智能傳感器檢測與應用技術 課件 -項目5、6 位置的檢測、位移的檢測

智能傳感器檢測與應用技術主編楊杰忠葉光顯鄒火軍主編楊杰忠葉光顯鄒火軍副主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍“十四五”職業(yè)教育智能制造技術應用專業(yè)系列教材項目5位置的檢測1.掌握電感式接近開關、霍爾式接近開關的結構特點、工作原理。2．掌握電容式接近開關、光電式接近開關的結構特點、工作原理。3．理解各種位置接近開關在工業(yè)生產和日常生活中的應用。知識目標：1．能認識常見接近開關并了解它們的結構及使用方法。2．能掌握不同接近開關的特點、使用場合及在不同環(huán)境下的選型原則。3．能初步掌握簡單位置檢測系統(tǒng)中傳感器的作用及安裝方法。能力目標：

本項目主要包括金屬物體和磁性物體的位置檢測、絕緣物體的位置檢測2個任務，要求學生通過這2個任務的學習，進一步掌握常用位置檢測傳感器的結構及工作原理，理解它們在工業(yè)生產、日常生活及PLC自動檢測系統(tǒng)中的應用，并學會簡單位置檢測電路的設計、安裝及調試。項目描述目標與描述知識目標1．掌握電感式接近開關、霍爾式接近開關和干簧管的結構特點、工作原理及應用。2．理解各種接近開關在工業(yè)生產和日常生活中的應用。3．識別霍爾式接近開關和音樂集成電路。能力目標1．能進行簡單位置檢測電路的安裝及調試。2．會檢測并調試開門樂鈴電路的整體性能，能初步檢測故障所在及原因。工作任務

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。本任務是通過學習，了解電感式接近開關、霍爾式接近開關和干簧管的結構特點、工作原理及應用，識別霍爾式接近開關和音樂集成電路，學會對它們的檢測和使用方法，會檢測并調試開門樂鈴電路的整體性能，能初步檢測故障所在及原因。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。1．電感式接近開關電感式接近開關又稱為電渦流式接近開關，是一種利用電渦流感知物體位置的接近開關。圖5-1-1所示為部分電感式接近開關的外形。項目5位置的檢測圖5-1-1部分電感式接近開關的外形任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。2．電渦流效應根據法拉第電磁感應定律，當將塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中做切割磁感線運動時，導體內將產生呈漩渦狀流動的感應電流，稱為電渦流，這種現(xiàn)象稱為電渦流效應，如圖5-1-2所示。渦流的大小與金屬導體的電阻率ρ、磁導率μ、金屬導體的厚度d、線圈與金屬導體的距離x，以及勵磁電流頻率f等參數(shù)有關，如果固定其中某些參數(shù)，就能由電渦流的大小測量出另外一些參數(shù)。項目5位置的檢測圖5-1-2電渦流效應任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。3．電感式接近開關的結構及工作原理1）結構電感式接近開關是一種有開關量輸出的接近開關，主要由高頻振蕩電路、檢波電路及放大輸出電路三部分組成，其原理框圖如圖5-1-3所示。項目5位置的檢測圖5-1-3電感式接近開關的原理框圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。3．電感式接近開關的結構及工作原理2）工作原理圖5-1-3所示的檢測線圈是振蕩電路的一部分。當金屬物體接近這個能產生電磁場的高頻振蕩線圈，并達到感應距離時，金屬物體內部便產生渦流，這個渦流反作用于檢測線圈，使得接近開關的高頻振蕩頻率衰減，直至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，控制電路的通斷，從而達到非接觸式檢測的目的。由此可見，電感式接近開關是靠金屬物體內部產生的渦流來衰減高頻振蕩頻率而判斷有無物體靠近的，所以一般來說電感式接近開關只能用來測量金屬物體。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。4．電感式接近開關的應用電感式接近開關因具有測量線性范圍大、靈敏度高、結構簡單、抗干擾能力強、不受油污等介質影響且可進行非接觸式測量的一系列優(yōu)點而得到了廣泛的應用。1）機械手的限位在自動生產線中使用著各種各樣的機械手，它們不停地從事著搬運工件的工作。為保證機械手抓取及放置工件位置的準確性，往往采用電感式接近開關對它們的運動定位。圖5-1-4所示為機械手左右運動限位的控制示意圖。電感式接近開關分別設置在機械手臂需要限位的位置，當機械手左右臂靠近電感式接近開關時，電感式接近開關感知到機械手臂的靠近，并在到達規(guī)定的檢測距離時輸出控制信號，經執(zhí)行機構使機械手停止運行或反方向退回。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。4．電感式接近開關的應用1）機械手的限位

項目5位置的檢測圖5-1-4機械手左右運動限位的控制示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。4．電感式接近開關的應用2）生產線金屬工件的分揀、計數(shù)圖5-1-5所示為生產線工件分揀和計數(shù)裝置的示意圖。電感式接近開關A和B安裝在工件傳送帶的一側。只有當金屬工件經過時，傳感器才輸出相應脈沖開關信號。電感式接近開關A的安裝位置略高于合格工件，當金屬箱在傳送帶上移動時，電感式接近開關A檢測到高度較高的金屬箱后，發(fā)出脈沖信號給控制電路，使關閉門G動作，達到分揀的目的。分揀后的合格工件經過電感式接近開關B時，電感式接近開關B輸出相應脈沖開關信號，該信號直接被送往計數(shù)器進行計數(shù)。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。4．電感式接近開關的應用2）生產線金屬工件的分揀、計數(shù)

項目5位置的檢測圖5-1-5生產線工件分揀和計數(shù)裝置的示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。4．電感式接近開關的應用3）生產工件加工定位在自動焊接流水生產線上，若要對工件進行點焊，則一般要由兩道工序完成，如圖5-1-6所示。當工件通過接近開關A時，給出到位信號，使電磁擋鐵A、B動作：電磁擋鐵A阻擋下一個工件進入，電磁擋鐵B進行工件的定位。當工件到達電磁擋鐵B時，經接近開關B確認后，夾緊裝置將工件抬起并夾緊，由自動點焊裝置進行焊接操作。焊接結束后，松開工件，電磁擋鐵復位，工件進入下一道工序。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。4．電感式接近開關的應用3）生產工件加工定位

項目5位置的檢測圖5-1-6自動焊接加工定位示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測一、金屬物體的位置檢測

金屬物體的位置檢測通常采用電感式接近開關。5．電感式接近開關應用時的注意事項在測量過程中，電感式接近開關對于工作環(huán)境、被測物體等都有一定的要求。（1）安裝時要盡量避免周圍金屬的影響及接近開關之間的相互干擾。（2）電感式接近開關對金屬物體敏感，但很薄的金屬鍍層也很難檢測到。（3）電感式接近開關最好不要放在有直流磁場的環(huán)境中，以免發(fā)生誤動作。（4）避免接近開關接近化學溶劑，特別是在強酸、強堿的生產環(huán)境中。（5）注意對檢測探頭的定期清潔，避免有金屬粉塵黏附。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

