传感器原理及项目实战 课件 项目2-开关量检测.pptx

项目2开关量检测;2.1认识接近开关

2.2霍尔开关应用实训

2.3光电开关应用实训

2.4思考与练习;;知识目标

通过对常见开关量传感器：感应型开关、光电开关和霍尔开关的分析和设计，理解和掌握常见开关量传感器的工作原理和使用方法，了解各类开关的基本参数和环境特性，能够使用简单工具判断开关量传感器的工作状态。

;技能目标

通过实践和训练，掌握各种开关量检测传感器的选型及实际应用，掌握开关量检测传感器和STM32的接口技术和编程技术。;认识接近开关;;接近开关的种类很多，根据工作原理可以分为电感式、电容式、光电式、霍尔式及超声波式等。其中，电感式接近开关是最常见的一种，它利用电磁感应原理，当金属物体靠近时，会改变线圈的电感值，从而产生信号。电容式接近开关则利用物体与电极的电容变化来检测物体的位置。

接近开关的应用非常广泛，可以用于检测物体的位置、速度、方向、颜色等参数。;2.1.1感应型接近开关;LC震荡电路产生一个交变电路供给线圈，使感应面的铁芯和线圈产生一个交变电磁场；当金属物体靠近接近开关，感应到接近开关的的电磁场，同时在金属物体内部产生涡流，涡流会消耗接近开关的电磁场能量；震荡电路被消耗的电磁场能量，会导致震荡波形产生变化衰减；后级信号比较电路发现这个变化后，会自动输出一个控制信号，经过放大电路放大后，输出给现场需要控制的设备。

;2.感应型接近开关的特点

结构简单，电感式接近开关无主动电接点，工作可靠，寿命长。

具有很高的灵敏度和分辨率，能够测量0.1微米的位移，其输出信号，每毫米的位移输出电压灵敏度可达数百毫伏。

线性度和重复性良好，电感式接近开关的非线性误差在一定范围内可达到0.1%～0.05%。

抗干扰性能好，开关频率高，大于200Hz。

只能感应金属?。

;3.电感式接近开关传感器的应用及选型

电感应式接近开关具有结构简单、动态响应快，易于实现非接触测量的优点，适用于酸、碱、氯化物、有机溶剂、液体氨、二氧化碳、聚氯乙烯粉、灰和油水界面液位测量。

根据安装要求，合理选用外形及检测距离；

根据供电电源，合理选用工作电压；

根据实际负载，合理选择传感器工作电流；

选择接线方式。?

;2.1.2光电型接近开关;外光电效应是指光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限频率和极限波长。临界值取决于金属材料。赫兹于1887年发现光电效应，;当光照射在物体上，使物体的电阻率ρ发生变化，或产生光生电动势的效应叫做内光电效应。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。

所谓光电导效应是指在光作用下，电子吸收光子，其能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料的电阻率降低。基于这种效应的光电元件有光敏电阻。

所谓光生伏特效应是指当光照射PN结时，在结区附近激发出电子-空穴对。基于该效应的光电器件有光电池、光敏二极管、光敏三极管以及光电耦合器等。

;2.光电器件

1）光电管

;充气光电管的结构与真空光电管的结构基本相同，所不同的是充气光电管球内充了低压惰性气体。当光电极被光线照射时，光电子在飞向阳极的过程中与气体分子碰撞而使气体电离，从而使阳极电流急速增加，因此增加了光电管的灵敏度。;通过观察伏安特性曲线图可以看到，在阳极电压的一段范围内，阳极电流不随阳极电压的变化而变化，达到了比较稳定的饱和区。这就是光电管的工作静态点。选择光电管的工作参数点时，就应选在光电流与阳极电压无关的区域内。;2）光电倍增管

;3）光电二极管

;光电二极管的伏安特性曲线

;4）光电三极管

;光电三极管的光电特性曲线如图2-9所示，其反应了在正常偏压下集电极的电流与入射光照度之间的关系，呈现出非线性。这是由于光电三极管中的晶体管的电流放大倍数不是常数的缘故，β随着光电流的增大而增大。由于光电三极管有电流放大作用，它的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管大，多为毫安级(mA)。;图2-9光电三极管的光电特性;光电三极管伏安特性曲线右图所示，光电三极管必须在有偏压，且要保证光电三极管的发射结处于正向偏置，而集电极结处于反向偏压才能工作。入射到光电三极管的照度不同其伏安特性曲线稍有不同，但随着电压升高，输出电流均逐渐达到饱和。;由于光敏三极管具有电流放大作用，因此广泛应用于亮度测量、测速、光电开关电