1、2022-5-31 模块八模块八 接近开关接近开关 接近开关又称无触点行程开关。它能接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出距离时，就可以发出“动作动作”信号。信号。 接近开关的核心部分是接近开关的核心部分是“感辨头感辨头”，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。它对正在接近的物体有很高的感辨能力。 2022-5-31 模块八模块八 接近开关接近开关课题一课题一 电涡流式接近开关电涡流式接近开关课题二课题二 电容式接近开关电容式接近开关课题三课
2、题三 霍尔式接近开关霍尔式接近开关课题四课题四 光电式接近开关光电式接近开关2022-5-31 常用的接近开关分类常用的接近开关分类 常用的接近开关有常用的接近开关有电涡流式电涡流式（俗称电感（俗称电感接近开关，以下仅以电感接近开关称呼之）、接近开关，以下仅以电感接近开关称呼之）、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式微波式 、超声波式、超声波式等。等。 2022-5-31任务导入任务导入 在机械加工自动生产线上，常常使用在机械加工自动生产线上，常常使用接近开关进行工件的加工定位。接近开关进行工件的加工定位。 课题一课题一 电涡流式接近开关电涡流式接
3、近开关 2022-5-31 当传送机构将待加工的金属工件运送到当传送机构将待加工的金属工件运送到靠近减速接近开关的位置时，该接近开关发靠近减速接近开关的位置时，该接近开关发出减速信号，传送机构减速，以提高定位精出减速信号，传送机构减速，以提高定位精度。当金属工件到达定位接近开关面前时，度。当金属工件到达定位接近开关面前时，定位接近开关发出定位接近开关发出“动作动作信号，使传送机信号，使传送机构停止运行。紧接着，加工刀具对工件进行构停止运行。紧接着，加工刀具对工件进行机械加工。机械加工。 在以上应用中，我们可以使用电涡流接在以上应用中，我们可以使用电涡流接近开关来进行工件的定位与计数，那么电涡近
4、开关来进行工件的定位与计数，那么电涡流接近开关工作原理是什么？其结构、特点流接近开关工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。如何？这就是我们本课题的任务目标。 2022-5-31 知识点电涡流式接近开关的工作原理电涡流式接近开关的性能特点及其适用场合 技能点掌握电涡流式接近开关的使用、测量方法2022-5-31一、接近开关一、接近开关 相关知识相关知识2022-5-31接近开关外形接近开关外形 2022-5-31接近开关外形（续）接近开关外形（续） 2022-5-31 二、接近开关的特点二、接近开关的特点 接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨接近开关与被测物不接触、不会
5、产生机械磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便。输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便。 缺点是触点容量较小、输出短路时易烧毁。缺点是触点容量较小、输出短路时易烧毁。 2022-5-31三、电涡流接近开关的工作原理三、电涡流接近开关的工作原理 电涡流式接近开关电涡流式接近开关俗称电感接近开关俗称电感接近开关。它。它由由LCLC高频振荡器高频振荡器和和放大电路放大电路组成，利用金属物组成，利用金属物体在接近这个能产生交变
6、电磁场的电感线圈时，体在接近这个能产生交变电磁场的电感线圈时，使物体内部产生电涡流。电涡流反作用于接近使物体内部产生电涡流。电涡流反作用于接近开关，内部电路的参数发生变化，由此识别出开关，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近。这种接近开关所能检测的有无金属物体接近。这种接近开关所能检测的物体物体必须是导电性能良好的金属物体必须是导电性能良好的金属物体。 输出电压输出电压U01送至比较器，与基准电压送至比较器，与基准电压 UR作比较。作比较。当当U01UR时，比较器翻转，输出高电平，报警器报时，比较器翻转，输出高电平，报警器报警警(LED闪亮闪亮)，执行机构动作，执行机构动作(传送
