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1、中职中职 自动检测与传感技术自动检测与传感技术项目教项目教程项目四程项目四 课件课件 高教版高教版项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 一、金属物的位置检测一、金属物的位置检测 金属物体的位置检测通常采用电感式接近开关。金属物体的位置检测通常采用电感式接近开关。1.1.电感式接近开关电感式接近开关 电感式接近开关又称为电涡流式接近开关，它是一种利用电涡流感知物电感式接近开关又称为电涡流式接近开关，它是一种利用电涡流感知物体位置的接近传感器。图体位置的接近传感器。图4-14-1所示是部分电感式接近开关的外形图。所示是部分电感式接近开关的
2、外形图。图图4-1 4-1 电感式接近开关外形图电感式接近开关外形图 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 一、金属物的位置检测一、金属物的位置检测2.2.电涡流效应电涡流效应根据法拉第电磁感应定律，块状金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，称产生呈漩涡状流动的感应电流，称为电涡流，这种现象称为电涡流效为电涡流，这种现象称为电涡流效应。如图应。如图4-24-2所示。涡流的大小与所示。涡流的大小与
3、金属体的电阻率金属体的电阻率、磁导率、磁导率、金、金属板的厚度属板的厚度d d、线圈与金属导体的、线圈与金属导体的距离距离x x以及励磁电流频率以及励磁电流频率f f等参数有等参数有关，如果固定其中某些参数，就能关，如果固定其中某些参数，就能由电涡流的大小测量出另外一些参由电涡流的大小测量出另外一些参数数。图图4-2 4-2 电涡流疚电涡流疚 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 一、金属物的位置检测一、金属物的位置检测3.3.电感式接近开关的结构及工作原理电感式接近开关的结构及工作原理（1 1）结构）结构电感式接近开关是一种有开关量
4、输出的接近传感器，主要由高频振电感式接近开关是一种有开关量输出的接近传感器，主要由高频振荡器、检波电路及放大输出电路三部分组成，其原理框图如图荡器、检波电路及放大输出电路三部分组成，其原理框图如图4-34-3所所示。示。图图4-3 4-3 电感式接近开关的原理框图电感式接近开关的原理框图 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 一、金属物的位置检测一、金属物的位置检测3.3.电感式接近开关的结构及工作原理电感式接近开关的结构及工作原理（2 2）工作原理）工作原理 图图4-34-3所示框图中的检测线圈是振荡电路的一部分。当金属物体所示框图
5、中的检测线圈是振荡电路的一部分。当金属物体接近这个能产生电磁场的高频振荡线圈，并达到感应距离时，金属接近这个能产生电磁场的高频振荡线圈，并达到感应距离时，金属物体内部便产生涡流，这个涡流反作用于检测线圈，使得接近开关物体内部便产生涡流，这个涡流反作用于检测线圈，使得接近开关的高频振荡频率衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级的高频振荡频率衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，控制电路的放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，控制电路的通和断，从而达到非接触式检测之目的。通和断，从而达到非接触式检测之目的。由此可见，电感式接近开
6、关是靠金属体内产生的涡流来衰减高由此可见，电感式接近开关是靠金属体内产生的涡流来衰减高频振荡频率而判断有无物体靠近的，所以，一般来说电感式接近开频振荡频率而判断有无物体靠近的，所以，一般来说电感式接近开关只能用来测量金属物体。关只能用来测量金属物体。项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 一、金属物的位置检测一、金属物的位置检测4.4.电感式接近开关的应用电感式接近开关的应用（1 1）机械手的限位）机械手的限位 在自动生产线中使用着各种各在自动生产线中使用着各种各样的机械手，它们不停地从事着搬样的机械手，它们不停地从事着搬运工件的工作。
