《传感器的分类》PPT课件.ppt

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1、日立环球存储科技有限公司培训讲师：周云培训讲师：周云传感器的分类传感器的分类传感器的分类传感器的分类传感器输出的信号有两种形式高电平输出和低电平输出，通俗的讲分为:PNP信号输出是电源信号，NPN输出是0V信号，在与PLC接线时，需要这样:PNP要求输入公共点COM接0V,因为PNP信号输出的是电源，这样能够形成激励，触发输入点(HITACHI)。NPN要求输入公共点COM接24V(电源），因为NPN信号输出的是0V，这样能够在COM和输入点形成激励，触发输入点。传感器的分类传感器的分类传感器NPN型输出型(电流流入)和PNPPNP输出型(电流流出)两种 二、传感器的分类二、传感器的分类分类法

2、分类法型式型式说说 明明按基本效应分类按基本效应分类物理型物理型化学型化学型生物型生物型采用物理效应进行转换采用物理效应进行转换采用化学效应进行转换采用化学效应进行转换采用生物效应进行转换采用生物效应进行转换按构成原理分类按构成原理分类结构型结构型物性型物性型以转换元件结构参数变化实现信号转换以转换元件结构参数变化实现信号转换以转换元件物理特性变化实现信号转换以转换元件物理特性变化实现信号转换按能量关系分类按能量关系分类能量转换型能量转换型能量控制型能量控制型传感器输出量直接由被测量能量转换而来传感器输出量直接由被测量能量转换而来传感器输出量能量由外部能源提供，但受输入量控制传感器输出量能量由

3、外部能源提供，但受输入量控制按工作原理分按工作原理分电阻式电阻式电容式电容式电感式电感式压电式压电式磁电式磁电式热电式热电式光电式光电式光纤式光纤式利用电阻参数变化实现信号转换利用电阻参数变化实现信号转换利用电容参数变化实现信号转换利用电容参数变化实现信号转换利用电感参数变化实现信号转换利用电感参数变化实现信号转换利用压电效应实现信号转换利用压电效应实现信号转换利用电磁感应原理实现信号转换利用电磁感应原理实现信号转换利用热电效应实现信号转换利用热电效应实现信号转换利用光电效应实现信号转换利用光电效应实现信号转换利用光纤特性参数变化实现信号转换利用光纤特性参数变化实现信号转换按输入量分类按输入量

4、分类长度、角度、振动、长度、角度、振动、位移、压力、温度、位移、压力、温度、流量、距离、速度等流量、距离、速度等以被测量命名（即按用途分类）以被测量命名（即按用途分类）按输出量分类按输出量分类模拟式模拟式数字式数字式输出量为模拟信号（电压、电流、输出量为模拟信号（电压、电流、）输出量为数字信号（脉冲、编码、输出量为数字信号（脉冲、编码、）工业在线检测、计量测试、检定标定工业在线检测、计量测试、检定标定-几何量中最基本的测试内几何量中最基本的测试内容容三、长度及线位移传感器三、长度及线位移传感器1、电容传感器：、电容传感器：平板电容器的电容量：平板电容器的电容量：原理：被测量原理：被测量-电容变

5、化电容变化特点：结构简单，分辨力高，非接触特点：结构简单，分辨力高，非接触应用：可在高温、辐射、振动等条件下工作应用：可在高温、辐射、振动等条件下工作1）电容传感器原理、结构与特性）电容传感器原理、结构与特性a)变极距型电容传感器变极距型电容传感器初始电容量：初始电容量：极距变化：极距变化：0-电容增大：电容增大：长度长度-面与面、线与线、点与点之间的距离及它们之间的组合面与面、线与线、点与点之间的距离及它们之间的组合 传感器：机械式（杠杆、齿轮）、电感、电容、光栅、磁栅、容栅、传感器：机械式（杠杆、齿轮）、电感、电容、光栅、磁栅、容栅、感应同步器、光电式感应同步器、光电式广义广义-圆柱体的轴

6、径和孔径；立方体的长度、宽度、高度（厚度）；圆柱体的轴径和孔径；立方体的长度、宽度、高度（厚度）；孔和槽的深度；孔间距、轴心距等孔和槽的深度；孔间距、轴心距等 b)变面积型电容传感器变面积型电容传感器电容电容：(a)扇形平板结构；扇形平板结构；(b)柱面板结构柱面板结构相对变化：相对变化：结论结论:灵敏度：灵敏度：(1)传感器输出为线性；传感器输出为线性；(2)灵敏度与初始极距成反比：减小极距灵敏度与初始极距成反比：减小极距-提高灵敏度提高灵敏度，(3)保持极距不变：中间移动式；保持极距不变：中间移动式；(4)差动结构：提高灵敏度差动结构：提高灵敏度 c)变介质型电容传感器变介质型电容传感器电