7、机构电动机停转传送机构电动机停转)。2022-5-31 当金属体靠近当金属体靠近电涡流探头线圈时，电涡流探头线圈时，LC谐振频率改变，谐振频率改变，经检波后，电涡流经检波后，电涡流式接近开关输出电式接近开关输出电压压U01也越来越低。也越来越低。2022-5-31四、电涡流式接近开关特性四、电涡流式接近开关特性 电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导率、磁导率等有关。对于非磁性材料，被测体率、磁导率等有关。对于非磁性材料，被测体的电导率越高，则灵敏度越高；被测体是磁性的电导率越高，则灵敏度越高；被测体是磁性材料时，其磁导率将影响电涡流线圈的感抗。材料时，其磁导
8、率将影响电涡流线圈的感抗。磁滞损耗较大时，其灵敏度通常较高。磁滞损耗较大时，其灵敏度通常较高。2022-5-31五、电涡流式接近开关的安装方式五、电涡流式接近开关的安装方式 电涡流接近开关的安装方式分电涡流接近开关的安装方式分齐平式和非齐平式和非齐平式齐平式。2022-5-31 齐平式（又称埋入型）的接近开关表面可齐平式（又称埋入型）的接近开关表面可与被安装的金属物件形成同一表面，不易被碰与被安装的金属物件形成同一表面，不易被碰坏，但灵敏度较低；坏，但灵敏度较低； 非齐平式（非埋入安装型）的接近开关则非齐平式（非埋入安装型）的接近开关则需要把感应头露出一定高度，否则将降低灵敏需要把感应头露出一
9、定高度，否则将降低灵敏度。度。2022-5-31六、接近开关的主要性能指标六、接近开关的主要性能指标 额定动作距离、工作距离、动作额定动作距离、工作距离、动作滞差、重复定位精度（重复性）、动滞差、重复定位精度（重复性）、动作频率、响应时间等。作频率、响应时间等。 2022-5-31 1.1.动作（检测）距离动作（检测）距离: : 动作距离是指检测体按一动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置（接近开关的感应表面）定方式移动时，从基准位置（接近开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值
10、。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。 2.2.设定距离：指接近开关在实际工作中的整定距设定距离：指接近开关在实际工作中的整定距离，一般为额定动作距离的离，一般为额定动作距离的0.80.8倍。被测物与接近开倍。被测物与接近开关之间的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工关之间的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工作可靠。安装后还须通过调试，然后紧固。作可靠。安装后还须通过调试，然后紧固。 3. 3.复位距离：接近开关动作后，又再次复位时的复位距离：接近开关动作后，又再次复位时的与被测物的距离，它略大于动作距离。与被测物的距离，它略大于动作距离。 4.4.回差值回差值: : 动作距离与复
11、位距离之间的绝对值。动作距离与复位距离之间的绝对值。回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。干扰能力就越强。2022-5-31接近开关的检接近开关的检测距离与回差测距离与回差2022-5-31 响应频率响应频率f ：按规定，在：按规定，在1秒的时间间隔秒的时间间隔内，内， 接近开关动作循环的最大次数，重复接近开关动作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反应。频率大于该值时，接近开关无反应。 响应时间响应时间t ：接近开关检测到物体时刻：接近开关检测到物体时刻到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。到接近开关出现电平状态
12、翻转的时间之差。 可用公式换算：可用公式换算： t=1/ f2022-5-31响应频率及响应时间示意图响应频率及响应时间示意图2022-5-31 输出状态：常开输出状态：常开/ /常闭型接近开关常闭型接近开关 当无检测物体时，对当无检测物体时，对常开型接近开关常开型接近开关而而言，由于接近开关内部的输出三极管截止，所言，由于接近开关内部的输出三极管截止，所接的负载不工作（失电）；当检测到物体时，接的负载不工作（失电）；当检测到物体时，内部的输出级三极管导通，负载得电工作。内部的输出级三极管导通，负载得电工作。 对对常闭型接近开关常闭型接近开关而言，当未检测到物而言，当未检测到物体时，三极管反而
