1、2,情境六 位移的检测,【情境描述】位移的检测是指测量位移、距离、位置、尺寸、角度、角位移等几何量，是机械加工的重要参数。许多参数如力、形变、厚度、间距、振动、速度、加速度等非电量的测量也可以转换为位移的测量。根据这类传感器的信号输出形式，可以分为模拟式和数字式两大类，参见表6-1所示。,3,任务一 电感式接近开关用于物位的检测,任务要求在生产流水线中物位的检测十分常见，例如在装配轴承滚珠时，为保证轴承的质量，一般要先对滚珠的直径进行分选，各滚珠直径的误差在几个微米，因此要进行微位移检测，可选用电感传感器进行检测，如图6-1所示。,4,知识引入,一、认识电感传感器电感式传感器利用电磁感应原理将
2、被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，其外形图如图6-2所示。,5,一、认识电感传感器,1自感式传感器1)变间隙型电感传感器2)变面积型电感传感器3)螺管型电感传感器4)差动式电感传感器,6,一、认识电感传感器,2差动变压器式传感器,7,一、认识电感传感器,3电涡流式传感器1)高频反射式电涡流传感器2)低频透射式电涡流传感器,8,二、电感传感器的使用,电感传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用。它主要用于测量微位移，凡是能转换成位移量变化的参数，如压力、力、压差、加速度、振动、应
3、变、流量、厚度、液位等都可以用电感式传感器来进行测量。其应用范围主要包括：可测量弯曲和偏移；可测量振荡的振幅高度；可控制尺寸的稳定性；可控制定位；可控制对中心率或偏心率。电感传感器还可用作磁敏速度开关、齿轮龄条测速等，该类传感器广泛应用于纺织、化纤、机床、机械、冶金、机车汽车等行业的链轮齿速度检测，链输送带的速度和距离检测，齿轮龄计数转速表及汽车防护系统的控制等。另外该类传感器还可用在给料系统中小物体检测、物体喷出控制、断线监测、小零件区分、厚度检测和位置控制等。,9,二、电感传感器的使用,1电感式传感器的优缺点电感式传感器的主要优点是：(1)结构简单，可靠。(2)灵敏度高，最高分辨力达0.1
4、m。(3)测量精确度高，输出线性度可达0.1%。(4)输出功率较大，在某些情况下可不经放大，直接接二次仪表。其缺点是：(1)传感器本身的频率响应不高，不适于快速动态测量。(2)对激磁电源的频率和幅度的稳定度要求较高。(3)传感器分辨力与测量范围有关，测量范围大，分辨力低，反之则高。,10,二、电感传感器的使用,2差动变压器的零点残余电压1)零点残余电压产生的原因。2)零点残余电压的消除。,11,二、电感传感器的使用,3测量电路1)自感式传感器的测量电路2)差动变压器式传感器的测量电路3)电涡流式传感器的测量电路(1)电桥电路(2)谐振电路调幅法调频法,12,二、电感传感器的使用,(3)正反馈电
5、路,13,二、电感传感器的使用,4传感器使用注意事项 1)方案选择2)铁芯材料的选择3)电源频率的选择,14,任务实施,一、电感传感器的选型轴承滚珠直径的检测应使用电感测微仪，根据测微仪的检测范围及灵敏度要求，结合电感传感器相关知识，选用差动螺管插铁型电感传感器作为微测仪的检测头。,15,二、电感传感器的实际应用,1差动变压器的激励电源电路2差动变压器的相敏检波电路3差动变压器的信号放大电路,16,三、测量参考电路,17,四、总结调试,18,能力拓展,1认识电位器,19,能力拓展,2电位器传感器的使用有些优良检测采用的就是电阻式位置传感器。油量表的工作原理如图6-24所示，通过测量油箱内油面的
