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1、关于传感器工作原理第一页，本课件共有41页第第一一章章 传传感感器器的的发发展展和和作作用用人类为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。人类依靠这些器官接收来自外界的刺激，再通过大脑进行分析判断，发出命令而动作。随着科学技术发展和人类社会的进步，人类为了进一步认识自然和改造自然，只靠这些感觉器官就显得很不够了。于是，一系列代替、补充、延伸人的感觉器官功能的各种手段就应用而生，从而出现了各种用途的传感器。第二页，本课件共有41页1.2 什什么么是是传传感感器器传感器是与人的感觉器官相对应的元件传感器是与人的感觉器官相对应的元件国家标准国家标准GB 7665-87对传感器下的定义对传感器下的定义是
2、：是：“能够感受规定的被测量并按照一定能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。通常由敏感元件和转换元件组成。”第三页，本课件共有41页敏感元件传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件传感器中能将敏感元件感受的或响应的被测量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。第四页，本课件共有41页下图为传感器组成方框图此图也说明了传感器的基本组成和工作原理。第五页，本课件共有41页实际上有些传感器并不能明显区分敏感元件和转换元件两个部分而是二者合为一体。例如：压电传感器、热电偶等，没有中间环节
3、，直接将被测量转换成电信号。第六页，本课件共有41页传感器种类繁多，功能各异。由于同一被测量可用不同转换原理实现探测，利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可制作出检测不同被测量的传感器，功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域，故传感器有不同的分类法。1.3.传传感感器器的的分分类类第七页，本课件共有41页基于物理效应如声、光、电、磁、热等效应进行工作的物理传感器；基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器；基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。1）.根根据据传传感感感感知知外外界界信信息息所所依依据据的的基基本本效效应应分分为为：第八页，本课件共有41页2）
4、.按工作原理分类应变式电容式电感式电磁式压电式热电式；等等第九页，本课件共有41页3）.根据传感器使用的敏感材料：半导体传感器光纤传感器陶瓷传感器金属传感器高分子材料传感器复合材料传感器；等等第十页，本课件共有41页4）.按照被测量：力力学学量量传传感感器器热热量量传传感感器器磁磁传传感感器器光光传传感感器器放放射射线线传传感感器器气体成分传感器液体成分传感器离子传感器真真空空传传感感器器；等等等等第十一页，本课件共有41页5）.按能量关系可分为两大类：能能量量控控制制型型，其其变变换换的的能能量量是是由由外外部部电电源源供供给给，而而外外界界的的变变化化（即即传传感感器器输输入入量量的的变变
5、化化）只只能能起起到到控控制制作作用用。如如电电桥桥测测量量电电阻阻温温度度变变化化时时，温温度度变变化化改改变变了了热热敏敏电电阻阻的的阻阻值值，热热敏敏电电阻阻阻阻值值的的变变化化使使电电桥桥输输出出发发生生变变化化（注注意意电电桥桥的的输输出出是是由由电电源源供供给给的的）能量转换型，由传感器输入量变化直接引起能量变化。如热效应中的热电偶，当温度变化时，直接引起输出电势变化。再如传声器直接将声信号转化成电信号输出。第十二页，本课件共有41页6）.按传感器利用场的定律还是利用物质的定律可分为：结构型传感器物型传感器复合型传感器第十三页，本课件共有41页场的定律是关于物质作用的定律，例如动力