在自動檢測系統(tǒng)中，常用對磁敏感的磁敏傳感器檢測磁性物體的位置。磁敏傳感器有霍爾式接近開關、干簧管、磁阻傳感器、磁敏二極管及磁敏三極管等。在此介紹常見的霍爾式接近開關和干簧管。1．霍爾式接近開關霍爾式接近開關是利用霍爾元件的霍爾效應制成的傳感器，簡稱霍爾開關。圖5-1-7所示為部分霍爾開關的外形。項目5位置的檢測圖5-1-7部分霍爾開關的外形任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關霍爾式接近開關是利用霍爾元件的霍爾效應制成的傳感器，簡稱霍爾開關。圖5-1-7所示為部分霍爾開關的外形。1）霍爾效應與霍爾元件如圖5-1-8所示，將半導體薄片放置在磁感應強度為B的磁場中，且磁場方向垂直于半導體薄片。當有電流垂直于磁場方向通過半導體薄片時，在垂直于磁場和電流方向的兩個端面之間出現(xiàn)電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應，該電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電勢）。這個半導體薄片被稱為霍爾元件，霍爾元件就是利用霍爾效應制成的。項目5位置的檢測圖5-1-8霍爾效應任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關霍爾式接近開關是利用霍爾元件的霍爾效應制成的傳感器，簡稱霍爾開關。圖5-1-7所示為部分霍爾開關的外形。1）霍爾效應與霍爾元件霍爾效應是磁電效應的一種，這一現(xiàn)象是美國物理學家霍爾（A.H.Hall，1855—1938年）于1879年在研究金屬的導電機構時發(fā)現(xiàn)的。后來人們發(fā)現(xiàn)半導體、導電流體等也有這種效應，而半導體的霍爾效應比金屬強得多，利用這一現(xiàn)象制成的霍爾元件廣泛地應用于工業(yè)自動化技術、檢測技術及信息處理等領域。項目5位置的檢測圖5-1-8霍爾效應任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關1）霍爾效應與霍爾元件原理簡述：磁場垂直作用于半導體薄片，激勵電流I從a端流入，電子e的運動方向與電流方向相反，電子將受到洛倫茲力FL的作用向內側偏移，使該側面積累電子而帶負電，外側因缺少電子而帶正電，進而使c、d方向產生電勢UH，UH是霍爾電勢。電子積累得越多，F(xiàn)L也越大。霍爾電勢的表達式為項目5位置的檢測式中KH——霍爾元件的靈敏度系數(shù)。由該式可知，在KH一定的情況下，霍爾電勢UH的大小正比于激勵電流I和磁感應強度B。任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關2）霍爾元件的結構及符號霍爾元件的結構比較簡單，它是由霍爾片、4根引線和外殼組成的，其符號如圖5-1-9（a）所示?；魻柶且粋€矩形半導體薄片，尺寸一般為4mm×2mm×0.1mm。電極a、b稱為激勵電極（或控制電極），用于加激勵電壓或電流；電極c、d稱為霍爾電極，接輸出負載電阻RL，RL可以是放大器的輸入電阻或測量儀器的內阻?；魻栐碾娐愤B接如圖5-1-9（b）所示。項目5位置的檢測（a）符號（b）電路連接圖5-1-9霍爾元件的符號和電路連接任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關3）霍爾集成傳感器霍爾集成傳感器是目前國內外應用較為廣泛的一種磁敏傳感器。霍爾元件是分立型結構的，它的霍爾輸出電勢很小，并且容易受溫度的影響，因現(xiàn)在常將霍爾元件、放大器、溫度補償電路及穩(wěn)壓電源等安裝在一個芯片上制成霍爾傳感器，也稱霍爾集成傳感器。霍爾集成傳感器分線性型霍爾傳感器及開關型霍爾傳感器兩大類。線性型霍爾傳感器的輸出電壓與外加磁場強度呈線性關系，輸出量為模擬信號。它有單端輸出和雙端輸出兩種，廣泛用于位置、力、速度、電流、磁場等的測量與控制，產品有霍爾電流傳感器、鉗形電流表、電羅盤、高斯計等。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關3）霍爾集成傳感器部分霍爾集成傳感器的外形如圖5-1-10所示。項目5位置的檢測

（a）

（b）

（c）圖5-1-10部分霍爾集成傳感器的外形任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關3）霍爾集成傳感器霍爾開關屬于開關型霍爾傳感器，它是由霍爾元件、穩(wěn)壓電源、放大器、施密特觸發(fā)器、OC門等電路安裝在同一芯片上的集成電路，輸出量為高、低電平的數(shù)字信號。開關型霍爾傳感器具有無觸點、功耗低、無轉換抖動、響應頻率高、使用壽命長、溫度特性好、能適應惡劣環(huán)境等優(yōu)點，被廣泛用于轉速和位置的測量及報警電路中。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關4）霍爾開關的原理及應用（1）霍爾開關的原理。將霍爾開關通上恒定的控制電流，當有磁性物體接近霍爾開關然后離開時，霍爾開關的輸出信號將發(fā)生顯著的變化，輸出一個脈沖霍爾電勢，從而控制電路的通和斷，因此霍爾開關只能檢測磁性物體。因輸出信號是脈沖數(shù)字信號，對霍爾元件本身的線性和溫度穩(wěn)定性等要求不高，只要輸出信號足夠大即可，所以霍爾開關因其工藝簡單、工作可靠，被廣泛用于精確定位、導磁產品計數(shù)、轉速測量等領域。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關4）霍爾開關的原理及應用（2）霍爾開關的應用。應用一：轉速測量。利用霍爾開關測量轉速的原理很簡單，只要在被測旋轉體的主軸上安裝一個非金屬圓形薄片，將磁鋼嵌在薄片圓周上，旁邊安裝霍爾開關即可，如圖5-1-11所示。項目5位置的檢測圖5-1-11轉速測量任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關4）霍爾開關的原理及應用（2）霍爾開關的應用。應用一：轉速測量。當被測旋轉體旋轉時，霍爾開關與被測旋轉體的距離發(fā)生周期性變化，將周期性地改變霍爾開關的輸出信號。當磁鋼與霍爾開關重合時，霍爾開關輸出低電平；當磁鋼離開霍爾開關時，霍爾開關輸出高電平。信號可經非門（或施密特觸發(fā)器）整形后，形成脈沖，這樣主軸轉動一周，霍爾開關就輸出一個脈沖信號。只要對此脈沖信號計數(shù)就可以測得轉速。為了提高轉速測量的分辨率，可增加薄片圓周上磁鋼的個數(shù)。項目5位置的檢測式中

f——信號頻率； N——被測旋轉體的轉速； n——被測旋轉體磁鋼個數(shù)（或磁性齒個數(shù)）。任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關4）霍爾開關的原理及應用（2）霍爾開關的應用。應用一：轉速測量?！纠?-1-1】某旋轉體轉子上有60個磁性齒，與霍爾元件相連的計數(shù)器在2min內收到120

