1、项目五 材料属性识别项目五 材料属性识别1.项目目的项目目的 1）掌握电涡流传感器、电容接近开关、光电接）掌握电涡流传感器、电容接近开关、光电接近开关、磁性接近开关的选型和安装等具体应近开关、磁性接近开关的选型和安装等具体应用方法。用方法。2）掌握接近开关的信号输出线与负载的连接方）掌握接近开关的信号输出线与负载的连接方法，以及具体电路的设计。法，以及具体电路的设计。2.项目条件项目条件 各类接近开关、中间继电器、三菱各类接近开关、中间继电器、三菱FX2N系列系列PLC、FXGPWIN3.3软件。软件。3.项目内容及要求项目内容及要求 使用检测模块识别工件材料属性（金属工件、塑料红色使用检测模
2、块识别工件材料属性（金属工件、塑料红色件、塑料黑色件、磁性工件），检测到金属工件时，指件、塑料黑色件、磁性工件），检测到金属工件时，指示灯示灯A点亮；检测到塑料红色件时，指示灯点亮；检测到塑料红色件时，指示灯B点亮；检点亮；检测到塑料黑色件时，指示灯测到塑料黑色件时，指示灯C点亮；检测到磁性工件时，点亮；检测到磁性工件时，指示灯指示灯D点亮。点亮。一一.项目介绍项目介绍接近开关外形接近开关外形 项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关外形接近开关外形 项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关外形接近开关外形 项目五项目五 材料属性识别材料属性识别项目五项目五 材料属性识别材料属性识
3、别 接近开关的特点接近开关的特点 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“动作”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。5.2 基本知识基本知识二、接近开关的二、接近开关的特点特点 接近开关与被测物不接触、不接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨损和疲劳损伤、工作会产生机械磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好
4、、输出信号负载能力强、体积小、好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便；安装、调整方便；缺点是缺点是 触点容触点容量较小、输出短路时易烧毁。量较小、输出短路时易烧毁。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别开关型霍尔集成电路（OC门）输出在设计电路选择PLC的情况下：传感器组选定后，设计电路，根据实验条件有PLC的尽量使用，也可使用继电器实现项目要求。根据项目要求，实现本项目的步骤如下：常用的输出形式有：当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。光电断续器的发光二极管可以直接用直流电驱
5、动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；根据项目要求，实现本项目的步骤如下：检测到磁性工件时，指示灯D点亮。光电断续器的发光二极管可以直接用直流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；电涡流式接近开关识别金属工件；并密封在一个充满惰性气体的玻璃管中。那么，比较器的“+”、“-”两端都是高电平，输出端是低电平（逻辑0）。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，以保证工作可靠。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0.（5）在检测台上放入塑料黑色工件，按下循环启动按钮，使检测模块进入自动运行状态，执行该程序。根据项目要求，实现本项目的步骤如下：5）可检测颜色的变化
6、。一、常用的接近开关分类一、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（俗称电感接近开关，以下仅以（俗称电感接近开关，以下仅以电感接近开关称呼之）、电容式、电感接近开关称呼之）、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式微波式 、超声波式等。、超声波式等。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别三三.接近开关的主要特性：接近开关的主要特性：额定动作距离、工作距额定动作距离、工作距离、动作滞差、重复定位精离、动作滞差、重复定位精度（重复性）、动作频率等。度（重复性）、动作频率等。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关的检接近开关的检
7、测距离与回差测距离与回差接近开关动作示意图接近开关动作示意图项目五项目五 材料属性识别材料属性识别德州仪器(TI)中文网站：AD公司（Analog Devices）中文网站：美国国家半导体公司中文网站：这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。红外LED的正向压降约为1.使用检测模块识别工件材料属性（金属工件、塑料红色件、塑料黑色件、磁性工件），检测到金属工件时，指示灯A点亮；在设计电路选择PLC的情况下：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，不易被碰坏，但灵敏度较低；光幕用于自动收
