额定电流Ie串=Ie-Io*n U降-单个接近开关的电压衰减值；Ie-单个接近开关的额定电流；n-串联接近开关数量；,第一章 感应式接近开关,多开关并联接线图：,注意事项：三线直流开关带LED 指示灯，推荐用二极管阻隔每个开关的输出端（如图）这样就能防止当一个开关有输出时其它所有的LED 都点亮。二线直流开关 不能并联使用，并联后开关内部起振荡，出现错误信号。,第一章 感应式接近开关,感应开关的安装,第一章 感应式接近开关,感应开关的安装,第一章 感应式接近开关,与PLC输入模块连线：,第二章 磁性开关,第一节、磁性开关介绍,作用及分类：磁性开关是用来检测气缸活塞位置的：即检测活塞的运动行程的。它可分为两种类型：有接点型（磁簧管）；无接点型（晶体管）；,第二章 磁性开关,有接点（磁簧管）型,工作原理：气缸内部活塞动作靠近磁性开关，磁性开关内部磁簧管在磁力作用下内部接点闭合导通电路。,内部电路,第二章 磁性开关,无接点（晶体管）型,工作原理：气缸内部活塞动作靠近磁性开关，磁性开关感应到磁场变化，使磁性开关内部电压变化来控制三极管导通输出电路。,NPN型,PNP型,第二章 磁性开关,主要技术参数：工作电压-在保证开关功能正常的前提下，所允许的电压范围；额定工作电流-是允许的连续输出最大负载电流；输出类型-NPN型（0V低电平输出），PNP型（+24V高电平输出）；输出状态-NO 常开，NC常闭；,目录,第三章 光电开关,第三节、反光板型光电开关,第二节、漫反射型光电开关,第一节、简 介,第四节、对射型光电开关,第三章 光电开关,第一节 简介,光电开关利用光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的目的。,第三章 光电开关,基本工作原理,目标物,1,0,1,0,第三章 光电开关,输出电路：,NPN型,PNP型,第三章 光电开关,第二节 漫反射型光电开关,工作原理：漫反射型光电开关是将发射器和接收器集成在一起，由发射器发出光线，目标物将一部分光线反射回到接收器，目标物进入有效的检测区，开关输出状态发生改变。,第三章 光电开关,第二节 漫反射型光电开关,优点：安装简单（发射器和接收器一体）；价格便宜；缺点：存在黑白色差；检测距离相对较近，最大检测距离可达2米；无法检测透明物体；存在盲区；,第三章 光电开关,第三节 反光板型光电开关,工作原理：反光板型光电开关是将发射器和接收器集成在一起，反光板安装发射器的对面，由发射器发出光线到反光板，反光板再将光线反射回接收器，目标物遮挡光线引起开关输出状态发生改变。,反射板型,第三章 光电开关,第三节 反光板型光电开关,优点：检测距离较远，最大检测距离可达8米；安装比较简单；可检测透明物体；缺点：高反光率物体或发光物体会有影响；需要安装反光板或反射膜；存在盲区；,第三章 光电开关,第四节 对射型光电开关,工作原理：对射型光电开关是由独立的发射器和接收器组成，分别安装在光路的两端，由发射器发出光线到接收器，目标物遮挡光线引起开关输出状态发生改变。,对射型,发射器,接收器,第三章 光电开关,第四节 对射型光电开关,优点：长距离的检测，最大检测距离可达50米；精度高，可靠性好；无盲区；缺点：需同时安装2个部件（发射器和接收器）；长距离时不易调整；价格较贵；,目录,第四章 温度传感器,第三节、热电阻,第二节、热电偶,第一节、简 介,第四章 温度传感器,第一节 简介,温度 是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。,温标 是用来量度物体温度数值的标尺，它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标（C）、华氏温标(F)、热力学温标(K)。,三种温标换算关系：T=1.8t+32(T为华氏温度数、t为摄氏温度数)K=+273.15,第四章 温度传感器,第二节 热电偶,在温度测量中，热电偶的应用极为广泛，常用作测量炉子、烘箱、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。（测温范围：500-1500）工作原理：两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势。