13、处于导通状态，负载得电工体时，三极管反而处于导通状态，负载得电工作；反之则负载失电。作；反之则负载失电。2022-5-31 常用的输出形式有：常用的输出形式有： NPN二线，二线， NPN三线，三线， NPN四线，四线， PNP二线，二线， PNP三线，三线， PNP四线，四线， DC二线，二线，AC二线，二线， AC五线（带继电器）五线（带继电器） 等几种，读者可查阅以下有关资料。等几种，读者可查阅以下有关资料。2022-5-31输出形式输出形式（14）负载负载负载负载2022-5-31输出形式输出形式（58）负载负载负载负载负载负载2022-5-31 导通压降：接近开关在导通状态时，开导通
14、压降：接近开关在导通状态时，开关内部的输出三极管集电极与发射极之间的电关内部的输出三极管集电极与发射极之间的电压降。一般情况下，导通压降约为压降。一般情况下，导通压降约为0.3V0.3V。2022-5-31接近开关的接线方法举例接近开关的接线方法举例以以NPN、常开型为例来说明接线方法、常开型为例来说明接线方法 OUT端与端与GND端的压降端的压降Uces约为约为0.3V，流过，流过KA的电流的电流IKA=（VCC-0. 3）/RKA。若。若IKA大于大于KA的额定吸的额定吸合电流，则合电流，则KA能够可靠吸合。能够可靠吸合。2022-5-31 请按请按接接线图将各元线图将各元件正确地连件正确
15、地连接起来。接起来。2022-5-31接近开关使用注意事项接近开关使用注意事项1.1.请勿将电感接近开关置于请勿将电感接近开关置于0.02T0.02T以上的磁场环境以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。下使用，以免造成误动作。2.2.为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。3.3.为了使接近开关长期稳定工作，请务必进行定为了使接近开关长期稳定工作，请务必进行定期的维护，包括被检测物体和接近开关的安装位置是期的维护，包括被检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线和
16、连接部位是否接触不良等。否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良等。4.DC4.DC二线制接近开关具有二线制接近开关具有0.50.51mA1mA的静态泄漏电流，的静态泄漏电流，在一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用在一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用DCDC三线三线制接近开关。制接近开关。5.5.直流型直流型接近开关接近开关使用电感性负载时，务必在负使用电感性负载时，务必在负载两端并联续流二极管，以免损坏接近开关的输出级载两端并联续流二极管，以免损坏接近开关的输出级 任务实施任务实施 工件经过减速接近开关，传送带减速，经工件经过减速接近开关，传送带减速，经过定位接近开关时，传送带停止，
17、进行加工。过定位接近开关时，传送带停止，进行加工。还可将减速接近开关的信号接到计数器输入端，还可将减速接近开关的信号接到计数器输入端，当金属工件从接近开关面前经过时，接近开关当金属工件从接近开关面前经过时，接近开关动作一次，输出一个计数脉冲，计数器加动作一次，输出一个计数脉冲，计数器加1。2022-5-311一加工机床一加工机床2一刀具一刀具3一工件一工件(导电体导电体) 4一加工位置一加工位置 5一减速接近开关一减速接近开关6一定位接近开关一定位接近开关7一传送机构一传送机构 8一计数器一计数器2022-5-31课题二课题二 电容式接近开关电容式接近开关任务导入任务导入 封闭式粮仓为了保证粮
18、食的品质，必须封闭式粮仓为了保证粮食的品质，必须经常倒库。在向粮仓装入粮食我们必须控制经常倒库。在向粮仓装入粮食我们必须控制其上限，需要安装限位报警系统。其上限，需要安装限位报警系统。2022-5-31 粮食属于非导电介质，测量粮食的物粮食属于非导电介质，测量粮食的物位，可以选择电容式接近开关进行物位测位，可以选择电容式接近开关进行物位测量并报警。量并报警。 电容式接近开关的工作原理是什么？其电容式接近开关的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。务目标。2022-5-31 知识点了解电容式接近开关的工作原理了解电容式接近开关的性能特点
19、及其适用场合 技能点掌握电容式接近开关的使用、测量方法一、电容式接近开关的结构及工作原理一、电容式接近开关的结构及工作原理电容式接近开关电容式接近开关 圆柱形电容式接近开关圆柱形电容式接近开关结构示意图结构示意图 电容式接近开关的电容式接近开关的核心是以单个极板作为核心是以单个极板作为检测端的电容器检测端的电容器，检测极板设置在接近开关的，检测极板设置在接近开关的最前端。测量转换电路安装在接近开关壳体内，最前端。测量转换电路安装在接近开关壳体内，并用介质损耗很小的环氧树脂充填、灌封。并用介质损耗很小的环氧树脂充填、灌封。电容式接近开关原理框图电容式接近开关原理框图 当没有物体靠近检测极当没有物