8、费系统的车辆检测如果没有被检测物体（介质），“R”端就接收不到光线，“R”端的光敏三极管截止，从而三极管T也截止；在设计电路选择PLC的情况下：反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。镜反射式光电开关再配合光电式接近开关把塑料黑色件区分开来；磁性干簧开关体积小、惯性小、动作快是它的突出的优点。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0.根据项目要求，实现本项目的步骤如下：常用的接近开关有电涡流式（俗称电感接近开关，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、微波式、超声波式等。回差值越大，对外界的干扰以及被测物的
9、抖动等的抗干扰能力就越强。磁感应传感器是一种具有将磁学量信号转换为电信号功能的器件或装置。使用检测模块识别工件材料属性（金属工件、塑料红色件、塑料黑色件、磁性工件），检测到金属工件时，指示灯A点亮；接近开关的术语解释（4）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，不易被碰坏，但灵敏度较低；与PLC输出端接线的有小灯A、B、C、D等负载。接近开关的术语解释（6）1.1.动作（检测）距离动作（检测）距离:动作距离是指检测体按动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置（接近开关的感应表一定方式移动时，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
10、间面）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距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。值。2.2.设定距离：指接近开关在实际工作中的整定设定距离：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距离，一般为额定动作距离的0.80.8倍。被测物与接近倍。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，以保开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。证工作可靠。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
11、大于动作距离。的与被测物的距离，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。抗干扰能力就越强。接近开关的术语解释（接近开关的术语解释（3 3）接近开关的安装方式：分齐平式和接近开关的安装方式：分齐平式和非齐平式。齐平式（又称埋入型）的接非齐平式。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，不易被碰坏，但灵敏度较低；同一表面，不易被碰坏，但灵敏度较低；非齐平式（非埋入安装型）
12、的接近开关非齐平式（非埋入安装型）的接近开关则需要把感应头露出一定高度，否则将则需要把感应头露出一定高度，否则将降低灵敏度。降低灵敏度。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关的安装方式接近开关的安装方式齐平式安装齐平式安装非齐平式安装非齐平式安装项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关的术语解释（接近开关的术语解释（4 4）响应频率响应频率f：按规定，在：按规定，在1秒的秒的时间间隔内，时间间隔内，接近开关动作循环的最接近开关动作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反应。开关无反应。响应时间响应时间t：接近开关检测到物：接近开关检测到物体
13、时刻到接近开关出现电平状态翻转体时刻到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。可用公式换算：的时间之差。可用公式换算：t=1/f项目五项目五 材料属性识别材料属性识别响应频率及响应时间示意图项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关的术语解释 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，对常开型接近开关当无检测物体时，对常开型接近开关而言，由于接近开关内部的输出三极管截而言，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）；当检测止，所接的负载不工作（失电）；当检测到物体时，内部的输出级三极管导通，负到物体时，内部的输出级三极管导通，负载得电工作。载得
