工人培訓(xùn)第七章自動(dòng)控制元件的應(yīng)用1ppt課件

1、中級(jí)電工培訓(xùn)目錄常用傳感器P3軟啟動(dòng)器P70交流變頻器P122三菱E700變頻器P170光電編碼器P200第七章 自動(dòng)控制元件的運(yùn)用 常用傳感器壓力磁位置溫度氣體光聲音濕度 傳感器 轉(zhuǎn)換電壓電流 傳感器定義 傳感器是指能感受并呼應(yīng)被測(cè)物理量，并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成為可供丈量的輸出信號(hào)的器件或安裝。 傳感器的組成，并無嚴(yán)厲的規(guī)定。普通說來，可以把傳感器看作由敏感元件(熱敏元件、磁敏元件、 光敏元件等)和變換元件兩部分組成。電量敏感元件變換元件非電量傳感器 敏感元件指能直接感受或呼應(yīng)被丈量的部分; 轉(zhuǎn)換元件指將敏感元件感受或呼應(yīng)的被丈量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或丈量的電信號(hào)部分。 傳感器的輸出信號(hào)普通都

2、很微弱, 需求有信號(hào)調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路對(duì)其進(jìn)展放大、運(yùn)算等。有的調(diào)整與轉(zhuǎn)換電路與敏感元件集成在同一芯片上。 此外，傳感器任務(wù)必需有輔助的電源。 傳感器的分類 傳感器技術(shù)是一門知識(shí)密集型技術(shù),它與許多學(xué)科有關(guān)。其種類繁多,有多種分類方法。一、按檢測(cè)功能分類： 溫度、光敏、壓力、磁敏、聲音、濕度、氣體等傳感器；二、按任務(wù)原理分類： 壓電式、光電式、吸附式、壓阻式、熱點(diǎn)式等傳感器；三、按制造資料分類： 金屬、聚合物、半導(dǎo)體、陶瓷、混合物等傳感器；四、按制造工藝分類： 集成、薄膜、厚膜等傳感器。 傳感器的選用 傳感器的種類繁多,一樣的物理量可用不同任務(wù)原理的傳感器，運(yùn)用時(shí)普通思索如下：一、被丈量類型 丈量

3、目的、丈量范圍、丈量精度、丈量時(shí)間等；二、任務(wù)環(huán)境 環(huán)境溫度、環(huán)境噪聲、傳送間隔等；三、傳感器性能 本錢、線性度、穩(wěn)定性、呼應(yīng)時(shí)間、輸出方式等。 溫度傳感器溫度傳感器接觸式非接觸式熱電阻熱敏電阻：NTC、PTC、CTR： -200300oC熱電偶輻射式溫度計(jì)量子溫敏傳感器銅熱電阻 -50200oC鉑熱電阻 -180600oC鎳熱電阻 -50100oCK型：01000oCR型：2001400oCJ型： 0600oCE型：- 200700oC半導(dǎo)體溫度傳感器：-100220oC集成溫度傳感器：-55150oC 1.熱敏電阻 半導(dǎo)體熱敏電阻按半導(dǎo)體電阻隨溫度變化的典型特性分為三種類型: 負(fù)溫度系數(shù)熱

4、敏電阻NTC 正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC 臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR:在某一特性溫度下電阻值會(huì)發(fā)生突變的。 CTR主要用作溫度開關(guān)，在溫度丈量中,那么主要采用NTC。三種類型熱敏電阻的典型特性 Rt、R0 分別為TK和T0K時(shí)的熱敏電阻值； B 熱敏電阻的資料常數(shù)，其值主要取決于熱敏電阻的資料。普通情況下，B=20006000K，可經(jīng)過查閱產(chǎn)品資料獲得，在高溫下運(yùn)用時(shí)， B值將增大；T 被測(cè)溫度K。NTC熱敏電阻的電阻值與溫度的關(guān)系為： 熱敏電阻特性曲線及參數(shù) 熱敏電阻的常見外型及符號(hào) 熱敏電阻根本運(yùn)用電路根本測(cè)溫電路 溫差丈量電路 熱敏電阻和 555構(gòu)成雙限溫度控制器 555芯片資料 通常采用

