培訓(xùn)班課件(3)-機(jī)電一體化系統(tǒng)常用傳感器

機(jī)電一體化系統(tǒng)常用傳感器

2012年暑期中職骨干教師省級(jí)培訓(xùn)班控制基礎(chǔ)知識(shí)（三）

3.1概述

3.1.1檢測(cè)系統(tǒng)的組成

（1）傳感器

功能：把各種非電量信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳感器又稱為一次儀表。傳感器相當(dāng)于人的五官部分（“電五官”）

（2）電信號(hào)處理系統(tǒng)

功能：對(duì)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量,并進(jìn)行放大、運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、記錄、指示、顯示等處理，通常被稱為二次儀表。3.1.2傳感器的基本概念

（1）傳感器的構(gòu)成 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和基本轉(zhuǎn)換電路三部分組成，如圖3-2所示。圖3-2傳感器的組成框圖

1）敏感元件:是一種能夠?qū)⒈粶y(cè)量轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量的物理量的預(yù)變換裝置,其輸入、輸出間具有確定的數(shù)學(xué)關(guān)系（理想的關(guān)系—線性）。如稱重傳感器中的彈性元件，將力轉(zhuǎn)換為彈性變形輸出。

2）轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的非電物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（如電阻、電感、電容等）形式。

3）基本轉(zhuǎn)換電路：將電信號(hào)量轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的電量，如電壓、電流、頻率等。

(2)傳感器的分類

按能量變換的功能分：按輸出的信號(hào)分：物理傳感器化學(xué)傳感器計(jì)數(shù)型（二次型+計(jì)數(shù)型）

電壓、電流型（熱電偶,光電池）電感、電容型（可變電容）有接點(diǎn)型（微動(dòng)開關(guān)，接觸開關(guān)，行程開關(guān)）

傳感器電阻型（電位器，電阻應(yīng)變片）非電量型二值型電量無接點(diǎn)型（光電開關(guān)，接近開關(guān)）模擬型數(shù)字型代碼型（旋轉(zhuǎn)編碼器，磁尺）3.1.3傳感器的基本特性

(1)

傳感器的靜特性傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測(cè)量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有：線性度、靈敏度、遲滯性和重復(fù)性等。

1)線性度通常希望輸出與輸入特性（曲線）為線性，這對(duì)標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理帶來方便。但實(shí)際的輸出與輸入特性只能接近線性，與理論直線有偏差。

圖3-3傳感器的線性度示意圖

傳感器的線性度是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際輸出—輸入特性曲線與理論直線之間的最大偏差與輸出滿度值之比。式中：

——線性度(非線性誤差)；

Δmax——最大非線性絕對(duì)誤差；

yFS——輸出滿度值。

（3-1）線性度可用下式計(jì)算：

對(duì)于線性傳感器來說,它的靈敏度S0是個(gè)常數(shù)。

(3-2)

2）靈敏度。傳感器在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下,輸出變化對(duì)輸入變化的比值稱為靈敏度,用S0表示,即

3)遲滯性傳感器在正（輸入量增大）反（輸入量減?。┬谐讨校敵觥斎胩匦郧€的不重合程度稱為遲滯性，遲滯性誤差一般以滿量程輸出yFS的百分?jǐn)?shù)表示：

式中:

ΔHm——輸出值在正、反行程間的最大差值。

遲滯性一般由實(shí)驗(yàn)方法確定，如圖3-4所示。圖3-4遲滯特性4)重復(fù)性傳感器在同一條件下，被測(cè)輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，所得輸出—輸入曲線的不一致程度，稱為重復(fù)性。重復(fù)性誤差用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)表示，即式中:

ΔRm——最大重復(fù)性誤差。圖4-5重復(fù)特性

5）分辨力傳感器能檢測(cè)到的最小輸入增量稱分辨力，在輸入零點(diǎn)附近的分辨力稱為閾值。6）零漂傳感器在零輸入狀態(tài)下，輸出值的變化稱為零漂，零漂可用相對(duì)誤差表示，也可用絕對(duì)誤差表示。

