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項(xiàng)目三自動(dòng)化生產(chǎn)線中傳感器的應(yīng)用Contents光電式傳感器及其應(yīng)用1電感傳感器及其應(yīng)用2電容傳感器及其應(yīng)用3磁性傳感器及其應(yīng)用4光電式傳感器及其應(yīng)用
光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。光電效應(yīng)和光電器件
光電器件是將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種傳感器件,它是構(gòu)成光電式傳感器最主要的部件。光電效應(yīng)是指光照在某些物質(zhì)上時(shí),物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。光電效應(yīng)和光電器件1.光電管當(dāng)光電管的陰極受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)便發(fā)射電子,電子被帶正電位的陽(yáng)極所吸引,在光電管內(nèi)就有電子流,在外電路中便產(chǎn)生了電流。
光電管和光電倍增管的結(jié)構(gòu)光電效應(yīng)和光電器件2.光敏電阻光敏電阻又稱光導(dǎo)管,它幾乎都是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。
光敏電阻的結(jié)構(gòu)光敏電阻的工作原理圖光電效應(yīng)和光電器件光敏電阻的基本特性(1)伏安特性在一定照度下,流過(guò)光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。
光敏電阻的伏安特性光電效應(yīng)和光電器件光敏電阻的基本特性(2)光譜特性光敏電阻的相對(duì)光敏靈敏度與入射波長(zhǎng)的關(guān)系稱為光譜特性,亦稱為光譜響應(yīng)。
光敏電阻的光譜特性光電效應(yīng)和光電器件光敏電阻的基本特性(3)溫度特性溫度變化影響光敏電阻的光譜響應(yīng),同時(shí),光敏電阻的靈敏度和暗電阻都要改變,尤其是響應(yīng)于紅外區(qū)的硫化鉛光敏電阻受溫度影響更大。
光敏電阻的光譜溫度特性光電效應(yīng)和光電器件3.光敏二極管和光敏三極管
光敏二極管的結(jié)構(gòu)與一般二極管相似。它裝在透明玻璃外殼中,其PN結(jié)裝在管的頂部,可以直接受到光照射。光敏三極管也成為光敏晶體管,它與一般晶體管結(jié)構(gòu)很相似,具有兩個(gè)PN結(jié),只是它的發(fā)射極一邊做得很大,以擴(kuò)大光的照射面積。
光敏二極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)光敏三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和基本電路光電效應(yīng)和光電器件光敏二極管和光敏三極管的基本特性(1)伏安特性圖為硅光敏管在不同照度下的伏安特性曲線??梢?jiàn),光敏三極管的光電流比相同管型的二極管大上百倍。
光電效應(yīng)和光電器件光敏二極管和光敏三極管的基本特性(2)光譜特性光敏二極管和光敏三極管的光譜特性曲線如圖所示??梢钥闯?,硅的峰值波長(zhǎng)約為0.9μm,鍺的峰值波長(zhǎng)約為1.5μm,此時(shí)靈敏度最大,而當(dāng)入射光的波長(zhǎng)增加或縮短時(shí),相對(duì)靈敏度也下降。
光電效應(yīng)和光電器件光敏二極管和光敏三極管的基本特性(3)溫度特性
光敏三極管的溫度特性是指其暗電流及光電流與溫度的關(guān)系。光敏三極管的溫度特性曲線如圖所示。
光電效應(yīng)和光電器件4.光電池
光電池是一種直接將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件。光電池的工作原理是基于光生伏特效應(yīng)。
光電池工作原理光電效應(yīng)和光電器件光電池的基本特性(1)光譜特性
光電池對(duì)不同波長(zhǎng)的光的靈敏度是不同的。圖為硅光電池和硒光電池的光譜特性曲線。從圖中可知,不同材料的光電池,光譜響應(yīng)峰值所對(duì)應(yīng)的入射光波長(zhǎng)是不同的??梢?jiàn)硅光電池可以在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)得到應(yīng)用。
光電效應(yīng)和光電器件光電池的基本特性(2)光照特性
光電池在不同光照度下,光電流和光生電動(dòng)勢(shì)是不同的,它們之間的關(guān)系就是光照特性。圖為硅光電池的開(kāi)路電壓和短路電流與光照的關(guān)系曲線。從圖中看出,短路電流與光照強(qiáng)度成線性關(guān)系,開(kāi)路電壓與光照度的關(guān)系是非線性。因此光把電池作為測(cè)量元件時(shí),應(yīng)把它當(dāng)作電流源的形式來(lái)使用,不能用作電壓源。
光電效應(yīng)和光電器件光電池的基本特性(3)溫度特性