20、体靠近检测极时，检测板与大地的容量时，检测板与大地的容量C非常小，它与电感非常小，它与电感L构成高构成高品质因数的品质因数的LC振荡电路振荡电路:Q（CR）。）。 当被检测物体为地电位当被检测物体为地电位的导电体的导电体(例如与大地有很例如与大地有很大分布电容的人体、液体等大分布电容的人体、液体等)时，检测极板对地电容时，检测极板对地电容C增增大，大，LC振荡电路的振荡电路的Q值下降，值下降，导致振荡器停振。导致振荡器停振。2022-5-31 当被检测物体不接地或绝缘被测物接近检测极当被检测物体不接地或绝缘被测物接近检测极板时，由于检测极板上施加有高频电压，在它附近板时，由于检测极板上施加有高
21、频电压，在它附近产生交变电场，被检测物体就会受到静电感应，而产生交变电场，被检测物体就会受到静电感应，而产生极化现象，正负电荷分离，使检测极板的对地产生极化现象，正负电荷分离，使检测极板的对地等效电容量增大，从而使等效电容量增大，从而使LC振荡电路的振荡电路的Q值降低。值降低。 对介质损耗较大的介质对介质损耗较大的介质(例如各种含水有机物例如各种含水有机物)而而言，它在高频交变极化过程中是需要消耗一定能量言，它在高频交变极化过程中是需要消耗一定能量的的(转为热量转为热量)，该能量由，该能量由LC振荡电路提供，必然使振荡电路提供，必然使LC振荡电路的振荡电路的Q值进一步降低。当被测物体靠近到值进
22、一步降低。当被测物体靠近到一定距离时，振荡器的一定距离时，振荡器的Q值低到无法维持振荡而停振。值低到无法维持振荡而停振。根据输出电压根据输出电压U。的大小，可大致判定被测体接近的。的大小，可大致判定被测体接近的程度。程度。2022-5-31二 、电容式接近开关特性 1一地电位导电物体一地电位导电物体2一非接地导电物体一非接地导电物体3一含水有机物一含水有机物 动作距离与被检测物体动作距离与被检测物体的材料、性质及尺寸的关系的材料、性质及尺寸的关系 电容式接近开关的检测电容式接近开关的检测距离与被测物体的材料性质距离与被测物体的材料性质有很大关系：当被测物是接有很大关系：当被测物是接地导体灵敏度
23、最高；当被测地导体灵敏度最高；当被测物为绝缘体时，必须依靠极物为绝缘体时，必须依靠极化原理来使化原理来使LC振荡电路的振荡电路的Q值降低，灵敏度较差；当被值降低，灵敏度较差；当被测物为玻璃、陶瓷及塑料等测物为玻璃、陶瓷及塑料等介质损耗很小的物体，它的介质损耗很小的物体，它的灵敏度就极低。灵敏度就极低。2022-5-31 电容式接近开关使用时必须远离金属物电容式接近开关使用时必须远离金属物体，即使是绝缘体对它也有一定的影响。它体，即使是绝缘体对它也有一定的影响。它对高频电场也十分敏感，因此两只电容式接对高频电场也十分敏感，因此两只电容式接近开关也不能靠得太近，以免相互影响。近开关也不能靠得太近，
24、以免相互影响。 对金属物体而言，不必使用易受干扰的对金属物体而言，不必使用易受干扰的电容式接近开关，而应选择电感式接近开关。电容式接近开关，而应选择电感式接近开关。因此只有在测量绝缘介质时才应选择电容式因此只有在测量绝缘介质时才应选择电容式接近开关。接近开关。2022-5-31三、电容式接近开关的安装标号标号安装距离安装距离说明说明S11Sn检测面与支架的间距检测面与支架的间距S23Sn检测面与背景的间距检测面与背景的间距S35Sn并列安装间距并列安装间距S43Sn检测面与侧壁的间距检测面与侧壁的间距电容式接近开关的安装电容式接近开关的安装 电容式接近开关电容式接近开关的安装标注及含义的安装标
25、注及含义 2022-5-31四、电容式接近开关使用注意事项 1.电容式接近开关理论上可以检测任何物体，当电容式接近开关理论上可以检测任何物体，当检测过高介电常数物体时，检测距离要明显减小，这检测过高介电常数物体时，检测距离要明显减小，这时即使增加灵敏度也起不到效果。时即使增加灵敏度也起不到效果。 2.电容式接近开关的接通时间为电容式接近开关的接通时间为50ms，所以在用，所以在用户产品的设计中，当负载和接近开关采用不同电源时，户产品的设计中，当负载和接近开关采用不同电源时，务必先接通接近开关的电源。务必先接通接近开关的电源。 3.当使用感性负载（如灯、发动机等）时，其瞬当使用感性负载（如灯、发
