传感器及现场总线基础知识讲座

开关量/模拟量 检测范围 : 可通过电位器或 RU-PDI编 程设定
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Which objects can be detected?
所有反射声波的被测物都要求足够大 反射效果好的反射体
3金属, 玻璃, 石头, 木材, 液体
反射效果不好的反射体
纱织品, 沙子, 谷物
反射效果差的反射体
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电感式接近开关外形
圆柱型
特殊外形
方形-紧凑型
方形-CP40,CK40
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方形-CP80,K90SR
第一类：圆柱形外壳，
是市场上最常见的外形！
• 包括金属材质和非金属材质两类 • 标准材质： 金属-黄铜， 非金属-塑料 • 可提供的其它材质：不锈钢，外镀肽氟胧，PVDF。 • 外形特点：安装方便简单。 特别是：M12，M18和 M30型具有广泛的应用性
第二类：方形外壳
• 外壳材质：橡胶-PBT • 包括CP40，CK40，CP80和Q80四种外形。 • 通常采用接线端子式连接方式，可选接插件连接方式。 • CP40和CK40型产品的检测面能够调节至多个方向，完全 满足各种现场安装的需要。也是比较流行的外形。
• 外形特点：通过螺钉安装固定，具有比较大的检测面，检 测距离较远。CK40型是TURCK的独特外形产品！
CP40 & CK40
CP80 & Q80
第三类：Q-Pak系列小方型传感器
• 可选多种连接方式：直接出导线式，接插件式和接线端子式。 • 外形小巧，检测面位臵多样化。 • 与圆柱型传感器相比，小方型系列传感的外形尺寸通常不具有 市场的通用性，各制造厂家在这个系列的外形设计上通常存在差 异！ • 检测距离适中。
Sensor
距离 = 反应时间 x 声速 / 2
根据这个声速和反应时间，传感器能计算 出到被测物的距离。
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超声波传感器的工作范围
盲区 检测范围
传感器
编程 开关/模拟 检测范围
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超声波传感器检测范围的调整 :
盲区 : 不能被改变
检测范围 : 能用RU-PDI装置编程设定
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电感式传感器的开关距离:
定义 : 表示当开关接通时检测目标与传感器感应面之间的 距离. 额定开关距离(Sn): 采用标准检测物轴向测得; 制造误差和外部影响不被考虑; 样本中只标注额定工作距离;
标准检测物: 方形金属块; 材料为ST37;厚度为1mm; 外形尺寸为3倍额定工作距离,前提是如果3Sn超过感 应面直径,否则应大于感应面直径. 可用工作距离(Sa): 1)在允许温度和电压范围内的可靠工作距 离: Sa < 0.81Sn
Uh>0 h=0
S S
工作原理
REED
舌簧触点型 舌簧触点型传感器是一种机械触点开关，这个触点能够被磁场触发 而闭合。
非激励状态: 静止状态触点开 （常开模式） 激励状态: 磁场会拉动一个簧片到另一触点，从而触点闭合
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S
工作原理
优点/缺点
舌簧触点型 优点: 便宜且具有极高的电流负载能力 缺点: 触点有噪音，会磨损，通常敏感范围非常小 （无开关点或多开关点） 磁感式传感器 优点: 敏感范围大，低电流消耗，有Namur版本 缺点: 小型化有限制 霍尔传感器 优点: 分辨磁场方向的廉价方案 缺点: 大电流消耗 磁阻式传感器 优点: 特别紧凑 缺点: 目前仍然很贵
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超声波传感器较光电传感器的缺点
易受风速的影响 对温度变化敏感 较光电传感器精度低 低开关频率 相对教贵
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内容提要
介绍 工作原理 应用
气缸开关 磁感应接近开关
详细描述:
优点/缺点 外壳类型
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电流环
电感式传感器的安装:
齐平式: 传感器埋入金属性基座内,其有效感应工作 表面与基座面齐平.