6、场的运动定律、电磁场的感应定律、光的干涉现象等。利用场的定律做成的传感器，如电动式、电容式、激光检测器等。物质的定律是指物质本身内在性质的规律。如弹性尊从虎克定律、晶体的压电性、半导体材料的压阻、热阻、光阻、湿阻、霍尔效应等。利用物质的定律做成的传感器，如压电式传感器、热敏电阻、光敏电阻、光电管等第十四页，本课件共有41页7）.按依靠还是不依靠外加电源工作可分为：有源传感器（需外加电源才能工作）无源传感器（不需外加电源）第十五页，本课件共有41页8）.按输出量可分为：数字量传感器模拟量传感器第十六页，本课件共有41页分类方法分类方法传感器的种类传感器的种类说明说明按依据的效应分类按依据的效应分
7、类物理传感器物理传感器化学传感器化学传感器生物传感器生物传感器基于物理效应（光、电、声、磁、热）基于物理效应（光、电、声、磁、热）化学传感器化学传感器生物传感器生物传感器按输入量分类按输入量分类位移、速度、温度、气体成分、位移、速度、温度、气体成分、浓度等传感器浓度等传感器传感器以被测量命名传感器以被测量命名按工作原理分类按工作原理分类应变式、电容式、电感式、电应变式、电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式、传感磁式、压电式、热电式、传感器等器等传感器以工作原理命名传感器以工作原理命名按输出信号分类按输出信号分类模拟式传感器模拟式传感器数字式传感器数字式传感器输出为模拟量输出为模拟量输出为数字
8、量输出为数字量按能量关系分类按能量关系分类能量转换型传感器能量转换型传感器能量控制型传感器能量控制型传感器直接将被测量转换为输出量的能量直接将被测量转换为输出量的能量由外部供给传感器能量，而由被测量控制输出量能量由外部供给传感器能量，而由被测量控制输出量能量按是利用场的定律还是利用物按是利用场的定律还是利用物质的定律分类质的定律分类结构型传感器结构型传感器物型传感器物型传感器通过敏感元件几何结构参数变化实现信息转换通过敏感元件几何结构参数变化实现信息转换通过敏感元件材料物理性质变化实现信息转换通过敏感元件材料物理性质变化实现信息转换按是否依靠外加电源分类按是否依靠外加电源分类有源传感器有源传感
9、器无源传感器无源传感器传感器工作需外加电源传感器工作需外加电源传感器工作无需外加电源传感器工作无需外加电源按使用敏感材料分类按使用敏感材料分类半导体传感器、光纤传感器、半导体传感器、光纤传感器、陶瓷传感器、金属传感器、高陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、复合材料传分子材料传感器、复合材料传感器感器传感器以使用的敏感材料命名传感器以使用的敏感材料命名第十七页，本课件共有41页以上所列传感器分类有较大的概括性，但由于传感器的以上所列传感器分类有较大的概括性，但由于传感器的分类不统一，而这种分类很难完备，例如有的学者将传分类不统一，而这种分类很难完备，例如有的学者将传感器作了如下分类：感器作
10、了如下分类：1 1）压力：）压力：2 2）力）力/荷重；3 3）位移）位移（厚度）；（厚度）；4 4）力矩；）力矩；5 5）角度；）角度；6 6）角速度（转速）；7 7）速度；）速度；8 8）加速度；）加速度；9 9）角加速度；）角加速度；1010）倾斜角；）倾斜角；1111）编码器；）编码器；1212）震动；）震动；1313）气体）气体/烟雾；烟雾；1414）温度；15）热能；16）湿度；）湿度；1717）水分；）水分；1818）露点；）露点；1919）液位；液位；2020）料位；）料位；2121）流量；）流量；2222）流速；）流速；2323）风速；2424）电流；2525）电压；2626