26、动机等）时，其瞬态冲击电流较大，在这种情况下，应经过交流继电器态冲击电流较大，在这种情况下，应经过交流继电器作为负载来转换使用作为负载来转换使用 4.请勿将接近开关置于请勿将接近开关置于200Gauss以上的直流磁场以上的直流磁场环境下使用，以免造成误动作。环境下使用，以免造成误动作。 2022-5-31 5.DC二线的接近开关具有二线的接近开关具有0.5-1mA的静态泄漏电的静态泄漏电流，在和一些对流，在和一些对DC二线接近开关泄漏电流要求较高二线接近开关泄漏电流要求较高的场合下尽量使用的场合下尽量使用DC三线的接近开关。三线的接近开关。 6.避免接近开关在化学溶剂，特别是在强酸，强碱避免接
27、近开关在化学溶剂，特别是在强酸，强碱的环境下使用。的环境下使用。 7.为了保证意外性发生，请用户在接通电源前检查为了保证意外性发生，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。接线是否正确，核定电压是否为额定值。 8.为了使电容式接近开关长期稳定工作，由于其受为了使电容式接近开关长期稳定工作，由于其受潮湿、灰尘等因素的影响比较大，请务必进行定期的潮湿、灰尘等因素的影响比较大，请务必进行定期的维护，包括检测物体和接近开关的安装位置是否有移维护，包括检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有粉动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有粉尘粘附。
28、尘粘附。 任务实施任务实施2022-5-31 在测量绝缘介质时应选择电容式接近开在测量绝缘介质时应选择电容式接近开关，因此粮仓中粮食的位置可以选用电容式关，因此粮仓中粮食的位置可以选用电容式接近开关来测量谷物高度（物位）。接近开关来测量谷物高度（物位）。1一粮仓外壁一粮仓外壁2一输送管道一输送管道3一粮食一粮食4一电容式接近开关一电容式接近开关5一粮食界面一粮食界面2022-5-31任务导入任务导入 汽车用速度及里程仪汽车用速度及里程仪表中速度传感器是十分重表中速度传感器是十分重要的部件。在汽车行驶过要的部件。在汽车行驶过程中，控制器不断接收来程中，控制器不断接收来自车速传感器的脉冲信号自车速
29、传感器的脉冲信号并进行处理，得到车辆瞬并进行处理，得到车辆瞬时速度并累计行驶路程时速度并累计行驶路程。课题三课题三 霍尔式接近开关霍尔式接近开关2022-5-31 在这个系统中，常用霍尔式接近开关传在这个系统中，常用霍尔式接近开关传感器作为车轮转速传感器，是汽车行驶过程感器作为车轮转速传感器，是汽车行驶过程中的实时速度采集器。中的实时速度采集器。 霍尔式接近开关的工作原理是什么？其霍尔式接近开关的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。目标。2022-5-31 知识点了解霍尔式接近开关的工作原理了解霍尔式接近开关的性能特点及其适用场合
30、 技能点掌握霍尔式接近开关开关的使用、测量方法2022-5-31 一、霍尔式接近开关工作原理 霍尔式接近开关是利用霍尔效应制成霍尔式接近开关是利用霍尔效应制成的，必须在磁场中工作的，必须在磁场中工作。 霍尔元件霍尔元件霍尔接近开关霍尔接近开关2022-5-31 金属或半导体薄片两端通以控制电流金属或半导体薄片两端通以控制电流I ，在与薄片方向上施加磁感应强度为在与薄片方向上施加磁感应强度为B的磁场，的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势侧会产生电动势UH , UH的大小正比于控制电的大小正比于控制电流流 I和磁感应强度和磁感应强度 B
31、,这一现象称为霍尔效应，这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。 其中其中一磁场方向一磁场方向与元件平面所成的与元件平面所成的角度角度 2022-5-31 当控制电流的方向或磁场方向改变时，当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出电势的方向也将改变，若电流和磁场同输出电势的方向也将改变，若电流和磁场同时改变方向时，霍尔电势方向不变。时改变方向时，霍尔电势方向不变。 霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。利用集成封装和组感应强度成正比的关系。利用集成封装和组装工艺，它可方便的把磁输入信
32、号转换成实装工艺，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。际应用易操作和可靠性的要求。2022-5-31二、霍尔器件的特性参数二、霍尔器件的特性参数 1.输入电阻输入电阻Ri 霍尔元件输入激励电流端得直流霍尔元件输入激励电流端得直流电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧。温电阻称为输入电阻。它的数值从几十欧到几百欧。温度升高，输入电阻变小，从而使输入电流变大，最终度升高，输入电阻变小，从而使输入电流变大，最终引起霍尔电势的变化。为了减少这种影响，最好采用引起霍尔电势的变化。为了减少这种影响，最好采
