傳感器原理及應(yīng)用(技能)

1、SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過程中,離不開離不開各種傳感器各種傳感器,傳感器傳感器與與PLCPLC( (可編程序控制器可編程序控制器) )等構(gòu)成等構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 傳感器被稱為傳感器被稱為“電五官電五官”, ,作為系統(tǒng)作為系統(tǒng)輸入檢測(cè)部分輸入檢測(cè)部分,其作用其作用檢測(cè)外界信息變化檢測(cè)外界信息變化, ,并并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)為系統(tǒng)可識(shí)別的電信號(hào)可識(shí)別的電信號(hào),傳送傳送給給PLCPLC、計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)等核心控制器等核心控制器。一一、概概 述述第一章

2、第一章、傳感器原理及應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系1.1.傳感器定義傳感器定義 自動(dòng)檢測(cè)裝置中自動(dòng)檢測(cè)裝置中, 直接感受直接感受被測(cè)量被測(cè)量, 并將其并將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為可用可用電信號(hào)電信號(hào)輸出的輸出的器件器件。電信號(hào)電信號(hào)敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件被測(cè)量被測(cè)量輔助電源輔助電源傳感器組成傳感器組成: 檢測(cè)部分檢測(cè)部分轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)換部分輔助電源輔助電源SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電信號(hào)電信號(hào)敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件被測(cè)量被測(cè)量輔助電源輔助電源傳感器組成傳感器組成: 開關(guān)量信號(hào)開關(guān)量信號(hào) “ 0，1”模擬量信號(hào)模擬量信號(hào) 電壓信號(hào)

3、電壓信號(hào)(05V,010V) 電流信號(hào)電流信號(hào)(420mA)PLC;單片機(jī)單片機(jī);計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī);傳送傳送 “磁場(chǎng)磁場(chǎng)/電場(chǎng)電場(chǎng)/光線光線”等等變化狀態(tài)變化狀態(tài)； “溫度溫度/壓力壓力/流量流量/ 速度速度”等等物理物理量量；SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系紅外線測(cè)溫儀紅外線測(cè)溫儀各類自動(dòng)門各類自動(dòng)門傳感器應(yīng)用傳感器應(yīng)用將將被測(cè)量被測(cè)量(溫度溫度)轉(zhuǎn)換為模擬量的轉(zhuǎn)換為模擬量的電信號(hào)電信號(hào) (電壓電壓05V 或 電流電流420mA) 將將被測(cè)量被測(cè)量(光線變化狀態(tài)光線變化狀態(tài)) 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為開關(guān)量的開關(guān)量的電信號(hào)電信號(hào) (0、1狀態(tài)信號(hào)狀態(tài)信號(hào))SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程

4、系機(jī)電工程系2.傳感器的分類傳感器的分類數(shù)字量數(shù)字量傳感器傳感器：輸出輸出開關(guān)量信號(hào)開關(guān)量信號(hào) ( 邏輯狀態(tài)邏輯狀態(tài)0、1 )(Digital sensor)模擬量模擬量傳感器傳感器：輸出輸出模擬量信號(hào)模擬量信號(hào) (電壓電壓05V, 010V, 或或 電流電流420mA)(Analog sensor) 按按輸出信號(hào)性質(zhì)輸出信號(hào)性質(zhì)分類：分類：NPN型型：輸出輸出低電平低電平 “0” (亞洲亞洲標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)) ；PNP型型：輸出輸出高電平高電平 “1” (歐洲歐洲標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)) ；數(shù)字量傳感器按數(shù)字量傳感器按輸出特性輸出特性分類：分類：SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系傳感器輸出特性原理圖

5、傳感器輸出特性原理圖（以接近開關(guān)為例）（以接近開關(guān)為例）(a)輸出特性輸出特性 NPN型型(b)輸出特性輸出特性 PNP型型輸出輸出低電平低電平(0V)(0V)“高電平高電平”取決于取決于電源電壓電源電壓值值輸出輸出高電平高電平(24V)(24V)SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系輸出特性：輸出特性：輸出低電平時(shí)輸出低電平時(shí)負(fù)載得電負(fù)載得電輸出高電平時(shí)輸出高電平時(shí)負(fù)載得電負(fù)載得電SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系3.常用數(shù)字量傳感器分類常用數(shù)字量傳感器分類接近式接近式傳感器：傳感器：電感式電感式傳感器 Ind. (Proximity) 電容式電容式傳感器 Cap.