TURCK
非齐平式:传感器埋入金属性基座内,其有效感应工作 表面突出安装基座表面.
Fe
TURCK
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电感式传感器的安装:
齐平式: 由于在传感器内部的两侧集成有防干扰的
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电感式传感器的防护级别:
外壳对固体和液体的防护. IP65:完全防尘保护和直立部分压力下的完全接触保护,防尘和淋水
IP67: 完全防尘保护和直立部分压力下的完全接触保护.水下1m,
30分钟不渗水. IP68: 兼容IP67的内容 -24小时置于+70 º C -24小时置于-25 º C -水下1m连续放置7天 - +70 º C~-25º C每温变10º C放置1小时. IP69K : 抗高压冲洗 DIN 40050-9标准,基于EN60529
接近开关类传感器
包括： •电感式传感器 •电容式传感器 •磁感应式传感器 •光电式传感器 •这四类传感器均有本安型 版本，用于石化等行业的 危险区域控制中 •超声波式传感器
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选用合适的传感器，实现 最佳的检测需求
• 电感式传感器-检测金属物体; • 电容式传感器-检测非金属和导电物体; • 磁感应式传感器-检测汽缸内活塞的位置和 磁性物体; • 超声波式传感器-检测大体积物体和透明物 体,适合于液位和料位的检测; • 光电式传感器-实现远距离检测,并能够实 现高精度的测量检测。
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元件位置
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元件位置
正是基于特殊的测量原理和结构，使得流量控制器具有 上述的优异工作性能。
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流体控制产品
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热交换原理
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工作原理
基于热交换的工作原理
流量控制器是基于热交换原理设计的（热传递/热损失过程 ）。其内部使用了两个热敏电阻（与RTD相似，但不是标 准的RTD），组成一个惠斯通电桥,其中一只电阻受被监测 流体介质温度的影响,另一只连接到一个加热元件上。
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工作原理
基于热交换的工作原理
当给设备上电后， 加热线圈将电能转化 成热能。如果管道内 没有介质流动，两个 热敏电阻反映出的电 阻偏差是一个固定值 。而当流体介质流过 流量控制器时，加热 线圈产生的热量将被带走一部分（取决于介质的流速） ，从而使加热线圈的温度相应降低，同时使两只热敏电 阻之间的偏差值改变，最终的结果使得电桥的输出电压 改变。通过测量、比较桥路的输出电压值，就可以准确 的了解流体介质的实际流动状态。
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电感式传感器工作原理:
外界的金属物体 对传感器的高频 振荡产生非接触 式感应作用.
线圈 磁场
线圈 被测物
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电感式传感器工作原理:
铁芯 铁芯
振荡电路
振荡电路
磁场
线圈
线圈
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电感式接近开关原理
激励触发
在目标检测物处感应出电流环。这个感应 电磁场与接收线圈产生互感作用，进而在 接受线圈上得到了一个电压变化量。 因为系统的“ 对称性” (线圈/磁场) 受到 影响，电压差决定检测距离。 检测目标物
Hall
霍尔传感器 当一个磁场垂直作用于导体，会在电导体中垂直电流方向上产生一个电压。
非激励状态: 无磁场作用时, 没有 “Hall” 电压产生。 激励状态: 当有磁场作用时，会使导体中的电荷发生偏转，从而能在 与电流流动方向相垂直的方向上测得一个电压值。
霍尔电极
电子电路
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介绍
气缸活塞位置指示
传感器 磁场
磁性活塞
铝气缸壁
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介绍
由磁体激励的接近开关
磁场
S 激励磁体
N 传感器
Hale Waihona Puke Baidu34
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工作原理
磁感应传感器能够以不同的原理进行 工作: 磁感式传感器
Turck (Festo), Sick (IFM)
振荡器
oscillator coil with ring band
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工作原理 磁感式