000個脈沖信號，試求該旋轉體的轉速。解：∵轉子上有60個磁性齒∴n

=

60又∵f

=

=

60

000個/min

=

1000個/s∴N

=

×60

=

×60

=

1000r/s項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關4）霍爾開關的原理及應用（2）霍爾開關的應用。應用二：產品計數(shù)。圖5-1-12所示為霍爾開關的計數(shù)應用裝置。圖5-1-12中，霍爾開關UGN-3501T具有較高的靈敏度，能感受到很小的磁場變化，因而可檢測磁性物體的有無。當磁性物體接近霍爾開關時，霍爾開關可輸出20mV的脈沖信號，脈沖信號經運放μA741放大后，輸入三極管2N5812的基極，整形后的脈沖信號由集電極輸出，送入計數(shù)器進行計數(shù)，然后由顯示器顯示檢測數(shù)值。項目5位置的檢測圖5-1-12霍爾開關的計數(shù)應用裝置任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

1．霍爾式接近開關4）霍爾開關的原理及應用（2）霍爾開關的應用。應用三：液位控制。如圖5-1-13所示，在浮子上裝一塊小磁鋼，在兩液位極限位置上裝上霍爾開關。當液面升、降到極限位置時，霍爾開關便輸出脈沖信號，用于控制電泵的開、關，從而達到控制液位的目的。項目5位置的檢測圖5-1-13液位控制示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管干簧管是將兩個高磁導率的合金簧片（通常是鐵鎳合金）密封在真空或充滿惰性氣體的玻璃管內，然后引出兩條引線而制成的，其結構示意圖如圖5-1-14所示。項目5位置的檢測圖5-1-14干簧管的結構示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點玻璃管中的兩個簧片之間保持一定的重疊和適當?shù)拈g隙，只有存在合適的磁場時，它們才能接觸合到一起。為了延長干簧管的使用壽命，在兩個簧片的接觸點處噴射或鍍有非常堅硬的金屬，如銠和釕。玻璃管中一般充的是氮氣或一些惰性氣體。為了提高開關和平衡高壓的能力，有些干簧管內部是真空的。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點2）干簧管的工作原理如圖5-1-15所示，當有磁性物體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化，形成相互吸引的磁極，當磁場力大于簧片的彈力時，觸點吸合導通。由于簧片是經退火和消除頑磁處理過的，所以當磁場減弱后，簧片附近的磁場也會消失，簧片會借助本身的彈力釋放而斷開。由此可通過干簧管的通斷來檢測是否有磁性物體。項目5位置的檢測圖5-1-15干簧管的工作原理示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點3）干簧管的應用應用一：防盜報警裝置。在門窗的邊框上裝上干簧管，在門窗的位置上裝上磁鐵，如圖5-1-16所示。當門窗關閉時，假定簧片為閉合狀態(tài)，一旦門窗打開，則簧片斷開，于是裝置就會發(fā)出報警信號，這就是防盜報警裝置的原理。項目5位置的檢測圖5-1-16防盜報警裝置的示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點3）干簧管的應用應用一：防盜報警裝置。圖5-1-17所示為簡易的門窗防撬報警電路，該電路使用了三個干簧管，其中兩個干簧管用于窗1和窗2的防撬，另一個干簧管用于門的防撬。干簧管安置在門框和窗框中，永久磁鐵安裝在門及窗上，它們之間的距離約為5mm。當門窗關閉時，三個干簧管的接點在永久磁鐵的作用下吸合，VT的基極與發(fā)射極被干簧管的接點短接，VT截止，蜂鳴器不發(fā)聲。當門窗被撬開時，干簧管由吸合變?yōu)獒尫艩顟B(tài)，VT由R提供基極電流而導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲響。由于三個干簧管是串接的，所以任一門窗被撬開時蜂鳴器都能發(fā)出報警聲響。項目5位置的檢測圖5-1-17簡易的門窗防撬報警電路任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點3）干簧管的應用應用一：防盜報警裝置。干簧管還可用于電冰箱、冷凍柜、微波爐、電烤箱等家用電器門的位置檢測。干簧管與延時電路結合，一旦有人將這些家用電器的門打開一定的時間而沒有將門關上的話，電路就會發(fā)出報警信號，警告人們此時門正處于半開半掩狀態(tài)，以達到防腐節(jié)能的目的。項目5位置的檢測任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點3）干簧管的應用應用二：水箱水位控制器。圖5-1-18所示為采用干簧管測試水箱水位的原理示意圖。水箱水位控制器由干簧管、浮球、滑輪及永久磁鐵等構成。當浮球由于液面的升降而上下移動時，它通過滑輪與繩索帶動永久磁鐵上下移動；當永久磁鐵移動到干簧管的設定位置時，干簧管的常開觸點在永久磁鐵磁場的作用下接通；當永久磁鐵移開時，干簧管的常開觸點斷開。根據干簧管的常開觸點的接通與斷開情況即可得知水位信號。項目5位置的檢測圖5-1-18采用干簧管測試水箱水位的原理示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點3）干簧管的應用應用二：水箱水位控制器。正常情況下，水箱內的水位在A、B之間時，干簧管G1和G2不受永久磁鐵磁場的作用，干簧管G1和G2內部的常開觸點均處于斷開狀態(tài)，水泵電動機不工作。當液位下降到低于B點時，永久磁鐵同干簧管G2接近，在永久磁鐵磁場的作用下，干簧管G2內部的常開觸點接通。在干簧管G2內部的常開觸點接通的瞬間，水泵電動機工作，向水箱注水。項目5位置的檢測圖5-1-18采用干簧管測試水箱水位的原理示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點3）干簧管的應用應用二：水箱水位控制器。隨著水位不斷升高，當水位上升到高于A點時，永久磁鐵同干簧管G1接近，在永久磁鐵磁場的作用下，干簧管G1內部的常開觸點接通。在干簧管G1內部的常開觸點接通的瞬間，水泵電動機停轉，注水停止。隨著用水水位的下降，干簧管開關循環(huán)工作。項目5位置的檢測圖5-1-18采用干簧管測試水箱水位的原理示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測二、磁性物體的位置檢測