6、磁感應(yīng)式磁感應(yīng)式傳感器 Mag.光電式光電式傳感器傳感器: 透射式透射式傳感器 Opt. (Optical-electrical) 反射式反射式傳感器 Opt. : 鏡面反射鏡面反射 漫反射漫反射SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)1.1.電感式傳感器電感式傳感器 Inductive Sensor二二、常用數(shù)字量傳感器工作原理常用數(shù)字量傳感器工作原理檢測(cè)物體檢測(cè)物體: 只能檢測(cè)只能檢測(cè)金屬物體金屬物體 檢測(cè)距離檢測(cè)距離: 010mm, 通常通常48mm SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系工作原理工作原理： 傳感器內(nèi)部傳感器內(nèi)部LC高頻振蕩高頻振

7、蕩等電路產(chǎn)生等電路產(chǎn)生一定電磁場(chǎng)一定電磁場(chǎng)。 當(dāng)當(dāng)金屬物體金屬物體靠近靠近傳感檢測(cè)頭時(shí)傳感檢測(cè)頭時(shí), 金屬金屬物體內(nèi)部物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流產(chǎn)生渦流, 引起引起傳感器傳感器磁場(chǎng)磁場(chǎng)磁磁通量通量變化變化, 而使而使傳感器傳感器輸出信號(hào)輸出信號(hào)。 接近體振蕩器開關(guān)器輸出器LC電感式傳感器工作模型電感式傳感器工作模型 SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)2.2.電容式傳感器電容式傳感器 Capacitive Sensor檢測(cè)物體檢測(cè)物體: 非薄片的任何介質(zhì)非薄片的任何介質(zhì)檢測(cè)距離檢測(cè)距離: 010mm, 通常通常35mm SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系

8、+-+-+-+-電容式傳感器工作模型電容式傳感器工作模型 無物體接近無物體接近時(shí), ,傳感器檢測(cè)面靜電荷平衡靜電荷平衡電容量C不變, ,內(nèi)部RC振蕩回路建立穩(wěn)定電場(chǎng)穩(wěn)定電場(chǎng)。當(dāng)物體接近當(dāng)物體接近引起檢測(cè)面靜電荷變化靜電荷變化電容量電容量C C改變改變,使傳感器產(chǎn)生輸出信號(hào)輸出信號(hào)。傳感器檢測(cè)頭傳感器檢測(cè)頭工作原理工作原理：SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電容式傳感器的應(yīng)用電容式傳感器的應(yīng)用在料位檢測(cè)中的應(yīng)用在料位檢測(cè)中的應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電容式傳感器在液位測(cè)量控制中的應(yīng)用電容式傳感器在液位測(cè)量控制中的應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)

9、電工程系Capacitive sensor漢堡檢測(cè)漢堡檢測(cè)電容式傳感器應(yīng)用：電容式傳感器應(yīng)用： 用于物體位置檢測(cè)用于物體位置檢測(cè)、行程限位行程限位、產(chǎn)品計(jì)數(shù)等；產(chǎn)品計(jì)數(shù)等；SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)3.3.磁感應(yīng)式傳感器磁感應(yīng)式傳感器 Magnetic SensorSIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系磁感應(yīng)傳感器工作模型磁感應(yīng)傳感器工作模型 工作原理：工作原理： 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為合金傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為合金簧片等組成的簧片等組成的干簧繼電器干簧繼電器。 當(dāng)當(dāng)磁性物體靠近磁性物體靠近時(shí)時(shí), ,其其生產(chǎn)生產(chǎn)一定強(qiáng)度磁場(chǎng)一定強(qiáng)度磁場(chǎng), ,電磁力電

10、磁力使使簧片簧片吸合吸合、觸點(diǎn)閉合觸點(diǎn)閉合。 當(dāng)當(dāng)磁性物體離開磁性物體離開時(shí)時(shí), ,磁場(chǎng)減弱磁場(chǎng)減弱, ,使簧片釋放使簧片釋放、觸點(diǎn)斷開觸點(diǎn)斷開。檢測(cè)物體檢測(cè)物體: 磁性物質(zhì)磁性物質(zhì) （永久磁鐵（永久磁鐵、帶電線圈）帶電線圈）檢測(cè)距離檢測(cè)距離: 010mm, 通常通常35mm SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系轉(zhuǎn)子傳感器磁性齒轉(zhuǎn)速檢測(cè)轉(zhuǎn)速檢測(cè) 磁感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用磁感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用傳感器A氣缸傳感器B氣缸運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)氣缸運(yùn)動(dòng)位置檢測(cè)（在氣缸活塞環(huán)上包有一層（在氣缸活塞環(huán)上包有一層“永久磁鐵永久磁鐵”）SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)4.4