(2)傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅鳒y(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，輸出對(duì)輸入的響應(yīng)特性。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定，其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如：最大超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。

（1）新型傳感器的開發(fā)鑒于傳感器的工作機(jī)理是基于各種效應(yīng)和定律，由此啟發(fā)人們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、采用新原理、開發(fā)新材料、采用新工藝，并以此研制出具有新原理的新型物性型傳感器，這是發(fā)展高性能、多功能、低成本和小型化傳感器的重要途徑。3.1.4傳感器的發(fā)展方向（2）傳感器的集成化和多功能化隨著微電子學(xué)、微細(xì)加工技術(shù)和集成化工藝等方面的發(fā)展，出現(xiàn)了多種集成化傳感器。這類傳感器，或是同一功能的多個(gè)敏感元件排列成線性、面型的陣列型傳感器；或是多種不同功能的敏感元件集成一體，成為可同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)測(cè)量的傳感器；或是傳感器與放大、運(yùn)算、溫度補(bǔ)償?shù)入娐芳梢惑w具有多種功能。（3）傳感器的智能化“電五官”與“電腦”的相結(jié)合，就是傳感器的智能化。智能化傳感器不僅具有信號(hào)檢測(cè)、轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)還具有記憶、存儲(chǔ)、解析、統(tǒng)計(jì)處理及自診斷、自校準(zhǔn)、自適應(yīng)等功能。如進(jìn)一步將傳感器與計(jì)算機(jī)的這些功能集成于同一芯片上，就成為智能傳感器。(4)傳感器的網(wǎng)絡(luò)化主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是為了解決現(xiàn)場(chǎng)總線的多樣性問題，IEEE

1451.2工作組建立了智能傳感器接口模塊（STIM）標(biāo)準(zhǔn)。二是以IEEE

802.15.4（Zigbee）為基礎(chǔ)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以迅速發(fā)展。

信息的其它短距離無線傳輸方式：數(shù)傳模塊，藍(lán)牙。

ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。簡(jiǎn)單的說，Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。

Zigbee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。

與移動(dòng)通信的CDMA網(wǎng)或GSM網(wǎng)不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡(jiǎn)單，使用方便，工作可靠，價(jià)格低的特點(diǎn)。每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在自己信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)和多個(gè)不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無線連接。ZigBee

的技術(shù)特點(diǎn)

ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn)：

(1)低功耗:

由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠?jī)晒?jié)5號(hào)電池就可以維持長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月到2年左右的使用時(shí)間,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。

(2)成本低：ZigBee模塊的初始成本在6美元左右，估計(jì)很快就能降到1.5—2.5美元,并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對(duì)于ZigBee也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。

(3)時(shí)延短:

通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短，典型的搜索設(shè)備時(shí)延30ms,休眠激活的時(shí)延是15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接入的時(shí)延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對(duì)時(shí)延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場(chǎng)合等)應(yīng)用。

(4)網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)區(qū)域內(nèi)可以同時(shí)存在最多100個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò),而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。

(5)可靠:

采取了碰撞避免策略，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時(shí)隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)問題可以進(jìn)行重發(fā)。

(6)安全：

ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證，采用了AES-128的加密算法,各個(gè)應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

3.2速度（轉(zhuǎn)速）傳感器本節(jié)介紹的主要內(nèi)容：一、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器二、測(cè)速發(fā)電機(jī)三、舌簧開關(guān)四、接近開關(guān)五、霍爾開關(guān)六、轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電路原理3.2.1變磁阻式（磁電式）（1）特點(diǎn)又稱為變磁通式傳感器。傳感器采用電磁感應(yīng)的原理來達(dá)到測(cè)速目的，具有輸出信號(hào)大，不需要放大，抗干擾性能好，不需外接電源，可在煙霧、油氣、水氣、煤氣等惡劣環(huán)境中使用等特點(diǎn)。齒輪材料：應(yīng)采用導(dǎo)磁率強(qiáng)的金屬材料。