5、的熱電阻有鉑、銅和鎳。由于鉑具有很好的穩(wěn)定性和丈量精度，故人們主要把它用于高精度的溫度丈量和規(guī)范測(cè)溫安裝。 多數(shù)熱電阻隨溫度而變化的關(guān)系可由下式表示： Rt=R01+(t-t0) Rt, R0 分別為熱電阻在t 和t0 時(shí)的電阻值； 熱電阻的電阻溫度系數(shù)1； t 被測(cè)溫度。 2.熱電阻(RTD) 常用的鉑電阻有Pt50、Pt100、Pt300、 Pt1000 等，下標(biāo)表示鉑電阻在0 時(shí)的阻值。 鉑電阻鉑電阻與溫度的關(guān)系在0630.74 以內(nèi)為Rt =R0(1+At+Bt2) -1900 以內(nèi)為 Rt =R01+At+Bt2+C(t-100)t3 Rt 溫度為t時(shí)的電阻值； R0 溫度為0 時(shí)的

6、電阻值； t 恣意溫度值；A，B，C 分度系數(shù)，手冊(cè)查找。(如 Pt1000分度常數(shù)：A0.0038623728, B-0.00000065314932626) 鉑電阻測(cè)溫電路 3.熱電偶 兩種不同的金屬A與B構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路將產(chǎn)生電勢(shì)，該電勢(shì)的方向和大小取決于兩導(dǎo)體的資料及兩接點(diǎn)之間的溫度差，而與導(dǎo)體的粗細(xì)、長短無關(guān)。這種景象稱為熱電效應(yīng)，組成的丈量傳感器稱為熱電偶。 任務(wù)端或熱端T，丈量時(shí)將它置于被測(cè)溫度場(chǎng)中；自在端或冷端T0,普通要求恒定在某一溫度。鎧裝 雖說許多金屬相互結(jié)合都會(huì)產(chǎn)生熱電效應(yīng),但是能做成適于測(cè)溫的適用熱電偶者為數(shù)不多。目前常用的熱電偶有鉑鉑銠、鎳鉻鎳

7、硅、鎳鉻康銅等。按測(cè)溫范圍又分為K、E、J、T、B、R、S等型。熱電偶能直接進(jìn)展溫度-電勢(shì)轉(zhuǎn)換,而且體積小、測(cè)溫范圍廣。熱電偶的構(gòu)造除普通型外,還有具有維護(hù)外套的所謂鎧裝(也有叫纜式)熱電偶、薄膜熱電偶等。 熱電偶類型K、J、E、T型相對(duì)冷端0的溫差電勢(shì)K型熱電偶電路舉例 4.集成溫度傳感器AD590AD590(I、J、K、L、M)有如下特點(diǎn)： 線性電流輸出：Io/T= 1 AK 任務(wù)溫度范圍：-55155 兩端器件：電壓輸入，電流輸出 激光微調(diào)使定標(biāo)精度達(dá)0.3 (AD590M) 整個(gè)任務(wù)溫度范圍內(nèi)非線性誤差小于0.5AD590M 任務(wù)電壓范圍：430 V 器件本身與外殼絕緣 在25時(shí)調(diào)整電

8、位器使Vo為298.2mV;或0 時(shí)調(diào)整電位器使Vo為273.2mV；利用這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，很容易把傳感器的電流輸出變換為方便的電壓輸出。由于AD590內(nèi)阻極高，所以適宜遠(yuǎn)間隔丈量，可采用普通雙絞線。AD590 根本運(yùn)用電路AD590遠(yuǎn)間隔溫度檢測(cè)電路其他常用的集成溫度傳感器AD2210/22105、 AN6071、DS1620/1621/1820/1821LM34/35/50/56/60/65/66/75/78 LM/235/335TC622/623/624TMP03/04/12/35/36/37量測(cè)范圍價(jià)格系統(tǒng)成本穩(wěn)定性線性度最適使用范圍鉑電阻Pt-RTD-200650C較高中等高高量測(cè)