11、.光電式傳感器光電式傳感器 Optical-electrical Sensor（又稱（又稱“光電式開關(guān)光電式開關(guān)”）（發(fā)射接收光線的器件）（發(fā)射接收光線的器件）SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 工作模型工作模型: : 由由發(fā)射端發(fā)射端(Transmit)的的發(fā)光二極管發(fā)光二極管發(fā)出光線發(fā)出光線, 接收端接收端(Receiver)的光敏三極管的光敏三極管接收光線接收光線, 當(dāng)有物體穿過當(dāng)有物體穿過，引起引起光通量發(fā)生變化時(shí)光通量發(fā)生變化時(shí), 使傳感器使傳感器輸出開關(guān)信號(hào)輸出開關(guān)信號(hào)。 工作原理工作原理: :主要包括：主要包括：發(fā)射端發(fā)射端TransmitTransmit(發(fā)光二極

12、管等器件發(fā)光二極管等器件) )； 接收端接收端ReceiveReceive(光敏三極管等器件光敏三極管等器件) )；SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系原理：原理：當(dāng)當(dāng)被測(cè)物體被測(cè)物體穿過光線穿過光線軸時(shí)軸時(shí)遮擋住光線遮擋住光線,引起光通量引起光通量變化變化, 使傳感器使傳感器輸出信號(hào)輸出信號(hào)。(1)透射式光電傳感器：透射式光電傳感器： 發(fā)射端和接收端分開安裝在兩側(cè)；發(fā)射端和接收端分開安裝在兩側(cè)；ReceiverObjectTransmitter 被測(cè)物體被測(cè)物體檢測(cè)物體檢測(cè)物體: 非透明物體非透明物體檢測(cè)距離檢測(cè)距離: 010m, 通常通常25m SIPIVT SIPIVT 機(jī)電

13、工程系機(jī)電工程系反射型反射型光電開光電開振光。振光。(2)(2)鏡面反射式光電傳感器鏡面反射式光電傳感器反射鏡反射鏡被測(cè)物體偏振光偏振光發(fā)射光發(fā)射光被測(cè)物體被測(cè)物體反射板反射光反射光發(fā)射光發(fā)射光發(fā)射與接收端發(fā)射與接收端集成安裝于一體集成安裝于一體原理：原理：當(dāng)當(dāng)被測(cè)物體被測(cè)物體穿過傳感器與反射板之間時(shí)穿過傳感器與反射板之間時(shí), 反射光反射光被遮擋被遮擋, 引起光通量變化引起光通量變化, 使傳感器輸出使傳感器輸出開關(guān)信號(hào)開關(guān)信號(hào)。檢測(cè)物體檢測(cè)物體: 非透明物體非透明物體檢測(cè)距離檢測(cè)距離: 010m, 通常通常25m SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系漫反射光線反射光線被檢測(cè)物體發(fā)射

14、光線漫反射型光電開關(guān)集光發(fā)射器和光接受器于一體。當(dāng)被測(cè)物體經(jīng)過該光電開關(guān)時(shí)，發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)被測(cè)物體表面反射由接受器接受，于是產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。額定距離(3)(3)漫反射式光電傳感器漫反射式光電傳感器 當(dāng)當(dāng)被測(cè)物體靠近傳感器被測(cè)物體靠近傳感器, ,發(fā)射端發(fā)出的光線發(fā)射端發(fā)出的光線, ,經(jīng)過被經(jīng)過被測(cè)物體表面反射測(cè)物體表面反射, ,使接受端使接受端接受到反射光線接受到反射光線, ,從而使傳從而使傳感器感器產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。工作原理：工作原理：檢測(cè)距離檢測(cè)距離: 01m, 通常通常100 400mm發(fā)射與接收端發(fā)射與接收端集成安裝于一體集成安裝于一體檢測(cè)物體檢測(cè)物體: 非黑色非黑色、非透明物

15、體非透明物體SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系電動(dòng)扶梯自動(dòng)啟停物體倒置辨別產(chǎn)品計(jì)數(shù) 料位的控制 轉(zhuǎn)速檢測(cè)位置控制裝置三、傳感器的廣泛應(yīng)用三、傳感器的廣泛應(yīng)用SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系常用數(shù)字量傳感器常用數(shù)字量傳感器（小結(jié)）（小結(jié)）SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系光電式光電式 Opt. 電感式電感式 Ind. 電容式電容式 Cap. 磁感應(yīng)式磁感應(yīng)式 Mag.電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)根據(jù)電氣圖形符號(hào)根據(jù)電氣圖形符號(hào), ,判斷傳感器類型判斷傳感器類型SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系二

