機(jī)電一體化1班吳德廣論文初稿

1、傳感器在機(jī)床電氣中的應(yīng)用 班級(jí)：123機(jī)電一體1 姓名：吳德廣 電話 要在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，人類已經(jīng)進(jìn)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代，人們?cè)谌粘Ｉ钪校饕揽繖z測(cè)技術(shù)對(duì)信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，目前我國(guó)已將檢測(cè)技術(shù)列入先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)之一。由于微電子技術(shù)，光電半導(dǎo)體技術(shù)，光導(dǎo)纖維技術(shù)以及光柵技術(shù)的發(fā)展，使得光電傳感器的應(yīng)用與日俱增。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、高可靠性、高精度、可測(cè)參數(shù)多、反應(yīng)快以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)檢索技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用，它是一種以光電效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，由光電材料構(gòu)成的器件。 關(guān)鍵詞：接近開(kāi)關(guān)，壓力傳

2、感器，溫度傳感器吳德廣論文修改意見(jiàn)：1.摘要內(nèi)容得重寫，摘要從研究?jī)?nèi)容、研究方法、得出什么結(jié)論三個(gè)方面簡(jiǎn)要闡述。2.論文內(nèi)容絕大部分是介紹傳感器的知識(shí)，與論文標(biāo)題不符，論文還應(yīng)當(dāng)把重點(diǎn)放在傳感器在機(jī)床電氣中的應(yīng)用，而不是單單只介紹傳感器。所以，論文內(nèi)容不完整。建議論文結(jié)構(gòu)為：第一章 傳感器介紹；第二章 機(jī)床電氣控制中的傳感器；第三章傳感器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題；結(jié)論；參考文獻(xiàn)；致謝等。3.建議假期先完善論文內(nèi)容，再參看模板設(shè)置好論文的格式。目錄2.1傳感器的定義及組成傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成

3、為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，組成框圖見(jiàn)圖2.1。 圖2.1傳感器組成框圖2.2傳感器的功能 常將傳感器的功能與人類5大感覺(jué)器官相比擬： 光敏傳感器視覺(jué)、聲敏傳感器聽(tīng)覺(jué)、氣敏傳感器嗅覺(jué)、化學(xué)傳感器味覺(jué)、壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺(jué) 敏感元件的分類： 物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。 化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。 生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。 通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、

4、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。 2.3傳感器的分類 常用的分類方法有以下兩種。1.按被測(cè)量分類?？煞譃槲灰?，力，力矩，轉(zhuǎn)速，振動(dòng)，加速度，溫度，壓力，流速和流量等傳感器。2.按測(cè)量原理分類?？煞譃殡娮?，電容，電感，光柵，熱電偶，超聲波，激光，紅外和光導(dǎo)纖維傳感器。 3.1數(shù)控機(jī)床對(duì)傳感器的要求（1）可靠性高和抗干擾性強(qiáng)；（2）滿足精度和速度的要求；（3）使用維護(hù)方便，適合機(jī)床運(yùn)行環(huán)境；（4）成本低。3.2接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用及原理 3.2.1接近開(kāi)關(guān)的定義及電氣符號(hào) 在各類傳感器中，有一種對(duì)接近它物件有“感知”能力的元件位移傳感器。這類

5、傳感器不需要接觸到被檢測(cè)物體，當(dāng)有物體移向位移傳感器，并接近到一定距離時(shí)，位移傳感器就有“感知”，通常把這個(gè)距離叫“檢出距離”。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性制作的開(kāi)關(guān)，就是接近開(kāi)關(guān)。 在電路中，接近、光電、磁感應(yīng)開(kāi)關(guān)的圖形符號(hào)和字母符號(hào)常見(jiàn)這樣表示圖3.1接近開(kāi)關(guān)的符號(hào)紅（棕）線接電源正端；藍(lán)線接電源0V端；黃（黑）線為信號(hào)，應(yīng)接負(fù)載。而負(fù)載的另一端是這樣接的：對(duì)于NPN型接近開(kāi)關(guān)，應(yīng)接到電源正端；對(duì)于PNP型接近開(kāi)關(guān)，則應(yīng)接到電源0V端。3.2.2接近開(kāi)關(guān)的工作原理1、電感式接近開(kāi)關(guān)工作原理 電感式傳感器由三大部分組成：振蕩器、開(kāi)關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。

6、當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng)，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的。 圖3.2接近開(kāi)關(guān)原理框圖 2 、電容式接近開(kāi)關(guān)的工作原理 電容式接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很象“打開(kāi)的”電容器電極，該兩個(gè)電極構(gòu)成個(gè)電容，串接在RC振蕩回路內(nèi)。 電源接通時(shí)，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一目標(biāo)朝著電容器的電靠近時(shí)，電容器的容量增加，振蕩器開(kāi)始振蕩。通過(guò)后級(jí)電路的處理，將振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而起到了檢測(cè)有無(wú)物體存在的目的。該傳