（2）結(jié)構(gòu)組成及工作原理1-永久磁鐵；2-鐵芯；3-感應(yīng)線圈；4-齒輪

磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)組成：工作原理：

使用時(shí)在被測(cè)量轉(zhuǎn)速的軸上裝一齒輪(正、斜齒輪或帶槽圓盤)，將傳感器安裝在支架上，調(diào)整傳感器與齒輪頂之間隙為1mm左右。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于齒輪的齒頂與鐵芯端部的間隙發(fā)生變化，造成磁路中的磁阻發(fā)生變化，每轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，在傳感器內(nèi)部線圈的兩端就產(chǎn)生一個(gè)脈沖（正弦）信號(hào)，軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)就產(chǎn)生Z個(gè)電壓脈沖信號(hào)，根據(jù)下式就可計(jì)算出轉(zhuǎn)速：

n＝(F/Z)×60

式中：n—被測(cè)軸轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)／分；

F—脈沖頻率，Hz；

Z—齒輪齒數(shù)。（3）傳感器的正確使用1、輸入導(dǎo)線

2、航空插頭

3、鎖緊螺母4、同定支架

5、磁電傳感器6、1～99內(nèi)任意個(gè)齒

7、被測(cè)軸R：20～25mm

T：1±0.5mm

齒輪材料要求：各種導(dǎo)磁鋼鐵材料均可。

1）注意安裝間隙；

2）注意傳感器端部的清潔；

3）在被測(cè)軸跳動(dòng)較大時(shí)，應(yīng)注意適當(dāng)放大間隙，避免損壞。

常用頻率范圍：0~25KHz

。故障診斷：航空插頭（5）S-CZ型磁電式轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)參數(shù)：

1）齒輪模數(shù)：2～4，齒寬：大于5mm

2）直流電阻：200±15Ω(25℃)

3）工作溫度：-10~+120℃

4）螺紋規(guī)格：Φ16傳感器（M16×1）

5）重量：約120g

6）安裝間隙：1～5mm

7）轉(zhuǎn)速與輸出電壓關(guān)系（間隙為0.8mm,60齒，傳感器輸出電壓為峰峰值）：

（4）信號(hào)整形：將傳感器輸出的交流信號(hào)

轉(zhuǎn)變成直流方波脈沖信號(hào)。通常用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)。小松挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器汽車車速傳感器傳感器實(shí)物圖片

（1）分類

交流：同步、異步

直流：他激式、永磁式

（2）結(jié)構(gòu)原理

測(cè)速發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有多種，但原理基本相同。右圖所示為永磁式測(cè)速發(fā)電機(jī)原理電路圖。恒定磁通由定子產(chǎn)生，當(dāng)轉(zhuǎn)子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組中即產(chǎn)生交變的電勢(shì)，經(jīng)換向器和電刷轉(zhuǎn)換成正比的直流電勢(shì)。

3.2.2測(cè)速發(fā)電機(jī)

（3）特性曲線

直流測(cè)速機(jī)的輸出特性曲線如圖所示。

直流測(cè)速機(jī)的輸出特性

（4）測(cè)速電機(jī)的特點(diǎn)

線性度好，靈敏度高，輸出信號(hào)大，性能穩(wěn)定，但由于電刷和換向器的存在，構(gòu)造較復(fù)雜，維護(hù)不方便，摩擦阻力矩也較大。一般測(cè)量范圍為20~400r/min。

（5）測(cè)速電機(jī)的應(yīng)用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在機(jī)電控制系統(tǒng)中，主要用作測(cè)速和校正元件。在使用中，為了提高檢測(cè)靈敏度，盡可能把它直接連接到電機(jī)軸上。有的電機(jī)本身就已安裝了測(cè)速發(fā)電機(jī)。