16、線制二線制棕棕/紅紅線：DC24V藍(lán)藍(lán)線：0V三線制三線制棕棕/紅紅線：DC24V藍(lán)藍(lán)線：0V黑線黑線：輸出信號(hào)(常開NO)四線制四線制棕棕/紅紅線：DC24V藍(lán)藍(lán)線：0V黑黑線：輸出信號(hào)(常開NO)白線：輸出信號(hào)(常閉NC)四、傳感器的安裝接線四、傳感器的安裝接線1.1.接線規(guī)則接線規(guī)則SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系(1)根據(jù)根據(jù)電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)判斷判斷傳感器類型傳感器類型；(2)根據(jù)根據(jù)被測(cè)物體的性質(zhì)被測(cè)物體的性質(zhì)及及檢測(cè)要求檢測(cè)要求, 選擇選擇適合的適合的 傳感器類型傳感器類型(Opt./Ind./Cap./Mag.等等) ；(3)根據(jù)傳感器銘牌上根據(jù)傳感器銘牌

17、上接線圖接線圖判斷其判斷其輸出特性輸出特性；NPN型型PNP型型2. 傳感器銘牌參數(shù)識(shí)別及接線傳感器銘牌參數(shù)識(shí)別及接線(型號(hào)型號(hào)、電氣圖形符號(hào)電氣圖形符號(hào)、接線圖接線圖、工作電壓工作電壓、運(yùn)行指示燈運(yùn)行指示燈、靈敏度電位器靈敏度電位器)SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系(4)按照傳感器按照傳感器接線圖接線圖，正確連接電源，正確連接電源“+、-”極極和和負(fù)載負(fù)載。(5)根據(jù)傳感器根據(jù)傳感器工作電壓工作電壓(1030VDC), 正確接入正確接入電源電源；(6) 通過傳感器的通過傳感器的 “運(yùn)行運(yùn)行”指示燈指示燈，觀察其運(yùn)行狀態(tài)。，觀察其運(yùn)行狀態(tài)。(7) 漫反射光電傳感器漫反射光電傳感

18、器, 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)“靈敏度電位器靈敏度電位器” 可微調(diào)可微調(diào)檢測(cè)距離檢測(cè)距離。SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：熟悉傳感器的銘牌參數(shù), 正確選型接線(1)(1)分別選擇四種類型傳感器分別選擇四種類型傳感器( (Ind. Cap. Mag. Opt.),.), 按照銘牌參數(shù)正確連接電源及負(fù)載按照銘牌參數(shù)正確連接電源及負(fù)載(指示燈指示燈)；(2)(2)通電運(yùn)行通電運(yùn)行,選擇適合的被測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)選擇適合的被測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè), ,記錄傳感器記錄傳感器 的的輸出特性、檢測(cè)物體、檢測(cè)距離范圍輸出特性、檢測(cè)物體、檢測(cè)距離范圍；(3)選擇一個(gè)選擇一個(gè)OMRON傳感器傳感器,

19、記錄記錄“型號(hào)型號(hào)、工作電壓工作電壓、接線圖接線圖” 等銘牌參數(shù)等銘牌參數(shù)，正確連接電源和負(fù)載正確連接電源和負(fù)載(指示燈指示燈)； 通電運(yùn)行通電運(yùn)行,記錄傳感器記錄傳感器輸出特性、檢測(cè)物體、檢測(cè)距離范圍輸出特性、檢測(cè)物體、檢測(cè)距離范圍；課堂實(shí)踐課堂實(shí)踐1：傳感器的接線與檢測(cè)傳感器的接線與檢測(cè)2. 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及要求：實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及要求：SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 五、各類傳感器的組合應(yīng)用五、各類傳感器的組合應(yīng)用方案方案1：選擇選擇輸出特性相同輸出特性相同的的S1和和S2, 可可直接并聯(lián)直接并聯(lián)控制；控制； 現(xiàn)有兩個(gè)傳感器現(xiàn)有兩個(gè)傳感器S1和和S2, 當(dāng)任意一個(gè)傳感器檢測(cè)到物體時(shí)當(dāng)任意一個(gè)傳感器檢測(cè)到物體時(shí), 即控制指示燈即控制指示燈HL1亮亮；分析：分析：兩個(gè)傳感器為兩個(gè)傳感器為“邏輯邏輯或或”控制關(guān)系；控制關(guān)系；案例案例1：SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系方案方案2：選擇選擇輸出特性不同輸出特性不同的的S1和和S2, 需通過需通過中間繼電器中間繼電器觸點(diǎn)觸點(diǎn) 間接并聯(lián)間接并聯(lián)控制；控制；目前常用的控制方式目前常用的控制方式SIPIVT SIPIVT 機(jī)電工程系機(jī)電工程系 用用S2S2的輸出端控制的輸出端控制