7、为保证机械手抓取运工件的工作。为保证机械手抓取及放置工件位置的准确性，往往采及放置工件位置的准确性，往往采用接近传感器对它们的运动定位。用接近传感器对它们的运动定位。图图4-44-4所示是机械手左右运动限位的所示是机械手左右运动限位的控制示意图。接近传感器分别设置控制示意图。接近传感器分别设置在机械手臂需要限位的位置，当机在机械手臂需要限位的位置，当机械手左右臂靠近接近传感器时，传械手左右臂靠近接近传感器时，传感器感知到机械手臂的接近，并在感器感知到机械手臂的接近，并在达到规定的检出距离时输出控制信达到规定的检出距离时输出控制信号，经执行机构使机械手停止运行号，经执行机构使机械手停止运行或反方
8、向退回。或反方向退回。图图4-4 4-4 机械手运动限位示意图机械手运动限位示意图项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 一、金属物的位置检测一、金属物的位置检测4.4.电感式接近开关的应用电感式接近开关的应用（2 2）生产线金属工件的分拣、计数）生产线金属工件的分拣、计数 图图4-54-5所示为生产线工件分拣所示为生产线工件分拣和计数装置的示意图。电感式接近和计数装置的示意图。电感式接近开关开关A A和和B B安装在工件传送带的一侧。安装在工件传送带的一侧。只有当金属工件经过时，传感器才只有当金属工件经过时，传感器才输出相应脉冲开关信
9、号。输出相应脉冲开关信号。传感器传感器A A的安装位置略高于合格的安装位置略高于合格工件，当金属箱在输送带上移动时，工件，当金属箱在输送带上移动时，接近开关接近开关A A检测到高度较高的金属箱检测到高度较高的金属箱后，发出脉冲信号给控制电路，使后，发出脉冲信号给控制电路，使门挡门挡G G动作，达到分拣的目的。动作，达到分拣的目的。分拣后的合格工件经过电感式分拣后的合格工件经过电感式接近开关接近开关B B时，传感器时，传感器B B输出相应脉输出相应脉冲开关信号，该信号直接被送往计冲开关信号，该信号直接被送往计数器进行计数。数器进行计数。图图4-5 4-5 金属工件的计数与分拣金属工件的计数与分拣
10、项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 一、金属物的位置检测一、金属物的位置检测4.4.电感式接近开关的应用电感式接近开关的应用（3 3）生产工件加工定位）生产工件加工定位 在自动焊接流水生产线上，若要对工件进行点焊零件时一般要由两个在自动焊接流水生产线上，若要对工件进行点焊零件时一般要由两个工序完成，如图工序完成，如图4-64-6所示。当工件所示。当工件1 1通过接近开关通过接近开关2 2时，给出到位信号，使时，给出到位信号，使电磁挡铁电磁挡铁3 3、4 4动作：挡铁动作：挡铁3 3阻挡了下一个工件进入，挡铁阻挡了下一个工件进入，挡铁
11、4 4进行工件的定位。进行工件的定位。当工件到达挡铁当工件到达挡铁4 4时，经接近开关时，经接近开关5 5确认后，夹紧装置确认后，夹紧装置6 6将工件抬起并夹紧，将工件抬起并夹紧，由自动点焊装置进行焊接零件操作。焊接结束后，松开工件，挡铁复位，由自动点焊装置进行焊接零件操作。焊接结束后，松开工件，挡铁复位，送下一工序焊别的零件。送下一工序焊别的零件。图图4-6 4-6 自动焊接加工定位示意图自动焊接加工定位示意图项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关 霍霍尔尔
12、式式接接近近开开关关是是利利用用霍霍尔尔元元件件的的霍霍尔尔效效应应制制成成的的传传感感器器，简简称称霍霍尔开关。图尔开关。图4-74-7是部分霍尔开关的外形图。是部分霍尔开关的外形图。图图4-7 4-7 部分霍尔开关外形图部分霍尔开关外形图项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关（1 1）霍尔效应与霍尔元件）霍尔效应与霍尔元件 如图如图4-84-8所示，将半导体薄片所示，将半导体薄片放置在磁场强度为放置在磁场强度为B B的磁场中，且的磁场中，且磁场方向垂直于半