11、）电功率；）电功率；2727）电频率；）电频率；2828）接近开关；）接近开关；2929）磁性开关；30）pH值；值；3131）光）光电开关；电开关；32）电阻率；33）电导率；）电导率；3434）水域氧；）水域氧；3535）生物；）生物；3636）红外线；）红外线；3737）紫外线；）紫外线；38）光纤；）光纤；3939）离子；）离子；4040）激光；4141）超声波；4242）声音/噪声；4343）触觉；）触觉；4444）图像）图像/颜色；颜色；4545）密度）密度/粘度；粘度；4646）混浊度。）混浊度。第十八页，本课件共有41页传感器的性能和评价为了更好地掌握和使用传感器，必须事先充分
12、了解传感器的特性。传感器的各种特性一般是根据输入和输出的对应关系来描述的。传感器在稳态（静态或准静态）信号作用下，输入和输出的对应关系为静态特性；传感器在动态（周期或暂态）信号作用下，输入和输出的对应关系为动态特性；第十九页，本课件共有41页传感器的静态特性1.1.灵敏度 灵敏度是描述传感器的输出量（一般为电学量）对输入量（一般为非电学量）敏感程度的特性参灵敏度是描述传感器的输出量（一般为电学量）对输入量（一般为非电学量）敏感程度的特性参数。其定义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比，用公式表示为：数。其定义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比，
13、用公式表示为：可见，传感器的校准曲线的斜率即为灵敏度。对于线性传感器来说灵敏度是一个常 数；非线性传感器的灵敏度则随输入量变化。第二十页，本课件共有41页2.2.线性度线性度 理想的传感器输出与输入呈线性关系。然而，输出与输入的线性关系严格来说也是不成立的，理想的传感器输出与输入呈线性关系。然而，输出与输入的线性关系严格来说也是不成立的，总存在一定的非线性。线性度是评价非线性程度的参数。其定义为：传感器的输出总存在一定的非线性。线性度是评价非线性程度的参数。其定义为：传感器的输出输输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程之比，称作该传感器的入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与
14、传感器满量程之比，称作该传感器的“非线性误差非线性误差”或称或称“线性度线性度”，也称，也称“非线性度非线性度”。通常用相对误差表示其大小：。通常用相对误差表示其大小：式中，ef为非线性误差（线性度），max为校准曲线与理想拟合直线间的最大偏差，YFS为传感器满量程输出平均值，如图1.2所示第二十一页，本课件共有41页 非线性误差大小是以一拟合直线或理想直线作为基准计算出来的，非线性误差大小是以一拟合直线或理想直线作为基准计算出来的，基准直线不同，所得的线性度就不一样。因而不能笼统地提线性基准直线不同，所得的线性度就不一样。因而不能笼统地提线性度或非线性误差，必须说明其所依据的基准直线。按照所
15、依据的度或非线性误差，必须说明其所依据的基准直线。按照所依据的基准直线不同，有理论线性度、端基线性度、独立线性度等。基准直线不同，有理论线性度、端基线性度、独立线性度等。理论线性度：拟合直线为理论直线，通常以理论线性度：拟合直线为理论直线，通常以 0%0%作为直线起作为直线起始点，满量程输出始点，满量程输出 100%100%作为终止点。作为终止点。端基线性度：以校准曲线的零点和满量程输出值连成的直线为拟端基线性度：以校准曲线的零点和满量程输出值连成的直线为拟合直线。合直线。独立线性度：作两条与端基直线平行的直线，使之恰好包独立线性度：作两条与端基直线平行的直线，使之恰好包围所有的标定点，以与二
16、直线等距离的直线作为拟合直线。围所有的标定点，以与二直线等距离的直线作为拟合直线。第二十二页，本课件共有41页3.3.灵敏度界限（阈值）灵敏度界限（阈值）灵敏度界限（阈值）灵敏度界限（阈值）输入改变输入改变xx时，输出变化时，输出变化yy，xx变小，变小，yy也变小。也变小。但是一般来说，但是一般来说，xx变小到某种程度，输出就不再变化了，这变小到某种程度，输出就不再变化了，这时的时的xx叫做灵敏度界限。叫做灵敏度界限。存在灵敏度界限的原因有两个：一个是输入的变化量通过存在灵敏度界限的原因有两个：一个是输入的变化量通过传感器内部被吸收，以而反映不到输出端上去。典型的例传感器内部被吸收，以而反映
