中职 自动检测与传感技术——项目教程项目四 课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,中职 自动检测与传感技术项目教程项目四 课件 高教版,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,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。,1.,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体位置的接近传感器。图,4-1,所示是部分电感式接近开关的外形图。,图,4-1,电感式接近开关外形图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,一、金属物的位置检测,2.,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，称为电涡流，这种现象称为电涡流效应。如图,4-2,所示。涡流的大小与金属体的电阻率,、磁导率,、金属板的厚度,d,、线圈与金属导体的距离,x,以及励磁电流频率,f,等参数有关，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数,。,图,4-2,电涡流疚,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,一、金属物的位置检测,3.,电感式接近开关的结构及工作原理,（,1,）结构,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,4-3,所示。,图,4-3,电感式接近开关的原理框图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,一、金属物的位置检测,3.,电感式接近开关的结构及工作原理,（,2,）工作原理,图,4-3,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关只能用来测量金属物体。,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,一、金属物的位置检测,4.,电感式接近开关的应用,（,1,）机械手的限位,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，往往采用接近传感器对它们的运动定位。图,4-4,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号，经执行机构使机械手停止运行或反方向退回。,图,4-4,机械手运动限位示意图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,一、金属物的位置检测,4.,电感式接近开关的应用,（,2,）生产线金属工件的分拣、计数,图,4-5,所示为生产线工件分拣和计数装置的示意图。电感式接近开关,A,和,B,安装在工件传送带的一侧。只有当金属工件经过时，传感器才输出相应脉冲开关信号。,传感器,A,的安装位置略高于合格工件，当金属箱在输送带上移动时，接近开关,A,检测到高度较高的金属箱后，发出脉冲信号给控制电路，使门挡,G,动作，达到分拣的目的。,分拣后的合格工件经过电感式接近开关,B,时，传感器,B,输出相应脉冲开关信号，该信号直接被送往计数器进行计数。,图,4-5,金属工件的计数与分拣,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,一、金属物的位置检测,4.,电感式接近开关的应用,（,3,）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工序完成，如图,4-6,所示。当工件,1,通过接近开关,2,时，给出到位信号，使电磁挡铁,3,、,4,动作：挡铁,3,阻挡了下一个工件进入，挡铁,4,进行工件的定位。当工件到达挡铁,4,时，经接近开关,5,确认后，夹紧装置,6,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，送下一工序焊别的零件。,图,4-6,自动焊接加工定位示意图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,霍尔式接近开关是利用霍尔元件的霍尔效应制成的传感器，简称霍尔开关。图,4-7,是部分霍尔开关的外形图。,图,4-7,部分霍尔开关外形图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,（,1,）霍尔效应与霍尔元件,如图,4-8,所示，将半导体薄片放置在磁场强度为,B,的磁场中，且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，这种现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压）。这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的半导体器件。,图,4-8,霍尔效应原理,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,原理简述：,磁场,B,垂直作用于薄片，激励电流,I,从,a,端流入，则电子,e,的运动方向与电流方向相反，将受到沦洛兹力,F,L,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,c,、,d,方向产生电势,U,H,，,U,H,即是霍尔电势。电子积累的越多，,F,L,也越大。霍尔电势的表达式为,U,H,K,H,IB,（,4-1,）,K,H,为霍尔元件的灵敏度系数，由式（,4-1,）可知，在,K,H,一定的情况下，霍尔电势,U,H,的大小正比于控制电流,I,和磁感应强度,B,。,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,（,2,）霍尔元件的结构及符号,霍尔元件的结构比较简单，它是由霍尔片、,4,根引线和外壳组成，其符号见图,4-9,所示。霍尔片是一个矩形半导体薄片，尺寸一般为,4mm2mm0.1mm,。电极,a,、,b,称为激励电极（或控制电极），用于加激励电压或电流；电极,c,、,d,称霍尔电极，接输出负载,RL,，,R,L,可以是放大器的输入电阻或测量仪器的内阻。,图,4-9,霍尔元件的符号和电路连接,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,（,3,）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器、钳型电流表、电罗盘、高斯计等，外形见图,4-10,所示。,图,4-10,部分线性霍尔集成传感器的外形图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,霍尔接近开关属于开关型霍尔传感器，它是由霍尔元件、稳压电源、放大器、施密特触发器、,OC,门等电路做在同一芯片上的集成电路，输出量为高、低电平的数字信号。开关型霍尔传感器具有无触点、低功耗、无转换抖动、响应频率高、使用寿命长、温度特性好、能适应恶劣环境等优点，被广泛用于转速和位置的测量以及报警电路中。,（,4,）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、转速测量等领域中。,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,（,5,）霍尔式接近开关的应用,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,4-11,所示。,图,4-11,用霍尔接近开关测量转速,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,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,(,或施密特触发器,),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,4-2,求出转速。,N,60,（,4-2,）,式中,f,信号频率,N,被测轴的转速,n,旋转体磁钢个数（或磁性齿数）,例：某旋转体转子上有,60,个磁性齿，与霍尔元件相连的计数器在,2,分钟内收到,120000,万个脉冲信号，试求该旋转体的转速？,解：转子上有,60,个磁性齿，,n,60,又,f,120000/2,60000,个,/min,1000,个,/s,N,60,f/n,60 1000/60,1000r/s,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,（,5,）霍尔式接近开关的应用,应用二：产品计数,如图,4-12,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-3501T,具有较高的灵敏度，能感受到很小的磁场变化，因而可检测磁性物体的有无。,当磁性物接近传感器时，传感器,UGN-3501T,可输出,20mV,的脉冲，脉冲信号经运放,a741,放大后，输入至三极管,2N5812,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，然后由显示器显示检测数值。,图,4-12,霍尔计数装置电路图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,1.,霍尔式接近开关,（,5,）霍尔式接近开关的应用,应用三：液位控制,如图,4-13,所示，在浮子上装一块小磁钢，在两液位极限位置上装上霍尔式接近开关。当液面升、降到极限位置时，霍尔接近开关便输出脉冲信号，用以控制电机的开、关，从而达到控制液位的目的,4-13,液位控制示意图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,2.,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,4-14,所示。,（,1,）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。,图,4-14,干簧管的结构示意图,项目四 位置的检测,任务一 金属物和磁性物的位置检测,二、磁性物的位置检测,2.,干簧管开关,（,2,）干簧管工作原理,如图,4-15,所示，当有磁性物靠近干簧管时，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过的，所以，当磁场减弱后