傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用

PAGE畢業(yè)論文傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用于化龍西北電力學(xué)校傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用摘要在工業(yè)生產(chǎn)和試驗(yàn)過程中，經(jīng)常會遇到各種轉(zhuǎn)速的測量和控制問題。多數(shù)情況下可以通過電磁或光電等方法,將轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率測量。測量頻率的方法有很多，不同的方法各有不同的適用范圍.近年來隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,工業(yè)測控設(shè)備不斷更新，頻率測量的方法和設(shè)備也有新的進(jìn)展.在實(shí)際應(yīng)用中,選擇不同的技術(shù)設(shè)計方案，效果可能相差甚遠(yuǎn)。本文以普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速測量為例,利用霍爾傳感器作為轉(zhuǎn)速檢測元件,并利用設(shè)計的調(diào)試電路對霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號進(jìn)行濾波和整形,在經(jīng)過頻率測試儀的分析得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速.實(shí)際測試表明，該霍爾傳感器測試系統(tǒng)能滿足普通的電機(jī)轉(zhuǎn)速測試要求。關(guān)鍵詞:傳感器數(shù)控機(jī)床應(yīng)用目錄1引言?12傳感器的概述?１2。1傳感器的作用?12.2傳感器的功能?22．3傳感器的分類?2２.5幾種主要的傳感器?3２．5.1電阻式傳感器?32.5。2光敏傳感器?32．5。3濕度傳感器?4２。5.４溫度傳感器 5２．5.５壓力傳感器?93傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用 10３.1數(shù)控機(jī)床對傳感器的要求 1０3。2。1脈沖編碼器的應(yīng)用?113．2。2直線光柵的應(yīng)用?1１3．２.３旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用?1１３。2。４感應(yīng)同步器的應(yīng)用?１1３．３位置的檢測?１２３．3。2接觸式傳感器的應(yīng)用?123。3。3接近開關(guān)的應(yīng)用?１3３．４速度的檢測?１４3.5壓力的檢測………………………１53。6溫度的檢測…………１５３。7刀具磨損的監(jiān)控………………………１64結(jié)束語?1６參考文獻(xiàn)………………17PAGE1１引言由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特點(diǎn)，在制造業(yè)技術(shù)設(shè)備更新中，數(shù)控機(jī)床正迅速地在企業(yè)得到普及。數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床,能夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動作并加工零件.它綜合了機(jī)械、自動化、計算機(jī)、測量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器，本文介紹的是各種各樣的傳感器在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用。2傳感器的概述傳感器（ｓｅnｓor；measｕrｉngｅlemeｎt；transｄｕcer）:能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。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,組成框圖見圖1。傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理?xiàng)l件（如光、熱、濕度)或化學(xué)組成（如煙霧)，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。它能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由ＨYPEＲLIＮK”htｔｐ：//baike。ｂaｉdu.ｃom／viｅw/２132516。htｍ"＼ｔ”＿ｂlanｋ”敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成.傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié).2.１傳感器的作用人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于HYＰERＬINK＂http:/／baikｅ。baidu.ｃom/ｖieｗ/23３２7８．ｈｔm”＼t＂_ｂlanｋ"感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器.