2．干簧管1）干簧管的結構特點3）干簧管的應用應用三：位置控制裝置?，F(xiàn)在很多自動控制系統(tǒng)都采用氣缸作為自動送料裝置。圖5-1-19所示為氣缸結構示意圖。將氣缸的活塞環(huán)上，包一層永久磁鐵，再將兩個干簧管分別安裝在活塞的最內端和最外端。當活塞往外運動到最外端時，干簧管A發(fā)出信號，指示燈亮；當活塞往內運動到最內端時，干簧管B發(fā)出信號，指示燈亮，這樣就可以檢測氣缸活塞的位置。項目5位置的檢測圖5-1-19氣缸結構示意圖任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測三、開門樂鈴電路

開門樂鈴電路如圖5-1-20所示，它主要由霍爾開關UGN3020和語音芯片KD9300組成，可以應用在銀行、保險、倉庫等場合的安全門上，提示用戶出入要及時關門。項目5位置的檢測1—電源正極；2—觸發(fā)端；3—音頻輸出端；4—放大音頻輸出端（接揚聲器）；5—電源負極

圖5-1-20開門樂鈴電路任務1金屬物體和磁性物體的位置檢測三、開門樂鈴電路

工作原理：當門由閉合狀態(tài)被打開時，磁鐵離開霍爾開關的平面，使霍爾開關的輸出端（OUT端）變?yōu)楦唠娖?。電源通過電阻R1、R2對電容C1充電，在電阻R2兩端形成一個正脈沖電壓，這個正脈沖加在KD9300的觸發(fā)端（2腳）上，使KD9300輸出音樂信號，經過三極管VT驅動揚聲器BL，播放一遍音樂后停止，發(fā)光二極管VD1和VD2隨音樂響起而點亮，隨音樂停止而熄滅。當門一直關閉時，磁鐵靠近霍爾開關的平面，霍爾開關的輸出端為低電平，此時KD9300的觸發(fā)端（2腳）為低電平，沒有音樂信號輸出。當門一直打開時，霍爾開關的輸出端為高電平，電容C1已充電結束，此時由于電容Cl的隔直作用，KD9300的觸發(fā)端（2腳）仍為低電平，沒有音樂信號輸出。當原來打開的門被關閉時，霍爾開關的輸出端變?yōu)榈碗娖?。已充滿電的電容C1通過電阻R1、R2和二極管VD進行放電，在電阻R2兩端形成一個負脈沖，即KD9300的觸發(fā)端（2腳）不會出現(xiàn)高電平，所以KD9300依然沒有音樂信號輸出。沒有音樂響起時，發(fā)光二極管VD1和VD2都不點亮。項目5位置的檢測知識目標1．掌握電容式接近開關、光電式接近開關的工作原理、結構特點。2．掌握電容式接近開關的使用方法。3．了解電容式接近開關的特點及安裝要求。4．了解光電效應的概念，掌握光電式接近開關的分類及基本原理。5．掌握接近開關的選型原則、使用場合及安裝方法。能力目標1．會電容式接近開關和光電式接近開關的測試和使用方法。2．能完成絕緣物體的位置檢測。工作任務

對于金屬物體和磁性物體以外的其他物體的位置檢測，通常采用電容式接近開關和光電式接近開關。本任務是通過學習，了解電容式接近開關和光電式接近開關的結構、特性及工作原理，掌握電容式接近開關和光電式接近開關的測試和使用方法，并能完成絕緣物體的位置檢測。項目5位置的檢測任務2絕緣物體的位置檢測任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

電容式接近開關不僅能檢測金屬物體，而且能檢測木材、橡膠、塑料、紙張、液體和粉狀物等絕緣體。由于電容式接近開關的檢測品種多、測量精度高、能量消耗少、結構簡單、造價低廉而被廣泛應用于自動檢測和自動控制系統(tǒng)。1．電容式接近開關1）外形結構電容式接近開關根據不同的用途，其形狀不同，結構也有所差異（如圓柱形、扁平形等）。應用最廣的是圓柱形，其外形與電感式接近開關沒有差別，部分電容式接近開關的外形如圖5-2-1所示。項目5位置的檢測圖5-2-1部分電容式接近開關的外形任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

1．電容式接近開關1）外形結構電容式接近開關的內部結構如圖5-2-2所示。電容式接近開關作用表面在圓柱形的前端面，主電路由填充樹脂封裝。電路內設有電位器，當接近開關與被測物體之間隔有不靈敏的物體（如紙袋、玻璃等）時，調節(jié)電位器，可使接近開關不檢測夾在中間的物體。電路中還設有LED指示器，開關動作時，紅色LED亮，這樣便于調整及了解接近開關工作狀態(tài)。項目5位置的檢測圖5-2-2電容式接近開關的內部結構任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

1．電容式接近開關2）工作原理如圖5-2-3所示，電容式接近開關由高頻振蕩電路、F/V變換電路、信號處理電路、開關量轉換電路等組成。電容式接近開關的測量頭構成電容的一個極板，另一個極板是被測物體本身，兩者構成一個大電容。當物體移向接近開關時，物體和接近開關間的介電常數(shù)發(fā)生變化，即電容量改變，從而使得和測量頭相連的高頻振蕩電路的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制接近開關的接通和關斷。項目5位置的檢測圖5-2-3電容式接近開關的原理框圖任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

2．電容式接近開關的特點及安裝要求1）特點電容式接近開關在檢測物體位置時，對金屬物體可以獲得較長的檢測距離，對非金屬物體的檢測距離決定于被測材料的介電常數(shù)，材料的介電常數(shù)越大，可獲得的檢測距離越長。它不僅可以檢測固體，也可以檢測粉狀物或液體狀態(tài)的材料。部分常用材料的介電常數(shù)如表5-2-1所示。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

2．電容式接近開關的特點及安裝要求

項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

2．電容式接近開關的特點及安裝要求2）安裝要求電容式接近開關的典型安裝示意圖如圖5-2-4所示。由于電容式接近開關的檢測靈敏度與距離有關，所以在使用時，安裝距離必須滿足一定的要求。表5-2-2列出了電容式接近開關安裝尺寸標注。其中Sn為電容式接近開關的標準檢測距離，一般取值為10～15mm，具體參見各產品說明。項目5位置的檢測圖5-2-4電容式接近開關的典型安裝示意圖任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

2．電容式接近開關的特點及安裝要求2）安裝要求

項目5位置的檢測任務2

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3．電容式接近開關的應用1）應用一：自動感應水龍頭自動感應水龍頭原理框圖如圖5-2-5所示。當人體接近電容式接近開關時，等效電容的容量值發(fā)生變化，從而改變振蕩電路的振蕩頻率，F(xiàn)/V變換電路將振蕩電路輸出的頻率量轉化成電壓量后，交給信號處理電路，該電路將電壓信號進行一系列的處理（包括放大、整形）后傳輸給開關量轉換電路，開關量轉換電路實際上是A/D轉換器，它將模擬電壓轉換為數(shù)字電壓，水龍頭開關控制電路由開關量轉換電路的輸出量控制，開關量轉換電路產生控制信號控制水龍頭的開與關，從而使得人體接近水龍頭一定距離時，水龍頭自動開啟，離開一定距離后水龍頭自動關閉，如圖5-2-6所示。項目5位置的檢測任務2

