第五章物位傳感器

1、1 Technology & Application of Sensor機械工業(yè)出版社傳感器技術及其應用2 * 第5章 物位傳感器3 5.1 物位傳感器概述5.2 磁性物體位置檢測傳感器5.3 金屬物體位置的檢測傳感器5.4 一般物體位置的檢測傳感器5.5 綜合應用技能實訓第第5章章 物位傳感器物位傳感器4 51 物位傳感器概述物位傳感器概述 物體的位置簡稱物位，物位包括料位和液位。物位檢測主要對運動部件進行檢測、定位或判斷是否有工件存在，因此，控制、檢測器件只需用開關形式判斷。目前，物位檢測主要是使用各種接近開關。 接近開關實質上是一種開關型位置傳感器，它是利用位置傳感器對接近物體的

2、敏感特性，控制開關通、斷的一種裝置。根據被檢測物體的特性不同，依據不同的原理和工藝做成了各種類型的接近開關。5 開關類傳感器按照工作原理分類表6 開關類傳感器按照工作原理分類表7 開關類傳感器主要接線示意圖8 開關類傳感器主要接線示意圖9 傳感器與三菱FX2NPLC連接示意圖（a）與兩線制傳感器連接 （b）與三線制傳感器連接傳感器與松下FP系列PLC連接示意圖（a）與兩線制傳感器連接 （b）與三線制傳感器連接10 金屬或半導體薄片置于磁感應強度為金屬或半導體薄片置于磁感應強度為B 的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流的磁場中，磁場方向垂直于薄片，當有電流I 流過薄片時，在垂流過薄片時，在垂直

3、于電流和磁場的方向上將產生電動勢直于電流和磁場的方向上將產生電動勢EH，這種現象稱為霍爾效應。該電動勢稱為霍爾電動勢。，這種現象稱為霍爾效應。該電動勢稱為霍爾電動勢。磁感應強度磁感應強度B為零時的情況為零時的情況5.2 磁性物體位置檢測傳感器磁性物體位置檢測傳感器521霍爾接近開關霍爾接近開關11 磁感應強度磁感應強度B 較大時較大時磁感應強度磁感應強度B不為零時的情況不為零時的情況 作用在半導體薄片上的磁場強度作用在半導體薄片上的磁場強度B越強，霍爾電勢也就越高?；魻栯妱菰綇姡魻栯妱菀簿驮礁摺；魻栯妱軪H可用可用下式表示：下式表示： EH=KH IB12 霍爾效應動畫演示霍爾效應動畫演示

4、當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，當磁場垂直于薄片時，電子受到洛侖茲力的作用，向向d側偏移，在半導體薄片側偏移，在半導體薄片c、d方向的端面之間建立起霍爾電勢。方向的端面之間建立起霍爾電勢。dc13 開關型霍爾集成電路的外形及內部電路開關型霍爾集成電路的外形及內部電路OCOC門門施密特觸發(fā)電路施密特觸發(fā)電路雙端輸入、單端輸出運雙端輸入、單端輸出運放放霍爾霍爾元件元件. .VccVcc14 開關型霍爾集成電路（開關型霍爾集成電路（OCOC門輸出）的接線門輸出）的接線請按以下電路，將下一頁中的有關元件連接起來。請按以下電路，將下一頁中的有關元件連接起來。15 開關型霍爾集成電路的史密特輸

5、出特性開關型霍爾集成電路的史密特輸出特性 回差越大，抗振動干擾能回差越大，抗振動干擾能力就越強。力就越強。 當磁鐵從遠到近地接近霍爾當磁鐵從遠到近地接近霍爾ICIC，到多少特斯拉時輸出翻轉？當磁鐵從近到遠地遠離霍爾，到多少特斯拉時輸出翻轉？當磁鐵從近到遠地遠離霍爾ICIC，到多少特斯，到多少特斯拉時輸出再次翻轉？回差為多少特斯拉？相當于多少高斯（拉時輸出再次翻轉？回差為多少特斯拉？相當于多少高斯（GsGs）？）？ 16 2.2.霍爾接近開關霍爾接近開關 的應用的應用 當磁鐵的有效磁極接近、并達到動作當磁鐵的有效磁極接近、并達到動作距離時，霍爾式接近開關動作?；魻柦咏嚯x時，霍爾式接近開關動作。

6、霍爾接近開關一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。開關一般還配一塊釹鐵硼磁鐵。17 霍爾式接近開關應用于限位霍爾式接近開關應用于限位 用霍爾用霍爾ICIC只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需只能用于鐵磁材料的檢測，并且還需要建立一個較強的閉合磁場。要建立一個較強的閉合磁場。 當磁鐵隨運動部件移動到距霍爾當磁鐵隨運動部件移動到距霍爾接近開關幾毫米時，霍爾接近開關幾毫米時，霍爾ICIC的輸出由高的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑估^電器吸合或釋放，電平變?yōu)榈碗娖剑估^電器吸合或釋放，控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍控制運動部件停止移動（否則將撞壞霍爾爾ICIC），起限位的作用。），起限位的作用。 18 霍爾式接近開關應用