17、不到输出端上去。典型的例子是螺丝或齿轮的松动。螺丝和螺帽，齿条和齿轮之间多子是螺丝或齿轮的松动。螺丝和螺帽，齿条和齿轮之间多少有空隙，如果少有空隙，如果xx相当于这个空隙的话，那么相当于这个空隙的话，那么xx是无法传是无法传递出去的。又例如，装有轴承的旋转轴，如果不加上能克服轴与递出去的。又例如，装有轴承的旋转轴，如果不加上能克服轴与轴之间的摩擦力的话，周是不会转动的。第二个原因是传感器输轴之间的摩擦力的话，周是不会转动的。第二个原因是传感器输出存在噪声。如果传感器输出值比噪声电平小，就无法把有用信出存在噪声。如果传感器输出值比噪声电平小，就无法把有用信号和噪声分开。如果不加上最起码的输入值（
18、这个输入值所产生号和噪声分开。如果不加上最起码的输入值（这个输入值所产生的输出值与噪音的电平大小相当）始得不到有用的输出值的，该的输出值与噪音的电平大小相当）始得不到有用的输出值的，该输入值即灵敏度界限。灵敏度界限也叫灵敏阈，门槛灵敏度，或输入值即灵敏度界限。灵敏度界限也叫灵敏阈，门槛灵敏度，或阈值。阈值。第二十三页，本课件共有41页4.4.迟滞差迟滞差迟滞差迟滞差 输入逐渐增加到某一值，与输出逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等，叫迟滞现象。迟滞差输入逐渐增加到某一值，与输出逐渐减小到同一输入值时的输出值不相等，叫迟滞现象。迟滞差表示这种不相等的程度。其值以满量程的输出值表示这种不相等的程度
19、。其值以满量程的输出值Y YFSFS的百分数表示。的百分数表示。或者式中max为输出值在正反行程的最大差值。如图1.3所示，max=Y2-Y1图1.3是这种现象稍微夸张了的曲线。一般来说输入增加到某值时的输出要比输入下降到某值时的输出小，正如图1.3所示。如存在迟滞差，则输入和输出的关系就不是一一对应了，因此必须尽量减少这个差值。各种材料的物理性质是产生迟滞现象的原因。如把应力加于某弹性材料时，弹性材料产生变形，应力虽然取消了但材料材料不能完全恢复原状。又如铁磁体、铁电体在外加磁场、电场作用下均有这种现象。迟滞也反映了传感器机械部分不可避免的缺陷，轴承磨擦、间隙、螺丝松动等。各种各样的原因混合
20、在一起导致了迟滞现象的发生。第二十四页，本课件共有41页5.稳定性稳定性表示传感器在一个较长时间内保持其性能参数的能力。稳定性表示传感器在一个较长时间内保持其性能参数的能力。理想的情况是，不管什么时候传感器的灵敏度等特性参数不随时理想的情况是，不管什么时候传感器的灵敏度等特性参数不随时间变化。但是实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会间变化。但是实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会改变。这是因为传感元件或构成传感器的部件的特性随时间发生改变。这是因为传感元件或构成传感器的部件的特性随时间发生变化，产生一种经时变化的现象。即使长期放置不用的传感器也变化，产生一种经时变化的现象。即使
21、长期放置不用的传感器也会产生经时变化的现象。变化与使用次数有关的传感器，受到这会产生经时变化的现象。变化与使用次数有关的传感器，受到这种经时变化的影响更大。因此传感器必须经常进行校准。种经时变化的影响更大。因此传感器必须经常进行校准。第二十五页，本课件共有41页传感器的动态特性大大多多数数情情况况下下传传感感器器输输入入信信号号是是随随时时间间变变化化的的，这这时时要要求求传传感感器器时时刻刻精精确确的的跟跟踪踪输输入入信信号号，按按照照输输入入信信号号的的变变化化规规率率输输出出信信号号。当当传传感感器器输输入入信信号号变变化化缓缓慢慢时时，是是容容易易跟跟踪踪的的，但但随随着着输输入入信信