因此可以說，傳感器是人類HＹPＥＲＬINK＂hｔｔp：//baike．ｂａｉdu．com／view／３3７３.hｔｍ＂＼ｔ”_blａｎk"五官的延長，又稱之為電五官。新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動化生產(chǎn)過程中,要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)學(xué)科研究中,傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到ｃm的粒子世界，縱向上要觀察長達(dá)數(shù)十萬年的天體演化,短到s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開拓HYＰERLIＮＫ＂htｔp:／/baikｅ．／view/５3645．htm＂\ｔ＂_bｌank”新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究,如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙,首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f,從茫茫的太空，到浩瀚的海洋,以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng),幾乎每一個現(xiàn)代化項(xiàng)目,都離不開各種各樣的傳感器.由此可見，HYPＥＲLINK"ｈttｐ：／/baike.baｉｄu．ｃｏm／vｉｅｗ/２４８44５６.ｈtm"\t"_bｌaｎk＂傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動社會進(jìn)步方面的重要作用，是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來,傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍,達(dá)到與其重要地位相稱的新水平.2.2傳感器的功能常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器——視覺、聲敏傳感器—-聽覺、氣敏傳感器——嗅覺、化學(xué)傳感器—-味覺、壓敏、溫敏、流體傳感器——觸覺敏感元件的分類：①物理類,基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。通常據(jù)其基本感知功能可分為HYPERLINK”http://bａiｋe。bａidｕ.com/ｖiew/34８４07。htm"\ｔ”＿ｂｌａｎｋ"熱敏元件、HＹPERLINＫ”httｐ：／/baikｅ。baｉdｕ.cｏm/view/３843９3７．ｈtm”\t"＿blａnｋ"光敏元件、ＨYPEＲLIＮK”http：//baike。baiｄu．ｃoｍ／viｅw/３８43９4５.hｔｍ"\ｔ＂_ｂlank＂氣敏元件、力敏元件、HYPEＲLINＫ＂http:／/baｉｋe.bａiｄ/view／3８4３939.htm＂＼ｔ"_blａnk＂磁敏元件、HＹＰERLＩＮK"hｔtp：／／ｂaike．baiｄu。coｍ／view／384３９４6。ｈtｍ＂\ｔ”_bｌａnk"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傳感器的分類可以用不同的觀點(diǎn)對傳感器進(jìn)行分類:它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng));它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。根據(jù)傳感器工作原理,可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類:傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如ＨYPＥＲLIＮK”http:／/baｉke.baidｕ。ｃｏｍ／ｖｉeｗ/249６8２.ｈtｍ"\t”_blaｎk＂壓電效應(yīng),HYＰERＬＩNK"http：／/baｉke．bａｉdｕ.com/vｉｅｗ/1３2321．ｈtm”＼t＂_ｂｌａnk”磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器,被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號.有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的。化學(xué)傳感器技術(shù)問題較多,例如可靠性問題,規(guī)模生產(chǎn)的可能性,價格問題等,解決了這類難題,化學(xué)傳感器的應(yīng)用將會有巨大增長。2．5幾種主要的傳感器2.5。1電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件.2４GＨz雷達(dá)傳感器存在，測量物體的運(yùn)動速度,靜止距離，物體所處角度等,采用平面微帶技術(shù),具有體積小，集成化程度高,感應(yīng)靈敏,無需接觸等特點(diǎn)。2。5.2光敏傳感器HYPEＲLINK"ｈｔtｐ：/／bａikｅ。bａｉdｕ．ｃoｍ／ｖieｗ／69８322．