6、高度来测量邮箱内的剩余油量。,20,任务二 光电传感器用于物位和转速的检测,任务要求在机械、零件以及原材料的设计、加工制造过程中，经常会遇到物位和转速的检测，并将其作为保证产品质量、提高生产效益的重要参数，其检测可使用光电式传感器，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等非电量转换为光量的变化，具有非接触、响应快、性能可靠、精度高和使用方便等特点。例如各种数控机床的位移检测是工业生产中的一个关键的技术，直接关系到机床的加工精度，可以采用光电式传感器等进行位移的检测。,21,知识引入,一、认识光电传感器1光电效应1)外光电效应2)内光电效应3)光生
7、伏特效应,22,一、认识光电传感器,2光电器件1)光电管2)光电倍增管3)光敏电阻4)光敏二极管,23,一、认识光电传感器,5)光敏三极管6)光电池,24,一、认识光电传感器,3光电编码器1)增量式编码器(1)增量式编码器的结构和组成(2)增量式编码器的工作原理(3)脉冲盘式编码器的辨向方式2)绝对式编码器(1)接触式编码器,25,一、认识光电传感器,(2)光电式编码器(3)电磁式编码器4光栅传感器1)光栅传感器的结构,26,一、认识光电传感器,2)莫尔条纹及特性(1)莫尔条纹的形成(2)莫尔条纹的特性对应关系放大作用平均效应3)光栅传感器的组成(1)光源(2)光栅副(3)光电接收元件,27,
8、一、认识光电传感器,4)光栅传感器测量位移的原理,28,二、位移传感器的使用,1正确使用光敏电阻,29,二、位移传感器的使用,2正确使用增量式光电编码器1)机床纵向进给速度控制2)高速旋转测速3)低转速测速4)注意点,30,二、位移传感器的使用,3正确使用光栅传感器1)辨向电路2)细分技术,31,任务实施,一、位移传感器的选型,32,二、直线光栅位移传感器的实际应用,1传感器的安装(1)传感器应尽量安装在靠近设备工作台的床身基面上。(2)根据设备的行程选择传感器的长度，光栅传感器的有效长度应大于设备行程。(3)标尺光栅固定在机床的工作台上，随机床的走刀而动，它的有效长度即为测量范围。如长度超过
9、1.5m，需在标尺中部设置支撑。(4)读数头固定在机床上，安装在标尺光栅的下方，与标尺光栅的间隙控制在11.5mm以内，并尽可能避开切屑和油液的溅落。(5)在机床导轨上要安装限位装置，以防机床工作时标尺撞到读数头。2光栅位移传感器的检查(1)光栅传感器安装完毕后，接通数显表，移动工作台，观察读数是否变化。(2)在机床上任选一点，来回移动工作台，回到起始点，数显表读数应相同。(3)使用千分表和数显表同时检测工作台的移动值，比对后进行校正，确保数显表测量正确。,33,三、测量参考电路,直线光栅位移传感器测量应用电路如图6-56(a)所示，实际安装使用如图6-56(b)所示。,34,四、总结调试,(
10、1)在使用环境有油污、铁屑等情况时，建议采用防护罩，防护罩应将主尺全部防护。(2)应关闭电源后，插拔光栅传感器的电源。(3)经常检查安装螺钉是否松动。(4)及时清理溅落在光栅传感器表面上的切屑和油液，尽可能外加保护罩，定期清洗光栅表面。(5)应避免剧烈震动，以防损坏。(6)应避免在严重腐蚀环境中工作。,35,能力拓展,一、光电开光光电开关主要用来检测物体的靠近、通过等状态。根据光线的走向，光电开关分为两类：直射型和反射型。图6-57(a)所示为直射型光电开关，这种光电开关的发射器和接收器相对安放在一条轴线上。反射型传感器又分为反射镜反射和被测物漫反射(又称散射型)，如图6-57(b)和(c)所
11、示。,36,二、光电断续器,光电断续器也可分为直射型和反射型两种，如图6-58所示。例如，在复印和打印机中，光电断续器被用作检测纸的有无；在流水线上检测细小物体的通过及透明物体的暗色标记；检测印刷电路板元件是否漏装以及是否有检测物体靠近等，图6-59所示为其应用实例。,37,三、反射式烟雾报警检测器,反射式烟雾报警检测器的原理图和检测电路如图6-60(a)、(b)所示。图中，灯的作用是作为光源和热源。,38,四、光电式带材跑偏检测器,带材跑偏检测器主要用来检测带型材料加工过程中偏离正确位置的大小及方向，常用于冷轧带钢、印染和造纸等生产过程中，其原理如图6-61(a)所示，检测装置如图6-61(