典型應(yīng)用：瀝青混凝土攪拌站冷料供給裝置（見圖）的電磁調(diào)速電機(jī)，用于轉(zhuǎn)速反饋。

瀝青混凝土攪拌站結(jié)構(gòu)組成冷料供給部分

常用電機(jī)調(diào)速方法：變頻調(diào)速、電磁調(diào)速、直流電機(jī)調(diào)速帶測(cè)速電機(jī)的電磁調(diào)速電機(jī)：電磁調(diào)速電機(jī)結(jié)構(gòu)組成DEC系列電磁調(diào)速電機(jī)控制器

TKZ-1、TKZ-2系列調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制組合裝置與電磁調(diào)速電機(jī)配套的控制器電磁調(diào)速電機(jī)的工作原理3.2.3舌簧開關(guān)（1）概述又稱干簧管(reedswitch)，是一種由磁場(chǎng)控制的開關(guān)，一種能感知磁場(chǎng)的開關(guān)型傳感器。特點(diǎn)：動(dòng)作輕巧，吸合、釋放時(shí)間短，體積小，重量輕，便于安裝使用，價(jià)格低。（2）結(jié)構(gòu)組成及原理組成：

1）常開觸點(diǎn)

2）簧片（導(dǎo)磁、導(dǎo)電）

3）玻璃管，玻璃管內(nèi)抽空或充入惰性氣體。

工作原理：

當(dāng)磁鐵移近舌簧開關(guān)時(shí)，簧片被磁化，觸點(diǎn)閉合，電路接通。（3）舌簧開關(guān)的應(yīng)用：

1）干（磁）簧繼電器（ReedRelay)

組成：干簧管，線圈應(yīng)用舉例：電源的過載保護(hù)干簧繼電器2）轉(zhuǎn)速檢測(cè):

3）其他應(yīng)用舉例：

①液位測(cè)量：挖掘機(jī)冷卻水、油底殼、液壓油等液面高度檢測(cè)。

②車身高度測(cè)量：

③運(yùn)動(dòng)位置測(cè)量：

舌簧液位傳感器3.2.4接近開關(guān)（1）概述

接近開關(guān)(ProximitySwitch)又稱接近傳感器，是一種無需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械接觸而可以操作的位置開關(guān)。當(dāng)金屬/非金屬檢測(cè)體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域時(shí)，開關(guān)就能迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程。接近開關(guān)是一種開關(guān)型傳感器，它即有行程開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)的特性，同時(shí)具有傳感性能，且具有工作可靠、性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、重復(fù)定位精度高、動(dòng)作速度快、無機(jī)械磨損、無火花、無噪音、抗振能力及抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

接近開關(guān)是一種理想的電子開關(guān)量傳感器。即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開關(guān)（見右圖）所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、測(cè)速、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。機(jī)械式行程開關(guān)（2）接近開關(guān)的主要功能

1）檢驗(yàn)距離

檢測(cè)電梯、升降設(shè)備的停止、起動(dòng)、通過位置；檢測(cè)車輛的位置，防止兩物體相撞檢測(cè)；檢測(cè)工作機(jī)械的設(shè)定位置，移動(dòng)機(jī)器或部件的極限位置；檢測(cè)回轉(zhuǎn)體的停止位置，閥門的開或關(guān)位置；檢測(cè)氣缸或液壓缸內(nèi)的活塞移動(dòng)位置。

2）尺寸控制

金屬板沖剪的尺寸控制裝置；自動(dòng)選擇、鑒別金屬件長(zhǎng)度；檢測(cè)自動(dòng)裝卸時(shí)堆物高度；檢測(cè)物品的長(zhǎng)、寬、高和體積。