光電池的溫度特性是描述光電池的開(kāi)路電壓和短路電流隨溫度變化的情況。光電池的溫度特性如圖所示。從圖中看出,開(kāi)路電壓隨溫度升高而下降的速度較快,而短路電流隨溫度升高而緩慢增加。由于溫度對(duì)光電池的工作有很大影響,因此把它作為測(cè)量器件應(yīng)用時(shí),最好能保證溫度恒定或采取溫度補(bǔ)償措施。
光電效應(yīng)和光電器件5.光電耦合器件光電耦合器件是由發(fā)光元件(如發(fā)光二極管)和光電接收元件合并使用,以光作為媒介傳遞信號(hào)的光電器件。光電耦合器的發(fā)光和接收元件都封裝在一個(gè)外殼內(nèi),一般有金屬封裝和塑料封裝兩種。耦合器常見(jiàn)的組合形式如圖所示。光電效應(yīng)和光電器件6.光電傳感器應(yīng)用(1)光電式接近開(kāi)關(guān)光電傳感器利用光的各種性質(zhì)檢測(cè)物體的有無(wú)和表面狀態(tài)的變化等。其中輸出形式為開(kāi)關(guān)量的傳感器為光電式接近開(kāi)關(guān)。光電式接近開(kāi)關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器構(gòu)成。光電效應(yīng)和光電器件6.光電傳感器應(yīng)用(2)光電式緯線探測(cè)器光電式緯線探測(cè)器是應(yīng)用于噴氣織機(jī)上,判斷緯線是否斷線的一種探測(cè)器。圖為光電式緯線探測(cè)器原理電路圖。(3)煙塵濁度監(jiān)測(cè)儀(4)條形碼掃描筆(5)產(chǎn)品計(jì)數(shù)器(6)測(cè)量轉(zhuǎn)速光電式傳感器及其應(yīng)用
光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。紅外傳感器
紅外技術(shù)是在最近幾十年中發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)。它已在科技、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感器1.紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線,它是一種不可見(jiàn)光,由于是位于可見(jiàn)光中紅色光以外的光線,故稱紅外線。它的波長(zhǎng)范圍大致在0.76~1000μm,紅外線在電磁波譜中的位置如圖所示。
紅外傳感器2.紅外探測(cè)器紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。紅外探測(cè)器是紅外傳感器的核心。紅外探測(cè)器種類很多,常見(jiàn)的有兩大類:熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。
紅外傳感器3.紅外傳感器的應(yīng)用(1)紅外測(cè)溫儀
紅外測(cè)溫儀是利用熱輻射體在紅外波段的輻射通量來(lái)測(cè)量溫度的。當(dāng)物體的溫度低于1000℃時(shí),它向外輻射的不再是可見(jiàn)光而是紅外光了,可用紅外探測(cè)器檢測(cè)溫度。
紅外測(cè)溫儀原理框圖紅外傳感器3.紅外傳感器的應(yīng)用(2)紅外線氣體分析儀
紅外線氣體分析儀是根據(jù)氣體對(duì)紅外線具有選擇性的吸收的特性來(lái)對(duì)氣體成分進(jìn)行分析的。不同氣體的吸收波段(吸收帶)不同,下圖給出了幾種氣體對(duì)紅外線的透射光譜。
項(xiàng)目小結(jié)
主要知識(shí)點(diǎn)歸納如下:1.光電傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。2.光電效應(yīng)是指光照在某些物質(zhì)上時(shí),物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。光電效應(yīng)可以分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種。3.光電管、光電倍增管屬于外光電效應(yīng)類光電器件。光敏電阻屬于內(nèi)光電效應(yīng)類光電器件。光電池屬于光生伏特效應(yīng)類光電器件。4.紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。紅外探測(cè)器常見(jiàn)的有兩大類:熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。5.光纖傳感器可以分為功能型(傳感型)傳感器和非功能型(傳光型)傳感器兩大類。6.當(dāng)光線在光纖端面中心的入射角θ小于臨界入射角θC時(shí),光線就不會(huì)透射出界面,而全部被反射。光在界面上經(jīng)無(wú)數(shù)次反射,呈鋸齒形狀路線在纖芯內(nèi)向前傳播,最后從光纖的另一端傳出,這就是光纖的傳光原理。7.光纖型傳感器由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成。8.構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器,CCD固態(tài)圖像傳感器由感光部分和移位寄存器光電式傳感器及其應(yīng)用