13、导体薄片。当磁场方向垂直于半导体薄片。当有电流垂直于磁场方向通过薄片有电流垂直于磁场方向通过薄片时，在垂直于磁场和电流方向的时，在垂直于磁场和电流方向的两个端面之间出现电势差，这种两个端面之间出现电势差，这种现象称为霍尔效应，该电势差称现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。这为霍尔电势差（霍尔电压）。这个半导体薄片被称为霍尔元件，个半导体薄片被称为霍尔元件，霍尔元件就是利用霍尔效应制成霍尔元件就是利用霍尔效应制成的半导体器件。的半导体器件。图图4-8 4-8 霍尔效应原理霍尔效应原理项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测
14、 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关原理简述：原理简述：磁场磁场B B垂直作用于薄片，激励电流垂直作用于薄片，激励电流I I 从从a a端流入，则电子端流入，则电子e e的运动的运动方向与电流方向相反，将受到沦洛兹力方向与电流方向相反，将受到沦洛兹力F FL L的作用，向内侧偏移，使的作用，向内侧偏移，使该侧面积累电子而带负电，外侧因缺少电子而带正电，进而使该侧面积累电子而带负电，外侧因缺少电子而带正电，进而使c c、d d方向产生电势方向产生电势U UH H，U UH H即是霍尔电势。电子积累的越多，即是霍尔电势。电子积累的越多，F FL L也越大。
15、霍也越大。霍尔电势的表达式为尔电势的表达式为 U UH HK KH HIB IB （4-14-1）K KH H为霍尔元件的灵敏度系数，由式（为霍尔元件的灵敏度系数，由式（4-14-1）可知，在）可知，在K KH H一定的情一定的情况下，霍尔电势况下，霍尔电势U UH H的大小正比于控制电流的大小正比于控制电流I I和磁感应强度和磁感应强度B B。项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关（2 2）霍尔元件的结构及符号）霍尔元件的结构及符号 霍尔元件的结构比较简单，
16、它是由霍尔片、霍尔元件的结构比较简单，它是由霍尔片、4 4根引线和外壳组成，其根引线和外壳组成，其符号见图符号见图4-94-9所示。霍尔片是一个矩形半导体薄片，尺寸一般为所示。霍尔片是一个矩形半导体薄片，尺寸一般为4mm2mm0.1mm4mm2mm0.1mm。电极。电极a a、b b称为激励电极（或控制电极），用于加激励称为激励电极（或控制电极），用于加激励电压或电流；电极电压或电流；电极c c、d d称霍尔电极，接输出负载称霍尔电极，接输出负载RLRL，R RL L可以是放大器的输可以是放大器的输入电阻或测量仪器的内阻。入电阻或测量仪器的内阻。图图4-9 4-9 霍尔元件的符号和电路连接霍尔
17、元件的符号和电路连接 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关（3 3）霍尔集成传感器）霍尔集成传感器 霍尔元件和霍尔集成传感器是目前国内外应用较为广泛的一种磁敏传感器。霍尔元件和霍尔集成传感器是目前国内外应用较为广泛的一种磁敏传感器。霍尔元件是分立型结构，它的霍尔输出电势很小，并且容易受温度的影响，因而霍尔元件是分立型结构，它的霍尔输出电势很小，并且容易受温度的影响，因而现在常将霍尔元件、放大器、温度补偿电路及稳压电源等做在一个芯片上制成霍现在常将霍尔元件、放
18、大器、温度补偿电路及稳压电源等做在一个芯片上制成霍尔传感器，也称霍尔集成传感器。尔传感器，也称霍尔集成传感器。霍尔集成传感器分线性型及开关型两大类。线性型霍尔传感器的输出电压与霍尔集成传感器分线性型及开关型两大类。线性型霍尔传感器的输出电压与外加磁场强度呈线性关系，输出量为模拟信号。它有单端输出和双端输出两种，外加磁场强度呈线性关系，输出量为模拟信号。它有单端输出和双端输出两种，广泛用于位置、力、速度、电流、磁场等的测量与控制中，产品有霍尔电流传感广泛用于位置、力、速度、电流、磁场等的测量与控制中，产品有霍尔电流传感器、钳型电流表、电罗盘、高斯计等，外形见图器、钳型电流表、电罗盘、高斯计等，外
19、形见图4-104-10所示。所示。图图4-10 4-10 部分线性霍尔集成传感器的外形图部分线性霍尔集成传感器的外形图项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关霍霍尔尔接接近近开开关关属属于于开开关关型型霍霍尔尔传传感感器器，它它是是由由霍霍尔尔元元件件、稳稳压压电电源源、放放大大器器、施施密密特特触触发发器器、OCOC门门等等电电路路做做在在同同一一芯芯片片上上的的集集成成电电路路，输输出出量量为为高高、低低电电平平的的数数字字信信号号。开开关关型型霍霍尔尔传传