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3．電容式接近開關的應用1）應用一：自動感應水龍頭

項目5位置的檢測圖5-2-5自動感應水龍頭原理框圖任務2

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3．電容式接近開關的應用1）應用一：自動感應水龍頭

項目5位置的檢測圖5-2-6自動感應水龍頭任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

3．電容式接近開關的應用1）應用一：自動感應水龍頭自動感應水龍頭原理框圖如圖5-2-5所示。當人體接近電容式接近開關時，等效電容的容量值發(fā)生變化，從而改變振蕩電路的振蕩頻率，F(xiàn)/V變換電路將振蕩電路輸出的頻率量轉化成電壓量后，交給信號處理電路，該電路將電壓信號進行一系列的處理（包括放大、整形）后傳輸給開關量轉換電路，開關量轉換電路實際上是A/D轉換器，它將模擬電壓轉換為數(shù)字電壓，水龍頭開關控制電路由開關量轉換電路的輸出量控制，開關量轉換電路產生控制信號控制水龍頭的開與關，從而使得人體接近水龍頭一定距離時，水龍頭自動開啟，離開一定距離后水龍頭自動關閉，如圖5-2-6所示。項目5位置的檢測任務2

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3．電容式接近開關的應用2）應用二：檢測軟包裝內的液體電容式接近開關內部的特殊構造，使得它可以透過罐、管道、瓶、塑料及紙張等非金屬物體檢測物體內部的液體位置。圖5-2-7所示為牛奶或軟包裝飲料自動檢測生產線。項目5位置的檢測圖5-2-7牛奶或軟包裝飲料自動檢測生產線任務2

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3．電容式接近開關的應用2）應用二：檢測軟包裝內的液體在牛奶或軟包裝飲料自動檢測生產線上，由于灌裝設備的故障，會有漏裝或少裝的情況發(fā)生，采用電容式接近開關，可以檢測紙袋（或塑料袋）中有無液體或是否裝足。當電容式接近開關檢測到無液體或未裝足的紙袋（或塑料袋）時，發(fā)出一個開關信號，等移動到一個固定位置時，由推桿將不合格品推出。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

3．電容式接近開關的應用3）應用三：液位檢測與控制圖5-2-8所示為電容式液位監(jiān)控示意圖，它由兩個密封（高防水）的電容式接近開關和一個控制處理器組成，兩個電容式接近開關分別監(jiān)控液面的高位和低位。當液體即將接觸到高位或低位傳感器的感應面時，相應傳感器就會發(fā)出一個信號到控制處理器，然后按照一定的程序啟動或關閉控制處理器內的繼電器，再由繼電器控制電動機、水泵等負載，實現(xiàn)液位的自動檢測與控制。項目5位置的檢測圖5-2-8電容式液位監(jiān)控示意圖任務2

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4．電容式接近開關的注意事項在測量過程中，電容式接近開關對工作環(huán)境、被測物體等也有一定的要求。1）動作距離用戶手冊或產品介紹中的動作距離一般是用標準檢測體（金屬制）在接地狀態(tài)下測量的，若被測物體是非金屬，則檢測的動作距離比用戶手冊中的數(shù)值小得多，應實測后確定，在調節(jié)時應留有余量（考慮溫度及電壓的影響）。2）周圍金屬的影響電容式接近開關的周圍有金屬物體時，會影響其性能，在使用時應根據用戶手冊的要求安裝。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測一、電容式接近開關檢測物體位置

4．電容式接近開關的注意事項3）接近開關之間的相互干擾兩電容式接近開關若對置安裝或并列安裝時，要相隔一定的距離，不同的型號，距離要求也不同，可查用戶手冊。4）高頻電場的影響若電容式接近開關的使用環(huán)境附近有高頻電場存在，則其會受高頻電場的影響而產生誤動作。5）工作環(huán)境的要求避免電容式接近開關接近化學溶劑，特別是在強酸、強堿的生產環(huán)境中，并注意對電容式接近開關的日常保養(yǎng)和維護。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

光電式接近開關簡稱光電開關，是一種基于光電效應制成的光電傳感器。它是利用被測物體對光束的遮擋、吸收或反射等作用，把光強弱的變化轉換成開關信號，從而對物體的位置、形狀、標志、符號等進行檢測。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關可實現(xiàn)遠距離非接觸式測量，并具有體積小、精度高、功耗低、響應快、使用壽命長、性能可靠和抗干擾能力強等優(yōu)點而被廣泛用于軍事、通信、自動化控制和機器人系統(tǒng)等領域。部分光電開關的外形如圖5-2-9所示。項目5位置的檢測（a）槽型光電開關（b）超小超薄光電開關（c）圓柱形光電開關圖5-2-9部分光電開關的外形任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

1．光電效應光電開關的核心元件是光電元件，其作用是基于光電效應把光信號轉換成電信號。常見的光電元件有光敏電阻、光電池、光電倍增管、光電二極管、光電三極管等。光電效應是指物體吸收了光能后轉換為該物體中某些電子的能量而產生的電效應。光電效應通常分為外光電效應、內光電效應及光生伏特效應。1）外光電效應圖5-2-10所示為外光電效應示意圖。在光線作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應，這是1887年由德國科學家赫茲發(fā)現(xiàn)的，向外發(fā)射的電子稱為光電子。利用外光電效應制作的光電元件有光電管和光電倍增管等。項目5位置的檢測圖5-2-10外光電效應示意圖任務2

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1．光電效應2）內光電效應光照射到半導體材料上激發(fā)出電子-空穴對而使半導體材料產生光電效應，這種現(xiàn)象稱為內光電效應。內光電效應激發(fā)出的電子并沒有逸出物體表面，而是依然留在物體內部，利用內光電效應制作的光電元件有光敏電阻。3）光生伏特效應在光線作用下，能夠使物體產生一定方向電動勢的現(xiàn)象稱為光生伏特效應。根據該效應制作的光電元件有光電池、光電二極管、光電三極管等。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

2．光電開關的結構及工作原理光電開關一般由發(fā)射器、接收器和檢測電路三部分組成，其工作原理示意圖如圖5-2-11所示。項目5位置的檢測（a）發(fā)射器

（b）接收器圖5-2-11光電開關的工作原理示意圖光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號并射出，接收器再根據接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。多數(shù)光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波。任務2

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3．光電開關的分類根據光電開關工作原理的不同，可將光電開關分成以下幾種。1）槽型光電開關槽型光電開關通常采用標準的U形結構，如圖5-2-12所示。項目5位置的檢測圖5-2-12槽型光電開關任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