33、用恒流源供电。恒流源供电。 2.输出电阻输出电阻R。 两个霍尔电动势两个霍尔电动势 输出端之间的输出端之间的电阻称为输出电阻。它的数值与输入电阻同一数量级。电阻称为输出电阻。它的数值与输入电阻同一数量级。 3.最大激励电流最大激励电流Im 由于霍尔电动势随激励电流由于霍尔电动势随激励电流增大而增大，所以在应用中希望选用较大的激励电流。增大而增大，所以在应用中希望选用较大的激励电流。但激励电流越大，霍尔元件的功耗增大，元件温度上但激励电流越大，霍尔元件的功耗增大，元件温度上升，引起温度误差。升，引起温度误差。 2022-5-31 4.灵敏度灵敏度KH 霍尔元件的灵敏度霍尔元件的灵敏度KH =EH
34、/(IB)，它，它的单位是的单位是mV/(mAT）。）。 5.最大磁感应强度最大磁感应强度BH 磁感应强度超过磁感应强度超过BH时，霍尔时，霍尔电动势的非线性误差将明显增大。电动势的非线性误差将明显增大。 BH的数值一般小的数值一般小于零点几特斯拉（于零点几特斯拉（1T=104Gs）。）。 6.不等位电势不等位电势 在额定激励电流下，当外加磁场在额定激励电流下，当外加磁场为零时，霍尔输出端的电压输出不为零，此时的输出为零时，霍尔输出端的电压输出不为零，此时的输出电压称为不等位电势。一般可通过电路来补偿不等位电压称为不等位电势。一般可通过电路来补偿不等位电势。电势。 7.霍尔电动势温度系数霍尔电
35、动势温度系数 霍尔电动势的输出会随霍尔电动势的输出会随温度变化而变化，它与霍尔元件的材料有关，一般约温度变化而变化，它与霍尔元件的材料有关，一般约为为0.1%/。 2022-5-31三、霍尔式接近开关与外电路的接口 霍尔开关电路的输出级一般是一个集电极开路的霍尔开关电路的输出级一般是一个集电极开路的NPN晶体管，其使用规则和任何一种相似的晶体管，其使用规则和任何一种相似的NPN开开关管相同。因此必须外接一个电阻器来限制流过管子关管相同。因此必须外接一个电阻器来限制流过管子的电流，使它不超过最大允许值（一般为的电流，使它不超过最大允许值（一般为20mA），），以免损坏输出管。以免损坏输出管。 2
36、022-5-31 以发光二极管的接口为例：对负载电阻器的选择以发光二极管的接口为例：对负载电阻器的选择作一计算。发光二极管的正向压降作一计算。发光二极管的正向压降VLED=1.4V，当电，当电源电压源电压VCC=12V时，所需的负载电阻器的阻值时，所需的负载电阻器的阻值 和这个阻值最接近的标准电阻为和这个阻值最接近的标准电阻为560，因此，因此，可取可取560的电阻器作为负载电阻器。的电阻器作为负载电阻器。 2022-5-31霍尔式接近开关霍尔式接近开关的内部原理图的内部原理图 四、霍尔式集成电路霍尔式集成电路霍尔式集成电路 集成霍尔传感器是利用硅集成电路工艺将霍尔元集成霍尔传感器是利用硅集成
37、电路工艺将霍尔元件和测量线路集成在一起的。它取消了传感器和测量件和测量线路集成在一起的。它取消了传感器和测量电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。电路之间的界限，实现了材料、元件、电路三位一体。集成霍尔传感器与分立相比，减少了焊点，显著地提集成霍尔传感器与分立相比，减少了焊点，显著地提高了可靠性。集成霍尔传感器可以分为开关型集成霍高了可靠性。集成霍尔传感器可以分为开关型集成霍尔传感器和线性集成霍尔传感器。尔传感器和线性集成霍尔传感器。霍尔开关的输入端霍尔开关的输入端是以磁感应强度是以磁感应强度B来表来表征的，当征的，当B值达到一定值达到一定的程度（如的程度（如BH）时，霍）时，霍尔开
38、关内部的触发器翻尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出端一般采用晶体管输出。出。2022-5-31霍尔式接近开关霍尔式接近开关输入输入/输出的转移特性输出的转移特性 2022-5-31五、 霍尔式接近开关的安装方式 为保证霍尔器件，尤其是霍尔开关器件的可靠工为保证霍尔器件，尤其是霍尔开关器件的可靠工作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。在计算总作，在应用中要考虑有效工作气隙的长度。在计算总有效工作气隙时，应从霍尔片表面算起。工作磁体和有效工作气隙时，应从霍尔片表面算起。工作磁体和霍尔器件间的运动方式有：霍尔器件