3）檢測(cè)物體存在檢測(cè)生產(chǎn)包裝線上有無產(chǎn)品包裝箱；檢測(cè)有無產(chǎn)品零件。

4）轉(zhuǎn)速與速度控制控制傳送帶的速度；控制旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速；與各種脈沖發(fā)生器一起控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)。

5）計(jì)數(shù)及控制

檢測(cè)生產(chǎn)線上流過的產(chǎn)品數(shù)；高速旋轉(zhuǎn)軸或盤的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)量；零部件計(jì)數(shù)。

6）檢測(cè)異常

檢測(cè)瓶蓋有無；產(chǎn)品合格與不合格判斷；檢測(cè)包裝盒內(nèi)的金屬制品缺乏與否；區(qū)分金屬與非金屬零件；產(chǎn)品有無標(biāo)牌檢測(cè)；起重機(jī)危險(xiǎn)區(qū)報(bào)警；安全扶梯自動(dòng)啟停。

7）計(jì)量控制

產(chǎn)品或零件的自動(dòng)計(jì)量；檢測(cè)計(jì)量器、儀表的指針范圍而控制數(shù)或流量；檢測(cè)浮標(biāo)控制測(cè)面高度，流量；檢測(cè)不銹鋼桶中的鐵浮標(biāo)；儀表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。（3）接近開關(guān)分類

1）按工作原理：

電磁感應(yīng)型：用以檢測(cè)導(dǎo)磁或不導(dǎo)磁金屬

電容型：用以檢測(cè)各種導(dǎo)電或不導(dǎo)電的液體或固體

磁性型：用以檢測(cè)帶磁性的物體光電型：用以檢測(cè)所有不透光物質(zhì)

超聲波型：用以檢測(cè)不透過超聲波的物質(zhì)

2）按供電方式分：直流型和交流型3）按輸出型式分：

直流兩線制、三線制和四線制；交流兩線制和三線制。

直流三線式應(yīng)用最多，其輸出型有NPN和PNP兩種。（4）接近開關(guān)的工作原理

1）電感式（渦流式、高頻振蕩式

）

接近開關(guān)由高頻振蕩電路、振幅檢測(cè)電路及輸出電路等部分組成。振蕩器中的檢測(cè)線圈L在傳感器檢測(cè)面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，被測(cè)金屬表面的磁通密度發(fā)生變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流—渦流，渦流產(chǎn)生的磁通總是與檢測(cè)線圈的磁通方向相反。由于渦流的作用，使檢測(cè)線圈能耗增加，引起振蕩電路中的負(fù)載加大，振幅降低，以至振蕩器停振。反之，當(dāng)金屬物件遠(yuǎn)離這個(gè)作用區(qū)時(shí)，振蕩器又開始振蕩。檢測(cè)電路檢測(cè)到振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)后，通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)量電信號(hào)，經(jīng)功率放大后輸出。

2）電容式接近開關(guān)電容式接近傳感器由高頻振蕩器、放大器和輸出電路等組成，由傳感器的檢測(cè)面與大地間構(gòu)成一個(gè)電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)物體接近傳感器檢測(cè)面時(shí)，回路的電容量發(fā)生變化，使高頻振蕩器停止振蕩。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的開關(guān)信號(hào)。

3）磁性接近開關(guān)

這種接近開關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。

霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時(shí)，開關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。

或者采用舌簧開關(guān)作為磁敏元件。

4）光電式接近開關(guān)

利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)（采用紅外光）。將發(fā)光器件與光接收器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測(cè)頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測(cè)物體）接近時(shí)，光接收器件接收到反射光后便產(chǎn)生信號(hào)輸出，由此便可“感知”有物體接近。

分類：反射式、對(duì)射式。

應(yīng)用舉例：

5）超聲波式接近開關(guān)接近開關(guān)以一定的周期發(fā)送超聲波脈沖，這些脈沖信號(hào)遇到被物體后產(chǎn)生反射，接近開關(guān)通過比較接收反射信號(hào)的時(shí)間和發(fā)射時(shí)間來確定物體到開關(guān)的距離。在檢測(cè)的范圍內(nèi)時(shí)，便產(chǎn)生信號(hào)輸出。