14、电工作。对常闭型接近开关而言，当未检测到对常闭型接近开关而言，当未检测到物体时，三极管反而处于导通状态，负载物体时，三极管反而处于导通状态，负载得电工作；反之则负载失电。得电工作；反之则负载失电。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关的术语解释（接近开关的术语解释（6 6）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（带继五线（带继电器）等几种，读者可查阅以下有关资电器）等几种，读者可查阅以下有关资料。料。输出形式输出形式（14）负载负载负载负载项
15、目五项目五 材料属性识别材料属性识别输出形式输出形式（58）负载负载负载负载负载负载项目五项目五 材料属性识别材料属性识别接近开关的术语解释接近开关的术语解释（7）导通压降：接近开关在导通导通压降：接近开关在导通状态时，开关内部的输出三极管状态时，开关内部的输出三极管集电极与发射极之间的电压降。集电极与发射极之间的电压降。一般情况下，导通压降约为一般情况下，导通压降约为0.3V0.3V。导通压降导通压降0.3V开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。接近开关的术语解释（4）在传感器B检测到材料右侧有障碍物体时，B灯点亮；
16、如果没有被检测物体（介质），“R”端就接收不到光线，“R”端的光敏三极管截止，从而三极管T也截止；若用中间继电器与传感器连接，则接线图所下图：常用的接近开关有电涡流式（俗称电感接近开关，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、微波式、超声波式等。磁感应传感器包括霍尔传感器和磁性干簧开关。接近开关的术语解释（3）接近开关的术语解释（4）当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。一、常用的接近开关分类遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。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0.项目五 材料属性识别传感器组选定后
17、，设计电路，根据实验条件有PLC的尽量使用，也可使用继电器实现项目要求。Z=R+jL=f（i1、f、r、x）这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。电源类型有直流2线、直流3线、交流2线、交流直流两用2线等；它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的振荡感辨头时，使物体内部产生涡流。回差值:动作距离与复位距离之间的绝对值。那么，比较器的“+”、“-”两端都是高电平，输出端是低电平（逻辑0）。接近开关的接线方法举例接近开关
18、的接线方法举例以以NPN、常开型为例来说明、常开型为例来说明 接线方法接线方法 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。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别 请按请按接线图将接线图将各元件正各元件正确地连接确地连接起来。起来。电涡流接近开关电涡流接近开关 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，属于属于一种开关量输出的位置传感器。它由一种开关量输出的位置传感器。它由LCLC高频振荡器高频振荡
19、器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的振荡感辨头时，使物体内部产生产生交变电磁场的振荡感辨头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。金属物体。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别一、电涡流效
20、应一、电涡流效应 根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状流动的感应电流，称之为电涡流，这种现象称为电涡涡状流动的感应电流，称之为电涡流，这种现象称为电涡流效应。流效应。涡流的大小与金属体的电阻率涡流的大小与金属体的电阻率、磁导率、磁导率、金属板的厚、金属板的厚度以及产生交变磁场的线圈与金属导体的距离度以及产生交变磁场的线圈与金属导体的距离x、线圈的励、线圈的励磁电流频率磁电流频率f 等参数有关。若固定其中若干参数，就能按等参数有关。若
21、固定其中若干参数，就能按涡流大小测量出另外的参数。涡流大小测量出另外的参数。电涡流效应电涡流效应 当电涡流线圈与当电涡流线圈与金属板的距离金属板的距离x 减小减小时，电涡流线圈的等时，电涡流线圈的等效电感效电感L 减小，等效减小，等效电阻电阻R 增大。感抗增大。感抗XL 的变化比的变化比 R 的的变化变化 大大 得得 多，流过多，流过电涡流线圈的电流电涡流线圈的电流 i1 增大。增大。当高频（100kHz左右）信号源产生的高频电压施加到一个靠近金属导体附近的电感线圈L1时，将产生高频磁场H1。如被测导体置于该交变磁场范围之内时，被测导体就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不是均匀分布的