3．光電開關的分類根據光電開關工作原理的不同，可將光電開關分成以下幾種。1）槽型光電開關其發(fā)射器和接收器分別位于U形槽的兩邊，并形成一光軸，當被測物體經過U形槽且阻斷光軸時，光電開關就產生一個開關信號，斷開或接通電路，完成一次控制動作。槽型光電開關比較適合檢測高速運動的物體，并且能分辨透明與半透明物體。但因受整體結構的限制，其檢測距離一般只有幾厘米。項目5位置的檢測圖5-2-12槽型光電開關任務2

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3．光電開關的分類根據光電開關工作原理的不同，可將光電開關分成以下幾種。2）對射式光電開關把發(fā)射器和接收器分開，分別放在被測物體通過路徑的兩側，就構成了對射式光電開關，如圖5-2-13所示。項目5位置的檢測圖5-2-13對射式光電開關任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

3．光電開關的分類根據光電開關工作原理的不同，可將光電開關分成以下幾種。2）對射式光電開關當被測物體經過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就輸出一個開關信號。因其結構設計的特殊性，對射式光電開關的檢測距離可達幾米乃至幾十米。當被測物體為不透明物體時，對射式光電開關是最可靠的檢測裝置。項目5位置的檢測圖5-2-13對射式光電開關任務2

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3．光電開關的分類根據光電開關工作原理的不同，可將光電開關分成以下幾種。3）鏡反射式光電開關如圖5-2-14所示，鏡反射式光電開關是集發(fā)射器與接收器于一體的，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經過反光鏡反射回接收器，當被測物體經過且完全阻斷光線時，光電開關就動作，輸出一個開關信號。鏡反射式光電開關的被測物體必須是不透光的，檢測距離比對射式光電開關要短。項目5位置的檢測圖5-2-14鏡反射式光電開關任務2

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3．光電開關的分類根據光電開關工作原理的不同，可將光電開關分成以下幾種。4）漫反射式光電開關如圖5-2-15所示，漫反射式光電開關也是集發(fā)射器和接收器于一體的，但它前面沒有反光鏡。當沒有被測物體時，接收器接收不到發(fā)射器發(fā)出的光，光電開關沒有輸出信號；當有被測物體經過時，被測物體將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠亮的光線漫反射到接收器，光電開關內部就產生一個開關信號。漫反射式光電開關的被測物體的表面必須光亮或其反光率非常高才適用，檢測距離較短，一般只有幾毫米。項目5位置的檢測圖5-2-15漫反射式光電開關任務2

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3．光電開關的分類根據光電開關工作原理的不同，可將光電開關分成以下幾種。5）光纖式光電開關利用光纖良好的光傳輸特性，配上紅外發(fā)光二極管及光電二極管可以制成光纖式光電開關。由于光纖式光電開關傳遞的僅是光信號，可以對距離遠的被測物體進行檢測，實現(xiàn)遙控和遙測，因此它特別適用于防爆的場合。光纖式光電開關如圖5-2-16所示。項目5位置的檢測圖5-2-16光纖式光電開關任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

4．術語解釋1）檢測距離如圖5-2-17所示，檢測距離是指被測物體按一定方式移動，當光電開關動作時測得的基準位置（光電開關的感應表面）到檢測面的空間距離。額定動作距離指光電開關動作距離的標稱值。項目5位置的檢測圖5-2-17光電開關檢測距離示意圖任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

4．術語解釋2）回差值回差值是指動作距離與復位距離之間的絕對值。3）響應頻率響應頻率是指在規(guī)定1s的時間間隔內，允許光電開關動作循環(huán)的次數(shù)。4）輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)分常開和常閉兩種狀態(tài)。當沒有檢測到物體時，常開型的光電開關接通的負載由于光電開關內部的輸出晶體管的截止而不工作；當檢測到物體時，輸出晶體管導通，負載工作。5）檢測方式根據光電開關在檢測物體時發(fā)射器發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，其檢測方式可分為漫反射式、鏡反射式、對射式等。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

4．術語解釋6）輸出形式輸出形式有NPN二線、NPN三線、NPN四線、PNP二線、PNP三線、PNP四線、AC二線、AC五線（自帶繼電器），以及直流NPN、PNP、常開、常閉、多功能等。7）反射率漫反射式光電開關發(fā)出的光線需要經被測物體表面才能反射回漫反射式開關的接收器，所以檢測距離和被測物體表面的反射率將決定接收器接收到的光線強度。粗糙表面反射回的光線強度必將小于光滑表面反射回的光線強度，而且被測物體表面必須垂直于光電開關的發(fā)射光線。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

4．術語解釋7）反射率常用材料的反射率如表5-2-3所示。項目5位置的檢測任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用光電開關常應用于流水線上的計數(shù)檢測、位置檢測、質量檢測及特定標記檢測等。1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（1）圖5-2-18（a）所示為容器中的液位檢測電路，它是用一個帶光纖的漫反射式光電開關作為對射式光電開關來監(jiān)控透明容器內液位的檢測電路。如果在光電開關檢測的高度沒有液體，那么光路就不會中斷，然后到達接收器。如果液位足夠高，光路會有偏移不能到達接收器，那么光電開關的狀態(tài)就會發(fā)生翻轉，輸出控制信號。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（2）圖5-2-18（b）所示為包裝內的物品檢測電路，它是用對射式光電開關檢測包裝內的物品的檢測電路。發(fā)射器和接收器相對安裝使得光路可以穿過包裝袋到達接收器，如果包裝袋是空的，則會有足夠的光線到達接收器；如果包裝袋內有產品，則會中斷發(fā)射器到接收器之間的光線，開關狀態(tài)發(fā)生變化，輸出控制信號。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（3）圖5-2-18（c）所示為物體的堆放高度檢測電路，它是用多對對射式光電開關檢測物體高度的檢測電路。光電開關的安裝是依次抬高的，檢測距離可達到幾米。當物體達到某一高度時，光路被中斷，無法到達接收器，相應的開關就輸出一個控制信號。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（4）圖5-2-18（d）所示為不合格零件檢測電路。將對射式光電開關設置在某標準高度，一旦某零件的高度超過標準高度，高出的零件會中斷光路，從而使光電開關檢測出不合格品。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（5）圖5-2-18（e）所示為包裝檢測電路，用于檢測包裝是否閉合完好。把對射式光電開關的光路調整到剛剛高過盒子，如果盒子沒有包裝好，則打開的蓋子會阻斷光路，光電開關就會輸出一個開關信號。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（6）圖5-2-18（f）所示為透明玻璃瓶的計數(shù)電路，它是一個鏡反射式光電開關計數(shù)檢測電路。流水線上的玻璃瓶每阻斷一次光路，光電開關就動作一次，發(fā)出一個開關信號，與之相連的計數(shù)器就記錄一次，從而實現(xiàn)計數(shù)檢測。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（7）圖5-2-18（g）所示為電路板精確定位檢測電路。把電路板放置在特定的檢測位置，使用聚焦型漫反射式光電開關1進行檢測。當電路板上特定的位置精確地通過光路時，電路板就會被定位，做進一步的檢測或焊接工作，工作完畢后被送入下一道工序。激光型漫反射式光電開關2具有背景消隱功能，可以檢測到電路板上的微小元件。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（8）圖5-2-18（h）所示為螺紋檢測電路。在機器準備安裝螺母前，需要檢測螺母上是否有螺紋，如果有螺紋，則照射到螺紋的光線會經光纖反射到光電開關，然后光電開關動作；如果沒有螺紋，則光線照射到螺母上的光潔表面后不會反射回光纖，光電開關不會輸出信號，從而檢出不合格品。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用1）應用一：光電開關在流水線上的應用。

