传感器原理及应用(技能)..

SIPIVT机电工程系传感器原理及应用SIPIVT机电工程系现代工业自动化生产过程中,离不开各种传感器,传感器与PLC(可编程序控制器)等构成自动控制系统。传感器被称为“电五官”,作为系统输入检测部分,其作用检测外界信息变化,并转换为系统可识别的电信号,传送给PLC、计算机等核心控制器。一、概述第一章、传感器原理及应用SIPIVT机电工程系1.传感器定义自动检测装置中,直接感受被测量,并将其转换为可用电信号输出的器件。电信号敏感元件转换元件被测量辅助电源传感器组成:检测部分转换部分辅助电源SIPIVT机电工程系电信号敏感元件转换元件被测量辅助电源传感器组成:开关量信号“0，1”模拟量信号电压信号(0~5V,0~10V…)电流信号(4~20mA)PLC;单片机;计算机;传送“磁场/电场/光线”等变化状态；“温度/压力/流量/速度”等物理量；SIPIVT机电工程系红外线测温仪各类自动门传感器应用将被测量(温度)转换为模拟量的电信号(电压0~5V或电流4~20mA)将被测量(光线变化状态)转换为开关量的电信号(0、1状态信号)SIPIVT机电工程系2.传感器的分类数字量传感器：输出开关量信号(逻辑状态0、1)(Digitalsensor)模拟量传感器：输出模拟量信号(电压0~5V,0~10V,或电流4~20mA)(Analogsensor)按输出信号性质分类：NPN型：输出低电平“0”(亚洲标准)；PNP型：输出高电平“1”(欧洲标准)；数字量传感器按输出特性分类：SIPIVT机电工程系传感器输出特性原理图（以接近开关为例）(a)输出特性NPN型(b)输出特性PNP型输出低电平(0V)“高电平”取决于电源电压值输出高电平(24V)SIPIVT机电工程系输出特性：输出低电平时负载得电输出高电平时负载得电SIPIVT机电工程系3.常用数字量传感器分类接近式传感器：电感式传感器Ind.(Proximity)电容式传感器Cap.磁感应式传感器Mag.光电式传感器:透射式传感器Opt.(Optical-electrical)反射式传感器Opt.:镜面反射漫反射SIPIVT机电工程系电气图形符号1.电感式传感器InductiveSensor二、常用数字量传感器工作原理检测物体:只能检测金属物体检测距离:0~10mm,通常4~8mmSIPIVT机电工程系工作原理：传感器内部LC高频振荡等电路产生一定电磁场。当金属物体靠近传感检测头时,金属物体内部产生涡流,引起传感器磁场磁通量变化↓,而使传感器输出信号。接近体振荡器开关器输出器LC电感式传感器工作模型SIPIVT机电工程系电气图形符号2.电容式传感器CapacitiveSensor检测物体:非薄片的任何介质检测距离:0~10mm,通常3~5mmSIPIVT机电工程系++--+-++++----++-------电容式传感器工作模型无物体接近时,传感器检测面静电荷平衡电容量C不变,内部RC振荡回路建立稳定电场。当物体接近引起检测面静电荷变化电容量C改变,使传感器产生输出信号。传感器检测头工作原理：SIPIVT机电工程系电容式传感器的应用在料位检测中的应用SIPIVT机电工程系电容式传感器在液位测量控制中的应用SIPIVT机电工程系Capacitivesensor汉堡检测电容式传感器应用：用于物体位置检测、行程限位、产品计数等；SIPIVT机电工程系电气图形符号3.磁感应式传感器MagneticSensorSIPIVT机电工程系磁感应传感器工作模型工作原理：传感器内部结构为合金簧片等组成的干簧继电器。当磁性物体靠近时,其生产一定强度磁场,电磁力使簧片吸合、触点闭合。当磁性物体离开时,磁场减弱,使簧片释放、触点断开。检测物体:磁性物质（永久磁铁、带电线圈）检测距离:0~10mm,通常3~5mmSIPIVT机电工程系转子传感器磁性齿转速检测磁感应式传感器的应用传感器A气缸传感器B气缸运动位置检测（在气缸活塞环上包有一层“永久磁铁”）SIPIVT机电工程系电气图形符号4.光电式传感器Optical-electricalSensor（又称“光电式开关”）（发射接收光线的器件）SIPIVT机电工程系工作模型:由发射端(Transmit)的发光二极管发出光线,接收端(Receiver)的光敏三极管接收光线,当有物体穿过，引起光通量发生变化时,使传感器输出开关信号。