22、，而只集中在金属导体的表面，这称为集肤效应（也称趋肤效应）。集肤效应与激励源频率f、工件的电导率、磁导率等有关。频率f越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数表达式为：Z=R+jL=f（i1、f、r、x）从上式可分析：如果控制上式中的i1、f、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？属于接触式测量还是非接触式测量？所以，电涡流传感器可以测间距X、与表面电导率有关的有关的表面温度、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率有关的材料型号、表面硬度等参数。电涡流接近传感器属于一种有开关量输出的位置电涡流接近传感器属于一种有开关量输出的位
23、置传感器，它由传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近传感器，使接近传感器振荡能力衰减，内部电路近传感器，使接近传感器振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制传感器的通或断。这种接近传感器所能检进而控制传感器的通或断。这种接近传感器所能检测的物体必须是金属物体。测的物体必须是金属物体。不同材料的金属检测物对
24、电涡流接不同材料的金属检测物对电涡流接近开关动作距离的影响近开关动作距离的影响（以Fe为参考金属）电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导率、磁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，被测体的电导率越高，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；被测体是磁性材料时，其磁导率将影则灵敏度越高；被测体是磁性材料时，其磁导率将影响电涡流线圈的感抗，其磁滞损耗还将影响电涡流线响电涡流线圈的感抗，其磁滞损耗还将影响电涡流线圈的圈的Q值。磁滞损耗大时，其灵敏度通常较高。值。磁滞损耗大时，其灵敏度通常较高。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
25、电感接近开关置于请勿将电感接近开关置于0.02T0.02T以上的磁场环以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。境下使用，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，接线和连接部位是否接触不良，是否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有金属粉尘粘附等。否
26、有金属粉尘粘附等。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，可改用流，在一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用DCDC三线制接近开关。三线制接近开关。5.5.直流型直流型接近开关接近开关使用电感性负载时，请务必在使用电感性负载时，请务必在负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。级。项目五项目五 材料属性识别材料属性识别电容式接近开关：电容式传感器的检测面由两个同轴金属电极构成，很像打开的电容器电极，该电极串接在RC振荡回路内。当检测物接近检测面
27、时，电极的容量产生变化，使振荡器起振，通过后级整形放大转换成开关信号，从而检测有无物体存在的目的；使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制电容式传感器的接通和关断。电容式传感器在接通工作电源，且无被检测介质时，在电容C两端（两个极板）的电荷是：大小相等，极性相反（红色圆圈假设为“+”电荷，黑色圆圈假设为“-”电荷）。那么，在电容式传感器表面（头部）所产生的静电场是平衡的。当介质接近电容式传感器的头部时，电容式传感器表面（头部）原有的平衡电场被打破，这样就使得传感器内部的振荡器工作再通过放大、比较等，传感器就有一个信号输出；表明已检测到工件。1、反射式：发射端和接收端合成在一起的传
28、感器。如果没有被检测物体（介质），“R”端就接收不到光线，“R”端的光敏三极管截止，从而三极管T也截止；项目五 材料属性识别一、常用的接近开关分类与PLC输出端接线的有小灯A、B、C、D等负载。欧姆龙公司生产的E2E系列接近开关种类丰富，可根据具体条件选择最佳型号，外径有M8、M12、M18、M30等；当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。项目五 材料属性识别（6）在检测台上放入磁性工件，按下循环启动按钮，使检测模块进入自动运行状态，执行该程序。接近开关又称无触点行程开关。当传感器接通电源E时，“S”端发射出红外光线。项目五 材料属性识别回差值:动
29、作距离与复位距离之间的绝对值。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。推送装置将工件从料仓推送到加工站，用这个工作台将多个工件连续推送到加工设备。实训要点：本实训中使用光电对射式传感器对咖啡缸进行计数控制，光电反射式传感器检测罐装高度，以控制落料口上单控电磁阀的开通与关断。传感器与中间继电器连接光电断续器可分为遮断型和反射型两种。传感器组选定后，设计电路，根据实验条件有PLC的尽量使用，也可使用继电器实现项目要求。欧姆龙公司生产的E2E系列接近开关种类丰富，可根据具体条件选择最佳型号，外径有M8、M12、M1