20、感感器器具具有有无无触触点点、低低功功耗耗、无无转转换换抖抖动动、响响应应频频率率高高、使使用用寿寿命命长长、温温度度特特性性好好、能能适适应应恶恶劣环境等优点，被广泛用于转速和位置的测量以及报警电路中。劣环境等优点，被广泛用于转速和位置的测量以及报警电路中。（4 4）霍尔式接近开关的原理）霍尔式接近开关的原理 将霍尔开关通上恒定的控制电流，若有磁性物体近距离接近霍尔接将霍尔开关通上恒定的控制电流，若有磁性物体近距离接近霍尔接近开关然后再离开时，霍尔接近开关的输出将发生显著的变化，输出一近开关然后再离开时，霍尔接近开关的输出将发生显著的变化，输出一个脉冲霍尔电势，从而控制电路的通和断，因此，霍
21、尔接近开关只能检个脉冲霍尔电势，从而控制电路的通和断，因此，霍尔接近开关只能检测磁性物体。因输出是脉冲数字信号，对霍尔元件本身的线性和温度稳测磁性物体。因输出是脉冲数字信号，对霍尔元件本身的线性和温度稳定性等要求不高，只要输出足够大即可，所以就使得这种霍尔接近开关定性等要求不高，只要输出足够大即可，所以就使得这种霍尔接近开关制作工艺简单、工作可靠，被广泛用于精确定位、导磁产品计数、转速制作工艺简单、工作可靠，被广泛用于精确定位、导磁产品计数、转速测量等领域中。测量等领域中。项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、
22、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关（5 5）霍尔式接近开关的应用）霍尔式接近开关的应用应用一：转速测量应用一：转速测量 利用霍尔开关测量转速的原理很简单，只要在被测旋转体的主轴利用霍尔开关测量转速的原理很简单，只要在被测旋转体的主轴上安装一个非金属圆形薄片，将磁钢嵌在薄片圆周上，旁边安装霍尔上安装一个非金属圆形薄片，将磁钢嵌在薄片圆周上，旁边安装霍尔式接近开关，如图式接近开关，如图4-114-11所示。所示。图图4-11 4-11 用霍尔接近开关测量转速用霍尔接近开关测量转速项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、
23、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关 旋转体旋转时，接近开关与被测体距离发生周期性变化，将周期性地旋转体旋转时，接近开关与被测体距离发生周期性变化，将周期性地改变霍尔接近开关的信号输出。当磁钢与霍尔开关重合时，霍尔开关输出改变霍尔接近开关的信号输出。当磁钢与霍尔开关重合时，霍尔开关输出低电平；当磁钢离开霍尔开关时，输出高电平。信号可经非门低电平；当磁钢离开霍尔开关时，输出高电平。信号可经非门(或施密特触或施密特触发器发器)整形后，形成脉冲，这样主轴转动一周，霍尔开关就输出一个脉冲信整形后，形成脉冲，这样主轴转动一周，霍尔开关就输出一个脉冲信号。只要对此脉冲信
24、号计数就可以测得转速。为了提高转速测量的分辨率，号。只要对此脉冲信号计数就可以测得转速。为了提高转速测量的分辨率，可增加薄片圆周上磁钢的个数，然后由公式可增加薄片圆周上磁钢的个数，然后由公式4-24-2求出转速。求出转速。N N 60 60 （4-24-2）式中式中f f 信号频率信号频率 N N 被测轴的转速被测轴的转速 n n 旋转体磁钢个数（或磁性齿数）旋转体磁钢个数（或磁性齿数）例：某旋转体转子上有例：某旋转体转子上有6060个磁性齿，与霍尔元件相连的计数器在个磁性齿，与霍尔元件相连的计数器在2 2分钟分钟内收到内收到120000120000万个脉冲信号，试求该旋转体的转速？万个脉冲信
25、号，试求该旋转体的转速？解：解：转子上有转子上有6060个磁性齿，个磁性齿，n n6060 又又f f120000/2120000/26000060000个个/min/min10001000个个/s/s N N60 60 f/nf/n60 1000/6060 1000/601000r/s1000r/s项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关（5 5）霍尔式接近开关的应用）霍尔式接近开关的应用应用二：产品计数应用二：产品计数 如图如图4-12 4-12 所示为霍尔
