《接近开关》PPT课件.ppt
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1、临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,第五章 接近开关,本章内容包括一个项目和三个拓展实训,通过项目和据展实训掌握接近开关的基本知识和应用。以材料属性识别项目为例,掌握接近开关的类型、作用和具体应用。拓展实训是对本章基本知识的补充应用,以电感式接近开关、光电开关和霍尔开关为拓展实训,掌握常用接近开关的使用方法和应用场合。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,项目五 材料属性识别,1.项目说明,2.基本知识,3.项目计划,4.项目方案,5.项目实施过程,6.项目检查与评估,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,项目五 材料属性识
2、别,1.项目目的 1)掌握电涡流传感器、电容接近开关、光电接近开关、磁性接近开关的选型和安装等具体应用方法。2)掌握接近开关的信号输出线与负载的连接方法,以及具体电路的设计。2.项目条件 各类接近开关、中间继电器、三菱FX2N系列PLC、FXGPWIN3.3软件。3.项目内容及要求 使用检测模块识别工件材料属性(金属工件、塑料红色件、塑料黑色件、磁性工件),检测到金属工件时,指示灯A点亮;检测到塑料红色件时,指示灯B点亮;检测到塑料黑色件时,指示灯C点亮;检测到磁性工件时,指示灯D点亮。,一.项目介绍,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关外形,项目五 材料属性识
3、别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关外形,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关外形,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,项目五 材料属性识别,接近开关的特点 接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离(几毫米至几十毫米)内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时,就可以发出“动作”信号。,接近开关的核心部分是“感辨头”,它对正在接近的物体有很高的感辨能力。,5.2 基本知识,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,二、接近开关的特点,
4、接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便;缺点是 触点容量较小、输出短路时易烧毁。,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,一、常用的接近开关分类,常用的接近开关有电涡流式(俗称电感接近开关,以下仅以电感接近开关称呼之)、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式、超声波式等。,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,三.接近开关的主要特性:,额定动作距离、工作距离、动作滞差、重复定位精
5、度(重复性)、动作频率等。,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的检测距离与回差,接近开关动作示意图,项目五 材料属性识别,德州仪器(TI)中文网站:http:/AD公司(Analog Devices)中文网站:美国国家半导体公司中文网站:,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,1.动作(检测)距离:动作距离是指检测体按一定方式移动时,从基准位置(接近开关的感应表面)到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。2.设定距离:指接近开关在实际工作中的整定距离,一般为额定动作距离
6、的0.8倍。被测物与接近开关之间的安装距离一般等于额定动作距离,以保证工作可靠。安装后还须通过调试,然后紧固。3.复位距离:接近开关动作后,又再次复位时的与被测物的距离,它略大于动作距离。4.回差值:动作距离与复位距离之间的绝对值。回差值越大,对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的术语解释(3),接近开关的安装方式:分齐平式和非齐平式。齐平式(又称埋入型)的接近开关表面可与被安装的金属物件形成同一表面,不易被碰坏,但灵敏度较低;非齐平式(非埋入安装型)的接近开关则需要把感应头露出一定高度,否则将降低灵敏度。,项
7、目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的安装方式,齐平式安装,非齐平式安装,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的术语解释(4),响应频率f:按规定,在1秒的时间间隔内,接近开关动作循环的最大次数,重复频率大于该值时,接近开关无反应。响应时间t:接近开关检测到物体时刻到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。可用公式换算:t=1/f,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,响应频率及响应时间示意图,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:
8、张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的术语解释,输出状态:常开/常闭型接近开关 当无检测物体时,对常开型接近开关而言,由于接近开关内部的输出三极管截止,所接的负载不工作(失电);当检测到物体时,内部的输出级三极管导通,负载得电工作。对常闭型接近开关而言,当未检测到物体时,三极管反而处于导通状态,负载得电工作;反之则负载失电。,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的术语解释(6),常用的输出形式有:NPN二线,NPN三线,NPN四线,PNP二线,PNP三线,PNP四线,DC二线,AC二线,AC五线(带继电器)等几种,读者可查阅以下有关资料。,临
9、沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,输出形式(14),负载,负载,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,输出形式(58),负载,负载,负载,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的术语解释(7),导通压降:接近开关在导通状态时,开关内部的输出三极管集电极与发射极之间的电压降。一般情况下,导通压降约为0.3V。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,导通压降,0.3V,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关的接线方法举例,以NP