ｈtｍ”\t”＿bｌank”光敏傳感器是最常見的傳感器之一,它的種類繁多,主要有:光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可.光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)引中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻,當(dāng)光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。光敏電阻的符號如圖1－1所示。１－1光敏電阻圖2.5.3濕度傳感器高分子電容式濕度傳感器通常都是在絕緣的基片諸如玻璃、陶瓷、硅等材料上,用絲網(wǎng)漏印或真空鍍膜工藝做出電極,再用浸漬或其它辦法將感濕膠涂覆在電極上做成電容元件.濕敏元件在不同相對濕度的大氣環(huán)境中,因感濕膜吸附水分子而使電容值呈現(xiàn)規(guī)律性變化，此即為濕度傳感器的基本機(jī)理.影響高分子電容型元件的溫度特性，除作為介質(zhì)的高分子聚合物的介質(zhì)常數(shù)ε及所吸附水分子的介電常數(shù)ε受溫度影響產(chǎn)生變化外,還有元件的幾何尺寸受熱膨脹系數(shù)影響而產(chǎn)生變化等因素。根據(jù)德拜理論的觀點(diǎn),液體的介電常數(shù)ε是一個與溫度和頻率有關(guān)的無量綱常數(shù).水分子的ε在T=５℃時為78。36，在T＝２0℃時為７９。6３。有機(jī)物ε與溫度的關(guān)系因材料而異,且不完全遵從正比關(guān)系。在某些溫區(qū)ε隨T呈上升趨勢，某些溫區(qū)ε隨Ｔ增加而下降.多數(shù)文獻(xiàn)在對高分子濕敏電容元件感濕機(jī)理的分析中認(rèn)為：高分子聚合物具有較小的介電常數(shù)，如聚酰亞胺在低濕時介電常數(shù)為3.０一３。8。而水分子介電常數(shù)是高分子ε的幾十倍。因此高分子介質(zhì)在吸濕后，由于水分子偶極距的存在，大大提高了吸水異質(zhì)層的介電常數(shù)，這是多相介質(zhì)的復(fù)合介電常數(shù)具有加和性決定的。由于ε的變化，使?jié)衩綦娙菰碾娙萘緾與相對濕度成正比。在設(shè)計和制作工藝中很難組到感濕特性全濕程線性.作為ＨＹPＥＲLＩNＫ"hｔtp://baiｋe.baidu．coｍ／vieｗ/5９995。htm”＼t＂_blank＂電容器，高分子介質(zhì)膜的厚度ｄ和平板電容的效面積S也和溫度有關(guān)。溫度變化所引起的介質(zhì)幾何尺寸的變化將影響C值。高分子聚合物的平均熱線脹系數(shù)可達(dá)到的量級。例如硝酸纖維素的平均熱線脹系數(shù)為１08ｘ10-5/℃。隨著溫度上升,介質(zhì)膜厚d增加，對Ｃ呈負(fù)貢獻(xiàn)值;但感濕膜的膨脹又使介質(zhì)對水的吸附量增加,即對C呈正值貢獻(xiàn).可見濕敏電容的溫度特性受多種因素支配,在不同的濕度范圍溫漂不同；在不同的溫區(qū)呈不同的溫度系數(shù);不同的感濕材料溫度特性不同。總之,高分子濕度傳感器的溫度系數(shù)并非常數(shù),而是個變量。所以通常傳感器生產(chǎn)廠家能在-１０—6０攝氏度范圍內(nèi)是傳感器線性化減小溫度對濕敏元件的影響.比較優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品主要使用聚酰胺樹脂,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)概要為在硼硅玻璃或藍(lán)寶石襯底上真空蒸發(fā)制作金電極,再噴鍍感濕介質(zhì)材料（如前所述）形式平整的感濕膜,再在薄膜上蒸發(fā)上金電極濕敏元件的電容值與相對濕度成正比關(guān)系，線性度約±2％。雖然，測濕性能還算可以但其耐溫性、耐腐蝕性都不太理想，在工業(yè)領(lǐng)域使用,壽命、耐溫性和穩(wěn)定性、抗腐蝕能力都有待于進(jìn)一步提高。陶瓷濕敏傳感器是近年來大力發(fā)展的一種新型傳感器。優(yōu)點(diǎn)在于能耐高溫，濕度滯后,響應(yīng)速度快，體積小，便于批量生產(chǎn),但由于多孔型材質(zhì)，對塵埃影響很大，日常維護(hù)頻繁，時常需要電加熱加以清洗易影響產(chǎn)品質(zhì)量,易受濕度影響,在低濕高溫環(huán)境下線性度差，特別是使用壽命短，長期可靠性差,是此類濕敏傳感器迫切解決的問題.當(dāng)前在濕敏元件的開發(fā)和研究中，電阻式濕度傳感器應(yīng)當(dāng)最適用于濕度控制領(lǐng)域，其代表產(chǎn)品氯化鋰濕度傳感器具有穩(wěn)定性、耐溫性和使用壽命長多項(xiàng)重要的優(yōu)點(diǎn)，氯化鋰濕敏傳感器已有了五十年以上的生產(chǎn)和研究的歷史，有著多種多樣的產(chǎn)品型式和制作方法，都應(yīng)用了氯化鋰感濕液具備的各種優(yōu)點(diǎn)尤其是穩(wěn)定性最強(qiáng).氯化鋰濕敏器件屬于電解質(zhì)感濕性材料,在眾多的感濕材料之中，首先被人們所注意并應(yīng)用于制造濕敏器件,氯化鋰電解質(zhì)感濕液依據(jù)當(dāng)量電導(dǎo)隨著溶液濃度的增加而下降.電解質(zhì)溶解于水中降低水面上的水蒸氣壓的原理而實(shí)現(xiàn)感濕.氯化鋰濕敏器件的襯底結(jié)構(gòu)分柱狀和梳妝,以氯化鋰聚乙烯醇涂覆為主要成份的感濕液和制作金質(zhì)電極是氯化鋰濕敏器件的三個組成部分。