22、号号变变化化加加快快，传传感感器器随随动动跟跟踪踪性性能能会会逐逐渐渐下下降降。输输入入信信号号变变化化时时，引引起起输输出出信信号号也也随随时时间间变变化化，这这个个过过程程叫叫响响应应。动动态态特特性性就就是是指指传传感感器器对对于于随随时时间间变变化化的的输输入入量量的的响响应应特特性性。响响应应特特性性即即动动态态特特性性，是是传传感感器器的的重重要要特特性性之之一一。第二十六页，本课件共有41页第第二二章章 应应变变式式传传感感器器应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器，时常用传应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器，时常用传应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器，时常用
23、传应变式传感器是利用电阻应变效应做成的传感器，时常用传感器之一。应变式传感器的核心元件是电阻应变计。感器之一。应变式传感器的核心元件是电阻应变计。感器之一。应变式传感器的核心元件是电阻应变计。感器之一。应变式传感器的核心元件是电阻应变计。电阻应变计，也叫应变计或应变片，是一种能将机械构件上的应变电阻应变计，也叫应变计或应变片，是一种能将机械构件上的应变电阻应变计，也叫应变计或应变片，是一种能将机械构件上的应变电阻应变计，也叫应变计或应变片，是一种能将机械构件上的应变的变化转换为电阻变化的传感元件。图的变化转换为电阻变化的传感元件。图的变化转换为电阻变化的传感元件。图的变化转换为电阻变化的传感元
24、件。图2.12.1为其构造简图。排列成为其构造简图。排列成为其构造简图。排列成为其构造简图。排列成网状的高阻金属丝、栅状金属箔或半导体片构成敏感栅网状的高阻金属丝、栅状金属箔或半导体片构成敏感栅网状的高阻金属丝、栅状金属箔或半导体片构成敏感栅网状的高阻金属丝、栅状金属箔或半导体片构成敏感栅1 1，用粘合，用粘合，用粘合，用粘合剂粘在绝缘的基片剂粘在绝缘的基片剂粘在绝缘的基片剂粘在绝缘的基片2 2上。敏感栅上贴有盖片（即保护片）上。敏感栅上贴有盖片（即保护片）上。敏感栅上贴有盖片（即保护片）上。敏感栅上贴有盖片（即保护片）3 3。电。电。电。电阻丝较细，一般在阻丝较细，一般在阻丝较细，一般在阻丝
25、较细，一般在0.0150.06mm 0.0150.06mm，其两端焊有较粗的低阻镀锡铜，其两端焊有较粗的低阻镀锡铜，其两端焊有较粗的低阻镀锡铜，其两端焊有较粗的低阻镀锡铜丝（丝（丝（丝（0.10.2mm0.10.2mm）4 4作为引线，以便与测量电路连接。图作为引线，以便与测量电路连接。图作为引线，以便与测量电路连接。图作为引线，以便与测量电路连接。图2.12.1中中中中l l称称称称为应变计的标距，也称（基）栅长，为应变计的标距，也称（基）栅长，为应变计的标距，也称（基）栅长，为应变计的标距，也称（基）栅长，a a称为（基）栅宽，称为（基）栅宽，称为（基）栅宽，称为（基）栅宽，lala称为称
26、为称为称为应变电阻计的使用面积。应变电阻计的使用面积。应变电阻计的使用面积。应变电阻计的使用面积。第二十七页，本课件共有41页 使用时用粘合剂将应变计粘在被测试件表面上。试件变形时，应变计使用时用粘合剂将应变计粘在被测试件表面上。试件变形时，应变计的敏感栅与试件一起变形，使电阻发生变化，由测量电路将电阻变化的敏感栅与试件一起变形，使电阻发生变化，由测量电路将电阻变化转化为电压或电流的变化，在由显示记录仪表将其显示记录。应变电转化为电压或电流的变化，在由显示记录仪表将其显示记录。应变电阻计的电阻变化是与形变成正比的，因此，由显示记录的电压或电流阻计的电阻变化是与形变成正比的，因此，由显示记录的电