12、b)所示。,39,任务三 霍尔传感器用于电机转速的测量,任务要求在各种车辆运行、机械设备的运行中，都需要对转速进行检测，通常会使用磁电式传感器，对于小型直流电机转速的测量一般采用霍尔传感器进行测速。知识引入霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。是目前应用最为广泛的一种磁电式传感器。它可以用来检测磁场、微位移、转速、流量、角度，也可以制作高斯计、电流表、接近开关等，它可以实现非接触测量，而且在很多情况下，可采用永久磁铁来产生磁场，不需附加能源。因此，这种传感器广泛应用于自动控制、电磁检测等各个领域中。霍尔传感器具有灵敏度高、线性度和稳定性好、体积小、重量轻，频带宽，动态特性好、寿命长和耐高温等特
13、性。,40,一、认识霍尔传感器,霍尔传感器有霍尔元件和霍尔集成电路两种类型。霍尔传感器的外形如图6-62所示。,41,一、认识霍尔传感器,1霍尔效应2霍尔元件材料3霍尔集成传感器1)霍尔开关集成传感器2)霍尔线性集成传感器,42,二、霍尔传感器的使用,1测量电路2转速的测量3电流的测量4位移的测量,43,二、霍尔传感器的使用,5霍尔传感器使用注意事项(1)采用不同的磁铁，检测距离就会有所不同，建议采用的磁铁直径和检测对象的直径相等。(2)当霍尔开关驱动感性负载时，要在负载两端并接续流二极管，避免感性负载动作时的瞬态高压脉冲对输出级的冲击，保护霍尔开关。(3)为了保证不损坏接近开关，请务必在接通
14、电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。,44,任务实施,一、霍尔传感器的选型转速信号检测采用霍尔集成传感器HG。在被测转速的主轴上安装一个非金属圆形薄片，将磁钢嵌在圆片圆周上。主轴转动一圈，霍尔传感器发出一次检测信号。当磁钢与霍尔传感器重合时，霍尔传感器输出低电平，信号经非门H1整形后输出高电平，并送给信号控制与门H2，当磁钢离开霍尔元件时，输出高电平，反相后为低电平，则信号不能通过信号控制与门。,45,二、霍尔传感器的实际应用,小型直流电机转速的测量可以采用如图6-76所示的霍尔集成传感器的数字转速仪进行测量。,46,三、测量参考电路,47,四、总结调试,如果要再一次测定转速，开始前
15、，先按手动复位按钮AN1、AN2，让4541内部各级计数器和转速计数器复位，4541的输出端也恢复到高电平状态，此时可再次测定转速。CD4511BCD 7级译码器/驱动器和共阴数码管之间要有电阻进行限流。,48,能力拓展,一、霍尔汽车无触点点火器 霍尔汽车无触点点火器如图6-77所示，场极性交替改变，输出一连串与汽缸活塞运动同步的脉冲信号去触发晶体管功率开关，点火线圈两端产生很高的感应电压，使火花塞产生火花放电，完成汽缸点火过程。,49,二、霍尔无刷直流电机,霍尔无刷直流电机如图6-78所示。,50,三、自动供水装置,如图6-79所示。锅炉中水的流出与关闭由电磁阀控制。电磁阀的打开与关闭，则受
16、控于控制电路。打水时，需将铁制的取水卡从投放口投入，取水卡沿非磁性物质制作的滑槽向下滑行，当滑行到磁传感部位时，传感器输出信号经控制电路驱动电磁阀打开，让水从水龙头流出。延时一定时间后，控制电路使电磁阀关闭，水流停止。自动供水装置的电路，如图6-80所示。,51,四、其他磁电式传感器,1磁阻元件2磁敏二极管1)磁敏二极管的基本结构及工作原理,52,四、其他磁电式传感器,2)磁敏二极管的主要技术参数和特性(1)灵敏度(2)工作电压和工作电流(3)磁电特性(4)伏安特性,53,四、其他磁电式传感器,3磁敏三极管1)磁敏三极管的基本结构及工作原理2)磁敏三极管的主要技术特性(1)磁灵敏度(2)磁电特性(3)温度特性,54,四、其他磁电式传感器,4磁栅位移传感器1)磁栅的结构2)磁栅传感器的组成与测量,55,四、其他磁电式传感器,3)磁栅位移传感器的应用,56,思考与练习题,参见教材P189,