多年來產(chǎn)品制作不斷改進(jìn)提高，產(chǎn)品性能不斷得到改善，氯化鋰感濕傳感器其特有的長期穩(wěn)定性是其它感濕材料不可替代的，也是濕度傳感器最重要的性能。在產(chǎn)品制作過程中，經(jīng)過感濕混合液的配制和工藝上的嚴(yán)格控制是保持和發(fā)揮這一特性的關(guān)鍵。2。5.4溫度傳感器能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器.利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。這些呈現(xiàn)規(guī)律性變化的物理性質(zhì)主要有體。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分,品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類,按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類.A.觸式溫度傳感器接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸，又稱HYＰERLINK”ｈｔtｐ：//bａiｋｅ。bａｉ/vieｗ／4１148．htm"\t”＿blaｎk"溫度計。溫度計通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡，從而使溫度計的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高。在一定的測溫范圍內(nèi)，溫度計也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運(yùn)動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的ｈttｐ:／/baike.baｉdu。ｃoｍ/ｖiew／3５40761.htｍ＂\ｔ"＿ｂlank”玻璃液體溫度計、HYＰERLIＮK＂http://baike.baｉｄu.ｃｏm／vｉew／2２８1８83．hｔm＂\t＂_blank＂壓力式溫度計、HＹPEＲLINＫ＂htｔp://bａikｅ.ｂａｉdu。cｏm/ｖiew／1061８4．htm"＼t＂_blａnｋ"電阻溫度計、熱敏電阻和HＹPＥRLＩNK"ｈｔtｐ：//ｂaｉke.ｂaiｄｕ.com/vｉew/７７３561.htm＂\t＂_blaｎk"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。隨著低溫技術(shù)在國防工程、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ＨYＰEＲLＩＮK＂http：／/ｂaike。bａｉdu．ｃom/view／３032７６.hｔm"\t"_blａnk"超導(dǎo)技術(shù)的研究,測量12０Ｋ以下溫度的HYＰERLIＮK"http:/／baｉkｅ。baidu．cｏm／ｖiew/310120１．hｔm”\t＂_blａｎk”低溫溫度計得到了發(fā)展，如低溫ＨYPERLＩＮK"hｔtｐ：/／ｂaiｋe．ｂaｉｄｕ。cｏm/ｖｉｅw／７47550.htｍ”\t"＿ｂlaｎk”氣體溫度計、蒸汽壓溫度計、HYPERLIＮK"hｔtp://baｉｋe。bａidu．com/view/38420６1。htm＂\t"_bｌａnk”聲學(xué)溫度計、順磁鹽溫度計、量子溫度計、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。低溫溫度計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的一種感溫元件，可用于測量1．6~３０0K范圍內(nèi)的溫度。Ｂ。非接觸式溫度傳感器它的ＨＹPＥRLINK"httｐ：//baｉke.ｂaｉdu.cｏm／viｅw/2１32516。hｔm”\t”_blａｎk”敏感元件與被測對象互不接觸，又稱非接觸式測溫ＨYPERLINK”http：//baike。bａｉｄu．cｏｍ/ｖiｅw／545２6１.htm"\t"_ｂlａnｋ”儀表。這種儀表可用來測量運(yùn)動物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速（瞬變)對象的ＨＹＰERＬIＮＫ”htｔｐ：//baike.baidｕ。com/ｖiew/639６03。ｈtｍ”＼t"＿blaｎｋ"表面溫度,也可用于測量溫度場的溫度分布.最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律，稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法（見HYＰＥRLIＮK"htｔｐ：//bａike。baｉ／viｅｗ／282522。hｔm"＼ｔ”_bｌaｎｋ"光學(xué)高溫計)、輻射法（見ＨYPERLINK"http://baiｋe.baｉdｕ.com/ｖiew/4９０912１。htm”\t＂_bｌank”輻射高溫計)和比色法（見比色溫度計)。各類輻射測溫方法只能測出對應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體(吸收全部輻射并不反射光的物體）所測溫度才是真實(shí)溫度。如欲測定物體的真實(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HYPERLINK＂hｔtｐ:／/ｂaike．baidｕ。cｏm／vｉew/45341。