这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。输出信号：电压（mV),第四章 温度传感器,第二节 热电偶,电气符号,特性：温度越高，电动势越大；两种导体电子密度的比值越大，电动势越大；,第四章 温度传感器,第二节 热电偶,内部结构：,第四章 温度传感器,第二节 热电偶,热电偶类型：,第四章 温度传感器,第二节 热电偶,主要参数：量程、分度号、精度、安装方式、外形尺寸,使用注意事项：1、接线端有正、负极区分；2、热电偶出现断线，温度一直显示最大值；3、热电偶出现短路，温度一直显示常温；,第四章 温度传感器,第三节 热电阻,热电阻常用于低温测量（测温范围：-200-500）。工作原理：热电阻是由一种对温度非常敏感的金属材料构成。自身电阻随温度变化而变化（电阻增加或减少），输出信号：电阻。,电气符号,第四章 温度传感器,第三节 热电阻,分类：热电阻分正温度系数和负温度系数。正温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而增大；负温度系数：热电阻 阻值随着温度的升高而减小；,材质：热电阻常用：,铜（Cu）、铂（t）,分度号：,Cu50 Cu100 Pt10 Pt100,Cu:热电阻的材质(铜）；50：表示热电阻在0时的电阻值为：50欧；,第四章 温度传感器,第三节 热电阻,常用热电阻的对比：,电桥原理图,第四章 温度传感器,第三节 热电阻,Pt100热电阻分度表：,电桥原理图,1,0.39,10,3.9,20,7.79,温度变化较小，引起的电阻值变化也较小,第四章 温度传感器,第三节 热电阻,测量原理：,惠更斯电桥原理图,R1、R2、R3、R4 阻值相同，a、b 电位相等，电流=0其中一个电阻变化，a、b 电位不相等，电流0,第四章 温度传感器,第三节 热电阻,二线制热电阻测量原理：,电桥原理图,缺点：热电阻测量点离检测仪表（温控器或PLC模块）距离远，连接线路电阻大，热电阻回路实际阻值增大，影响温度检测精度。,第四章 温度传感器,第三节 热电阻,三线制热电阻测量原理：,电桥原理图,优点：热电阻线路电阻分别串入电桥两条回路中，对热电阻实际阻值不影响，解决温度测量误差问题。,第四章 温度传感器,第四节 热电偶及热电阻区别,2023/1/16,47,目录,第五章 Pilz安全开关,第三节、机械式安全开关,第二节、磁性安全开关,第一节、简 介,第五章 Pilz安全开关,第一节 简介,安全开关功能：对安全装置的位置状态进行监控，一旦安全装置被打开，工作区内设备立即停止运行，防止对进入到工作区的操作人员造成人身伤害；（安全装置：安全门、安全栅栏等）,机械式安全开关,磁性安全开关,第五章 Pilz安全开关,第二节 磁性安全开关,简介：磁性安全开关用于监控安全防护设备的位置，同时用于一般设备位置监控。非接触式磁性操作原理，保证了长久的产品使用寿命。适用于重污垢环境并满足严格的清洁要求。,电气符号,安全开关,磁铁,第五章 Pilz安全开关,第二节 磁性安全开关,内部原理,电气插头定义,第五章 Pilz安全开关,第三节 机械式安全开关,电气符号,简介：机械安全开关PSENmech适用于可移动防护设备的安全监控，并能安全地锁定安全门，使用防护锁定装置为安全门监控提供保护，保证了人员和过程安全。,第五章 Pilz安全开关,安全继电器 安全继电器不是没有故障的继电器,而是指发生故障做出有规则的动作,具有强制断开的接点结构,万一发生接点熔结现象时也能确保安全,安全继电器的触点一般需要多对,为的是要能互补彼此的异常缺陷,达到正确且低误动作的继电器完整功能,使其失误和失效值愈低,则安全因素愈高.特点：1、强制断开接点功能；2、接点熔结检测功能；3、自动、手动复位功能；4、响应时间快（20-50ms）；5、使用寿命长（可达1000万次）；,第五章 Pilz安全开关,第三节 机械式安全开关,安全开关与安全继电器连线：,安全继电器,第五章 Pilz安全开关,主要参数：机械式安全开关：触点类型及数量（NONC)；触点允许电压、电流；是否带锁定装置（锁定装置线圈电压）；磁性安全开关：触点类型及数量（NONC)；触点允许电压、电流；,目录,第六章 压力传感器,第三节、压阻式压力传感器,第二节、压电式压力传感器,第一节、简 介,第六章 压力传感器,第一节 简介,简介：压力传感器（力敏传感器）是使用最广泛的一种传感器，它是检测气体、液体、固体等所有物质间作用力能量的总称，也包括测量高于大气压的压力计以及测量低于大气压的真空计。