10、N、常开型为例来说明 接线方法,OUT端与GND端的压降Uces约为0.3V,流过KA的电流IKA=(VCC-0.3)/RKA。若IKA大于KA的额定吸合电流,则KA能够可靠吸合。,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,请按接线图将各元件正确地连接起来。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,5.2.2 电涡流接近开关,电涡流式接近开关俗称电感接近开关,属于一种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交变电磁场的振荡感辨头时,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
11、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,进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,一、电涡流效应,根据法拉第电磁感应定律,块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时,导体内将产生呈漩涡状流动的感应电流,称之为电涡流,这种现象称为电涡流效应。涡流的大小与金属体的电阻率、磁导率、金属板的厚度以及产生交变磁场的线圈与金属导体的距离x、线圈的励磁电流频率f 等参数有关。若固定其中若干参数,就能按涡流大小测量出另外的参数。,临沂大学汽车学院 检
12、测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,电涡流效应,当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时,电涡流线圈的等效电感L 减小,等效电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多,流过电涡流线圈的电流 i1 增大。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,当高频(100kHz左右)信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时,将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时,被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的,而只集中在金属导体的表面,这称为集肤效应(也称趋肤效应)。集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、磁导率等有关
13、。频率f越高,电涡流的渗透的深度就越浅,集肤效应越严重。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式为:Z=R+jL=f(i1、f、r、x)从上式可分析:如果控制上式中的i1、f、r不变,电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数?属于接触式测量还是非接触式测量?所以,电涡流传感器可以测间距X、与表面电导率有关的有关的表面温度、表面裂纹等参数,或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,电涡流接近传感器属于一种有开关量输出的位置传感器,它由LC高频振荡器
14、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传感器,使接近传感器振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化,由此识别出有无金属物体接近,进而控制传感器的通或断。这种接近传感器所能检测的物体必须是金属物体。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,不同材料的金属检测物对电涡流接近开关动作距离的影响(以Fe为参考金属),电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导率、磁导率等有关。对于非磁性材料,被测体的电导率越高,则灵敏度越高;被测体是磁性材料时,其磁导率将影响电涡流线圈的感抗,其磁滞损耗还将影响电涡流线圈的Q值。磁滞损耗大
15、时,其灵敏度通常较高。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,接近开关使用注意事项,1.请勿将电感接近开关置于0.02T以上的磁场环境下使用,以免造成误动作。2.为了保证不损坏接近开关,请用户在接通电源前检查接线是否正确,核定电压是否为额定值。3.为了使接近开关长期稳定工作,请务必进行定期的维护,包括被检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动,接线和连接部位是否接触不良,是否有金属粉尘粘附等。4.DC二线制接近开关具有0.51mA的静态泄漏电流,在一些对泄漏电流要求较高的场合下,可改用DC三线制接近开关。5.直流型接近开关使用电感性负载时,请务必在负载两端并接续流二极
16、管,以免损坏接近开关的输出级。,项目五 材料属性识别,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,电容式接近开关:,电容式传感器的检测面由两个同轴金属电极构成,很像打开的电容器电极,该电极串接在RC振荡回路内。当检测物接近检测面时,电极的容量产生变化,使振荡器起振,通过后级整形放大转换成开关信号,从而检测有无物体存在的目的;使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化,由此便可控制电容式传感器的接通和关断。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,电容式传感器在接通工作电源,且无被检测介质时,在电容C两端(两个极板)的电荷是:大小相等,极性相反(红色圆圈假设为“
17、+”电荷,黑色圆圈假设为“-”电荷)。那么,在电容式传感器表面(头部)所产生的静电场是平衡的。,当介质接近电容式传感器的头部时,电容式传感器表面(头部)原有的平衡电场被打破,这样就使得传感器内部的振荡器工作再通过放大、比较等,传感器就有一个信号输出;表明已检测到工件。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,5.2.4 磁感应传感器 磁感应传感器是一种具有将磁学量信号转换为电信号功能的器件或装置。利用磁学量与其它物理量的变换关系,以磁场作为媒介,也可将其它非电物理量转变为电信号。磁感应传感器包括霍尔传感器和磁性干簧开关。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:
18、手机:,1、霍尔传感器工作原理,磁感应强度B为零时的情况,半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中,磁场方向垂直于薄片,当有电流I 流过薄片时,在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH,这种现象称为霍尔效应。,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,作用在半导体薄片上的磁场强度B越强,霍尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示:EH=KH IB,当B比较大时,临沂大学汽车学院 检测技术 教师:张伟 邮箱:手机:手机:,项目五 材料属性识别,当磁场垂直于薄片时,电子受到洛仑兹力的作用,向内侧偏移,在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。,霍尔传感器工作原理演示,临沂大
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