hｔｍ”\t＂_ｂｌank"波長，而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān)，因此很難精確測量。在自動化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測溫法來測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HYPERLINK”htｔp://bａike．baidu.ｃｏｍ/ｖiew/415７9。hｔm”＼t"_blａnk"坩堝中的溫度。在這些具體情況下，物體表面發(fā)射率的測量是相當(dāng)困難的。對于固體表面溫度自動測量和控制，可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔.附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實(shí)測溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正，最終可得到被測表面的真實(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ε為材料表面發(fā)射率，ρ為反射鏡的反射率.至于HＹPＥRLＩNＫ"hｔｔp：//baｉｋｅ.ｂaiｄｕ．coｍ／vｉｅw/1０08２。htm＂\t”＿blａnｋ”氣體和HＹPEＲLINＫ＂http：／/ｂaiｋ/vieｗ／115153.ｈtm＂\t”＿bｌaｎk"液體介質(zhì)真實(shí)溫度的輻射測量,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。通過計算求出與介質(zhì)達(dá)到熱平衡后的圓筒空腔的有效發(fā)射系數(shù)。在自動測量和控制中就可以用此值對所測腔底溫度(即介質(zhì)溫度)進(jìn)行修正而得到介質(zhì)的真實(shí)溫度。非接觸測溫優(yōu)點(diǎn):測量上限不受感溫元件耐溫程度的限制,因而對最高可測溫度原則上沒有限制.對于1８００℃以上的高溫,主要采用非接觸測溫方法。隨著紅外技術(shù)的發(fā)展,輻射測溫逐漸由可見光向紅外線擴(kuò)展,700℃以下直至常溫都已采用，且ＨＹPＥRLINK”http://bａiｋe.ｂａiｄｕ.ｃom／vieｗ/76８7。htm"\t＂＿blａnk"分辨率很高.Ｃ．?dāng)?shù)字式溫度傳感器MAＸ6５7５/76／７7數(shù)字溫度傳感器如果采用數(shù)字式接口的溫度傳感器，上述設(shè)計問題將得到簡化。同樣,當(dāng)A/D和ＨYＰEＲLIＮK”hｔtp：／/baｉｋe.baｉ/ｖｉew/1１２５。ｈtm＂＼ｔ”_blａnk＂微處理器的Ｉ/O管腳短缺時，采用時間或頻率輸出的溫度傳感器也能解決上述測量問題。以ＭＡＸ６５75/76/７７系列SOT-２3封裝的溫度傳感器為例，這類器件可通過單線和微處理器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的傳送，提供三種靈活的輸出方式－—頻率、周期或定時，并具備±０．8℃的典型精度,一條線最多允許掛接8個傳感器,15０μA典型ＨYPERＬIＮＫ"htｔｐ：／/bａike。baｉｄｕ.ｃｏｍ/viｅｗ／1354２．hｔm”\t”＿blａｎk”電源電流和２。7V到５．５V的寬電源電壓范圍及-４5℃到+125℃的溫度范圍。它輸出的方波信號具有正比于絕對溫度的周期，采用６腳SOＴ－23封裝，僅占很小的板面。該器件通過一條I／Ｏ與微處理器相連，利用微處理器內(nèi)部的ＨYＰERＬＩNK"http:/／baike．baidu.cｏm／ｖiew/2５9701.ｈtm”＼ｔ＂＿bｌank”計數(shù)器測出ＨＹPERLＩＮＫ＂hｔtp://baikｅ.ｂaiｄu.coｍ/ｖiew/1204６６。htm”\t”_blａnk＂周期后就可計算出溫度?？啥帱c(diǎn)檢測、直接輸出數(shù)字量的數(shù)字溫度傳感器DS16１2是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMＯＳ數(shù)字式溫度傳感器.內(nèi)含兩個不揮發(fā)性HYＰERＬINK＂ｈtｔp:／／baike．baidu．com/view/876９7。ｈtm”\t"＿bｌank”存儲器,可以在存儲器中任意的設(shè)定上限和下限溫度值進(jìn)行恒溫器的溫度控制,由于這些存儲器具有不揮發(fā)性,因此一次定入后,即使不用CPU也仍然可以獨(dú)立使用.DS1612傳感器溫度測量原理和精度:在ＨYPERLIＮＫ”hｔtｐ://baikｅ．bａｉdｕ。coｍ／viｅw/２6651.ｈtm＂\ｔ”_blａnk”芯片上分別設(shè)置了一個振蕩頻率溫度系數(shù)較大的振蕩器（OSC１)和一個溫度系數(shù)較小的振蕩器（OSC2)。在溫度較低時，由于ＯＳC2的開門時間較短,因此溫度測量計數(shù)器計數(shù)值（ｎ）較小；而當(dāng)溫度較高時，由于OSC2的開門時間較長，其計數(shù)值（m）增大.如果在上述計數(shù)值基礎(chǔ)上再加上一個同實(shí)際溫度相差的校正數(shù)據(jù)，就可以構(gòu)成一個高精度的數(shù)字溫度傳感器。該公司將這個校正值定入芯片中的不揮發(fā)存儲器中，這樣傳感器輸出的數(shù)字量就可以作為實(shí)際測量的溫度數(shù)據(jù),而不需要再進(jìn)行校準(zhǔn).