7、感器能檢測(cè)金屬物體，也能檢測(cè)非金屬物體，對(duì)金屬物體可以獲得最大的動(dòng)作距離，對(duì)非金屬物體動(dòng)作距離決定于材料的介電常數(shù)，材料的介電常數(shù)越大，可獲得的動(dòng)作距離越大。  3 、霍爾開(kāi)關(guān)的工作原理 磁式開(kāi)關(guān)是接近開(kāi)關(guān)，它（甚至透過(guò)非黑色金屬）響應(yīng)于一個(gè)永久的磁場(chǎng)。作用距離大于電感接近開(kāi)關(guān)。響應(yīng)曲線與永久磁場(chǎng)的方向有關(guān)。 當(dāng)一個(gè)目標(biāo)（永久磁鐵或外部磁場(chǎng)）接近時(shí)，線圈鐵芯的導(dǎo)磁性（線圈的電感量L是由它決定的）變小，線圈的電感量也減小，Q值增加。激勵(lì)振蕩器振蕩，并使振蕩電流增加。 當(dāng)一個(gè)磁性目標(biāo)靠近時(shí)，磁式傳感器的電流消耗隨之增加。 優(yōu)點(diǎn)：-傳感器可

8、以安裝在金屬中 3.2.3接近開(kāi)關(guān)的應(yīng)用接近開(kāi)關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)的開(kāi)關(guān)，它無(wú)需和物體直接接觸。接近開(kāi)關(guān)有很多種類，主要有自感式、差動(dòng)變壓器式、電渦流式、電容式、干簧管、霍爾式等。下面是常用的幾種傳感器如圖3.2.1霍爾式接近開(kāi)關(guān)電渦流式接近開(kāi)關(guān)電容式接近開(kāi)關(guān)圖3.2.1三種常見(jiàn)的接近開(kāi)關(guān) 接近開(kāi)關(guān)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用主要是刀架選刀控制、工作臺(tái)行程控制、油缸及汽缸活塞行程控制等。3.3壓力傳感器的應(yīng)用及原理 3.3.1壓力傳感器的定義及電氣符號(hào)壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的傳感器。在電路中，常見(jiàn)的壓力傳感器的圖形符號(hào)和字母符號(hào)通常這樣表示圖3.3壓力傳感器

9、的符號(hào)3.3.2壓力傳感器的原理根據(jù)工作原理，可分為壓電式傳感器、壓阻式傳感器和電容式傳感器。它是檢測(cè)氣體、液體、固體等所有物質(zhì)間作用力能量的總稱，也包括測(cè)量高于大氣壓的壓力計(jì)以及測(cè)量低于大氣壓的真空計(jì)。電容式壓力傳感器的電容量是由電極面積和兩個(gè)電極間的距離決定，因靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點(diǎn)近來(lái)得到了迅速發(fā)展。3.3.3壓力傳感器的應(yīng)用在氣、油壓系統(tǒng)中 ，壓力傳感器的用處非常多，比如風(fēng)壓，液壓、氣壓都要滿足機(jī)床的要求，機(jī)床才能運(yùn)行，進(jìn)口風(fēng)壓不能低于6Mpa。數(shù)控機(jī)床都是要依靠風(fēng)壓進(jìn)行動(dòng)作的，比如刀庫(kù)門及主軸的松刀夾刀等，當(dāng)風(fēng)壓低于系統(tǒng)要求的壓力值時(shí)是很危險(xiǎn)的，拉刀不到位，安全門沒(méi)

10、有關(guān)嚴(yán)是會(huì)造成產(chǎn)品報(bào)廢和技安事故的那么這時(shí)壓力開(kāi)關(guān)報(bào)警，并在屏幕上顯示，提示操作者檢修風(fēng)壓。 液、氣壓傳感器在數(shù)控機(jī)床中常用來(lái)完成如下的輔助功能： 自動(dòng)換刀所需動(dòng)作； 數(shù)控機(jī)床中運(yùn)動(dòng)部件的平衡； 數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的制動(dòng)、離合器的控制、齒輪撥叉掛擋的實(shí)現(xiàn)等； 數(shù)控機(jī)床防護(hù)罩、板、門的自動(dòng)打開(kāi)與關(guān)閉； 工作臺(tái)的松開(kāi)與夾緊，交換臺(tái)的自動(dòng)交換動(dòng)作； 夾具的自動(dòng)松開(kāi)與夾緊； 定位面的自動(dòng)吹屑清理等。3.4溫度傳感器3.4.1溫度傳感器的定義及電氣符號(hào)溫度傳感器是一種將溫度高低轉(zhuǎn)變成電阻值大小或其它電信號(hào)的一種裝置。常見(jiàn)的有以鉑、銅為主的熱電阻傳感器、以半導(dǎo)體材料為主的熱敏電阻傳感器和熱電偶傳感器等。在數(shù)

11、控機(jī)床上，溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償或過(guò)熱保護(hù)。圖3.4熱電偶的原理圖圖3.4.1小型K型熱電偶 3.4.2溫度傳感器的原理溫度是一個(gè)基本的物理量,自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā),應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場(chǎng)份額大大超過(guò)了其他的傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下,相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。溫度傳感器有四種主要類型:熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。 1、接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸,又稱溫度計(jì)。溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱

12、平衡,從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi),溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差,常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。 2、非接觸式溫度傳感器的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸,又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對(duì)象的表面溫度,也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。 非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn):測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制,因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。對(duì)于1800以上的高溫,主要采用非接觸測(cè)溫方法。

13、隨著紅外技術(shù)的發(fā)展,輻射測(cè)溫逐漸由可見(jiàn)光向紅外線擴(kuò)展,700以下直至常溫都已采用,且分辨率很高。 3.4.3溫度傳感器的應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)中，溫度傳感器主要對(duì)機(jī)床實(shí)行溫度的監(jiān)視及控制。 在一些較高檔的數(shù)控機(jī)床上一般采用專門的電控箱冷氣機(jī)進(jìn)行電控系統(tǒng)的溫濕度調(diào)節(jié)。 數(shù)控機(jī)床的主軸部件及傳動(dòng)裝置通常設(shè)有工作溫度控制裝置。在加工過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)部件的移動(dòng)、切削等都會(huì)產(chǎn)生熱量，且溫度分布不均勻，造成溫差，使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生熱變形，影響零件加工精度，為了避免溫度產(chǎn)生的影響，可在數(shù)控機(jī)床上某些部位裝設(shè)溫度傳感器，感受溫度信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送給數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行溫度補(bǔ)償。3.4.2溫度傳感 此外，溫度

14、傳感器可以埋設(shè)在電動(dòng)機(jī)等需要過(guò)熱保護(hù)的地方，過(guò)熱時(shí)通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)熱報(bào)警。產(chǎn)品簡(jiǎn)介溫度傳感器從17世紀(jì)初人們開(kāi)始利用溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開(kāi)發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。溫度傳感器是五花八門的各種傳感器中最為常用的一種，現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為人們的生活提供了無(wú)數(shù)的便利和功能。溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD）和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩

15、種類型。主要分類接觸式接觸式溫度傳感器的檢測(cè)部分與被測(cè)對(duì)象有良好的接觸，又稱溫度計(jì)。溫度計(jì)通過(guò)傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測(cè)對(duì)象的溫度。一般測(cè)量精度較高。在一定的測(cè)溫范圍內(nèi)，溫度計(jì)也可測(cè)量物體內(nèi)部的溫度分布。但對(duì)于運(yùn)動(dòng)體、小目標(biāo)或熱容量很小的對(duì)象則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在國(guó)防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究，測(cè)量120K以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了

16、發(fā)展，如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉取５蜏販囟扔?jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件，可用于測(cè)量1.6300K范圍內(nèi)的溫度。非接觸式它的敏感元件與被測(cè)對(duì)象互不接觸，又稱非接觸式測(cè)溫儀表。這種儀表可用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變）對(duì)象的表面溫度，也可用于測(cè)量溫度場(chǎng)的溫度分布。最常用的非接觸式測(cè)溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測(cè)溫儀表。輻射測(cè)溫法包括亮度法（見(jiàn)光學(xué)高溫計(jì)）、輻射法（見(jiàn)輻射高溫計(jì)）和比色法（見(jiàn)比色溫度計(jì)）

17、。各類輻射測(cè)溫方法只能測(cè)出對(duì)應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對(duì)黑體（吸收全部輻射并不反射光的物體）所測(cè)溫度才是真實(shí)溫度。如欲測(cè)定物體的真實(shí)溫度，則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長(zhǎng)，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測(cè)量。在自動(dòng)化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測(cè)溫法來(lái)測(cè)量或控制某些物體的表面溫度，如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測(cè)量是相當(dāng)困難的。對(duì)于固體表面溫度自動(dòng)測(cè)量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測(cè)表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測(cè)表面的有效輻射和

18、有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過(guò)儀表對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，最終可得到被測(cè)表面的真實(shí)溫度。最為典型的附加反射鏡是半球反射鏡。球中心附近被測(cè)表面的漫射輻射能受半球鏡反射回到表面而形成附加輻射，從而提高有效發(fā)射系數(shù)式中為材料表面發(fā)射率，為反射鏡的反射率。至于氣體和液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測(cè)量，則可以用插入耐熱材料管至一定深度以形成黑體空腔的方法。通過(guò)計(jì)算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動(dòng)測(cè)量和控制中就可以用此值對(duì)所測(cè)腔底溫度（即介質(zhì)溫度）進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。非接觸測(cè)溫優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量上限不受感溫元件耐溫程度的限制，因而對(duì)最高可測(cè)溫度原則上沒(méi)有限制。對(duì)于1800以上的高溫，主要采用非接觸測(cè)溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，輻射測(cè)溫 逐漸由可見(jiàn)光向紅外線擴(kuò)展，700以下直至常溫都已采用，且分辨率很高。工作原理金屬膨脹原理設(shè)計(jì)的傳感器金屬在環(huán)境溫度變化后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的延伸，因此傳感器可以以不同方