7、于轉速測量演示霍爾式接近開關應用于轉速測量演示n= = 6060f4(r/min)軟鐵分流翼片軟鐵分流翼片 開關型霍爾開關型霍爾IC IC T T19 522干簧管接近開關干簧管接近開關 1.干簧管接近開關的工作原理 由恒磁鐵或線圈產生的磁場施加于干簧管開關上，使干簧管的兩個磁簧磁化，兩個磁簧分別在兩觸點位置生成N、S極。若生成的磁場吸引力克服了磁簧彈性所產生的阻力，磁簧將被吸引力作用接觸導通，即電路閉合。一旦磁場力消失，電路斷開。干簧管接近開關結構圖 20 2.干簧管接近開關的應用帶有磁環(huán)的氣缸 利用氣缸組成的簡易機械手21 53金屬物體位置的檢測傳感器金屬物體位置的檢測傳感器 531電感接

8、近開關（電渦流接近開關）的工作原理 如果通過金屬導體中的磁通發(fā)生變化，就會在閉合的導體內產生感應電流。這種電流的流線在金屬體內是自行閉合，通常稱之為渦流，這種現象稱為電渦流效應。電渦流的產生，必然要消耗一部分磁場能量，從而使產生磁場的線圈阻抗發(fā)生變化。原理如下圖。22 電渦流接近開關的工作框圖 電感接近開關具有體積小、重復定位準確、使用壽命長，抗干擾性能好、防塵、防水、防油、耐振動等特點，廣泛應用于各種機電一體化裝置中，一般用于近距離的導電性能良好的金屬物體的檢測。23 532電感接近開關的應用24 54一般物體位置的檢測傳感器一般物體位置的檢測傳感器 541電容接近開關電容接近開關 電容接近

9、開關主要用于定位或開關報警控制等場合。它的特點是無抖動、無觸點、非接觸監(jiān)測、體積小、功耗低、壽命長、檢測物質范圍廣、抗干擾能力強、耐腐蝕性能好等。 與電感接近開關、霍爾接近開關相比，電容接近開關檢測距離遠，而且靜電電容接近開關還可以檢測金屬、塑料、木材等物質的位置。檢測紙包裝內有無牛奶 液位的檢測25 542光電開關光電開關對射式光電開關原理 直接反射式光電開關原理 會聚型反射式光電開關原理圖 反射板型反射式光電開關原理圖26 鏡面抑制反射式光電開關原理27 生產線中厚紙箱檢 啤酒生產線中檢測酒瓶的有無 生產線中產品的計數 紡織行業(yè)梳棉機中斷條的檢測28 543超聲波開關超聲波開關 頻率高于2

10、0KHz的聲波稱為超聲波，超聲波是一種機械波，它方向性好，穿透力強，遇到雜質或分界面會產生顯著的反射。利用這一性質，超聲波可以實現液位、流量、溫度、黏度、厚度、距離以及探傷等諸多參數的測量。 超聲波換能器的內部結構29 超聲波傳感器測液位 超聲波傳感器測距離30 5.5綜合應用技能實訓綜合應用技能實訓 5.51 干簧管式水位控制裝置干簧管式水位控制裝置 1項目描述 干簧管式自動水位控制裝置由干簧管作為主要控制元件，具有結構簡單，安裝維修方便，動作準確可靠，不受水位波動影響等特點，適用于工礦企業(yè)、民用建筑、科技研究領域中的水塔、水箱、水池等的水（液）位自動控制或報警。 2項目要求 該控制裝置垂直

11、定裝于水塔、水箱、水池等開口容器內，浮球隨水位變化而上、下升降，干簧管受到磁場的作用，發(fā)出低水位或高水位信號，并作用于水位報警裝置。 自行查找項目電路中關鍵器件（干簧管）的特性和應用電路。 完成項目電路設計、制作、調試及必要的技術文檔。31 干簧管式水位傳感器原理結構32 干簧管式水位控制裝置電路33 552霍爾式曲軸位置傳感器的測試霍爾式曲軸位置傳感器的測試 1.霍爾式曲軸位置傳感器的結構及原理 曲軸位置傳感器工作示意圖34 曲軸位置傳感器的信號特性35 當發(fā)動機的曲軸位置傳感器發(fā)生故障時，檢測方法如下。 萬用表檢測（見圖5-36 ） 信號線：插好連接器，啟動發(fā)動機，測量2腳與1腳間的電壓，

12、應約為3V。 搭鐵線：拔下連接器，點火開關OFF，測量插頭1腳與搭鐵間的電阻，應為0。 電源線：拔下連接器，點火開關ON，測量插頭3腳與搭鐵間的電壓，應為5V。 霍爾式曲軸位置傳感器的連接電路36 霍爾式曲軸位置傳感器標準波形37 553飲料包裝中液位的自動檢測飲料包裝中液位的自動檢測 1.項目描述 目前，飲料包裝中的液位檢測方法主要有射線、紅外線、光學、紅外熱成像以及聲波等，但這些方法都有一定的缺陷。利用電容式傳感器進行液位測量的基本原理，可以設計出一套測量精度高、速度快、造價低、維護容易的液位檢測裝置，而且這個設備對被測對象沒有過多要求，對人體沒有傷害。 2.項目要求 利用變介電常數式電容傳感器實現液位檢測。完成檢測系統(tǒng)軟硬件設計及實訓報告。飲料包裝中液位檢測電路原理38 高頻振蕩源電路檢測電路圖檢測系統(tǒng)框圖39 5.5.4煤倉煤位的自動監(jiān)控煤倉煤位的自動監(jiān)控 1.項目描述 自動配煤能否順利實現，還要依賴于現場設備（特別是煤倉煤位的檢測）的準確可靠。煤倉煤位的自動監(jiān)控主要是利用傳感器測量倉庫中煤的高度控制運輸傳動裝置的啟停，進而控制煤的高度。超聲波傳感器是一種非接觸測量的傳感器