26、接近开关的计数应用装置。图中霍尔接近开关所示为霍尔接近开关的计数应用装置。图中霍尔接近开关UGN-3501TUGN-3501T具有较高的灵敏度，能感受到很小的磁场变化，因而可检测磁性具有较高的灵敏度，能感受到很小的磁场变化，因而可检测磁性物体的有无。物体的有无。当磁性物接近传感器时，传感器当磁性物接近传感器时，传感器UGN-3501TUGN-3501T可输出可输出20mV20mV的脉冲，脉冲信号经的脉冲，脉冲信号经运放运放a741a741放大后，输入至三极管放大后，输入至三极管2N58122N5812的基极，整形后的脉冲信号由集电的基极，整形后的脉冲信号由集电极输出，送入计数器进行计数，然后由
27、显示器显示检测数值。极输出，送入计数器进行计数，然后由显示器显示检测数值。图图4-12 4-12 霍尔计数装置电路图霍尔计数装置电路图项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测1.1.霍尔式接近开关霍尔式接近开关（5 5）霍尔式接近开关的应用）霍尔式接近开关的应用应用三：液位控制应用三：液位控制 如图如图4-134-13所示，在浮子上所示，在浮子上装一块小磁钢，在两液位极限装一块小磁钢，在两液位极限位置上装上霍尔式接近开关。位置上装上霍尔式接近开关。当液面升、降到极限位置时，当液面升、降到极限位置时
28、，霍尔接近开关便输出脉冲信号，霍尔接近开关便输出脉冲信号，用以控制电机的开、关，从而用以控制电机的开、关，从而达到控制液位的目的达到控制液位的目的 4-134-13 液位控制示意图液位控制示意图 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测2.2.干簧管开关干簧管开关干簧管是将两个高导磁率的合金簧片（通常是铁镍合金）密封在真空或干簧管是将两个高导磁率的合金簧片（通常是铁镍合金）密封在真空或充满惰性气体的玻璃管内，然后引出两条引线而制成的。如图充满惰性气体的玻璃管内，然后引出两条引线而制成的。如图4-1
29、44-14所示。所示。（1 1）干簧管结构特点）干簧管结构特点玻璃管中的两个簧片之间保持一定的重叠和适当的间隙，只有存在合适玻璃管中的两个簧片之间保持一定的重叠和适当的间隙，只有存在合适的磁场时，它们才能接触合到一起。为了延长干簧管的使用寿命，在两的磁场时，它们才能接触合到一起。为了延长干簧管的使用寿命，在两簧片的接触点处喷射或镀有非常坚硬的金属，如铑和钌。玻璃管中一般簧片的接触点处喷射或镀有非常坚硬的金属，如铑和钌。玻璃管中一般充的是氮气或一些惰性气体。为了提高开关和平衡高压的能力，有些干充的是氮气或一些惰性气体。为了提高开关和平衡高压的能力，有些干簧管内部是真空的。簧管内部是真空的。图图4
30、-14 4-14 干簧管的结构示意图干簧管的结构示意图项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测2.2.干簧管开关干簧管开关（2 2）干簧管工作原理）干簧管工作原理 如图如图4-154-15所示，当有磁性物靠所示，当有磁性物靠近干簧管时，两个簧片被磁化，形近干簧管时，两个簧片被磁化，形成相互吸引的磁极，当磁场力大于成相互吸引的磁极，当磁场力大于簧片的弹性力时，触点吸合导通。簧片的弹性力时，触点吸合导通。由于簧片是经退火和消除顽磁处理由于簧片是经退火和消除顽磁处理过的，所以，当磁场减弱后，簧片过的，所
31、以，当磁场减弱后，簧片附近的磁场也会消失，簧片会借助附近的磁场也会消失，簧片会借助本身的弹力释放而断开。由此可通本身的弹力释放而断开。由此可通过干簧管的通断来检测是否有磁性过干簧管的通断来检测是否有磁性物体。物体。图图4-15 4-15 干簧管工作原理示意图干簧管工作原理示意图项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测2.2.干簧管开关干簧管开关（3 3）干簧管的应用）干簧管的应用应用一：防盗报警装置应用一：防盗报警装置 在门窗的边框上装上干簧管开关，在在门窗的边框上装上干簧管开关，在别的位置上装上