,电气符号,第六章 压力传感器,第一节 压电式压力传感器,顺压电效应：一些电介质，在受到一定方向的外力作用而变形时，内部产生极化现象，而在其表面产生电荷，当去掉外力后，又重新回到不带电状态，这种将机械能转换成电能的现象，称为顺压电效应，又称为压电效应。逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场时，电介质在一定方向上产生机械变形，内部出现机械应力，这种将电能转换成机械能的现象称逆压电效应。,第六章 压力传感器,第一节 压电式压力传感器,当膜片受到压力F作用后，在压电晶片表面上产生电荷。在一个压电片上所产生的电荷q为,第六章 压力传感器,第三节 压阻式压力传感器,电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。当被测物理量作用在弹性元件上时,弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化,通过转换电路将其转变成电量输出,电量变化的大小反映了被测物理量的大小。电阻应变式传感器分为两类：金属电阻应变传感器 半导体电阻应变传感器,第六章 压力传感器,金属电阻应变传感器,电阻丝的电阻率;L电阻丝的长度;S电阻丝的截面积。,第六章 压力传感器,半导体电阻应变传感器,用半导体材料制成的,是指半导体材料在某一轴向受外力作用时,其电阻率发生变化的现象。优点：灵敏度高,比金属丝式高5080倍,尺寸小,横向效应小,动态响应好。缺点：有温度系数大,应变时非线性比较严重。,第六章 压力传感器,半导体电阻应变传感器,。,工作原理（压阻效应）：压力膜片应力测量电阻的阻值变化电桥输出端电压或电流的变化,第六章 压力传感器,。,输出信号,1、开关量输出（ON/OFF)2、模拟量输出(0-5V,0-10V,10V,4-20mA 0-20mA),第六章 压力传感器,。,主要参数：测量范围；电源电压；输出信号类型；精度；安装方式；,第七章 位移传感器,第二节、磁致伸缩位移传感器,第一节、电子尺（电阻尺）,目录,第七章 位移传感器,第一节、电子尺,简介：电子尺（直线位移传感器）工作原理跟滑动变阻器一样，是作为分压器使用，以相对电压来显示所测量位置的实际位置。适合各类型设备的位置检测，如：注塑机、压铸机、橡胶机、液压机械等。,第七章 位移传感器,第一节、电子尺,工作原理：电子尺的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。它是将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压与滑片移动的长度成正比。,输出电压,供电电压,第七章 位移传感器,第一节、电子尺,接线定义：,CEU有效电气行程(mm）,CET理论电气行程(mm）,CM-机械行程(mm）,输出端,电源+,电源-,第七章 位移传感器,第一节、电子尺,主要参数：测量范围；供电电压；可重复性；显著线性；最大工作速度；,第七章 位移传感器,第一节、电子尺,使用注意事项：1、供电电压稳定，符合0.1%；2、供电电源要有足够的容量；3、防止静电干扰（使用屏蔽线并接地，外壳接地，线路与强电分开布线）；4、防止线路及内部短路；5、接线正确 6、安装对中性要好；,第七章 位移传感器,第二节、磁致伸缩位移传感器,简介：磁致伸缩位移（液位）传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的；该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用。