30、8、M30等；对于非磁性材料，被测体的电导率越高，则灵敏度越高；磁感应传感器 磁感应传感器是一种具有将磁学量信号转换为电信号功能的器件或装置。利用磁学量与其它物理量的变换关系，以磁场作为媒介，也可将其它非电物理量转变为电信号。磁感应传感器包括霍尔传感器和磁性干簧开关。1、霍尔传感器工作原理 磁感应强度磁感应强度B B为零时的情况为零时的情况半导体薄片置于磁感应强度为半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中，磁场的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在垂流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这，这种现象称为
31、霍尔效应。种现象称为霍尔效应。作用在半导体薄片上的磁场强度作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表可用下式表示：示：EH=KH IB 当当B比较大时比较大时项目五 材料属性识别 当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片移，在半导体薄片c、d方向的端面之间建立起霍尔电势。方向的端面之间建立起霍尔电势。霍尔传感器工作原理演示霍尔传感器工作原理演示 若磁感应强度若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与不垂直于霍尔元件，而是与其法线成某一角度其法线成某一角度
32、 时，实际上作用于霍尔元时，实际上作用于霍尔元件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片件上的有效磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分量，即垂直的方向）的分量，即Bcos，这时的霍尔，这时的霍尔电势为电势为 EH=KHIBcos 霍尔电势与输入电流霍尔电势与输入电流I、磁感应强度、磁感应强度B成正成正比，且当比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则随之改变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。霍尔电势为同频率的交变电势。霍尔元件和霍尔集成电路：霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。线性型集成电
33、路是将霍尔元件和恒流源、线性差动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直接使用霍尔元件方便得多。开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门）等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如UGN3020等。开关性霍尔集成电路的外形和内部电路直流型接近开关使用电感性负载时，请务必在负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。光幕用于自动收费系统的车辆检测接近开关的核心部分是“感辨头”，它对正在接近的物体
34、有很高的感辨能力。传感器组选定后，设计电路，根据实验条件有PLC的尽量使用，也可使用继电器实现项目要求。EH=KHIBcos在设计电路选择PLC的情况下：各类接近开关、中间继电器、三菱FX2N系列PLC、FXGPWIN3.（6）在检测台上放入磁性工件，按下循环启动按钮，使检测模块进入自动运行状态，执行该程序。作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。电源类型有直流2线、直流3线、交流2线、交流直流两用2线等；那么，比较器就翻转，输出端是高电平（逻辑1）。以NPN、常开型为例来说明 接线方法回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。那么，比较器的“+”、“-”两端
35、都是高电平，输出端是低电平（逻辑0）。当检测到物体时，内部的输出级三极管导通，负载得电工作。电涡流式接近开关俗称电感接近开关，属于一种开关量输出的位置传感器。触点与显示灯连接它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的振荡感辨头时，使物体内部产生涡流。5）可检测颜色的变化。使用检测模块识别工件材料属性（金属工件、塑料红色件、塑料黑色件、磁性工件），检测到金属工件时，指示灯A点亮；这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。响应频率及响应时间示意图开关型霍尔集成电路（开关型霍尔集成电
36、路（OC门）输出门）输出霍尔传感器的输入端是以磁感应强度霍尔传感器的输入端是以磁感应强度B来表征的，来表征的，当当B值达到一定的程度（如值达到一定的程度（如B1）时，霍尔传感器内）时，霍尔传感器内部的触发器翻转，霍尔传感器的输出电平状态也随部的触发器翻转，霍尔传感器的输出电平状态也随之翻转。之翻转。开关型霍尔传感器设置施密特触发器就是为了：抗振动干扰能力 回差越大，抗振动干扰 能力越强霍尔传感器应用转速检测霍尔霍尔接近接近开关开关磁铁磁铁zfn60f-频率频率Z-齿数齿数2、磁性干簧开关 它是一种触点传感器。它由两片具有高导磁率的合金簧片组成；并密封在一个充满惰性气体的玻璃管中。两个簧片之间保