32、磁铁，如图别的位置上装上磁铁，如图4-164-16所示。当门所示。当门窗关闭时，假定簧片为闭合状态，一旦门窗窗关闭时，假定簧片为闭合状态，一旦门窗打开，则簧片断开，于是发出报警信号，这打开，则簧片断开，于是发出报警信号，这就是防盗传感器的原理。就是防盗传感器的原理。图图4-16 4-16 安全门定位装置安全门定位装置 干簧管还可用于电冰箱、冷冻柜、微波炉、电烤箱等电器门的位干簧管还可用于电冰箱、冷冻柜、微波炉、电烤箱等电器门的位置检测。干簧管与延时电路结合，一旦有人将这些电器的门打开一定的置检测。干簧管与延时电路结合，一旦有人将这些电器的门打开一定的时间而没有将门关上的话，电路就会发出报警信号
33、，警告人们此时门正时间而没有将门关上的话，电路就会发出报警信号，警告人们此时门正处于半开半掩状态，以达到防腐节能的目的。处于半开半掩状态，以达到防腐节能的目的。项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测2.2.干簧管开关干簧管开关 图图4-174-17是是一一个个简简易易的的门门窗窗防防撬撬报报警警电电路路。图图中中使使用用了了3 3个个干干簧簧管管，其其中中两两个个用用于于窗窗1 1和和窗窗2 2的的防防撬撬，另另一一个个用用于于门门的的防防撬撬。干干簧簧管管安安置置在在门门框框和和窗窗框框中中，
34、永永久久磁磁铁铁安安装装在在门门及及窗窗上上，它它们们之之间间的的距距离离在在5mm5mm左左右右。当当门门窗窗关关闭闭时时，3 3个个干干簧簧管管的的接接点点在在永永久久磁磁铁铁的的作作用用下下吸吸合合，半半导导体体管管VTVT的的基基极极与与发发射射极极被被干干簧簧管管的的接接点点短短接接，VTVT截截止止，蜂蜂鸣鸣器器不不发发声声。当当门门窗窗被被撬撬开开时时，干干簧簧管管由由吸吸合合变变为为释释放放状状态态，VTVT由由R R提提供供基基极极电电流流而而导导通通，蜂蜂鸣鸣器器发发出出报报警警声声响响。由由于于三三个个干干簧簧管管是是串串接接的的，所所以以任任一一门门窗窗被被撬撬开开时时
35、都都能能发出报警声响。发出报警声响。图图4-17 4-17 门窗防撬报警电路门窗防撬报警电路 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测2.2.干簧管开关干簧管开关应用二：水箱水位控制器应用二：水箱水位控制器 如图如图4-184-18所示为采用干簧管测试所示为采用干簧管测试水箱水位的原理示意图。该装置由干水箱水位的原理示意图。该装置由干簧管、浮球、滑轮及永久磁铁等构成。簧管、浮球、滑轮及永久磁铁等构成。当浮球由于液面的升降而上下移动时，当浮球由于液面的升降而上下移动时，通过滑轮与绳索将带动永久磁铁上
36、下通过滑轮与绳索将带动永久磁铁上下移动；当永久磁铁移动到干簧管的设移动；当永久磁铁移动到干簧管的设定位置时，干簧管内的常开触点在永定位置时，干簧管内的常开触点在永久磁铁磁场的作用下接通；当永久磁久磁铁磁场的作用下接通；当永久磁铁移开时，触点断开。根据干簧管触铁移开时，触点断开。根据干簧管触点的接通与断开情况即可得知水位信点的接通与断开情况即可得知水位信号。号。图图4-18 4-18 干簧管式水位控制压原理示意图干簧管式水位控制压原理示意图 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测2.2.干簧管开关
37、干簧管开关 平时，水箱内的水位在图示的平时，水箱内的水位在图示的A A、B B之间之间时，干簧管时，干簧管G1G1、G2G2不受永久磁铁磁场的作用，不受永久磁铁磁场的作用，G1G1和和G2G2内部的常开触点均处于断开状态，水内部的常开触点均处于断开状态，水泵电机不工作。泵电机不工作。当液位下降低于当液位下降低于B B点时，永久磁铁同干点时，永久磁铁同干簧管簧管G2G2接近，在永久磁铁磁场的作用下，接近，在永久磁铁磁场的作用下，G2G2内部的常开接点接通。在内部的常开接点接通。在G2G2触点接通的瞬间，触点接通的瞬间，水泵电机工作，向水箱注水。水泵电机工作，向水箱注水。随着水位不断升高，当水位上
38、升到高于随着水位不断升高，当水位上升到高于A A点时，永久磁铁同干簧管点时，永久磁铁同干簧管G1G1接近，在永久接近，在永久磁铁磁场的作用下，磁铁磁场的作用下，G1G1内部的常开触点闭合。内部的常开触点闭合。在在G1G1触点闭合的瞬间，水泵电机停转，注水触点闭合的瞬间，水泵电机停转，注水停止。随着用水水位的下降，干簧管开关循停止。随着用水水位的下降，干簧管开关循环工作。环工作。图图4-18 4-18 干簧管式水位控制压原理示意图干簧管式水位控制压原理示意图 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务一任务一 金属物和磁性物的位置检测金属物和磁性物的位置检测 二、磁性物的位置检测二、磁性物的位置检测