27、压或电流的变化，可得知被测试件应变的大小。的变化，可得知被测试件应变的大小。应变式测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。弹性体是测力传感应变式测力传感器由弹性体、应变计和外壳组成。弹性体是测力传感器的基础，应变计是传感器的核心。根据弹性体结构不同可分为：柱器的基础，应变计是传感器的核心。根据弹性体结构不同可分为：柱式、轮辐式、梁式、环式等。式、轮辐式、梁式、环式等。第二十八页，本课件共有41页以下是几种应变式测力与称重传感器：1.柱式传感器。柱式传感器是称重（或测力）传感器应用较普遍的一种形式。右图画出了传感器的结构示意图。其结构是在圆柱或圆筒上按一定方向贴上应变计。圆筒或圆柱在外力F作用下产
28、生的应变为：式中E为弹性元件的弹性模量，A为圆筒或圆柱的截面积。第二十九页，本课件共有41页2.2.轮辐式传感器轮辐式传感器 轮辐式传感器是一种剪切力传感器，其结构如右轮辐式传感器是一种剪切力传感器，其结构如右图图1 1所示。由轮轱所示。由轮轱1 1、轮圈、轮圈2 2、轮辐条、轮辐条3 3、承压应变计、承压应变计4 4和拉伸应变计和拉伸应变计5 5等组成。轮辐条成对连接在轮钴和等组成。轮辐条成对连接在轮钴和轮圈之间，可为四根或八根（图中为四根）。采用轮圈之间，可为四根或八根（图中为四根）。采用钢球传递重力，因为圆球压头有自动定中心的功能。钢球传递重力，因为圆球压头有自动定中心的功能。测量桥路图
29、如右图测量桥路图如右图2 2所示。当外力所示。当外力F F作用在轮钴上端面作用在轮钴上端面时，是轮辐条产生平行四边形变形，如右图时，是轮辐条产生平行四边形变形，如右图3 3所示。所示。当外力作用时，使辐条对角线缩短方向的应变计当外力作用时，使辐条对角线缩短方向的应变计C C受压，受压，对角线伸长方向的应变计对角线伸长方向的应变计T T受拉，。每对轮辐受拉，。每对轮辐的受拉片和受拉片串联成一臂，受压臂合受压的受拉片和受拉片串联成一臂，受压臂合受压臂串联成相邻臂。这样有助于消除载荷偏心对臂串联成相邻臂。这样有助于消除载荷偏心对输出的影响。加在轮钴和轮圈上的侧向力，若输出的影响。加在轮钴和轮圈上的侧
30、向力，若使一根轮辐受拉，其相对另一侧受压，由于每使一根轮辐受拉，其相对另一侧受压，由于每对轮辐截面是相等的，其上应变计阻值变化大对轮辐截面是相等的，其上应变计阻值变化大小相等，方向相反，每个臂的总阻值无变化，小相等，方向相反，每个臂的总阻值无变化，对输出无影响。全桥电路输出为对输出无影响。全桥电路输出为式中U为桥供电压，K为应变计灵敏度系数，lj为应变计长，bj为宽第三十页，本课件共有41页3.悬臂梁式传感器 悬臂梁式传感器是一种低外形、高精度、抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感悬臂梁式传感器是一种低外形、高精度、抗偏、抗侧性能优越的称重测力传感器。采用弹性梁及电阻应变计作敏感转换元件，组成全桥
31、电路。当垂直正压力器。采用弹性梁及电阻应变计作敏感转换元件，组成全桥电路。当垂直正压力或拉力作用在弹性梁上时，电阻应变计随金属弹性梁一起变形，其应变使应变或拉力作用在弹性梁上时，电阻应变计随金属弹性梁一起变形，其应变使应变电阻计的阻值变化而应变电桥输出与拉力（或压力）成正比的电压信号。配以电阻计的阻值变化而应变电桥输出与拉力（或压力）成正比的电压信号。配以相应的应变仪、数字电压表或其它二次仪表，即可显示或记录重量（或力）。相应的应变仪、数字电压表或其它二次仪表，即可显示或记录重量（或力）。4.4.环式传感器环式传感器 其结构如右图其结构如右图第三十一页，本课件共有41页第三章电感式传感器 基本
32、工作原理：基本工作原理：基本工作原理：基本工作原理：外界的金属性物体对传外界的金属性物体对传感器的高频振荡器产生非接触式感应作用。感器的高频振荡器产生非接触式感应作用。振荡器即是有缠绕在铁氧体磁芯上的线圈振荡器即是有缠绕在铁氧体磁芯上的线圈而构成的而构成的LCLC振荡电路。振荡器通过传振荡电路。振荡器通过传感器的感应面，在其上方产生一个高感器的感应面，在其上方产生一个高频交变磁场。当外界金属导电体接近频交变磁场。当外界金属导电体接近这一磁场，并达到感应区时，在金属这一磁场，并达到感应区时，在金属体内产生涡流效应，从而导致体内产生涡流效应，从而导致LCLC振荡振荡电路振荡减弱，振幅变小，即称之为