它可測量的溫度范圍為—５5℃～＋125℃,在０℃~＋70℃范圍內(nèi)，測量精度為±0.５℃，輸出的９位編碼直接與溫度相對應(yīng)。ＤS16２１同外部電路的控制信號和數(shù)據(jù)的通信是通過雙向總線來實(shí)現(xiàn)的,由CPU生成串行ＨYPERLIＮK＂ｈｔｔp：／／baike.baｉ/viｅｗ/1５３9２９7．htｍ"\t＂_bｌanｋ"時鐘脈沖（SCL）,SDA是雙向數(shù)據(jù)線。通過地址引腳A0、A1、A2將８個不同的地址分配給各器件.通過設(shè)定寄存器來設(shè)置工作方式,并對工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控.被測的溫度數(shù)據(jù)被存儲在溫度傳感器寄存器中，高溫（ＴH)和低溫（TＬ）閾值寄存器存儲了恒溫器輸出(Ｔouｔ）的閾值。現(xiàn)在，各種集成的溫度傳感器的功能越來越專業(yè)化。比如，ＭAXIＭ公司近期推出的MAX1619是一種增強(qiáng)型精密遠(yuǎn)端數(shù)字溫度傳感器,能夠監(jiān)測遠(yuǎn)端Ｐ－Ｎ結(jié)和其自身封裝的溫度。它具有雙報警輸出：ALERＴ和ＯVERT。ＡLEＲT用于指示各傳感器的高/低溫狀態(tài)，ＯVＥRT信號等價于一個自動調(diào)溫器,在遠(yuǎn)端溫度傳感器超上限時觸發(fā),ＭAＸ16１9與ＭAX１61７A完全HYPERLＩＮK”http:／／baike．bａiｄｕ。cｏm/view／９７7１95.hｔm"＼t”_bｌａnｋ＂軟件兼容，非常適合于系統(tǒng)關(guān)斷或風(fēng)扇控制,甚至在系統(tǒng)“死鎖”后仍能正常工作。美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司的DＳ1６15是有記錄功能的溫度傳感器。器件中包含實(shí)時時鐘、數(shù)字式溫度傳感器、非易失性存儲器、控制邏輯電路以及串行接口電路.數(shù)字溫度傳感器的ＨYPＥＲLINK”http://baｉkｅ.baidu.cｏｍ/view/13909３１．htm"\t＂＿bｌank”測量范圍為-4０℃～+８5℃，精度為±２℃，讀取９位時的分辨率是０.031２5℃。時鐘提供的時間從秒至年月,并對到２１00年以前的閏年作了修正。電源電壓為2．２Ｖ~５.5Ｖ，８腳SOIC封裝。DS１７7７5是HYPEＲLINＫ"ｈｔｔp:/／baｉke．baidｕ。com/vieｗ/７5２9７9。htm"\ｔ"_ｂlaｎk"數(shù)字式溫度計及恒溫控制器集成電路。其中包含數(shù)字溫度傳感器、Ａ/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字寄存器、恒溫控制比較器以及兩線串行接口電路。供電電壓在３V至５V時的測量溫度精度為±2℃，讀?。刮粫r的分辨率是0．5℃,讀取13位時的分辨率是0．０31２5℃。數(shù)字溫度傳感器的原理圖Ｄ。溫度傳感器發(fā)展趨勢現(xiàn)代信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)是信息采集（即HYPERLIＮK”hｔtp://baｉke．baidｕ。cｏm／view/24８44５６。htm＂＼ｔ”＿blanｋ"傳感器技術(shù))、信息傳輸(ＨYPERＬINK＂htｔp:/／bａiｋe．baｉｄ/ｖｉｅｗ/158690．ｈｔm”＼ｔ＂_ｂｌａnk＂通信技術(shù))和ＨＹPERＬＩNK”hｔｔp：//baiｋe。bａｉdu．com/ｖiew/１527。ｈtｍ"\ｔ”_ｂｌａnk＂信息處理(計算機(jī)技術(shù)）。傳感器屬于ＨYPERLIＮK”http://baｉｋe。ｂaiｄｕ．cｏｍ/vｉｅw／3２26.htｍ"\t＂＿blａnk”信息技術(shù)的前沿尖端產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和生活等領(lǐng)域,數(shù)量高居各種傳感器之首。溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段；（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)；（2）模擬集成溫度傳感器／HＹＰERＬIＮK"hｔtp://baiｋｅ.ｂａｉｄｕ。com／vｉｅw/122229.htm”＼t＂_bｌank＂控制器；(3）智能溫度傳感器。國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化、HYＰEＲＬINK"htｔp：//ｂaｉke。baｉdu。cｏm/view/3487．htm＂＼t＂_ｂｌank”網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在２0世紀(jì)90年代中期最早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A／D轉(zhuǎn)換器，其測溫精度較低，分辨力只能達(dá)到１°C。國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器，所用的是9～12位Ａ/D轉(zhuǎn)換器，分辨力一般可達(dá)0．５～0.06２5°C.由美國DALＬAS半導(dǎo)體公司新研制的ＤＳ１624型高分辨力智能溫度傳感器,能輸出１３位HＹPＥRＬINK"ｈｔtp://ｂaiｋｅ．ｂaidu。cｏm/ｖiew/1３49。