輸出形式：開關(guān)量、模擬量、繼電器觸點(diǎn)、串行接口

（5）直流三線式接近開關(guān)的輸出型式

NPN型續(xù)流二極管

1）三極管的導(dǎo)通與截止：常用三極管：

2）續(xù)流二極管：并聯(lián)在電感類負(fù)載兩端，二極管負(fù)極接電源正極。斷電瞬間為電感類負(fù)載提供放電回路，消耗電磁能，防止瞬間產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢(shì)。功能：保護(hù)三極管。常用整流二極管：

PNP型（6）接近開關(guān)的選型

對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)距離，應(yīng)選用不同類型的接近開關(guān)，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：

1）當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用電感型接近開關(guān)，該類型接近開關(guān)對(duì)鐵鎳、A3鋼類檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測(cè)體，其檢測(cè)靈敏度就低。

2）當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近開關(guān)。

3）金屬體和非金屬體要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近開關(guān)或超聲波型接近開關(guān)。

4）對(duì)于檢測(cè)體為金屬時(shí)，若檢測(cè)靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近開關(guān)。

5）無論選用哪種接近開關(guān)，都應(yīng)注意對(duì)工作電壓、負(fù)載電流、響應(yīng)頻率、檢測(cè)距離、輸出形式等各項(xiàng)指標(biāo)的要求。（7）接近開關(guān)的其它應(yīng)用舉例

接近開關(guān)的符號(hào)：如右圖所示常開觸點(diǎn)(NO)常閉觸點(diǎn)(NC)

（6）轉(zhuǎn)速的檢測(cè)方案：如配料機(jī)皮帶速度檢測(cè)

NC(normallyclosed)switchNO(normallyopen)switch各種輸出形式接近開關(guān)的接線

交流電機(jī)的常用控制電路

交流電機(jī)的接線：△Ｙ改變轉(zhuǎn)向：星角轉(zhuǎn)換起動(dòng)控制電路直接起動(dòng)控制電路

①拌和設(shè)備料門位置檢測(cè)；

②料倉斷料報(bào)警。其它應(yīng)用：3.2.5霍爾式

霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)工作的一種傳感器。1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng),但由于金屬材料的霍爾效應(yīng)太弱而沒有得到應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,開始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件,由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展?；魻杺鞲衅鲝V泛用于轉(zhuǎn)速、電磁測(cè)量、壓力、加速度、振動(dòng)等方面的測(cè)量。（1）霍爾效應(yīng)當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體或半導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電勢(shì)差。

基于霍爾效應(yīng)工作的半導(dǎo)體器件稱為霍爾元件。1-電子2-導(dǎo)體3-磁鐵4-磁場(chǎng)5-電源（2）集成霍爾開關(guān)集成霍爾開關(guān)傳感器是一種新型的磁敏感器件，它集磁敏霍爾元件和集成電路為一體，具有靈敏可靠、體積小巧、無觸點(diǎn)、無磨損、使用壽命長(zhǎng)、功耗低以及不怕塵土、油污、濕熱等優(yōu)點(diǎn)?；魻杺鞲衅魇悄壳笆褂米顝V泛的磁傳感器之一。它不僅可以用來測(cè)量磁場(chǎng)，還可用于測(cè)量電流、速度、位置、角度和轉(zhuǎn)速等物理量，在精密測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化控制、汽車電子、家用電器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。應(yīng)用這種傳感器，可簡(jiǎn)化電路和提高可靠性。（3）典型集成霍爾開關(guān)CS3000系列霍爾開關(guān)(電路組成與美國(guó)產(chǎn)UGN3019T相同）生產(chǎn)廠家：南京新捷中旭微電子有限公司