39、2.2.干簧管开关干簧管开关应用三：位置控制装置应用三：位置控制装置 现在很多自动控制系统中都采用气缸现在很多自动控制系统中都采用气缸作为自动送料装置。如图作为自动送料装置。如图4-194-19所示气缸结所示气缸结构示意图。将气缸的活塞环上，包一层构示意图。将气缸的活塞环上，包一层“永久磁铁永久磁铁”，再将两个干簧片安装在活塞，再将两个干簧片安装在活塞的最内端和最外端。当活塞往外运动到最的最内端和最外端。当活塞往外运动到最外端时，磁性干簧开关外端时，磁性干簧开关A A发出信号，指示发出信号，指示灯亮；当活塞往内运动到最内端时，磁性灯亮；当活塞往内运动到最内端时，磁性干簧开关干簧开关B B发出信
40、号，指示灯亮，这样就发出信号，指示灯亮，这样就可以检测气缸活塞的位置。可以检测气缸活塞的位置。图图4-19 4-19 气缸结构示意图气缸结构示意图 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务二任务二 绝缘物体的位置检测绝缘物体的位置检测 一、电容式接近开关检测物体位置一、电容式接近开关检测物体位置 电容式接近开关不仅能检测金属物体，而且能检测木材、橡胶、电容式接近开关不仅能检测金属物体，而且能检测木材、橡胶、塑料、纸张、液体和粉状物等绝缘体。由于电容式接近开关的检测品塑料、纸张、液体和粉状物等绝缘体。由于电容式接近开关的检测品种多、测量精度高、能量消耗少、结构简单、造价低廉而被广泛应用种多、测量精
41、度高、能量消耗少、结构简单、造价低廉而被广泛应用于自动检测和自动控制系统中。于自动检测和自动控制系统中。（1 1）结构）结构 电电容容式式接接近近开开关关的的内内部部结结构构如如图图4-204-20所所示示，其其作作用用表表面面在在圆圆柱柱形形的的前前端端面面，主主电电路路由由填填充充树树脂脂封封装装。电电路路内内设设有有灵灵敏敏度度调调节节电电位位器器，当当接接近近开开关关与与被被检检测测物物体体之之间间隔隔有有不不灵灵敏敏的的物物体体时时（如如纸纸袋袋、玻玻璃璃等等），调调节节电电位位器器，可可使使接接近近开开关关不不检检测测夹夹在在中中间间的的物物体体。电电路路上上还还设设有有LEDLE
42、D指指示示器器，开开关关动动作作时时，红红色色LEDLED亮亮，这这样样便便于于调调整整及及了解接近开关工作状态。了解接近开关工作状态。图图4-20 4-20 电容式接近开关的内部结构电容式接近开关的内部结构1.1.电容式接近开关的结构与原理电容式接近开关的结构与原理项目四项目四 位置的检测位置的检测任务二任务二 绝缘物体的位置检测绝缘物体的位置检测 一、电容式接近开关检测物体位置一、电容式接近开关检测物体位置（2 2）外形）外形 电电容容式式接接近近开开关关根根据据不不同同的的用用途途，其其形形状状不不同同，结结构构也也有有所所差差异异（如如圆圆柱柱形形、扁扁平平形形等等）。应应用用最最广广
43、的的是是圆圆柱柱形形，其其外外形形与与电电感感式式接接近近开开关关没没有差别，如图有差别，如图4-214-21所示为部分电容式接近开关的外形示意图。所示为部分电容式接近开关的外形示意图。图图4-21 4-21 电容式接近开关的外形图电容式接近开关的外形图1.1.电容式接近开关的结构与原理电容式接近开关的结构与原理项目四项目四 位置的检测位置的检测任务二任务二 绝缘物体的位置检测绝缘物体的位置检测 一、电容式接近开关检测物体位置一、电容式接近开关检测物体位置（3 3）工作原理）工作原理 如如图图4-224-22所所示示，电电容容式式接接近近开开关关是是由由高高频频振振荡荡、F/VF/V变变换换、
44、信信号号处处理理及及开开关关量量转转换换等等电电路路组组成成。电电容容式式接接近近开开关关的的测测量量头头构构成成电电容容器器的的一一个个极极板板，另另一一个个极极板板是是被被测测物物体体本本身身，两两者者构构成成一一个个大大电电容容。当当物物体体移移向向接接近近开开关关时时，物物体体和和接接近近开开关关间间的的介介电电常常数数发发生生变变化化，即即电电容容量量改改变变，从从而而使使得得和和测测量量头头相相连连的的高频振荡电路的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。高频振荡电路的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。图图4-22 4-22 电容式接近开关的原理框
