1、SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系传感器原理及应用传感器原理及应用SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系 现代工业自动化生产过程中现代工业自动化生产过程中,离不开离不开各种传感器各种传感器,传感器传感器与与PLCPLC(可编程序控制器可编程序控制器)等构成等构成自动控制系统自动控制系统。传感器被称为传感器被称为“电五官电五官”,作为系统作为系统输入检测部分输入检测部分,其作用其作用检测外界信息变化检测外界信息变化,并并转换转换为系统为系统可识别的电信号可识别的电信号,传送传送给给PLCPLC、计算机计算机等核心控制器等核心控制器。一一、概概 述述第一章第一章、传感器原理
2、及应用传感器原理及应用SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系1.1.传感器定义传感器定义 自动检测装置中自动检测装置中,直接感受直接感受被测量被测量,并将其并将其转换为转换为可用可用电信号电信号输出的输出的器件器件。电信号电信号敏感元件敏感元件转换元件转换元件被测量被测量辅助电源辅助电源传感器组成传感器组成:检测部分检测部分转换部分转换部分辅助电源辅助电源SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电信号电信号敏感元件敏感元件转换元件转换元件被测量被测量辅助电源辅助电源传感器组成传感器组成:开关量信号开关量信号“0，1”模拟量信号模拟量信号 电压信号电压信号(05V,010V)电
3、流信号电流信号(420mA)PLC;单片机单片机;计算机计算机;传送传送“磁场磁场/电场电场/光线光线”等等变化状态变化状态；“温度温度/压力压力/流量流量/速度速度”等等物理物理量量；SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系红外线测温仪红外线测温仪各类自动门各类自动门传感器应用传感器应用将将被测量被测量(温度温度)转换为模拟量的转换为模拟量的电信号电信号(电压电压05V 或 电流电流420mA)将将被测量被测量(光线变化状态光线变化状态)转换为转换为开关量的开关量的电信号电信号(0、1状态信号状态信号)SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系2.传感器的分类传感器的分类数字量
4、数字量传感器传感器：输出输出开关量信号开关量信号 (逻辑状态逻辑状态0、1)(Digital sensor)模拟量模拟量传感器传感器：输出输出模拟量信号模拟量信号(电压电压05V,010V,或或 电流电流420mA)(Analog sensor)按按输出信号性质输出信号性质分类：分类：NPN型型：输出输出低电平低电平 “0”(亚洲亚洲标准标准)；PNP型型：输出输出高电平高电平“1”(欧洲欧洲标准标准)；数字量传感器按数字量传感器按输出特性输出特性分类：分类：SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系传感器输出特性原理图传感器输出特性原理图（以接近开关为例）（以接近开关为例）(a)输出特
5、性输出特性 NPN型型(b)输出特性输出特性 PNP型型输出输出低电平低电平(0V)(0V)“高电平高电平”取决于取决于电源电压电源电压值值输出输出高电平高电平(24V)(24V)SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系输出特性：输出特性：输出低电平时输出低电平时负载得电负载得电输出高电平时输出高电平时负载得电负载得电SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系3.常用数字量传感器分类常用数字量传感器分类接近式接近式传感器：传感器：电感式电感式传感器 Ind.(Proximity)电容式电容式传感器 Cap.磁感应式磁感应式传感器 Mag.光电式光电式传感器传感器:透射式透射式传感
6、器 Opt.(Optical-electrical)反射式反射式传感器 Opt.:镜面反射镜面反射 漫反射漫反射SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电气图形符号电气图形符号1.1.电感式传感器电感式传感器 Inductive Sensor二二、常用数字量传感器工作原理常用数字量传感器工作原理检测物体检测物体:只能检测只能检测金属物体金属物体 检测距离检测距离:010mm,通常通常48mm SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系工作原理工作原理：传感器内部传感器内部LC高频振荡高频振荡等电路产生等电路产生一定电磁场一定电磁场。当当金属物体金属物体靠近靠近传感检测头时传感检测
7、头时,金属金属物体内部物体内部产生涡流产生涡流,引起引起传感器传感器磁场磁场磁磁通量通量变化变化,而使而使传感器传感器输出信号输出信号。接近体振荡器开关器输出器LC电感式传感器工作模型电感式传感器工作模型 SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电气图形符号电气图形符号2.2.电容式传感器电容式传感器 Capacitive Sensor检测物体检测物体:非薄片的任何介质非薄片的任何介质检测距离检测距离:010mm,通常通常35mm SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系+-+-+-+-电容式传感器工作模型电容式传感器工作模型 无物体接近无物体接近时,传感器检测面静电荷平衡静电