htm”\t"＿ｂlaｎk＂二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)０．03１２5°Ｃ，測溫精度為±0．２°Ｃ。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A／Ｄ轉(zhuǎn)換器。以AＤ7８１７型5通道智能溫度傳感器為例，它對本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時間分別僅為27uｓ、9uｓ。進(jìn)入2１世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展.目前，智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線（HYPERLINK”ｈｔtｐ://bａikｅ。baｉdu。ｃom/vｉew/86699４.ｈtm＂\ｔ”_blanｋ＂１-Wiｒｅ）總線、Ｉ2C總線、ＳＭBuｓ總線和spI總線。溫度傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。２。5．5壓力傳感器能感受壓力并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、HYＰEＲLIＮＫ"http：//ｂaikｅ.baidu。coｍ/vｉew/2５1３3。htm"\t＂_blaｎk＂管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。壓力ＨＹPERLＩNK＂hｔtp://baｉｋe.bａ／view/164３1．htｍ＂＼t＂_blaｎk"傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的,這樣的傳感器也稱為HYPERLINK”http：/／baike。baｉｄu。ｃoｍ／vieｗ/6９８41８.htｍ"\t"＿ｂlａnk＂壓電傳感器.我們知道,晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的.某些晶體介質(zhì),當(dāng)沿著一定方向受到機(jī)械力作用發(fā)生變形時,就產(chǎn)生了極化效應(yīng)；當(dāng)機(jī)械力撤掉之后，又會重新回到不帶電的狀態(tài)，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產(chǎn)生出電的效應(yīng)，這就是所謂的極化效應(yīng)?？茖W(xué)家就是根據(jù)這個效應(yīng)研制出了壓力傳感器。壓電傳感器中主要使用的HYＰERLINK”hｔｔｐ：／/baiｋｅ。ｂ/vｉew/524８0.ｈｔm”\t”＿ｂｌaｎk”壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺.其中石英(二氧化硅）是一種天然晶體,壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后,壓電性質(zhì)完全消失(這個HＹPERLINＫ"htｔp：／/bａikｅ．baiｄ／vｉew/2０61６。hｔm”\t"_ｂlａnk＂高溫就是所謂的“居里點(diǎn)”).由于隨著應(yīng)力的變化電場變化微小（也就說壓電系數(shù)比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數(shù),但是它只能在室溫和濕度比較低的環(huán)境下才能夠應(yīng)用.磷酸二氫胺屬于人造晶體，能夠承受高溫和相當(dāng)高的濕度，所以已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在現(xiàn)在壓電效應(yīng)也應(yīng)用在多晶體上，比如現(xiàn)在的壓電陶瓷,包括鈦酸鋇壓電陶瓷、ＰＺT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等.壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量,因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的ＨYＰERLIＮK”ｈｔｔp：//baike.bａidｕ.com／viｅw/414０70。htｍ＂\t＂＿blank"輸入阻抗時才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度傳感器是一種常用的加速度計。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點(diǎn)。壓電式加速度傳感器在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動和沖擊測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,特別是航空和宇航領(lǐng)域中更有它的特殊地位。HYPERＬIＮK”ｈｔｔp://baｉｋｅ.bａ／vｉew／４86062.ｈtm"\t"＿blａnｋ＂壓電式傳感器也可以用來測量發(fā)動機(jī)內(nèi)部燃燒壓力的測量與真空度的測量.也可以用于ＨYＰERLＩNＫ＂ｈttp://bａikｅ．baｉdu.ｃom/view／１0332８6.htm＂\t＂＿blank＂軍事工業(yè)，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發(fā)的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊波壓力。