,用于检测油缸活塞位置,第七章 位移传感器,第二节、磁致伸缩位移传感器,波导管,磁致伸缩传感器,第七章 位移传感器,第二节、磁致伸缩位移传感器,输出信号：输出绝对位置模拟量信号；或经过工业通信总线输出电压 电流 通信总线0-10V 4-20mA Profibus-DP总线0-5V Profinet总线10V CAN-BUS总线,第七章 位移传感器,第二节、磁致伸缩位移传感器,特点：输出绝对位置信号，设备断电数据不丢失；检测精度高、稳定性好；非接触检测、无磨损、寿命长；不易受油渍、溶液、尘埃污染，可用于恶劣的工况；,第八章 光电编码器,第三节、绝对式编码器,第二节、增量式编码器,第一节、简 介,目录,第八章 光电编码器,。,编码器是将直线运动和转角运动变换为数字信号进行测量的一种传感器。,第一节、简 介,按测量方式的分类：旋转编码器直尺编码器按编码方式的分类：增量式编码器绝对式编码器混合式编码器,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,增量式光电码盘的规格及分辨率增量式光电码盘的规格:指光电码盘每转一圈发出的脉冲数；现在市场上提供的规格从 36线/转-10万线/转；分辨率（分辨角）:,n=增量式码盘的规格每转一圈发出的脉冲数量。,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,编码器信号输出:,三路输出,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,A、B两相的作用1、根据脉冲的数目可得出被测轴的角位移；2、根据脉冲的频率可得被测轴的转速；3、根据A、B两相的相位超前、滞后关系可判断被测轴旋转方向。4、后续电路可利用A、B两相的90相位差进行细分处理（四倍频电路实现）。,A,B,CP,90O,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,Z相的作用1、旋转方向定位基准信号；2、旋转圈数记数信号；的作用ABZ每相带有对称的负信号，每相电流对信号线的磁场贡献为零，衰减最小抗干扰较强，可用于长距离信号传输。,码盘转一圈,Z,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,三路输出,编码器,六路输出,编码器,变频器,变频器,编码器与变频器的连线,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,编码器与PLC的连线,PLC,编码器,三路输出,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,编码器与PLC的连线,六路输出,编码器,PLC,第八章 光电编码器,第二节、增量式编码器,特点：1、编码器每转动一个预先设定的角度将输出一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量来计算旋转的角度，因此编码 器输出的位置数据是相对的；2、采用固定脉冲信号，旋转角度的起始位可以任意设定；3、增量型编码器存在零点累计误差；4、抗干扰差；5、编码器所连接的设备开机需找零或找参考位操作，或电 池保持数据；,第八章 光电编码器,第三节、绝对式编码器,工作原理：绝对编码器光码盘上有多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线等进行编排，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。,第八章 光电编码器,第三节、绝对式编码器,格雷码码盘,二进制与格雷码转换规则,将二进制码与其本身右移一位后并舍去末位的数码作不进位加法，得出的结果即为格雷码(循环码)。,将二进制码0101转换成对应的格雷码,第八章 光电编码器,第三节、绝对式编码器,格雷码码盘,格雷码特点：,任何两个编码之间只有一位是变化的，因而可把误差控制在最小单位上。但编码与位置循序无直接规律。,第八章 光电编码器,第三节、绝对式编码器,编码器原理动画,第八章 光电编码器,第三节、绝对式编码器,特点：1、编码器每转动一个预先设定的角度将输出一组唯一的编 码数据，该数据表示编码器的实际位置，因此编码器输 出的位置数据是绝对的；2、编码器位置数据是唯一的断电后不会丢失，设备不需要 重新找零；3、抗干扰强，数据可靠性高；4、价格较贵；,2023/1/16,93,