最新传感器技术详细讲解

传感器技术详细讲解

传感器技术

模块一传感器(Sensor)

知识要求：1、传感器组成及工作原理；

2、分类、输出特性、和负载的连接。

技能要求：1、掌握光电、电感、电容和磁场式传感器的正确使用；

2、掌握传感器的串联、并联回路控制负载。

1．1 传感器基本知识

1．1．1 定义

传感器是自动检测装置中直接感受被测量，并将它转换成可用信号输出的器件。

①自动检测在自动化装置构成的系统中是必不可少的。

②直接感受被测量，表明传感器和被测量之间没有其它感受器件。

③实际的被测量中多数是非电量，当然也可能是电量。

④输出的可用信号，是与被测量有确定对应关系的电量，通常为电压、电流。

1．1．2 组成

辅助电源

图1．1传感器组成

①敏感元件是传感器中直接感受被测量并输出与被测量成确定关系的其他量的元件。其作用是检测感应被测物体信息。

②转换元件是只感受由敏感元件输出的与被测量成确定关系的其它量并将其转换成电量输出的元件。其作用是把被测物体信息转换为可用输出信号（电量）。

③辅助元件：辅助电源，固定、支撑件等。

1．1．3 应用

代替人的五种感觉（视、听、嗅、味、触）器官。

1．1．4 分类

按输出信号的性质分：数字量传感器、模拟量传感器。

1．1．5 数字量传感器输出特性

（1）NPN型：传感器的转换元件的输出管为NPN型。

①传感器的负载（灯）接在传感器电源正极（+DC24V）和传感器输出信号端之间；

②未感应时传感器输出管截止，输出端输出逻辑电平“1”（+DC24V），负载不工作；

③有感应时传感器输出管导通，输出端输出逻辑电平“0”（0V），负载得电工作。

（2）PNP型：传感器的转换元件的输出管为PNP型。

①传感器的负载（灯）接在传感器输出信号端和传感器电源负极（0V）之间；

②未感应时传感器输出管截止，输出端输出逻辑电平“0”（0V），负载不工作；

③有感应时传感器输出管导通，输出端输出逻辑电平“1”（+DC24V），负载得电工作。

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图1．2以电感式接近开关为例的传感器输出特性

1．2 光电式传感器

光电式传感器发射出来自其发光元件的光线（可见光或红外线）。反射式光电传感器被用于探测来自目标物的反射光线，而透射式光电传感器被用于因测量目标物穿过光轴引起的光通量的变化。

1．2．1 分类：

（1）按光电传感器发射光线性质分：可见光式；红外线式。

（2）按光电传感器应用原理分：

（A）反射型：发射端（发光器件）和接收端（光敏器件）合成在一起或安装在物体一侧；

（B）透射型：发射端（发光器件）和接收端（光敏器件）分离，在光轴上面对面安装。

1．2．2 反射型光电传感器

（1）通过被检测物体反射光大小判别信号有无。常用的形式有漫反射式和镜反射式。

（2）对漫反射式传感器，被检测物体经过传感器的对面。被检测物体的信号与背景反差要大，被检测物有关部位表面反射率要高。黑色物体或透明物体（如玻璃）不宜作被测物。

图1．3反射型光电传感器

（3）对镜反射式传感器，传感器对面设置一个表面反射率高的镜反射面。被检测物体经过传感器和镜反射面之间。透明物体不宜作被测物。

（4）若接收端接受到反射光信号，对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。

（5）有效工作距离和发射端（发光器件）发射的光强度大小有关。注意，工作距离愈大，受外部光线干扰愈大。一般工作距离≤1米。

1．2．3 透射型（对射型）光电传感器

（1）被检测物体经过传感器的发射端和接收端之间。透明物体（如玻璃）不宜作被测物。

图1．4透射型光电传感器

（2）通过检测传感器输出端输出信号，判断有无被检物体经过。

（3）若接收端接受到光信号，表明无被测物体经过。此时，对输出特性为PNP 型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。

（4）有效工作距离和发射端（发光器件）发射的光强度大小有关。注意，工作距离愈大，受外部光线干扰愈大。一般工作距离≤10米。

1．2．4 抗干扰（外部光线）措施

（1）安装注意，为减少外部光线干扰，应仔细调整安装位置和方向。

（2）电路措施，在电路中，设置电平检测器（电压比较器）。

（3）软件措施，在PLC程序中增加数字滤波手段。

1．2．5 应用：

用作位置传感器、产品计数传感器等。

1．2．6 光电（数字量输出）传感器接线

（1）反射式：（见附录第1、2号图）

3线，红线为电源正极（+DC24V），蓝线为电源负极（0V），黑线为输出信号线。

（2）透射式：（见附录第1、2号图）

①发光器件：2线。红线为电源正极（+DC24V），蓝线为电源负极（0V）。

②光敏器件：3线。红线为电源正极（+DC24V），蓝线为电源负极（0V），黑线为输出信号线。

1．3 接近式传感器

1．3．1 分类

电感式、电容式、磁场式（磁感应式）。

1．3．2 电感式传感器

（1）工作原理

①传感器端头内部振荡电路的电感中通高频振荡电流，在其端头周围产生交变磁场；

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图1．5 电感式传感器

②当金属物体靠近传感器感应端头检测面时，在金属物体表面产生涡流；

③该涡流反作用于感应端头，使传感器振荡能力减弱，传感器输出相应信号。

（2）对电感式接近传感器，被测物体必须是金属物。

（3）若金属被测物体接近传感器端头检测面，电感式接近传感器输出开关信号。对输出特性为PNP型的，则输出一个电平“1”信号；对输出特性为NPN型的，则输出一个电平“0”信号；输出信号可作为PLC输入信号。

（4）应用：用于金属物体的位置检测、行程限位、产品计数等，一般工作距离＜20毫米。

1．3．3 电容式传感器

（1）工作原理

①传感器检测面由两个同轴金属电极构成电容器（敏感元件）并串接在内部RC振荡回

路内，无被测物体靠近传感器端头检测面时，此电容器电容量不足以使振荡器起振；