工作原理:主要包括：发射端Transmit(发光二极管等器件)；接收端Receive(光敏三极管等器件)；SIPIVT机电工程系原理：当被测物体穿过光线轴时遮挡住光线,引起光通量变化,使传感器输出信号。(1)透射式光电传感器：发射端和接收端分开安装在两侧；ReceiverObjectTransmitter被测物体检测物体:非透明物体检测距离:0~10m,通常2~5mSIPIVT机电工程系反射型光电开振光。(2)镜面反射式光电传感器反射镜被测物体偏振光发射光被测物体反射板反射光发射光发射与接收端集成安装于一体原理：当被测物体穿过传感器与反射板之间时,反射光被遮挡,引起光通量变化,使传感器输出开关信号。检测物体:非透明物体检测距离:0~10m,通常2~5mSIPIVT机电工程系漫反射光线反射光线被检测物体发射光线漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。(3)漫反射式光电传感器当被测物体靠近传感器,发射端发出的光线,经过被测物体表面反射,使接受端接受到反射光线,从而使传感器产生开关信号。工作原理：检测距离:0~1m,通常100~400mm发射与接收端集成安装于一体检测物体:非黑色、非透明物体SIPIVT机电工程系电动扶梯自动启停物体倒置辨别产品计数料位的控制转速检测位置控制装置三、传感器的广泛应用SIPIVT机电工程系SIPIVT机电工程系常用数字量传感器（小结）SIPIVT机电工程系光电式Opt.电感式Ind.电容式Cap.磁感应式Mag.电气图形符号根据电气图形符号,判断传感器类型SIPIVT机电工程系二线制棕/红线：DC24V蓝线：0V三线制棕/红线：DC24V蓝线：0V黑线：输出信号(常开NO)四线制棕/红线：DC24V蓝线：0V黑线：输出信号(常开NO)白线：输出信号(常闭NC)四、传感器的安装接线1.接线规则SIPIVT机电工程系(1)根据电气图形符号判断传感器类型；(2)根据被测物体的性质及检测要求,选择适合的传感器类型(Opt./Ind./Cap./Mag.等)；(3)根据传感器铭牌上接线图判断其输出特性；NPN型PNP型2.传感器铭牌参数识别及接线(型号、电气图形符号、接线图、工作电压、运行指示灯、灵敏度电位器)SIPIVT机电工程系(4)按照传感器接线图，正确连接电源“+、-”极和负载。(5)根据传感器工作电压(10~30VDC),正确接入电源；(6)通过传感器的“运行”指示灯，观察其运行状态。(7)漫反射光电传感器,调节“灵敏度电位器”可微调检测距离。SIPIVT机电工程系1.实验目标：熟悉传感器的铭牌参数,正确选型接线(1)分别选择四种类型传感器(Ind.Cap.Mag.Opt.),按照铭牌参数正确连接电源及负载(指示灯)；(2)通电运行,选择适合的被测物体进行检测,记录传感器的输出特性、检测物体、检测距离范围；(3)选择一个OMRON传感器,记录“型号、工作电压、接线图”等铭牌参数，正确连接电源和负载(指示灯)；通电运行,记录传感器输出特性、检测物体、检测距离范围；课堂实践1：传感器的接线与检测2.实训内容及要求：SIPIVT机电工程系五、各类传感器的组合应用方案1：选择输出特性相同的S1和S2,可直接并联控制；现有两个传感器S1和S2,当任意一个传感器检测到物体时,即控制指示灯HL1亮；分析：两个传感器为“逻辑或”控制关系；案例1：SIPIVT机电工程系方案2：选择输出特性不同的S1和S2,需通过中间继电器触点间接并联控制；目前常用的控制方式SIPIVT机电工程系用S2的输出端控制S1电源“-”极的接通现有两个传感器S1和S2,当两个传感器同时检测到物体时,则控制指示灯HL2亮；分析：两个传感器为“逻辑与”控制关系；方案1：选择输出特性相同的S1和S2,可直接串联控制；案例2：SIPIVT机电工程系思考与练习：选择输出特性不同的S1和S2,如何设计控制电路？SIPIVT机电工程系实训项目1：使用检测模块识别材料属性使用如图所示的检测模块，识别被测工件材料属性,要求如下：当检测到金属工件时，指示灯HL1亮；当检测到塑料红色工件时，指示灯HL2亮；当检测到塑料黑色工件时，指示灯HL3亮。项目说明：SIPIVT机电工程系实训要求及步骤：1.分析项目控制要求（选择传感器类型及输出特性、分析I/O控制逻辑关系）2.设计和绘制控制电路图(包括“传感器、中间继电器、指示灯”等)