39、间的运动方式有： (a)对移；对移；(b)侧移；侧移；(c)旋转；旋转；(d)遮断遮断 2022-5-31六、霍尔式接近开关使用注意事项 1.过高的电压会引起内部霍尔元器件温升而变的过高的电压会引起内部霍尔元器件温升而变的不稳定，而过低的电压容易让外界的温度变化影响不稳定，而过低的电压容易让外界的温度变化影响磁场强度特性，从而引起电路误动作。磁场强度特性，从而引起电路误动作。 2.当使用霍尔开关驱动感性负载时，请在负载两当使用霍尔开关驱动感性负载时，请在负载两端并入续流二极管，否则会因感性负载长期动作时端并入续流二极管，否则会因感性负载长期动作时的瞬态高压脉冲影响霍尔开关的使用寿命。的瞬态高压
40、脉冲影响霍尔开关的使用寿命。 3.采用不同的磁性磁铁，检测距离有所不同，建采用不同的磁性磁铁，检测距离有所不同，建议采用磁铁直径和产品检测直径相等。议采用磁铁直径和产品检测直径相等。 4.为了避免意外性发生，请用户在接通电源前检为了避免意外性发生，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。查接线是否正确，核定电压是否为额定值。2022-5-31 汽车用霍尔转速计汽车用霍尔转速计是在霍尔式接近开关是在霍尔式接近开关线性电路背面偏置一线性电路背面偏置一个永磁体。可以检测个永磁体。可以检测铁磁物体的缺口进行铁磁物体的缺口进行计数，也可以检测齿计数，也可以检测齿轮的齿计数。霍尔元轮的齿
41、计数。霍尔元件的输出通过检测电件的输出通过检测电路可以测出齿轮的转路可以测出齿轮的转速。速。 用霍尔线性电路检测铁磁物体用霍尔线性电路检测铁磁物体 用霍尔线性电路检测齿口的线路用霍尔线性电路检测齿口的线路 任务实施任务实施2022-5-312022-5-31课题四课题四 光电式接近开关光电式接近开关任务导入任务导入利用光电开关可以制利用光电开关可以制成产品计数器，广泛应用成产品计数器，广泛应用于自动化生产线的产品计于自动化生产线的产品计数。具有非接触、安全可数。具有非接触、安全可靠的特点。靠的特点。光电式接近开关的工光电式接近开关的工作原理是什么？其结构、作原理是什么？其结构、特点如何？这就是
42、我们本特点如何？这就是我们本课题的任务目标课题的任务目标 。2022-5-31 知识点了解光电式接近开关的工作原理 了解光电式接近开关的性能特点及其适用场合 技能点掌握光电式接近开关开关的使用、测量方法2022-5-31一、光电接近开关的工作原理 光电式接近开是把发射端和接收端之间光电式接近开是把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的它可以在许多场合得到应用。的目的它可以在许多场合得到应用。2022-5-312022-5-31光电开关又称为无接触检测和控制开关。光电开关又称为无接触检测和控制开关。它是利用物质对光束的遮蔽、吸收或反射
43、等它是利用物质对光束的遮蔽、吸收或反射等作用，对物体的作用，对物体的位置位置、形状形状、标志标志、符号符号等等进行检测。进行检测。 光电开关是一种新兴的控制开关。在光光电开关是一种新兴的控制开关。在光电开关中最重要的是电开关中最重要的是光电器件光电器件，把光照强把光照强弱的变化转换为电信号的传感元件弱的变化转换为电信号的传感元件。光电器。光电器件主要有件主要有发光二极管、光敏电阻、光电晶体发光二极管、光敏电阻、光电晶体管、光电藕合器管、光电藕合器等，它们构成了光电开关的等，它们构成了光电开关的传感系统。传感系统。2022-5-31 光电式接近开关所检测物体不限于金属，光电式接近开关所检测物体不
44、限于金属，所有所有能反射光线的物体能反射光线的物体均可被检测。均可被检测。 光电开关将输入电流在发射器上转换为光光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号发射出去，接收器再根据接收到的光线的信号发射出去，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测强弱或有无对目标物体进行探测。 光发射器件主要是光发二极管，可以是发光发射器件主要是光发二极管，可以是发射红外线、紫外线、激光等。光接收器件主要射红外线、紫外线、激光等。光接收器件主要是光敏感元件，包括光敏电阻、光敏二极管、是光敏感元件，包括光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。光敏三极管、光电池等。 2022-5-31光敏电阻光敏电阻