光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。光纖傳感器
光纖傳感器是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的一門新技術(shù),它是伴隨著光纖及光通信技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。它能用于溫度、壓力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、磁、電、聲和PH值等各種物理量的測(cè)量,具有極為廣泛的應(yīng)用前景。光纖傳感器1.光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理(1)光纖的結(jié)構(gòu)光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱為光纖,目前基本上還是采用石英玻璃,其結(jié)構(gòu)如下圖所示。中心的圓柱體叫纖芯(芯子),圍繞著纖芯的圓形外層叫做包層。纖芯和包層主要由不同摻雜的石英玻璃制成。光纖的導(dǎo)光能力取決于纖芯和包層的性質(zhì),而光纖的機(jī)械強(qiáng)度由保護(hù)套維持。光纖傳感器1.光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理(2)光纖的傳光原理光在空間是直線傳播的。在光纖中,光的傳輸限制在光纖中,并隨光纖能傳送到很遠(yuǎn)的距離,光纖的傳輸是基于光的全內(nèi)反射。當(dāng)光線以各種不同角度入射到光纖纖芯與包層的交界面時(shí),光線在該處有一部分透射,一部分反射。當(dāng)光纖的直徑比光的波長(zhǎng)大很多時(shí),可以用幾何光學(xué)的方法來(lái)說(shuō)明光在光纖內(nèi)的傳播。設(shè)有一段圓柱形光纖,如下圖所示,它的兩個(gè)端面均為光滑的平面。光纖傳感器2.光纖傳感器的應(yīng)用(1)光纖式光電接近開(kāi)關(guān)光纖型傳感器由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成,放大器和光纖檢測(cè)頭是分離的兩個(gè)部分,光纖檢測(cè)頭的尾端部分分成兩條光纖,使用時(shí)分別插入放大器的兩個(gè)光纖孔。光纖傳感器組件如下圖所示。光纖傳感器2.光纖傳感器的應(yīng)用(2)光纖加速度傳感器光纖加速度傳感器的組成結(jié)構(gòu)如下圖所示。它是一種簡(jiǎn)諧振子的結(jié)構(gòu)形式。激光束通過(guò)分光板后分為兩束光,透射光作為參考光束,反射光作為測(cè)量光束。當(dāng)傳感器感受加速度時(shí),由于質(zhì)量塊M對(duì)光纖的作用,從而使光纖被拉伸,引起光程差的改變。相位改變的激光束由單模光纖射出后與參考光束會(huì)合產(chǎn)生干涉效應(yīng)。光纖傳感器2.光纖傳感器的應(yīng)用(3)光纖溫度傳感器光纖溫度傳感器是目前僅次于加速度、壓力傳感器而廣泛使用的光纖傳感器。下圖為光強(qiáng)調(diào)制型傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖,它的敏感元件是一個(gè)半導(dǎo)體光吸收器,光纖用來(lái)傳輸信號(hào)。傳感器是由半導(dǎo)體光吸收器、光纖、發(fā)射光源和包括光控制器在內(nèi)的信號(hào)處理系統(tǒng)等組成。廣泛應(yīng)用于高壓電力裝置中的溫度測(cè)量等特殊場(chǎng)合。任務(wù)小結(jié)
主要知識(shí)點(diǎn)歸納如下:1.光電傳感器是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。2.光電效應(yīng)是指光照在某些物質(zhì)上時(shí),物質(zhì)的電子吸收光子的能量而發(fā)生相應(yīng)的電效應(yīng)現(xiàn)象。光電效應(yīng)可以分為外光電效應(yīng)、內(nèi)光電效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)三種。3.光電管、光電倍增管屬于外光電效應(yīng)類光電器件。光敏電阻屬于內(nèi)光電效應(yīng)類光電器件。光電池屬于光生伏特效應(yīng)類光電器件。4.紅外傳感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路及顯示系統(tǒng)等組成。紅外探測(cè)器常見(jiàn)的有兩大類:熱探測(cè)器和光子探測(cè)器。5.光纖傳感器可以分為功能型(傳感型)傳感器和非功能型(傳光型)傳感器兩大類。6.當(dāng)光線在光纖端面中心的入射角θ小于臨界入射角θC時(shí),光線就不會(huì)透射出界面,而全部被反射。光在界面上經(jīng)無(wú)數(shù)次反射,呈鋸齒形狀路線在纖芯內(nèi)向前傳播,最后從光纖的另一端傳出,這就是光纖的傳光原理。7.光纖型傳感器由光纖檢測(cè)頭、光纖放大器兩部分組成。8.構(gòu)成CCD的基本單元是MOS電容器,CCD固態(tài)圖像傳感器由感光部分和移位寄存器組成。電感傳感器及其應(yīng)用