37、持一定的重叠和适当的间隙，末端镀金作为触点，管外焊接引线。当干簧管所处位置的磁场强度足够大，使触点弹簧片磁化后所产生的磁性吸引力克服弹簧片的弹力时，两弹簧片互相吸引而使触点导通。当磁场减弱到一定程度，借助弹簧片本身的弹力使它释放。磁性干簧开关体积小、惯性小、动作快是它的突出的优点。磁性干簧开关应用于气缸位置检测 为了知道气缸活塞的两个绝对位置（最内端和最外端），就可以用两个磁感应传感器来检测，如图5-14所示。在气缸活塞环上，包有一层“永久磁铁”。当活塞往外运动到最外端时，传感器A就发出信号（一般传感器上有指示灯）；当活塞往内运动到最内端时，传感器B就发出信号，这样就可以检测气缸活塞的位置。光
38、电开关 光电式传感器主要有两大类：1、反射式：发射端和接收端合成在一起的传感器。2、透光式：即发射端和接收端是分离的.透光型光电开关的发射器和接收器相对安放，透光型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。透光型光电开关的检产生一个负脉冲信号。透光型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。的物体均可检测。反射型光电开关1）漫反射型光电开关 漫反射光电传感器是一种集发
39、射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电传感器发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电传感器就产生了传感器信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电传感器是首选的检测模式。漫反射光电开关的工作原理：当传感器接通电源E时，“S”端发射出红外光线。如果没有被检测物体（介质），“R”端就接收不到光线，“R”端的光敏三极管截止，从而三极管T也截止；那么，比较器的“+”、“-”两端都是高电平，输出端是低电平（逻辑0）。如果此时有被检测物体接近，那么，发射光就被被检测物体的表面反射到“R”端，“R”端的光敏三极管饱和导通，从而三极管T也饱和导通，比较器的“+”端是高
40、电平、“-”端是低电平；那么，比较器就翻转，输出端是高电平（逻辑1）。从而传感器就发出一个信号，表示有物体被检测到。漫反射式光电开关应用于自动冲水龙头漫反射式光电开关应用于自动冲水龙头漫反射光电开关漫反射光电开关咖啡罐咖啡罐流水线运行方向流水线运行方向罐装高度检罐装高度检测测储料仓储料仓透光型光电开关用于计数透光型光电开关用于计数 镜反射式光电开关镜反射式光电开关反射镜反射镜集发射、接收于一体集发射、接收于一体的反射式光电开关的反射式光电开关反射镜反射型光电反射镜反射型光电开关集光发射器和开关集光发射器和光接受器于一体，光接受器于一体，与反射镜相对安装与反射镜相对安装配合使用。反射镜配合使用。
41、反射镜使用偏光三角棱镜，使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的能将发射器发出的光转变成偏振光反光转变成偏振光反射回去，光接收器射回去，光接收器表面覆盖一层偏光表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反透镜，只能接受反射镜反射回来的偏射镜反射回来的偏振光。振光。美国国家半导体公司中文网站：2）消除背景物的影响：将介质周围其他物体涂黑，或调整介质与周围其他物质表面的距离即可。当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效电感L 减小，等效电阻R 增大。接近开关的术语解释（4）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，不易被碰坏，但灵敏度较低；项目五 材料属性识别Z=R+jL=f
42、（i1、f、r、x）当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。项目五 材料属性识别项目五 材料属性识别齐平式（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，不易被碰坏，但灵敏度较低；本设计选择外径为M18的直流3线式接近开关，其检测距离是5mm。使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制电容式传感器的接通和关断。项目五 材料属性识别根据项目要求，实现本项目的步骤如下：如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同频率的交变电势。与PLC输出端接线的有小灯A、B、C、D等负载。霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大类。传感器组选定后，
43、设计电路，根据实验条件有PLC的尽量使用，也可使用继电器实现项目要求。接近开关的术语解释（4）1）非接触检测：可避免传感器或物体的损伤，确保元件长期工作。项目五 材料属性识别透射型光电开关（遮断式）遮断式）遮断式光电开遮断式光电开关关由相互分离且相由相互分离且相对安装的光发射器对安装的光发射器和光接受器组成。和光接受器组成。当被检测物体位于当被检测物体位于发射器和接受器之发射器和接受器之间时，光线被阻断，间时，光线被阻断，接受器接受不到红接受器接受不到红外线而产生开关信外线而产生开关信号。号。ObjectReceiver光幕 两个柱形结两个柱形结构相对而立，构相对而立，每隔数十毫米每隔数十毫米