8、荷平衡电容量C不变,内部RC振荡回路建立稳定电场稳定电场。当物体接近当物体接近引起检测面静电荷变化静电荷变化电容量电容量C C改变改变,使传感器产生输出信号输出信号。传感器检测头传感器检测头工作原理工作原理：SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电容式传感器的应用电容式传感器的应用在料位检测中的应用在料位检测中的应用SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电容式传感器在液位测量控制中的应用电容式传感器在液位测量控制中的应用SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系Capacitive sensor汉堡检测汉堡检测电容式传感器应用：电容式传感器应用：用于物体位置检测用于物
9、体位置检测、行程限位行程限位、产品计数等；产品计数等；SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电气图形符号电气图形符号3.3.磁感应式传感器磁感应式传感器 Magnetic SensorSIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系磁感应传感器工作模型磁感应传感器工作模型 工作原理：工作原理：传感器内部结构为合金传感器内部结构为合金簧片等组成的簧片等组成的干簧继电器干簧继电器。当当磁性物体靠近磁性物体靠近时时,其其生产生产一定强度磁场一定强度磁场,电磁力电磁力使使簧片簧片吸合吸合、触点闭合触点闭合。当当磁性物体离开磁性物体离开时时,磁场减弱磁场减弱,使簧片释放使簧片释放、触点断开触点
10、断开。检测物体检测物体:磁性物质磁性物质 （永久磁铁（永久磁铁、带电线圈）带电线圈）检测距离检测距离:010mm,通常通常35mm SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系转子传感器磁性齿转速检测转速检测 磁感应式传感器的应用磁感应式传感器的应用传感器A气缸传感器B气缸运动位置检测气缸运动位置检测（在气缸活塞环上包有一层（在气缸活塞环上包有一层“永久磁铁永久磁铁”）SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电气图形符号电气图形符号4.4.光电式传感器光电式传感器 Optical-electrical Sensor（又称（又称“光电式开关光电式开关”）（发射接收光线的器件）（发射接
11、收光线的器件）SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系 工作模型工作模型:由由发射端发射端(Transmit)的的发光二极管发光二极管发出光线发出光线,接收端接收端(Receiver)的光敏三极管的光敏三极管接收光线接收光线,当有物体穿过当有物体穿过，引起引起光通量发生变化时光通量发生变化时,使传感器使传感器输出开关信号输出开关信号。工作原理工作原理:主要包括：主要包括：发射端发射端TransmitTransmit(发光二极管等器件发光二极管等器件)；接收端接收端ReceiveReceive(光敏三极管等器件光敏三极管等器件)；SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系原理：原理
12、：当当被测物体被测物体穿过光线穿过光线轴时轴时遮挡住光线遮挡住光线,引起光通量引起光通量变化变化,使传感器使传感器输出信号输出信号。(1)透射式光电传感器：透射式光电传感器：发射端和接收端分开安装在两侧；发射端和接收端分开安装在两侧；ReceiverObjectTransmitter 被测物体被测物体检测物体检测物体:非透明物体非透明物体检测距离检测距离:010m,通常通常25m SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系反射型反射型光电开光电开振光。振光。(2)(2)镜面反射式光电传感器镜面反射式光电传感器反射镜反射镜被测物体偏振光偏振光发射光发射光被测物体被测物体反射板反射光反射光发
13、射光发射光发射与接收端发射与接收端集成安装于一体集成安装于一体原理：原理：当当被测物体被测物体穿过传感器与反射板之间时穿过传感器与反射板之间时,反射光反射光被遮挡被遮挡,引起光通量变化引起光通量变化,使传感器输出使传感器输出开关信号开关信号。检测物体检测物体:非透明物体非透明物体检测距离检测距离:010m,通常通常25m SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系漫反射光线反射光线被检测物体发射光线漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接受器接受，于是产生开关信号。额定距离(3)(3)漫反射式光电传感器漫反射式光电传感
14、器 当当被测物体靠近传感器被测物体靠近传感器,发射端发出的光线发射端发出的光线,经过被经过被测物体表面反射测物体表面反射,使接受端使接受端接受到反射光线接受到反射光线,从而使传从而使传感器感器产生开关信号产生开关信号。工作原理：工作原理：检测距离检测距离:01m,通常通常100 400mm发射与接收端发射与接收端集成安装于一体集成安装于一体检测物体检测物体:非黑色非黑色、非透明物体非透明物体SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系电动扶梯自动启停物体倒置辨别产品计数 料位的控制 转速检测位置控制装置三、传感器的广泛应用三、传感器的广泛应用SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系