光電開關在流水線上的應用如圖5-2-18所示。

（9）圖5-2-18（i）所示為瓶蓋和標簽檢測電路。這種色標光電開關通過區(qū)分標簽和瓶蓋各自的相對反射率來進行檢測。如果沒有瓶蓋，則瓶口的螺紋會被當作背景忽略。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-18光電開關在流水線上的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用

2）應用二：光電開關在生活中的應用

圖5-2-19所示為光電開關在日常生活中的應用。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-19光電開關在日常生活中的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用

3）應用三：光電開關在自動扶梯控制系統(tǒng)中的應用圖5-2-20所示為光電開關在自動扶梯控制系統(tǒng)中的應用。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置圖5-2-20光電開關在自動扶梯控制系統(tǒng)中的應用任務2

絕緣物體的位置檢測

5．光電開關的應用

3）應用三：光電開關在自動扶梯控制系統(tǒng)中的應用

該系統(tǒng)是在原工頻控制系統(tǒng)的基礎上，加裝變頻器、光電開關、扶梯變頻運行專用控制器，以及其他必要輔助元件后組成的新型控制系統(tǒng)。這種變頻運行控制系統(tǒng)可以根據客流量自動調節(jié)扶梯的運行速度。當扶梯上沒有乘客時，扶梯低速運行；當系統(tǒng)檢測到有乘客時，扶梯開始平穩(wěn)加速，并達到額定運行速度；當系統(tǒng)在一定時間內未檢測到乘客時，系統(tǒng)開始緩慢減速，停留在低速節(jié)能運行狀態(tài)，直到再次檢測到有乘客為止。這樣既節(jié)能環(huán)保，又能延長扶梯的使用壽命。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置任務2

絕緣物體的位置檢測

6．接近開關的選型原則及應用范圍1）接近開關的選型原則在一般的工業(yè)生產場所，通常都選用電感式接近開關和電容式接近開關。因為這兩種接近開關對環(huán)境的要求條件較低。當被測對象是導電物體或是可以固定在一塊金屬上的物體時，一般都選用電感式接近開關，因為它的響應頻率高、抗環(huán)境干擾性能好、應用范圍廣、價格較低；當被測對象是非金屬（或金屬）、液位高度、粉狀物高度、木材、紙張、塑料、玻璃、煙草和水等時，應選用電容式接近開關，這種接近開關的響應頻率低，但穩(wěn)定性好，安裝時應考慮環(huán)境因素的影響。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置任務2

絕緣物體的位置檢測

6．接近開關的選型原則及應用范圍1）接近開關的選型原則若被測對象為導磁材料或者為了區(qū)別和它在一起運動的物體而把磁鋼埋在被測物體內時，應選用霍爾開關，因為它的價格最低。在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場合，可采用光電開關。光電開關可實現(xiàn)遠距離測量且工作時對被測對象幾乎無任何影響，因此它在要求較高的傳真機上、在煙草機械上等都被廣泛使用。在防盜系統(tǒng)中，自動門通常使用熱釋電式接近開關、超聲波式接近開關、微波式接近開關。有時為了提高識別的可靠性，上述幾種接近開關往往被復合使用。無論選用哪種接近開關，都應注意工作電壓、負載電流、響應頻率、檢測距離等指標。項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置任務2

絕緣物體的位置檢測項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

6．接近開關的選型原則及應用范圍2）接近開關的應用范圍接近開關的應用范圍如表5-2-4所示。任務2

絕緣物體的位置檢測項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

6．接近開關的選型原則及應用范圍2）接近開關的應用范圍接近開關的應用范圍如表5-2-4所示。任務2

絕緣物體的位置檢測項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

6．接近開關的選型原則及應用范圍2）接近開關的應用范圍接近開關的應用范圍如表5-2-4所示。任務2

絕緣物體的位置檢測項目5位置的檢測二、光電式接近開關檢測物體位置

6．接近開關的選型原則及應用范圍2）接近開關的應用范圍接近開關的應用范圍如表5-2-4所示。感謝觀看匯報人：啟智設計項目5位置的檢測智能傳感器檢測與應用技術主編楊杰忠葉光顯鄒火軍主編楊杰忠葉光顯鄒火軍副主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍“十四五”職業(yè)教育智能制造技術應用專業(yè)系列教材項目6位移的檢測1．掌握電位器式位移傳感器的工作原理及典型應用。2．掌握電感式位移傳感器的工作原理及典型應用。3．掌握光柵式位移傳感器的工作原理及典型應用。知識目標：1．能認識常見位移傳感器并了解其結構及特性。2．會直線位移和角位移的測量。3．能掌握差動螺線管式電感傳感器測量位移的方法和步驟，并會光柵式位移傳感器的安裝與檢修方法。能力目標：

本項目主要包括模擬式位移傳感器檢測位移、數(shù)字式位移傳感器檢測位移2個任務，要求學生通過這2個任務的學習，進一步掌握電感式位移傳感器的工作過程及使用方法，加深對光柵式位移傳感器的工作原理的理解，學會光柵式位移傳感器的安裝步驟及簡單故障的判斷方法。項目描述目標與描述知識目標1．掌握電位器式位移傳感器的工作原理。2．掌握電位器式位移傳感器的典型應用。3．了解電感式位移傳感器的分類、結構。4．掌握電感式位移傳感器的工作原理及典型應用。能力目標用差動螺線管式電感傳感器測量位移。工作任務

模擬式位移傳感器有電位器式位移傳感器、電阻應變式位移傳感器、電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、超聲波式位移傳感器、光電式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。本任務是通過學習，了解模擬式位移傳感器的結構、特性及工作原理，并能用差動螺線管式電感傳感器測量位移。項目6位移的檢測任務1模擬式位移傳感器檢測位移任務1模擬式位移傳感器檢測位移