它既可以用來測量大的壓力,也可以用來測量微小的壓力。壓電式傳感器也廣泛應(yīng)用在HYPEＲＬIＮK”htｔｐ：//ｂaikｅ。baiｄu．ｃom/ｖiew/1３391６2．ｈtm”\ｔ"＿blank＂生物醫(yī)學(xué)測量中，比如說心室導(dǎo)管式微音器就是由壓電傳感器制成的，因?yàn)闇y量動態(tài)壓力是如此普遍，所以壓電傳感器的應(yīng)用就非常廣。除了壓電傳感器之外，還有利用壓阻效應(yīng)制造出來的壓阻傳感器,利用應(yīng)變效應(yīng)的ＨYＰＥＲLIＮＫ＂http：//baｉkｅ。／vｉew／２７９6３9２。htm"\t"_ｂｌank"應(yīng)變式傳感器等，這些不同的壓力傳感器利用不同的效應(yīng)和不同的材料,在不同的場合能夠發(fā)揮它們獨(dú)特的用途。3傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用3．1數(shù)控機(jī)床對傳感器的要求（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.不同種類數(shù)控機(jī)床對傳感器的要求也不盡相同,一般來說,大型機(jī)床要求速度響應(yīng)高,中型和高精度數(shù)控機(jī)床以要求精度為主。3.２位移的檢測位移檢測的傳感器主要有脈沖編碼器、直線光柵、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等。3。２.1脈沖編碼器的應(yīng)用脈沖編碼器是一種角位移(轉(zhuǎn)速）傳感器,它能夠把機(jī)械轉(zhuǎn)角變成電脈沖。脈沖編碼器可分為光電式、接觸式和電磁式三種,其中，光電式應(yīng)用比較多。在圖1中,X軸和Ｚ軸端部分別配有光電編碼器,用于角位移測量和數(shù)字測速,角位移通過絲杠螺距能間接反映拖板或刀架的直線位移。圖1３.2.2直線光柵的應(yīng)用直線光柵是利用光的透射和反射現(xiàn)象制作而成，常用于位移測量，分辨力較高,測量精度比光電編碼器高,適應(yīng)于動態(tài)測量.在進(jìn)給驅(qū)動中，光柵尺固定在床身上，其產(chǎn)生的脈沖信號直接反映了拖板的實(shí)際位置。用光柵檢測工作臺位置的伺服系統(tǒng)是全閉環(huán)控制系統(tǒng)。３。.２。３旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微電機(jī).旋轉(zhuǎn)變壓器由定子和轉(zhuǎn)子組成,具體來說，它由一個鐵心、兩個定子繞組和兩個轉(zhuǎn)子繞組組成,其原、副繞組分別放置在定子、轉(zhuǎn)子上，原、副繞組之間的電磁耦合程度與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角有關(guān)。３.2。４感應(yīng)同步器的應(yīng)用感應(yīng)同步器是利用兩個平面形繞組的互感隨位置不同而變化的原理制成的。其功能是將角度或直線位移轉(zhuǎn)變成感應(yīng)電動勢的相位或幅值,可用來測量直線或轉(zhuǎn)角位移。按其結(jié)構(gòu)可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式兩種。直線式感應(yīng)同步器由定尺和滑尺兩部分組成,定尺安裝在機(jī)床床身上，滑尺安裝于移動部件上，隨工作臺一起移動；旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器定子為固定的圓盤,轉(zhuǎn)子為轉(zhuǎn)動的圓盤。感應(yīng)同步器具有較高的精度與分辨力、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長、維護(hù)簡單、長距離位移測量、工藝性好、成本較低等優(yōu)點(diǎn).直線式感應(yīng)同步器目前被廣泛地應(yīng)用于大位移靜態(tài)與動態(tài)測量中,例如用于三坐標(biāo)測量機(jī)、程控數(shù)控機(jī)床、高精度重型機(jī)床及加工中心測量裝置等。旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器則被廣泛地用于機(jī)床和儀器的轉(zhuǎn)臺以及各種回轉(zhuǎn)伺服控制系統(tǒng)中。3。３位置的檢測位置傳感器可用來檢測位置，反映某種狀態(tài)的開關(guān)，和位移傳感器不同.位置傳感器有接觸式和接近式兩種。3。3.1接觸式傳感器的應(yīng)用接觸式傳感器的觸頭由兩個物體接觸擠壓而動作，常見的有行程開關(guān)、二維矩陣式位置傳感器等。行程開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、動作可靠、價格低廉.當(dāng)某個物體在運(yùn)動過程中,碰到行程開關(guān)時，其內(nèi)部觸頭會動作，從而完成控制,如在加工中心的X、Y、Z軸方向兩端分別裝有行程開關(guān),則可以控制移動范圍。二維矩陣式位置傳感器安裝于機(jī)械手掌內(nèi)側(cè),用于檢測自身與某個物體的接觸位置。３。3。2接近開關(guān)的應(yīng)用接近開關(guān)是指當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時就可