電感式傳感器利用電磁感應(yīng)原理將被測(cè)非電量如位移、壓力、流量、振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈自感量L或互感量M的變化,再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出的裝置。
優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,測(cè)量精度高,零點(diǎn)穩(wěn)定,輸出功率較大。缺點(diǎn):靈敏度、線性度和測(cè)量范圍相互制約,傳感器自身頻率響應(yīng)低,不適用于快速動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感傳感器及其應(yīng)用1.變磁阻式電感傳感器(1)工作原理變磁阻式傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。它由線圈、鐵芯和銜鐵三部分組成。鐵芯和銜鐵由導(dǎo)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δ,傳感器的運(yùn)動(dòng)部分與銜鐵相連。電感傳感器及其應(yīng)用1.變磁阻式電感傳感器(3)測(cè)量電路設(shè)電感傳感器初始?xì)庀稙棣?,初始電感量為L(zhǎng)0,銜鐵位移引起的氣隙變化量為Δδ,L與δ之間是非線性關(guān)系,特性曲線如下圖所示。電感傳感器及其應(yīng)用1.變磁阻式電感傳感器(3)測(cè)量電路交流電橋式測(cè)量電路變壓器式交流電橋諧振式測(cè)量電路電感傳感器及其應(yīng)用1.變磁阻式電感傳感器(4)變磁阻式傳感器的應(yīng)用下圖所示是變隙電感式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖。它由膜盒、鐵芯、銜鐵及線圈等組成,銜鐵與膜盒的上端連在一起。變隙電感式壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖變隙式差動(dòng)電感壓力傳感器電感傳感器及其應(yīng)用2.差動(dòng)變壓器式傳感器(1)工作原理螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)如圖所示,它由初級(jí)線圈,兩個(gè)次級(jí)線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)差動(dòng)變壓器等效電路電感傳感器及其應(yīng)用2.差動(dòng)變壓器式傳感器(2)差動(dòng)變壓器式傳感器測(cè)量電路差動(dòng)整流電路差動(dòng)整流電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不需要考慮相位調(diào)整和零點(diǎn)殘余電壓的影響,分布電容影響小和便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),因而獲得廣泛應(yīng)用。電感傳感器及其應(yīng)用2.差動(dòng)變壓器式傳感器(2)差動(dòng)變壓器式傳感器測(cè)量電路相敏檢波電路
電感傳感器及其應(yīng)用2.差動(dòng)變壓器式傳感器(3)差動(dòng)變壓式傳感器的應(yīng)用差動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測(cè)量,也可以測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量,如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。圖為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。它由懸臂梁1和差動(dòng)變壓器2構(gòu)成。電感傳感器及其應(yīng)用3.電渦流式傳感器(2)電渦流式傳感器的應(yīng)用低頻透射式渦流厚度傳感器透射式渦流厚度傳感器原理圖電感傳感器及其應(yīng)用3.電渦流式傳感器(2)電渦流式傳感器的應(yīng)用高頻反射式渦流厚度傳感器高頻反射式渦流測(cè)厚儀原理圖電感傳感器及其應(yīng)用3.電渦流式傳感器(2)電渦流式傳感器的應(yīng)用電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器工作原理圖電感傳感器及其應(yīng)用3.電渦流式傳感器(2)電渦流式傳感器的應(yīng)用電感式接近開(kāi)關(guān)電感式接近開(kāi)關(guān)是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。安裝距離注意說(shuō)明任務(wù)小結(jié)