電位器是一種常用的電子元件，廣泛應用于各種電氣和電子設備中。它是一種把機械的直線位移和角位移轉換為與它呈一定函數(shù)關系的電阻和電壓的傳感元件。電位器式位移傳感器與電阻應變式位移傳感器、壓阻式位移傳感器一樣都屬于電阻式位移傳感器。電位器式位移傳感器有著結構簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定、適應性強、輸出信號大等優(yōu)點，缺點是分辨力有限、動態(tài)響應較差。電位器式位移傳感器的外形如圖6-1-1所示。項目6位移的檢測圖6-1-1電位器式位移傳感器的外形一、金屬物體的位置檢測（a）直線位移傳感器（b）角位移傳感器任務1模擬式位移傳感器檢測位移

1．電位器式位移傳感器的結構及原理電位器式位移傳感器由電阻元件、電刷和骨架等構成，其結構如圖6-1-2所示。項目6位移的檢測圖6-1-2電位器式位移傳感器的結構一、金屬物體的位置檢測任務1模擬式位移傳感器檢測位移

1．電位器式位移傳感器的結構及原理圖6-1-3所示為常用的直線位移傳感器的原理示意圖，其電阻元件由金屬電阻絲繞成，電阻絲橫截面積相等，電阻沿長度分布均勻。設電位器全長為xmax，總電阻為Rmax，則當電刷由A到B移動x距離后，A到電刷間的電阻為項目6位移的檢測圖6-1-3常用的直線位移傳感器的原理示意圖一、金屬物體的位置檢測式中 kr——電位器的電阻靈敏度。任務1模擬式位移傳感器檢測位移

1．電位器式位移傳感器的結構及原理角位移傳感器的原理與直線位移傳感器的原理相同，如圖6-1-4所示，角位移傳感器的電阻與角度的關系為項目6位移的檢測圖6-1-4角位移傳感器的原理示意圖一、金屬物體的位置檢測電壓與角度的關系為式中 ——電位器的電壓靈敏度。由此可見，電位器式位移傳感器就是將直線位移和角位移的變化轉換為電刷觸點的移動，進而轉換為輸出電阻、電壓或電流的變化，從而實現(xiàn)位移檢測。任務1模擬式位移傳感器檢測位移

2．電位器式位移傳感器的應用圖6-1-5所示為電位器式位移傳感器測量壓力的原理示意圖，其原理是利用彈性元件（如彈簧管、膜片或膜盒）將被測的壓力信號變換為彈性元件的位移，然后將此位移轉換為電刷觸點的移動，從而引起輸出電壓或電流的相應變化。在彈性元件膜盒的內腔，施加被測流體壓力，在此壓力作用下，膜盒中心產生位移，推動杠桿上移，使曲柄軸帶動電刷在電位器電阻絲上滑動，從而使傳感器的電阻發(fā)生變化，最后輸出一個與被測壓力成正比的電壓信號。項目6位移的檢測圖6-1-5電位器式位移傳感器測量壓力的原理示意圖一、金屬物體的位置檢測任務1模擬式位移傳感器檢測位移

電感式位移傳感器是利用電磁感應定律將被測非電量（如位移、壓力、流量、振動速度等）轉換為線圈自感量或互感量的變化，再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量。電感式位移傳感器具有結構簡單、工作可靠、測量精度高、線性度好、輸出功率大等優(yōu)點而被廣泛應用于工業(yè)控制及自動化系統(tǒng)。其不足之處是頻率響應較低，不宜用于快速動態(tài)測量。項目6位移的檢測二、電感式位移傳感器檢測位移任務1模擬式位移傳感器檢測位移

電感式位移傳感器的種類很多，根據轉換原理不同，可分為自感式位移傳感器和互感式位移傳感器兩種。1．自感式位移傳感器1）自感當一個線圈中電流i變化時，該電流產生的磁通p也隨之變化，因而線圈本身產生感應電動勢E，這種現(xiàn)象稱為自感，產生的感應電動勢稱為自感電動勢。自感式位移傳感器就是通過測量線圈自感的變化從而確定被測量大小的。項目6位移的檢測二、電感式位移傳感器檢測位移任務1模擬式位移傳感器檢測位移

電感式位移傳感器的種類很多，根據轉換原理不同，可分為自感式位移傳感器和互感式位移傳感器兩種。1．自感式位移傳感器2）自感式位移傳感器的結構及原理自感式位移傳感器也稱為變磁阻式傳感器，主要由線圈、鐵芯、銜鐵三部分組成，其中鐵芯和銜鐵由導磁材料制成。線圈的自感系數(shù)計算公式為項目6位移的檢測二、電感式位移傳感器檢測位移式中 L——自感系數(shù)； Rm——磁路的總磁阻； N——線圈的匝數(shù)。該式表明，在線圈的匝數(shù)N一定的情況下，自感系數(shù)L與總磁阻Rm成反比。如果改變總磁阻Rm的大小，就可以改變線圈的自感系數(shù)L。自感式位移傳感器就是利用這個原理制成的。自感式位移傳感器的種類較多，常見的有變氣隙式自感位移傳感器、變截面式自感位移傳感器、螺線管式自感位移傳感器及差動式自感位移傳感器等。任務1模擬式位移傳感器檢測位移

電感式位移傳感器的種類很多，根據轉換原理不同，可分為自感式位移傳感器和互感式位移傳感器兩種。1．自感式位移傳感器2）自感式位移傳感器的結構及原理圖6-1-6所示為自感式液位檢測裝置。當液位升高時，液體對浮子有浮力作用，使浮子上升，磁鐵上移，電感變化，原來的平衡狀態(tài)被破壞，輸出信號發(fā)生變化，從而檢測出液位的變化。項目6位移的檢測二、電感式位移傳感器檢測位移圖6-1-6自感式液位檢測裝置任務1模擬式位移傳感器檢測位移

電感式位移傳感器的種類很多，根據轉換原理不同，可分為自感式位移傳感器和互感式位移傳感器兩種。1．自感式位移傳感器3）變氣隙式自感位移傳感器的工作原理變氣隙式自感位移傳感器的結構如圖6-1-7所示。鐵芯和銜鐵由導磁材料（如硅鋼片或坡莫合金）制成，在鐵芯和銜鐵之間有氣隙，氣隙厚度為，傳感器的運動部分與銜鐵相連。當被測物體帶動銜鐵移動時，氣隙厚度發(fā)生改變，引起磁路中磁阻變化，從而導致電感線圈的電感量變化，因此只要能測出這種電感量的變化，就能確定銜鐵位移量的大小和方向。變氣隙式自感位移傳感器受靈敏度和線性度的制約只適用于測量微小位移（0.01～0.1mm）。項目6位移的檢測二、電感式位移傳感器檢測位移任務1模擬式位移傳感器檢測位移

電感式位移傳感器的種類很多，根據轉換原理不同，可分為自感式位移傳感器和互感式位移傳感器兩種。