磁感应环形框架传感器 去掉环形框架的传感器，就是一个未阻尼的“标准”电感式传感器
非激励状态: 非闭合金属环形框架用于阻尼传感器，使振荡器不 振荡 激励状态: 在磁场的作用下，非闭合环形框架被拉至饱和点。传 感器不再被阻尼，振荡器开始振荡！（振荡电路品质增强）
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电容式接近开关外形:
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电容式接近开关:
典型应用: .物/液位检测
.传送带张力检测
.断线检测
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超声波传感器
Ultrasonic-sensors
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超声波传感器工作原理
它发射一蔟短的超声波脉冲… …然后等待回波
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传感器产品种类
• 用于位臵检测的接近类传感器：
电感式，电容式，光电式，磁感式和超声波式开关。
• 用于直线位移测量的传感器：
LPS磁致伸缩式直线位移传感器，激光式位移传感器 ，超声波式位移传感器，电感式（涡流效应）位移传 感器。 • 用于旋转运动检测的传感器： 光电式旋转编码器 • 用于过程控制的传感器： 流量开关，压力开关，阀门回讯类电感式传感器和 无源温度变送器。
磁阻式传感器
Turck (Festo), Balluff, p+f
霍尔传感器
IFM old, Bosch
舌簧触点型
Turck, Festo, Sick, Balluff, ....
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工作原理 磁感式
感应元件 磁感应传感器环形框架的组成：
带有振荡线圈的振荡器 非闭合框架作为“衰减目标” "attenuation target"
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介绍
磁感应传感器...
是基于非接触方式对磁场进行检测， 即：当磁场强度超出某一特定值时 开关动作 能够透过非铁磁性金属来检测磁场 能够以某个特定的角度来检测磁场
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介绍
应用:
磁感应传感器...
设计用于气缸活塞位置指示 使用磁体作为激励元件，可以作接近开关使用
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S S
工作原理
磁阻式
磁阻式传感器 其核心感应元件是一个能够随所处磁场强度变化而改变阻抗的电阻 构成。
非激励状态: 传感元件的阻值很小。 激励状态: 传感元件的阻值增加！！ （能够被后续电路检测到）
磁阻式电阻
电子电路
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Ri>> <<
S
工作原理
泡沫, 毛皮
检测物的最小要求尺寸在样本中
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超声波传感器并不被下列因素所影响: 颜色 ; 透明度; 传导率; 许多环境因素：灰尘,雨水,烟雾
超声波传感器的影响因素:
空气运动 高温 温变 极大的噪音
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超声波传感器较光电传感器的优点
直接反射式具有大检测距离可达 6m 不受检测物颜色的影响 能够检测距离6m处的物体 抗干扰能力强
屏蔽层，因而对其安装的要求相对简单宽松
。
非齐平式:与齐平式相比，其内部不具有屏蔽层。因而在安
装时应特别注意与周围非检测金属物体、金属安装支架、 与周围其它传感器的间距等安装要求，应按照样本中的相 关要求进行安装！
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电感式传感器的安装:
齐平式传感器的安装 节省安装空间
非齐平式 传感器的安装
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电感式接近开关 的要点介绍
电感式传感器工作原理:
输出信号
振荡电路
放大器
输出
外界的金属性导体接近磁场并到达感应区时,在金属导体 内产生涡流效应,从而导致LC振荡电路振荡减弱,振幅变 小(阻尼现象).这一振荡变化即被开关的后置电路放大处 理并转换为一个确定的输出信号,从而达到非接触式目标 检测之目的.
电容式接近开关工作原理
电磁场
电极
目标物 (绝缘体)
电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成,很象 打开的电容器的电极.两电极连接在高频振子的反馈回路 中.该高频振子无测试目标时不感应.当测试目标接近传感 器表面时,它就进入了由这两个电极构成的电场,引起两电 极间耦合电容增加,电路开始振荡,每一振荡的振幅均由一 数据分析电路测得,并形成开关信号.