主要知識(shí)點(diǎn)歸納如下:1.電感式傳感器以電和磁為媒介,利用磁場(chǎng)變換引起線圈的自感量或者互感量的變化,把非電量轉(zhuǎn)換為電量的裝置。電感式傳感器可分為自感式、互感式和電渦流式三種。2.差動(dòng)變壓器式傳感器,銜鐵位于中心位置時(shí)輸出電壓為零,而實(shí)際上差動(dòng)變壓器輸出電壓不為零,這個(gè)不為零的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。3.相敏檢波電路可區(qū)別差動(dòng)變壓器測(cè)量位移時(shí)位移方向還可以消除零點(diǎn)殘余電壓。4.交流電橋的平衡條件為相對(duì)橋臂阻抗值乘積相等。半橋電路比單橋電路靈敏度提高一倍,全橋電路是單橋電路靈敏度的4倍。5.把被測(cè)的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器。6.根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。電渦流傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類。電容傳感器及其應(yīng)用電容式傳感器是一種將待測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電容變化量的器件,具有體積小,功耗低,靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于加速度、角速度、壓力等各種非電量的測(cè)量。圖為常見(jiàn)電容傳感器外形圖。
電容傳感器外形圖電容傳感器及其應(yīng)用1.電容式傳感器工作原理(1)變極距型電容傳感器變極距型電容式傳感器的ε和A為常數(shù),當(dāng)傳感器初始極距變化時(shí)傳感器的輸出特性不是線性關(guān)系,變極距型電容式傳感器只有在極距很小時(shí),才有近似的線性輸出。
一般變極板間距離電容式傳感器的起始電容在20~100pF之間,極板間距離在25~200μm的范圍內(nèi),最大位移應(yīng)小于間距的1/10,故在微位移測(cè)量中應(yīng)用最廣。安裝距離注意說(shuō)明電容傳感器及其應(yīng)用1.電容式傳感器工作原理(2)變面積型電容式傳感器變面積型電容傳感器原理結(jié)構(gòu)示意圖如左圖所示。這種形式的傳感器其電容量C與水平位移Δx是線性關(guān)系。右圖3.56是電容式角位移傳感器原理圖。電容傳感器及其應(yīng)用1.電容式傳感器工作原理(3)變介電常數(shù)型電容式傳感器左圖是一種變極板間介質(zhì)的電容式傳感器用于測(cè)量液位高低的結(jié)構(gòu)原理圖。右圖是一種常用的結(jié)構(gòu)型式。電容傳感器及其應(yīng)用2.電容式傳感器的測(cè)量電路(1)調(diào)頻測(cè)量電路調(diào)頻測(cè)量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí),振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。調(diào)頻測(cè)量電路原理框圖如圖所示。電容傳感器及其應(yīng)用2.電容式傳感器的測(cè)量電路(2)運(yùn)算放大器式電路調(diào)頻測(cè)量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分。當(dāng)輸入量導(dǎo)致電容量發(fā)生變化時(shí),振蕩器的振蕩頻率就發(fā)生變化。調(diào)頻測(cè)量電路原理框圖如圖所示。電容傳感器及其應(yīng)用2.電容式傳感器的測(cè)量電路(3)二極管雙T型交流電橋如圖所示是二極管雙T型交流電橋電路原理圖。e是高頻電源,它提供幅值為Ui的對(duì)稱方波,VD1、VD2為特性完全相同的兩個(gè)二極管,R1=R2=R,C1、C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。當(dāng)傳感器沒(méi)有輸入時(shí),C1=C2。電容傳感器及其應(yīng)用2.電容式傳感器的測(cè)量電路(3)二極管雙T型交流電橋如圖所示是二極管雙T型交流電橋電路原理圖。e是高頻電源,它提供幅值為Ui的對(duì)稱方波,VD1、VD2為特性完全相同的兩個(gè)二極管,R1=R2=R,C1、C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容。當(dāng)傳感器沒(méi)有輸入時(shí),C1=C2。電容傳感器及其應(yīng)用3.電容式傳感器的應(yīng)用(1)電容式加速度傳感器如圖所示為差動(dòng)式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖。它有兩個(gè)固定極板(與殼體絕緣),中間有一用彈簧片支撐的質(zhì)量塊,此質(zhì)量塊的兩個(gè)端面經(jīng)過(guò)磨平拋光后作為可動(dòng)極板(與殼體電連接)。電容傳感器及其應(yīng)用3.電容式傳感器的應(yīng)用(2)差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器如圖所示為頻率型差動(dòng)式電容測(cè)厚傳感器系統(tǒng)組成框圖。將被測(cè)電容C1、C2作為各變換振蕩器的回路電容,振蕩器的其它參數(shù)為固定值,等效電路如圖右圖所示。電容傳感器及其應(yīng)用3.電容式傳感器的應(yīng)用(3)電容式接近開(kāi)關(guān)