7、容：电容：插入式：插入式：应用：测量厚度应用：测量厚度2)电容传感器特点及应用电容传感器特点及应用特点：分辨力极高（电容值特点：分辨力极高（电容值10-7，相对值，相对值100%200%，位移，位移0.01m）动极板质量小，惯性小，动态响应好；动极板质量小，惯性小，动态响应好；非接触，自身发热和功耗小；非接触，自身发热和功耗小；结构简单，不含有机材料或磁性材料、对环境适应性强结构简单，不含有机材料或磁性材料、对环境适应性强应用：微信息检测应用：微信息检测-测微仪、；测微仪、；静态测量静态测量-金属零件计数金属零件计数 高频信号检测高频信号检测-振动，转速；振动，转速；1-测杆：测杆：2-片簧：

8、片簧：3-定极板；定极板；4-动极板：动极板：a)电容式位移传感器：电容式位移传感器：原理：变介质型原理：变介质型 变极距型；变极距型；b)电容式厚度传感器：电容式厚度传感器：特点：接触式测量特点：接触式测量差动结构：差动结构：特点：非接触式测量特点：非接触式测量应用：纸张、绝缘薄膜等应用：纸张、绝缘薄膜等a)差动式梳齿形容栅传感器差动式梳齿形容栅传感器3)容栅传感器容栅传感器b)多级片型容栅传感器多级片型容栅传感器c)特点：特点：定极板定极板-两组极栅，等间隔，交叉两组极栅，等间隔，交叉 动极板动极板-极距相同，栅宽相同极距相同，栅宽相同相对移动相对移动-电容周期变化电容周期变化-脉冲信号脉

9、冲信号多个差动式变面积型电容传感器的并联多个差动式变面积型电容传感器的并联 动尺动尺-一系列发射电极片，宽度间隔一系列发射电极片，宽度间隔l0 定尺定尺-一系列接收电极片，宽度间隔一系列接收电极片，宽度间隔l0/4相对移动相对移动-电容周期变化电容周期变化-脉冲信号脉冲信号多个差动式变面积型电容传感器的并联多个差动式变面积型电容传感器的并联d)应用：应用：量程大量程大-长定尺，长定尺，150mm,300mm精度高精度高-误差平均效应误差平均效应测量位移测量位移-数显卡尺，分辨力数显卡尺，分辨力0.01mm2、光栅式传感器光栅式传感器-等节距的透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件等节距的

10、透光和不透光的刻线均匀相间排列构成的光学元件物理光栅：物理光栅：计量光栅：计量光栅：利用光的衍射现象分析光谱、测定波长利用光的衍射现象分析光谱、测定波长利用光的莫尔条纹现象测量精密位移利用光的莫尔条纹现象测量精密位移长光栅长光栅-直线位移；圆光栅直线位移；圆光栅-角位移角位移 构成：主光栅构成：主光栅-标尺光栅，定光栅；指示光栅标尺光栅，定光栅；指示光栅-动光栅动光栅长度长度-测量范围；刻线密度测量范围；刻线密度-测量精度测量精度(10、25、50、100、125线线/mm)(1)莫尔条纹（莫尔条纹（Moire）条纹宽度：条纹宽度：W-栅距，栅距，a-线宽，线宽，b-缝宽缝宽W=a+b，a=b

11、=W/2 特例：当特例：当 =0,w1=w2 B=光闸莫尔条纹光闸莫尔条纹 当当 =0,w1w2 纵向莫尔条纹纵向莫尔条纹均匀刻线主光栅指示光栅夹角明暗相间条纹莫尔条纹移动莫尔条纹特性：莫尔条纹特性：方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时方向性：垂直于角平分线，当夹角很小时 与光栅移动方向垂直与光栅移动方向垂直同步性：光栅移动一个栅距同步性：光栅移动一个栅距 莫尔条纹移动一个间距一方向对应莫尔条纹移动一个间距一方向对应放大性：夹角放大性：夹角很小很小 BW 光学放大光学放大 提高灵敏度提高灵敏度可调性：夹角可调性：夹角 条纹间距条纹间距B 灵活灵活准确性：大量刻线准确性：大量刻线 误差平均效应误