15、SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系常用数字量传感器常用数字量传感器（小结）（小结）SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系光电式光电式 Opt.电感式电感式 Ind.电容式电容式 Cap.磁感应式磁感应式 Mag.电气图形符号电气图形符号根据电气图形符号根据电气图形符号,判断传感器类型判断传感器类型SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系二线制二线制棕棕/红红线：DC24V蓝蓝线：0V三线制三线制棕棕/红红线：DC24V蓝蓝线：0V黑线黑线：输出信号(常开NO)四线制四线制棕棕/红红线：DC24V蓝蓝线：0V黑黑线：输出信号(常开NO)白线：输出信号(常闭NC)四
16、、传感器的安装接线四、传感器的安装接线1.1.接线规则接线规则SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系(1)根据根据电气图形符号电气图形符号判断判断传感器类型传感器类型；(2)根据根据被测物体的性质被测物体的性质及及检测要求检测要求,选择选择适合的适合的 传感器类型传感器类型(Opt./Ind./Cap./Mag.等等)；(3)根据传感器铭牌上根据传感器铭牌上接线图接线图判断其判断其输出特性输出特性；NPN型型PNP型型2.传感器铭牌参数识别及接线传感器铭牌参数识别及接线(型号型号、电气图形符号电气图形符号、接线图接线图、工作电压工作电压、运行指示灯运行指示灯、灵敏度电位器灵敏度电位器
17、)SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系(4)按照传感器按照传感器接线图接线图，正确连接电源，正确连接电源“+、-”极极和和负载负载。(5)根据传感器根据传感器工作电压工作电压(1030VDC),正确接入正确接入电源电源；(6)通过传感器的通过传感器的“运行运行”指示灯指示灯，观察其运行状态。，观察其运行状态。(7)漫反射光电传感器漫反射光电传感器,调节调节“灵敏度电位器灵敏度电位器”可微调可微调检测距离检测距离。SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系1.实验目标：实验目标：熟悉传感器的铭牌参数,正确选型接线(1)(1)分别选择四种类型传感器分别选择四种类型传感器(Ind.
18、Cap.Mag.Opt.),.),按照铭牌参数正确连接电源及负载按照铭牌参数正确连接电源及负载(指示灯指示灯)；(2)(2)通电运行通电运行,选择适合的被测物体进行检测选择适合的被测物体进行检测,记录传感器记录传感器 的的输出特性、检测物体、检测距离范围输出特性、检测物体、检测距离范围；(3)选择一个选择一个OMRON传感器传感器,记录记录“型号型号、工作电压工作电压、接线图接线图”等铭牌参数等铭牌参数，正确连接电源和负载正确连接电源和负载(指示灯指示灯)；通电运行通电运行,记录传感器记录传感器输出特性、检测物体、检测距离范围输出特性、检测物体、检测距离范围；课堂实践课堂实践1：传感器的接线与
19、检测传感器的接线与检测2.实训内容及要求：实训内容及要求：SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系 五、各类传感器的组合应用五、各类传感器的组合应用方案方案1：选择选择输出特性相同输出特性相同的的S1和和S2,可可直接并联直接并联控制；控制；现有两个传感器现有两个传感器S1和和S2,当任意一个传感器检测到物体时当任意一个传感器检测到物体时,即控制指示灯即控制指示灯HL1亮亮；分析：分析：两个传感器为两个传感器为“逻辑逻辑或或”控制关系；控制关系；案例案例1：SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系方案方案2：选择选择输出特性不同输出特性不同的的S1和和S2,需通过需通过中间继电
20、器中间继电器触点触点 间接并联间接并联控制；控制；目前常用的控制方式目前常用的控制方式SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系 用用S2S2的输出端控制的输出端控制 S1S1电源电源“-”极的接通极的接通 现有两个传感器现有两个传感器S1和和S2,当两个传感器同时检测到物体时当两个传感器同时检测到物体时,则控制指示灯则控制指示灯HL2亮亮；分析：分析：两个传感器为两个传感器为“逻辑逻辑与与”控制关系控制关系；方案方案1：选择选择输出特性相同输出特性相同的的S1和和S2,可直接可直接串联串联控制；控制；案例案例2：SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系思考与练习：思考与练习：选
21、择输出特性不同的选择输出特性不同的S1和和S2,如何设计控制电路？如何设计控制电路？SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系实训项目实训项目1：使用检测模块识别材料属性使用检测模块识别材料属性 使用如图所示的检测模块，使用如图所示的检测模块，识别被测工件材料属性识别被测工件材料属性,要求如下：要求如下：n当检测到当检测到金属金属工件时，指示灯工件时，指示灯HL1亮；亮；n当检测到当检测到塑料红色塑料红色工件时，指示灯工件时，指示灯HL2亮；亮；n当检测到当检测到塑料黑色塑料黑色工件时，指示灯工件时，指示灯HL3亮。亮。项目说明项目说明：SIPIVT SIPIVT 机电工程系机电工程系实训要求及步骤：实训要求及步骤：1.分析项目控制要求分析项目控制要求（选择传感器类型及输出特性、分析（选择传感器类型及输出特性、分析I/O控制逻辑关系）控制逻辑关系）2.设计和绘制控制电路图设计和绘制控制电路图 (包括包括“传感器传感器、中间继电器中间继电器、指示灯指示灯”等等)