44、安装一对发光安装一对发光二极管和光敏二极管和光敏接收管，形成接收管，形成光幕，当有物光幕，当有物体遮挡住光线体遮挡住光线时，传感器发时，传感器发出报警信号。出报警信号。光幕应用光幕应用 当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号，起保护、预警等作用。光幕应用:产品高度测量产品高度测量三维尺寸三维尺寸检测检测宽度宽度 测量测量长度长度 测量测量高度高度 测量测量光幕用于自光幕用于自动收费系统动收费系统的车辆检测的车辆检测光电断续器 光电断续器可分为遮断型和反射型两种。光电断续器可分为遮断型和反射型两种。遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的通常是标准的
45、U字型结构。其发射器和接收字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。可靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过当被检测物体经过U U型槽且阻断光轴时，光型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信号。电开关就产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。反射式光电反射式光电断续器断续器 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。它广泛光电断续器是较便宜、简单
46、、可靠的光电器件。它广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以直接用直设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以直接用直流电驱动，亦可用流电驱动，亦可用40kHz尖脉冲电流驱动；红外尖脉冲电流驱动；红外LED的正向的正向压降约为压降约为1.11.3V，驱动电流控制在，驱动电流控制在20mA以内。以内。光电断续器此时，观察C灯是否点亮。在设计电路选择PLC的情况下：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，否则将降低灵敏度。各类接近开关、中间继电器、三菱FX2N系列
47、PLC、FXGPWIN3.使用检测模块识别工件材料属性（金属工件、塑料红色件、塑料黑色件、磁性工件），检测到金属工件时，指示灯A点亮；项目五 材料属性识别（3）在检测台上放入金属工件，按下循环启动按钮，使检测模块进入自动运行状态，执行该程序。反射型光电传感器检测距离可达1m，透射型光电传感器检测距离可达10m。AD公司（Analog Devices）中文网站：当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时，电涡流线圈的等效电感L 减小，等效电阻R 增大。涡流大小测量出另外的参数。接近开关的术语解释（4）若用中间继电器与传感器连接，则接线图所下图：电容式传感器在接通工作电源，且无被检测介质时，在电容C两端
48、（两个极板）的电荷是：大小相等，极性相反（红色圆圈假设为“+”电荷，黑色圆圈假设为“-”电荷）。DC二线制接近开关具有0.缺点是 触点容量较小、输出短路时易烧毁。2）掌握接近开关的信号输出线与负载的连接方法，以及具体电路的设计。检测到塑料黑色件时，指示灯C点亮；Z=R+jL=f（i1、f、r、x）项目五 材料属性识别当传感器接通电源E时，“S”端发射出红外光线。传感器组选定后，设计电路，根据实验条件有PLC的尽量使用，也可使用继电器实现项目要求。光电开关的特性：1）非接触检测：可避免传感器或物体的损伤，确保元件长期工作。2）可检测所有的物体。如玻璃、金属、塑料、木料和液体等。3）检测距离长。反
49、射型光电传感器检测距离可达1m，透射型光电传感器检测距离可达10m。4）响应快。响应速度可达50us（1/20000S）。5）可检测颜色的变化。6）准确率极高。方案分析 项目要求：使用检测模块识别工件材料属性（金属工件、塑料红色件、塑料黑色件、磁性工件），检测到金属工件时，指示灯A点亮；检测到塑料红色件时，指示灯B点亮；检测到塑料黑色件时，指示灯C点亮；检测到磁性工件时，指示灯D点亮。根据项目要求，实现本项目的步骤如下：选择传感器组，以各个接近开关的工作原理及特性为选择依据；传感器组选定后，设计电路，根据实验条件有PLC的尽量使用，也可使用继电器实现项目要求。操作分析1、传感器选型 选择能够区
50、分开金属工件、塑料红色件、塑料黑色件以及磁性工件等物料的位置传感器。电涡流式接近开关识别金属工件；霍尔传感器识别磁性工件；再配合光电式接近开关把塑料黑色件区分开来；加电容式接近开关的作用是为了区分塑料黑色件和无工件的两种情况。被测物体电涡流接近开关光电式接近开关霍尔式接近开关电容式接近开关金属工件有信号有信号无信号有信号塑料红色件无信号有信号无信号有信号塑料黑色件无信号无信号无信号有信号磁性工件无信号有信号有信号有信号传感器选型传感器选型2、电路图设计、电路图设计 电路图设计可使用中间继电器设计，也可以使用可编程控制器PLC设计。传感器与中间继电器连接传感器与中间继电器连接 触点与显示灯连接触