12、差平均效应 克服个别克服个别/局部误差局部误差 提高精度提高精度(2)光栅传感器分类与结构原理光栅传感器分类与结构原理 按运动形式分：按运动形式分：直线型直线型-主光栅为直尺形主光栅为直尺形直线移动直线移动 旋转型旋转型-主光栅为圆盘形主光栅为圆盘形旋转运动旋转运动按光学形式分：按光学形式分：透射式透射式-光源与光电元件在两侧光源与光电元件在两侧透射光透射光 反射式反射式-光源与光电元件同一侧光源与光电元件同一侧反射光反射光(3)光栅传感器特点光栅传感器特点 精度高：测长精度高：测长(0.2+210-6L)m，测角，测角0.1量程大：透射式量程大：透射式-光栅尺长（米），反射式光栅尺长（米），

13、反射式-几十米几十米响应快：可用于动态测量响应快：可用于动态测量增量式：增量码测量增量式：增量码测量 计数计数 断电断电数据消失数据消失要求高：对环境要求高要求高：对环境要求高温度、湿度、灰尘、振动、移动精度温度、湿度、灰尘、振动、移动精度成本高：电路复杂成本高：电路复杂 4)光电式绝对编码器光电式绝对编码器 特点：高精度、高分辨力、可靠性好特点：高精度、高分辨力、可靠性好-数字式传感器（直接）数字式传感器（直接）1-光源；光源；2-柱面镜；柱面镜；3-码盘；码盘；4-狭缝；狭缝；5-元件元件 原理：平行光源原理：平行光源码盘码盘 光电元件光电元件电信号输出电信号输出 光学码盘式传感器光学码盘

14、式传感器-用光电方法将被测角位移转化成数字电信号用光电方法将被测角位移转化成数字电信号 码盘：光学玻璃，透光码盘：光学玻璃，透光/不透光（同心码道）不透光（同心码道）照相腐蚀照相腐蚀 要求：分度准确（工艺）、要求：分度准确（工艺）、阴暗交替边缘陡峭（工艺、材质）阴暗交替边缘陡峭（工艺、材质）光源：光源：LED 光学系统光学系统 平行光平行光 投影精确投影精确 光电元件：硅光电池，光电晶体管光电元件：硅光电池，光电晶体管 码道：位数码道：位数每个码道对应一个光电元件每个码道对应一个光电元件分辨率分辨率 角度分辨率：角度分辨率：=360/2n n-码道数（位数）码道数（位数）光电元件输出：光电元件

15、输出：亮区亮区-“1”;暗区暗区-“0”1-20/21位位信号组合信号组合-编码数字量编码数字量 -转角大小转角大小 绝对测量绝对测量-固定的数字码固定的数字码 （不需要基准）（不需要基准）编码码制：编码码制：直观，易于后续电路和计算机处理。直观，易于后续电路和计算机处理。多位码同时动作多位码同时动作同步误差同步误差错码错码格雷码（循环码）格雷码（循环码）有权码有权码对称性，无权码对称性，无权码二进制码二进制码相邻两数只有一位不同相邻两数只有一位不同每次只有一位变化每次只有一位变化转换转换 十进制码十进制码8个码道、个码道、2位位内内4圈圈-高位；高位；外外4圈圈-低位低位编码数：编码数：10

16、2个个分辨力：分辨力：360/102 =3.6 编码：二编码：二十进制十进制十进制十进制 09二进制二进制 00001010容量小，有权码容量小，有权码较少使用较少使用角度位置十进制码二进制码格雷码0.022.545.067.590.0112.5135.0157.5180.0202.5225.0247.5270.0292.5315.0337.5ABCDEFGHIJKLMNOp012345678910111213141500000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000000100110010011001110

17、1010100110011011111111010101011100110004位光电编码器码制位光电编码器码制 特点与应用特点与应用 特点：结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好，特点：结构简单、精度高、分辨率高，可靠性好，直接数字量输出，绝对码输出，直接数字量输出，绝对码输出，测量范围小（测量范围小（360），速度不高（最高几千转），速度不高（最高几千转/分）分）应用：小范围绝对位置测量应用：小范围绝对位置测量-角度、直线位置角度、直线位置 小范围位移、速度检测小范围位移、速度检测例：例：1-光源；光源；2非球面聚光镜；非球面聚光镜；3 码盘；码盘；4狭缝；狭缝；5-光电元件光电元件五、力的