9、范圍廣且精確度需求高之應(yīng)用熱電偶Thermocouple-270 1600C中等較高低中等高溫量測(cè)、工業(yè)應(yīng)用熱敏電阻Thermistor-80200C低中等中等低量測(cè)范圍窄或單點(diǎn)溫度PN結(jié)溫敏-50150C低低中等較好量測(cè)范圍窄集成溫度傳感-55150C低較低較好較好量測(cè)范圍窄、多點(diǎn)測(cè)量各類溫度傳感器比較PN結(jié)正向壓降隨溫度的升高而減小溫度升高1C結(jié)壓降約減小2mV 二、光敏傳感器 光敏傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的傳感器件，廣泛運(yùn)用于自動(dòng)控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、檢測(cè)、平安報(bào)警等電路中。檢測(cè)的光源為可見光和不可見光紫外、近紅外等。主要類型：光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、集成光敏傳感器、CCD、光纖

10、傳感器、太陽能電池等。 1.光敏電阻 光敏電阻在未遭到光照射時(shí)的阻值稱為暗電阻，此時(shí)流過的電流稱為暗電流。光敏電阻遭到光照射時(shí)的電阻稱為亮電阻，此時(shí)電流稱為亮電流。亮電流與暗電流之差稱為光電流。普通暗電阻越大，亮電阻越小，靈敏度越高。 光敏電阻的暗電阻的阻值普通在兆歐數(shù)量級(jí)，亮電阻在幾千歐以下。暗電阻與亮電阻之比普通在102106之間。 光敏電阻特性光敏電阻伏安特性曲線光敏電阻的光照特性曲線 幾種常用光敏電阻資料的光譜特性曲線 光敏電阻根本運(yùn)用電路 適中選取R1的阻值，處于暗環(huán)境時(shí)，光敏電阻阻值較大，VT截止，輸出為零；當(dāng)光照時(shí)，光敏電阻阻值迅速減小，VT飽和導(dǎo)通，輸出為高電平。 2.光敏二極

11、管、三極管光敏二極管、三極管根本運(yùn)用電路 光電耦合器件是由發(fā)光元件(如發(fā)光二極管)和光電接納元件合并運(yùn)用，以光作為媒介傳送信號(hào)的光電器件。根據(jù)其構(gòu)造和用途不同，它又可分為用于實(shí)現(xiàn)電隔離的光電耦合器和用于檢測(cè)有無物體的光電開關(guān)。 3.光電耦合器件光電耦合器組合方式 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)化、信號(hào)隔離的光電耦合器，發(fā)光器件采用砷化鎵發(fā)光二極管，隨正向電壓的增大，正向電流添加，產(chǎn)生的光通量也添加。光電接納元件可以是光敏二極管、光敏三極管或達(dá)林頓光敏管。為保證較高的靈敏度，應(yīng)使發(fā)光元件和接納元件的波長匹配。 1) 光耦隔離器TLP521 輸出電流約20mATLP113 輸出電流約150mA 光耦隔離器根本運(yùn)用電路

12、12V-5V反相隔離電平轉(zhuǎn)換CON低，OUTPUT高5V-12V同相隔離電平轉(zhuǎn)換CON低，OUTPUT低 光耦隔離器運(yùn)用電路 強(qiáng)弱電隔離電子開關(guān) 輸入高，電燈亮 光耦隔離器運(yùn)用電路 光電開關(guān)是一種利用感光元件對(duì)變化的入射光加以接納，并進(jìn)展光電轉(zhuǎn)換，同時(shí)加以某種方式的放大和控制，從而獲得最終的控制輸出“開、 “關(guān)信號(hào)的器件。 2)光電開關(guān) 光電開關(guān)外型 光電開關(guān)根本電路 光電開關(guān)運(yùn)用電路舉例 插卡式電源開關(guān)轉(zhuǎn)速丈量 三、磁敏傳感器 磁敏傳感器是利用導(dǎo)體、半導(dǎo)體的磁電效應(yīng)制成的，能把磁場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。磁敏傳感器主要的作用是檢測(cè)磁場(chǎng)信號(hào)，最大優(yōu)點(diǎn)是非接觸檢測(cè)。根據(jù)資料不同主要有：磁敏電阻