45、 光电池光电池 光敏二极管光敏二极管 光敏三极管光敏三极管光发射器件电路符号光发射器件电路符号2022-5-31二、光电式接近开关的分类1.漫反射式光电开关漫反射式光电开关 漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器。当有被检测物体经过时，将光电一体的传感器。当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。于是光电开关就产生了开关信号。漫反射光电开关检测漫反射光电开关检测 引起理想漫反射的光度分布引起理想漫反射的光度分布 2022-5-31 2.镜反射式光
46、电开关镜反射式光电开关 镜反射式光电开关亦是集发射器与接收镜反射式光电开关亦是集发射器与接收器于一体。光电开关发射器发出的光线经过器于一体。光电开关发射器发出的光线经过专用反射镜专用反射镜，反射回接收器，当被检测物体，反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了经过且完全阻断光线时，光电开关就产生了检测开关信号。检测开关信号。 镜反射式光电开关检测镜反射式光电开关检测 2022-5-313.对射式光电开关对射式光电开关 对射式光电开关包含在结构上相互分离，对射式光电开关包含在结构上相互分离，光轴相对放置的发射器和接收器。发射器发出光轴相对放置的发射器和接收器。发射器发出的光
47、线直接进入接收器。当被检测物体经过发的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体是不透明时，对产生了开关信号。当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。射式光电开关是最可靠的检测模式。 对射式光电开关检测对射式光电开关检测2022-5-314.槽式光电开关槽式光电开关 槽式光电开关通常是标准的槽式光电开关通常是标准的U字型结构。字型结构。发射器和接收器分别位于发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光
48、型槽且阻断光轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。轴时，光电开关就产生了检测到的开关量信号。槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变槽式光电开关比较安全可靠的适合检测高速变化，分辨透明与半透明物体。化，分辨透明与半透明物体。 槽式光电开关检测槽式光电开关检测2022-5-315.光纤式光电开关光纤式光电开关 光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感光纤式光电开关采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区器来引导光线，以实现被检测物体不在相近区域的检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反域的检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式。射式。 光纤式光电开关检测光纤式光电开关检测 2
49、022-5-31三、 光电开关的安装、平行安装、相对安装、埋入式安装、非埋入式安装、平行安装、相对安装、埋入式安装、非埋入式安装 光电开关可根据现场环境进行安装。产光电开关可根据现场环境进行安装。产品的测量精度与安装是否恰当有很大关系。品的测量精度与安装是否恰当有很大关系。2022-5-31 1.光在发射时会有发散现象，即有一个指光在发射时会有发散现象，即有一个指向角，检测物或接收器在一定范围内都会接受向角，检测物或接收器在一定范围内都会接受到光，在安装时，要注意该项指标，避免产生到光，在安装时，要注意该项指标，避免产生测量误差。测量误差。、漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关、
50、漫反射式光电开关、镜反射式光电开关、对射式光电开关2022-5-31 2. 漫反射式光电开关发出的光线，需要被检测物漫反射式光电开关发出的光线，需要被检测物表面将足够的光线反射回漫反射开关的接受器，所以表面将足够的光线反射回漫反射开关的接受器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率将是决定接受器检测距离和被检测物体的表面反射率将是决定接受器接收到光线的强度大小，粗糙的表面反射回的光线必接收到光线的强度大小，粗糙的表面反射回的光线必将小于光滑表面反射回的强度。在安装时，要注意被将小于光滑表面反射回的强度。在安装时，要注意被测物体表面的反射率。测物体表面的反射率。 材料材料反射率反射率材料材料反射率