1）簡(jiǎn)介

CS3013、3020、3040是由電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級(jí)組成的磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓信號(hào)。它是一種單磁極工作的磁敏電路，適合于矩形或者柱形磁體下工作。I類的工作溫度范圍為-40~125℃，可應(yīng)用于汽車工業(yè)和軍事工程中。它們有3種封裝形式：TO-92UA、TO-92T和TO-92U。.電源電壓范圍寬：4.5V~24V

.開關(guān)速度快，無瞬間抖動(dòng)。

.工作頻率寬（DC~100KHz）

.壽命長(zhǎng)、體積小、安裝方便

.能直接和晶體管及TTL、MOS等邏輯電路接口。3）典型應(yīng)用.無觸點(diǎn)開關(guān).位置控制.轉(zhuǎn)速檢測(cè).隔離檢測(cè).直流無刷電機(jī).電流傳感器.汽車點(diǎn)火器.安全報(bào)警裝置2）產(chǎn)品特點(diǎn)4）功能方框圖組成：電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大器，史密特觸發(fā)器和集電極開路的輸出級(jí)。5）電特性6）磁特性（磁場(chǎng)強(qiáng)度B：特斯拉T1T

=1000mT）

7）極限參數(shù)8）封裝形式（單位：mm)（4）霍爾開關(guān)應(yīng)用方案磁鐵橫向移近/遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)。磁鐵縱向（垂直）移近/遠(yuǎn)離霍爾開關(guān)。圓盤上固定磁鐵，與霍爾開關(guān)相對(duì)。葉輪+霍爾開關(guān)。汽油機(jī)電子點(diǎn)火系

普通電子點(diǎn)火系由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生觸發(fā)或控制點(diǎn)火的信號(hào)，經(jīng)過點(diǎn)火器內(nèi)部的放大等電路，最后控制大功率三極管的導(dǎo)通與截止，從而控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的通斷。當(dāng)初級(jí)電流被切斷時(shí)，次級(jí)繞組中產(chǎn)生高壓，通過配電器送達(dá)各缸的火花塞上，點(diǎn)燃可燃混合氣?；魻柺诫娮狱c(diǎn)火系統(tǒng)

霍爾信號(hào)發(fā)生器工作原理如圖所示。分電器軸帶動(dòng)觸發(fā)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)葉片進(jìn)入磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時(shí)，磁場(chǎng)被旁路，霍爾元件不產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾集成電路末級(jí)三極管截止，信號(hào)發(fā)生器輸出高電位；當(dāng)觸發(fā)葉輪離開空氣隙，永久磁鐵的磁力線通過霍爾元件而產(chǎn)生霍爾電壓，集成電路末級(jí)三極管導(dǎo)通，信號(hào)發(fā)生器輸出低電位。葉片不停的轉(zhuǎn)動(dòng)，信號(hào)發(fā)生器便不斷輸出矩形波信號(hào)，作為控制信號(hào)給點(diǎn)火器，由點(diǎn)火器控制初級(jí)電路的通斷。（5）霍爾開關(guān)實(shí)際應(yīng)用舉例1）霍爾開關(guān)在攤鋪機(jī)速度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。霍爾式車速傳感器

2）霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在汽車ABS中的應(yīng)用

1）電磁式輪速傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但存在下述缺點(diǎn)：一是其輸出信號(hào)的幅值隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。若車速過慢，其輸出信號(hào)低于1V，電控單元就無法檢測(cè)；二是響應(yīng)頻率不高。當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時(shí)，傳感器的頻率響應(yīng)跟不上；三是抗電磁波干擾能力差。目前，國(guó)內(nèi)外ABS系統(tǒng)的控制速度范圍一般為15～160km/h，今后要求控制速度范圍擴(kuò)大到8～260km/h以至更大，顯然電磁感應(yīng)式輪速傳感器很難適應(yīng)。

目前，用于ABS系統(tǒng)的速度傳感器主要有電磁式和霍爾式兩種。

2）霍