45、图电容式接近开关的原理框图1.1.电容式接近开关的结构与原理电容式接近开关的结构与原理项目四项目四 位置的检测位置的检测任务二任务二 绝缘物体的位置检测绝缘物体的位置检测 一、电容式接近开关检测物体位置一、电容式接近开关检测物体位置（1 1）特点）特点 电电容容式式接接近近开开关关在在检检测测物物体体位位置置时时，对对金金属属物物体体可可以以获获得得较较大大的的检检测测距距离离，对对非非金金属属物物体体的的检检出出距距离离决决定定于于被被测测材材料料的的介介电电常常数数，材材料料的的介介电电常常数数越越大大，可可获获得得的的检检出出距距离离越越大大。它它不不仅仅可可以以检检测测固固体体，也也可
46、可以以检检测测粉粉状状物物或或液液体体状状态态的的材材料料，如如用用于于塑塑料料或或玻玻璃璃等等非非金金属属材材料料的的灌灌装装液位监控中。常用材料的介电常数见表液位监控中。常用材料的介电常数见表4-74-7所示。所示。P93P93（2 2）安装要求）安装要求 电容式接近开关的典型安装如图电容式接近开关的典型安装如图4-274-27所示。由于电容式接近开关的检所示。由于电容式接近开关的检测灵敏度与距离有关，所以在使用时，安装距离必须满足一定的要求。测灵敏度与距离有关，所以在使用时，安装距离必须满足一定的要求。表表4-84-8列出了电容式接近开关安装时的尺寸要求。其中列出了电容式接近开关安装时的
47、尺寸要求。其中SnSn为电容式接近开为电容式接近开关的标准检测距离，一般取值为关的标准检测距离，一般取值为101015mm15mm，具体参见各产品说明。，具体参见各产品说明。P94P942.2.电容式接近开关的特点及安装电容式接近开关的特点及安装项目四项目四 位置的检测位置的检测任务二任务二 绝缘物体的位置检测绝缘物体的位置检测 一、电容式接近开关检测物体位置一、电容式接近开关检测物体位置应用一：自动感应水龙头应用一：自动感应水龙头 自动感应水龙头原理框图见图自动感应水龙头原理框图见图4-224-22所示。所示。当人体接近电容式接近开关时，等效电容的容当人体接近电容式接近开关时，等效电容的容量
48、值会发生变化，从而改变振荡电路的振荡频量值会发生变化，从而改变振荡电路的振荡频率，率，F/VF/V变换电路将振荡电路输出的频率量转变换电路将振荡电路输出的频率量转化成电压量后，交给信号处理电路，该部分将化成电压量后，交给信号处理电路，该部分将电压信号进行一系列的处理（包括：放大、整电压信号进行一系列的处理（包括：放大、整形）后传给开关量变换电路，开关量转换电路形）后传给开关量变换电路，开关量转换电路实际上是实际上是A/DA/D转换器，它将模拟电压转换为数转换器，它将模拟电压转换为数字量，水龙头开关控制电路由开关量转换电路字量，水龙头开关控制电路由开关量转换电路的输出量控制，开关量转换电路产生控
49、制信号的输出量控制，开关量转换电路产生控制信号控制水龙头的开与关。从而使得人接近水龙头控制水龙头的开与关。从而使得人接近水龙头一定距离时，水龙头自动开启，离开一定距离一定距离时，水龙头自动开启，离开一定距离后水龙头自动关闭。后水龙头自动关闭。3.3.电容式接近开关的应用电容式接近开关的应用图图4-28 4-28 自动感应水笼头自动感应水笼头 项目四项目四 位置的检测位置的检测任务二任务二 绝缘物体的位置检测绝缘物体的位置检测 一、电容式接近开关检测物体位置一、电容式接近开关检测物体位置应用二：检测软包装内的液体应用二：检测软包装内的液体 由于电容式接近开关内部的特殊构造，使得它可以透过罐、管道
50、、瓶、塑由于电容式接近开关内部的特殊构造，使得它可以透过罐、管道、瓶、塑料及纸张等非金属物体检测其内部的液体位置。如图料及纸张等非金属物体检测其内部的液体位置。如图4-244-24就是一个检测牛奶或就是一个检测牛奶或饮料是否装足的自动生产线。饮料是否装足的自动生产线。在软包装液体自动检测生产线上，由于灌装设备的故障，会有漏装或少装的情在软包装液体自动检测生产线上，由于灌装设备的故障，会有漏装或少装的情况发生，采用电容式接近开关，可以检测纸袋中（或塑料袋中）有无液体或是况发生，采用电容式接近开关，可以检测纸袋中（或塑料袋中）有无液体或是否装足。当电容式接近开关检测到无牛奶或未装足的纸袋时，给出一