33、阻尼电路振荡减弱，振幅变小，即称之为阻尼现象。这一振荡变化即被开关的后置电路现象。这一振荡变化即被开关的后置电路放大处理并转换为一个确定的输出信号，放大处理并转换为一个确定的输出信号，触发开关并驱动控制器件，从而达到非接触发开关并驱动控制器件，从而达到非接触式目标之目的。触式目标之目的。第三十二页，本课件共有41页 开关形式开关形式开关形式开关形式/结构形式结构形式结构形式结构形式 涡流损耗决定于被检测物体的固有阻抗，并达到感应区时，在金属物体内产生涡流效应涡流损耗决定于被检测物体的固有阻抗，并达到感应区时，在金属物体内产生涡流效应（材料性质）、几何特性（表面、尺寸）以及传感器的振子频率。传感
34、器的额定开关距离（材料性质）、几何特性（表面、尺寸）以及传感器的振子频率。传感器的额定开关距离还决定于位于感应面后的铁氧体芯的大小。由此给定了结构和开关距离之间的相互关系。还决定于位于感应面后的铁氧体芯的大小。由此给定了结构和开关距离之间的相互关系。定义：定义：开关距离开关距离开关距离开关距离表示当开关接通时检测目标与传感器开关感应面之间的距离。表示当开关接通时检测目标与传感器开关感应面之间的距离。额定开关距离（额定开关距离（s sn)是用来表示开关距离名义量值，他不考虑制造误差和参数变化（温是用来表示开关距离名义量值，他不考虑制造误差和参数变化（温度、电压）。在技术特征表中只列出额定开关距离
35、度、电压）。在技术特征表中只列出额定开关距离 实际开关距离实际开关距离实际开关距离实际开关距离（s sr r）时值在固定的温度和电流条件下的开关距离。实际开关距离要）时值在固定的温度和电流条件下的开关距离。实际开关距离要考虑制造误差，它与额定开关距离之间的关系是考虑制造误差，它与额定开关距离之间的关系是0.90.9s sn n s sr r1.11.1s sn n 有效开关距离有效开关距离有效开关距离有效开关距离（su u)是在所允许的温度及电压范围内得到的可靠实用的开关距离是在所允许的温度及电压范围内得到的可靠实用的开关距离 。它与额定开关距离之间的关系是。它与额定开关距离之间的关系是0.8
36、10.81sn s su u1.211.21sn n 校正因数（衰减或修正系数）校正因数（衰减或修正系数）校正因数（衰减或修正系数）校正因数（衰减或修正系数）有关接近开关的开关距离所有详细数据，均以一定有关接近开关的开关距离所有详细数据，均以一定尺寸的尺寸的S St t3737（低碳钢）为测试材料获得。其它材料、其它尺寸的测试目标会引起（低碳钢）为测试材料获得。其它材料、其它尺寸的测试目标会引起开关距离的改变。开关距离的改变。第三十三页，本课件共有41页 对于不同的金属不宜使用固定的修正对于不同的金属不宜使用固定的修正值上表表明了所有金属的误差范围，值上表表明了所有金属的误差范围，这个范围取决
37、于振子的特性，如频率这个范围取决于振子的特性，如频率和阻尼材料的特性，纯度、构造和几和阻尼材料的特性，纯度、构造和几何形状。何形状。材料材料校正系数校正系数钢（钢（s st t3737）1 1黄黄 铜铜0.350.350.500.50铜铜0.250.250.450.45铝铝0.350.350.500.50不不 锈锈 钢钢0.60.61 1第三十四页，本课件共有41页常用接线方式第三十五页，本课件共有41页第四章电容式接近开关 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：电容式接近开关的感应面是电容式接近开关的感应面是由两个同轴金属电极构成，很象由两个同轴金属电极构成，很象“打开的打开的”电容器的电
38、极见右图电容器的电极见右图1 1电极电极A A和电极和电极B B杰杰在高频振子的高频反馈回路中。该高在高频振子的高频反馈回路中。该高频振子无感应目标时不感应，当被测频振子无感应目标时不感应，当被测试目标接近传感器表面时，它就进入试目标接近传感器表面时，它就进入了这两个电极构成的电场，引起了这两个电极构成的电场，引起A A、B B之间的耦合电容增加，电路开始振荡，每之间的耦合电容增加，电路开始振荡，每一振荡的振幅均由一数据分析电路测得，一振荡的振幅均由一数据分析电路测得，并形成开关信号见右图并形成开关信号见右图2 2第三十六页，本课件共有41页 物理分析：物理分析：物理分析：物理分析：电容式接近