電容式接近開(kāi)關(guān)是一種具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器,其外形如圖所示。電容式接近開(kāi)關(guān)不但可以檢測(cè)金屬物體,還可以檢測(cè)非金屬物體、絕緣的液體或粉狀物等。電容式接近開(kāi)關(guān)常用于自動(dòng)化生產(chǎn)線上檢測(cè)產(chǎn)品流向,控制產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的傳輸??梢詸z測(cè)工件,也可以用于生產(chǎn)線中行程控制和限位保護(hù)。任務(wù)小結(jié)
主要知識(shí)點(diǎn)歸納如下:1.電容式傳感器利用了將非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的測(cè)量。2.電容式傳感器可分為變極距型、變面積型、變介電常數(shù)型三類。3.電容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運(yùn)算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。磁性傳感器及其應(yīng)用
在自動(dòng)化生產(chǎn)線中經(jīng)常會(huì)用到氣缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),但是在生產(chǎn)線工作過(guò)程中,需要隨時(shí)檢測(cè)氣缸活塞的位置,所以需要磁性開(kāi)關(guān)和氣缸配合將活塞的位置信息輸入給控制器。氣缸磁性開(kāi)關(guān)是用來(lái)檢測(cè)氣缸活塞位置的,即檢測(cè)活塞的運(yùn)動(dòng)行程的。磁性傳感器及其應(yīng)用1.磁控開(kāi)關(guān)
磁控開(kāi)關(guān)由永久磁鐵和干簧管兩部分組成,如左圖所示。干簧管又稱舌簧管,其構(gòu)造是在充滿惰性氣體的密封玻璃管內(nèi)封裝2個(gè)或2個(gè)以上金屬簧片。
將磁控開(kāi)關(guān)安裝在氣缸的兩端,當(dāng)隨氣缸移動(dòng)的磁環(huán)靠近感應(yīng)開(kāi)關(guān)時(shí),感應(yīng)開(kāi)關(guān)的兩根磁簧片被磁化而使觸點(diǎn)閉合,產(chǎn)生電信號(hào);當(dāng)磁環(huán)離開(kāi)磁性開(kāi)關(guān)后,舌簧片失磁,觸點(diǎn)斷開(kāi),電信號(hào)消失。這樣可以檢測(cè)到氣缸的活塞位置從而控制相應(yīng)的電磁閥動(dòng)作。如右圖所示。磁性傳感器及其應(yīng)用2.霍爾式傳感器(1)霍爾效應(yīng)及霍爾元件
霍爾效應(yīng)置于磁場(chǎng)中的靜止載流導(dǎo)體,當(dāng)它的電流方向與磁場(chǎng)方向不一致時(shí),載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場(chǎng)方向上的兩個(gè)面之間產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)。該電勢(shì)稱霍爾電勢(shì)。如圖所示。磁性傳感器及其應(yīng)用2.霍爾式傳感器(1)霍爾效應(yīng)及霍爾元件
霍爾元件基本結(jié)構(gòu)霍爾元件的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,它由霍爾片、引線和殼體組成,如圖(a)所示?;魻柶且粔K矩形半導(dǎo)體單晶薄片,引出四個(gè)引線。1、1′兩根引線加激勵(lì)電壓或電流,稱為激勵(lì)電極;2、2′引線為霍爾輸出引線,稱為霍爾電極?;魻栐んw由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹(shù)脂封裝而成。在電路中霍爾元件可用兩種符號(hào)表示,如圖(b)所示。磁性傳感器及其應(yīng)用2.霍爾式傳感器(1)霍爾效應(yīng)及霍爾元件
霍爾元件基本特性額定激勵(lì)電流和最大允許激勵(lì)電流輸入電阻和輸出電阻不等位電勢(shì)和不等位電阻寄生直流電勢(shì)霍爾電勢(shì)溫度系數(shù)磁性傳感器及其應(yīng)用2.霍爾式傳感器(2)霍爾式傳感器的應(yīng)用
霍爾式微位移傳感器下圖給出了一些霍爾式位移傳感器的工作原理圖。圖(a)是磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鐵,同極性相對(duì)地放置,霍爾元件處在兩塊磁鐵的中間。圖(b)是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的霍爾
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