13、、磁敏晶體管、霍爾傳感器、干簧管等。廣泛運(yùn)用于自動(dòng)控制速度、位移、轉(zhuǎn)速等，電磁丈量高斯計(jì)、電流檢測(cè)等、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。 1.干簧管 干簧管是最簡(jiǎn)單的磁控機(jī)械開關(guān)，由帶磁性和不帶磁性的兩個(gè)觸點(diǎn)構(gòu)成，在沒有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，這兩個(gè)觸點(diǎn)是斷開常開型或接通常閉型。在外加磁場(chǎng)作用下閉合或斷開。常運(yùn)用于簡(jiǎn)易報(bào)警、保溫、照明電路。 2.霍爾傳感器 置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí)，載流導(dǎo)體兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種景象稱霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)。根據(jù)霍爾效應(yīng)制造的傳感器稱為霍爾傳感器。 霍爾傳感器具有體積小、輸出動(dòng)態(tài)范圍寬、頻響范圍寬、可靠性高、無接觸檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于自動(dòng)控制

14、、無接觸檢測(cè)中。式中KH=RH/d稱為霍爾片的靈敏度，霍爾電勢(shì)正比于鼓勵(lì)電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度，其靈敏度與霍爾系數(shù)RH成正比而與霍爾片厚度d成反比。為了提高靈敏度，霍爾元件常制成薄片外形。 霍爾電動(dòng)勢(shì)表達(dá)式為： 霍爾傳感器外型和符號(hào) 霍爾傳感器特性曲線 開關(guān)型霍爾傳感器特性曲線 A44E集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器A、硅霍爾片B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個(gè)根本部分組成。 幾種霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的構(gòu)造霍爾式測(cè)速電路四、壓力和振動(dòng)傳感器 某些電介質(zhì)石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化景象，同時(shí)在它的兩個(gè)外表上便產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷，當(dāng)外力去掉后，又重新恢

15、復(fù)到不帶電形狀。這種景象稱壓電效應(yīng)。壓力和振動(dòng)傳感器就是利用壓電效應(yīng)制造的，在氣壓、液壓監(jiān)測(cè)、加速度、電子稱重、報(bào)警等方面有著廣泛運(yùn)用。1.集成壓力傳感器MPX103V集成壓力傳感器采樣電路集成壓力傳感器MPX57005V五、氣敏傳感器 電阻式半導(dǎo)體氣敏元件是利用半導(dǎo)體接觸到氣體時(shí)其阻值的改動(dòng)來檢測(cè)氣體的濃度；非電阻式半導(dǎo)體氣敏元件那么是根據(jù)氣體的吸附和反響,使電流或電壓發(fā)生變化,來對(duì)氣體進(jìn)展直接或間接的檢測(cè)。氣敏傳感器的整體構(gòu)造氣敏傳感器的構(gòu)造與外型氣敏傳感器MQ3符號(hào)氣敏傳感器TGS2602六、濕敏傳感器 金屬氧化物陶瓷構(gòu)成的濕敏傳感器有離子型和電子型兩類。離子型濕敏元件,由絕緣資料制成的多孔陶瓷元件由于水分子在微孔中的物理吸附作用毛細(xì)凝聚作用,在潮濕氣氛中呈現(xiàn)出H+離子,使元件的電導(dǎo)率添加。電子型濕敏元件是利用分子在氧化物外表上的化學(xué)吸附導(dǎo)致元件電導(dǎo)率改動(dòng)的原理制成的。符號(hào)一種氧化鋯-氧化鎂陶瓷濕敏傳感器陶瓷濕敏傳感器高分子聚合膜電容式濕敏元件電容式濕敏元件七、話筒及超聲波傳感器 機(jī)械