39、开关既能被导体目标电容式接近开关既能被导体目标感应，也能被非导体目标感应。感应，也能被非导体目标感应。以导体为材料的测试目标对传感器表面以导体为材料的测试目标对传感器表面形成一个反电极，由极板形成一个反电极，由极板A A和和B B构成了串构成了串联电容联电容C CA A和和C CB B（如右图一）。该串联电（如右图一）。该串联电容的总容量总是大于无测试目标是由极容的总容量总是大于无测试目标是由极板板A A和和B B所构成的电容量，所以金属测试所构成的电容量，所以金属测试目标可获得最大开关距离。在使用电容式目标可获得最大开关距离。在使用电容式传感器时不必象电感式传感器那样，对不传感器时不必象电感
40、式传感器那样，对不同金属使用不同的校正因数。同金属使用不同的校正因数。以非导体（绝缘体）为材料的测试目标以非导体（绝缘体）为材料的测试目标可用以下方式感应其开关。将一块绝缘可用以下方式感应其开关。将一块绝缘体放在电容器的电极体放在电容器的电极A A和和B B之间（如图之间（如图二），使其电容量增加，增加量取决二），使其电容量增加，增加量取决于介电常数。表于介电常数。表1 1同时列出了普通固体同时列出了普通固体材料和流体材料，这些材料的介电常数均材料和流体材料，这些材料的介电常数均大于空气的介电常数，一般而言，材料的大于空气的介电常数，一般而言，材料的介电常数越大，可获得的开关距离就越大介电常数
41、越大，可获得的开关距离就越大（如图（如图3 3）。测试有机材料时，开关距离）。测试有机材料时，开关距离很大程度上取决于其含水量。很大程度上取决于其含水量。第三十七页，本课件共有41页一些重要材料的介电常数一些重要材料的介电常数材料材料介电常数介电常数材料材料介电常数介电常数空气、真空空气、真空1 1酒精酒精25.825.8合成树脂粘合剂合成树脂粘合剂3.63.6电木电木3.63.6赛璐璐赛璐璐3 3玻璃玻璃5 5云母云母6 6硬纸硬纸4.54.5硬橡胶硬橡胶4 4电缆胶皮化合物电缆胶皮化合物2.52.5大理石大理石8 8油纸油纸4 4纸纸2.32.3汽油汽油2.22.2有机玻璃有机玻璃3.23
42、.2聚酰胺聚酰胺5 5聚乙烯聚乙烯2.32.3聚丙烯聚丙烯2.32.3苯乙烯苯乙烯3 3聚乙烯化合物聚乙烯化合物2.92.9陶瓷陶瓷4.44.4纸板压制碎屑纸板压制碎屑4 4石蜡石蜡2.22.2石英玻璃石英玻璃3.73.7石英砂石英砂4.54.5硅硅2.82.8软橡胶软橡胶2.52.5聚四氟乙烯聚四氟乙烯2 2松节油松节油2.22.2变压器油变压器油2.22.2水水8080木材木材2727第三十八页，本课件共有41页常用接线方式第三十九页，本课件共有41页第五章第五章 光电开关光电开关 工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：光电检测的原理是依据发射器发出的光束，被物体阻断或部分反射，接收器光
43、电检测的原理是依据发射器发出的光束，被物体阻断或部分反射，接收器最终据此做出判断反映，接收到光线时，光电开关有输出，被称作最终据此做出判断反映，接收到光线时，光电开关有输出，被称作“亮态操作亮态操作”，当光线，当光线被阻断或低于某一数值时，光电开关有输出被称作被阻断或低于某一数值时，光电开关有输出被称作“暗态操作暗态操作”。光电开关动作光强值是。光电开关动作光强值是由很多因素决定的，包括目标的反射能力及光电开关的灵敏度。所有光电开光都采用调制由很多因素决定的，包括目标的反射能力及光电开关的灵敏度。所有光电开光都采用调制光，以便有效地消除环境光的影响。光，以便有效地消除环境光的影响。第四十页，本课件共有41页感感谢谢大大家家观观看看第四十一页，本课件共有41页