18、测量五、力的测量-与重力相比较与重力相比较-将力转换为其他物理量将力转换为其他物理量电阻应变式：力电阻应变式：力 应变应变压电式：压电效应压电式：压电效应压磁式：压磁效应压磁式：压磁效应电容式：力电容式：力 位移位移其他量其他量 加速度传感器加速度传感器人的体温人的体温日常生活日常生活-电饭煲、电冰箱、空调、微波炉等家用电器电饭煲、电冰箱、空调、微波炉等家用电器汽车汽车-发动机控制发动机控制工工业业六、温度的测量六、温度的测量 产品质量产品质量/温度控制温度控制 -精度高，精度高，-价格昂贵价格昂贵设备安装设备安装/设备监视设备监视 -精度不高，精度不高，-价格低廉价格低廉代表：玻璃温度计、双

19、金属温度计（液体代表：玻璃温度计、双金属温度计（液体/气体膨胀）气体膨胀）-结构简单结构简单 热电偶（温差电势现象）热电偶（温差电势现象）-价格便宜，耐高温，精度高价格便宜，耐高温，精度高 热电阻（电阻随温度变化）热电阻（电阻随温度变化）-温度不太高，精度要求较高温度不太高，精度要求较高六、温度的测量六、温度的测量 温度单位和温度标准温度单位和温度标准热力学温度热力学温度-开开尔文尔文（K）；）；摄氏温度（摄氏温度（C）;华氏温度（华氏温度（F）国际标准单位（国际标准单位（SI）-绝对温度绝对温度瑞典的摄氏：水的冰点瑞典的摄氏：水的冰点-0 C，沸点，沸点-100 C，100等分等分T(K)-

20、热力学温度；热力学温度；t(C)-摄氏温度摄氏温度摄氏摄氏 华氏：华氏：t 9 5+32 如：正常体温（从口中测量所得）是如：正常体温（从口中测量所得）是37 C/98.6 F。1、热电偶、热电偶-热电效应热电效应普通热电偶：普通热电偶：1。热电极；。热电极；2。绝缘套管。绝缘套管3。保护套管；。保护套管；4。接线盒；。接线盒；5。盒盖。盒盖材料：铂、铑、铱、铬、镍、铜材料：铂、铑、铱、铬、镍、铜-合金合金铂铑铂铑铂铂结构：结构：应用范围可测量气体、液体、固体的温度测量范围-50 to 700-58 to 1292 准确度2.2 or 0.75%3.9 or 0.75%表面热电偶表面热电偶 浸

21、入式热电偶浸入式热电偶 2、热电阻温度传感器、热电阻温度传感器金属式金属式-热电阻；（铂、铜、铁、镍等）热电阻；（铂、铜、铁、镍等）半导体式半导体式-热敏电阻热敏电阻应用应用-医学医学3、辐射式温度传感器、辐射式温度传感器红外辐射红外辐射-物体本身有一定的温度（电机物体本身有一定的温度（电机/电器电器/火炉火炉/冰块）冰块）-红外测温传感器红外测温传感器物体温度高物体温度高-红外辐射能多红外辐射能多特点：非接触测量，远距离特点：非接触测量，远距离/带电带电/不能直接接触不能直接接触-不影响温度分布不影响温度分布 速度快；灵敏度高；测量范围广速度快；灵敏度高；测量范围广(-101300 C)；抗

22、干扰；抗干扰应用应用-军事军事热像仪热像仪停机坪停机坪七、流量传感器七、流量传感器工业生产工业生产-物料平衡、热平衡、储存、经济核算物料平衡、热平衡、储存、经济核算日常生活日常生活-水表水表/煤气表煤气表/给油量表给油量表(加油站加油站)/血流量血流量/风速计（天气预风速计（天气预报）报）IC卡式燃气表卡式燃气表 IC水表水表 燃油流量表燃油流量表 流量：单位时间内流过一定横截面的流体体积的质量流量：单位时间内流过一定横截面的流体体积的质量-体积流量；质量流量体积流量；质量流量1、差压式差压式-最多（最多（80%）电磁流量计电磁流量计涡街流量计涡街流量计超声波流量计超声波流量计质量流量计质量流量计2、其它、其它转子流量计转子流量计涡轮流量计涡轮流量计