传感器原理及应用(技能)..

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。 传感器组成: 检测部分
被测量wenku.baidu.com
敏感元件 转换元件
转换部分
辅助电源
电信号
辅助电源
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传感器组成:
PLC;
单片机;
被测量
敏感元件
转换元件
电信号
传送
计算机;
辅助电源
“磁场/电场/光线”等变化状态； “温度/压力/流量/ 速度”等物理 量；
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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)
(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； PNP型
传感器原理及应用
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第一章、传感器原理及应用
一、概 述
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。
(Proximity)
Ind. Cap.
电容式传感器
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
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二、常用数字量传感器工作原理 1.电感式传感器 Inductive Sensor 电气图形符号
2.传感器的分类
按输出信号性质分类：
数字量传感器：输出开关量信号 ( 逻辑状态0、1 ) (Digital sensor) 模拟量传感器：输出模拟量信号 (电压0~5V, 0~10V, 或 电流4~20mA) (Analog sensor)
数字量传感器按输出特性分类： NPN型：输出低电平 “0” (亚洲标准) ； PNP型：输出高电平 “1” (欧洲标准) ；
NPN型
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(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。
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2.电容式传感器 Capacitive Sensor 电气图形符号
检测物体: 非薄片的任何介质 检测距离: 0~10mm, 通常3~5mm
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工作原理：
电容式传感器工作模型
+ + + + + + + + +
传感器检测头
当物体接近
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。
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。
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电容式传感器的应用
在料位检测中的应用
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电容式传感器在液位测量控制中的应用
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Capacitive sensor
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；
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3.磁感应式传感器 Magnetic Sensor
电气图形符号
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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。
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传感器输出特性原理图 （以接近开关为例） “高电平”取决于电源电压 值
(a)输出特性 NPN型
(b)输出特性 PNP型
输出低电平(0V)
输出高电平(24V)
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输出特性：
输出低电平时 负载得电
输出高电平时 负载得电
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3.常用数字量传感器分类 接近式传感器：电感式传感器
电气图形符号
光电式 Opt.
电感式 Ind. 根据电气图形符号,判断传感器类型 电容式 Cap.
磁感应式 Mag.
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四、传感器的安装接线
1.接线规则 二线制 棕/红线：DC24V 蓝线：0V 棕/红线：DC24V 蓝线：0V
黑线：输出信号(常开NO)
三线制
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)
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(2)镜面反射式光电传感器 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。 反射板
反射型光电开
反射镜
发射光
发射光
发射与接收端 集成安装于一体
反射光
检测物体: 非透明物体 检测距离: 0~10m, 通常2~5m 振光。
偏振光
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？
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实训项目1：使用检测模块识别材料属性
项目说明：
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。
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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)
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五、各类传感器的组合应用 案例1：
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； 方案1：选择输出特性相同的S1和S2, 可直接并联控制；
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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
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)
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传感器应用 各类自动门 红外线测温仪
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)
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) SIPIVT 机电工程系
电气图形符号
（又称“光电式开关”）
（发射接收光线的器件）
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工作模型:
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)； 工作原理: 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
被测物体
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(3)漫反射式光电传感器 工作原理：
被检测物体 漫反射型光电 当被测物体靠近传感器, 开关集光发射 器和光接受器 发射端发出的光线 ,经过被 于一体。
测物体表面反射,使接受端
漫反射光线 发射光线 当被测物体经过 该光电开关时， 接受到反射光线 ,从而使传 发射器发出的光 线经被测物体表 感器产生开关信号。 面反射由接受器 接受，于是产生 检测物体: 开关信号。
课堂实践1：传感器的接线与检测 1. 实验目标：熟悉传感器的铭牌参数, 正确选型接线 2. 实训内容及要求：
(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；
间接并联控制；
目前常用的控制方式
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案例2： 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； 用S2的输出端控制 S1电源“-”极的接通
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光通量发生变化时, 使传感器输出开关信号。
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(1)透射式光电传感器： 发射端和接收端分开安装在两侧；
Transmitter
原理：当被测物体穿过光线 轴时遮挡住光线,引起光通量
Receiver
变化, 使传感器输出信号。 检测物体: 非透明物体
被测物体
Object
检测距离: 0~10m, 通常2~5m
磁感应传感器工作模型
检测物体: 磁性物质 （永久磁铁、带电线圈） 检测距离: 0~10mm, 通常3~5mm
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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”）
磁性齿
转速检测
转子
传感器
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4.光电式传感器 Optical-electrical Sensor
检测物体: 只能检测金属物体 检测距离: 0~10mm, 通常4~8mm
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接近体
L
C
振荡器
开关器
输出器
工作原理： 传感器内部LC
电感式传感器工作模型
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。
反射光线
非黑色、非透明物体
发射与接收端 集成安装于一体
检测距离: 0~1m, 通常100 ~400mm
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三、传感器的广泛应用
电动扶梯自动启停
产品计数
转速检测
物体倒置辨别
料位的控制
位置控制装置
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常用数字量传感器（小结）
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