工程机械电气控制基础(二)

主讲：李和清（高级讲师）（第二节）1工程机械电气控制基础2.1传感器概述（一）基本概念定义：传感器是一种将被检测信息的物理量或化学量转换成电信号而输出的功能器件，传感信息的取得是测试系统的重要环节。组成：传感器由敏感元件、传感元件和基本转换电路组成。第二节工程机械传感器敏感元件转换元件转换电路辅助电源输出电量被测非电量2工程机械电气控制基础分类：按工作原理分有电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、磁电式传感器等；按用途分有温度、压力、转速传感器等3工程机械电气控制基础特性：有静态特性和动态特性．1）静态特性：灵敏度、分辨力、测量范围和量程、误差特性；2）动态特性：传递函数、频率响应。线性度重复性迟滞性4工程机械电气控制基础（二）传感器的性能要求传感器的性能指标包括精度、响应特性、可靠性、耐久性、结构是否紧凑、适应性、输出电平和制造成本等。现代工程机械电子控制系统对传感器的性能要求有以下几点：1.较好的环境适应性2.要有较高的可靠性3.再现性好4.具有批量生产和通用性5.传感器数量不受限制6.其它要求5工程机械电气控制基础（三）传感器的未来发展现代工程机械电子化趋势推动了传感器技术的发展，未来的车用传感器技术总的发展趋势是多功能化、集成化、智能化。多功能化是指一个传感器能检测两个或两个以上的特性参数。集成化是利用IC制造技术和精细化加工技术制作IC式传感器。智能化是指传感器与大规模集成电路结合，带有MPU，具有智能作用，包括采用总线接口输出，具有线性、温度补偿等特点。6工程机械电气控制基础2.2变阻式传感器将被检测的物理量如温度、压力、液位深度等转化为自身电阻的变化而输出的一种传感器。变阻式传感器在工作时没有能量输出，仅随着输入被测参数的变化而改变传感器的电阻值，因此必须外加电源才能有能量输出。T（℃）7工程机械电气控制基础（一）热电阻式温度传感器热电阻是利用导体电阻随温度变化这一特性来测量温度的，纯金属具有正的温度系数，常用的有铜、铂、铁和镍等热电阻材料，其优点是电阻温度系数大，测量灵敏度高。T（℃）8工程机械电气控制基础（二）热敏电阻式温度传感器分为负温度系数热敏电阻（NTC）、临界负温度系数热敏电阻（CTR）、正温度系数热敏电阻（PTC）。PTCNTC9工程机械电气控制基础温度传感器输出特性及应用电路T（℃）10工程机械电气控制基础（三）压力传感器基本概念压力是垂直而均匀地作用在单位面积上的力。P==ρghSF11工程机械电气控制基础分类：发动机进气、机油压力，液压系统压力应用：常用于对发动机进气（负压）、机油压力进行检测和报警12工程机械电气控制基础机油压力传感器输出特性及应用电路R（Ω）P（Bar）R（Ω）T（℃）P（Bar）13工程机械电气控制基础（四）燃油液位传感器常用于对燃油和液压油液位进行检测，有开关量、模拟量输出的浮子和筒式三种规格，而筒式液位传感器则根据其长度不同电阻也有所不同。其被测参数与电阻的函数关系及外形结构图见下图所示：H（%）14工程机械电气控制基础（五）行驶操作手柄将手柄的转角物理量转换为电阻的变化，在工程机械控制系统中，常用于行走速度或转向角度等参数的给定。H（%）15工程机械电气控制基础输出特性H（%）16工程机械电气控制基础2.3电磁式传感器是根据电磁感应原理将磁信号转化成为电信号输出制造的磁电式的传感器。（一）电磁式转速传感器转速的基本概念在工程机械上，转速用以表示发动机曲柄、车轮或液压马达主轴在单位时间所旋转的圈数，单位为转/分（R/min）。其计算公式式中，n为转速，f为脉冲频率，Z为飞轮齿数。T（℃）Zfn6017工程机械电气控制基础R（Ω）T（℃）H（%）转速传感器的结构与工作原理1-测量齿轮2-软铁3-线圈4-外壳5-永磁铁6-填料7-插座18工程机械电气控制基础+V-V0T高速运转低速运转δ输出波形结构电磁转速传感器的特点及输出特性19工程机械电气控制基础（二）电磁式接近开关接近开关的基本结构及特点特点是动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长。R（Ω）T（℃）20工程机械电气控制基础接近开关的类型及应用主要用于对运动部件的位置检测和限位保护、计数、定位控制和自动保护环节。直流三线式接近开关的输出型有NPN和PNP两种R（Ω）T（℃）21工程机械电气控制基础2.4霍尔式传感器霍尔效应原理霍尔式传感器是一种应用比较广泛的半导体磁电传感器，其工作原理是基于霍尔效应。式中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场(洛伦慈力Lorrentz)的磁感应强度，d是薄片的厚度。T（℃）dBIKU22工程机械电气控制基础T（℃）23工程机械电气控制基础（一）霍尔转速传感器R（Ω）T（℃）H（%）R（Ω）结构特点耐高温，可靠性高，其输出电压不受转速高低影响，抗干扰能力强，价格昂贵。安装在车轮上的转速传感器安装在液压马达上的转速传感器24工程机械电气控制基础R（Ω）T（℃）H（%）R（Ω）输出特性25工程机械电气控制基础HDD1,HDD2系列霍尔式转速传感器工作电压范围8~32VDC，负载能力500mA（24V/25°），响应频率2Hz...6kHz。26工程机械电气控制基础（二）倾角传感器将水平倾角转化为电信号而输出的传感器，输出方式有模拟量和总线输出两种。应用与压路机防倾翻、防滑控制和泵车防倾翻控制。1.测量范围±30°2.4~20mA电流输出3.CAN总线接口（可选）4.IP675.双轴输出27工程机械电气控制基础（三）压力传感器DSR500/20霍尔式压力传感器，应用于电子压力检测、诊断和限制保护。1.测量范围0~500Bar2.过载压力900Bar3.工作电压9~32V4.输出电压1~5V5.负载电阻2KΩ6.防护等级IP6728工程机械电气控制基础压力传感器输出特性曲线29工程机械电气控制基础（四）角度传感器WS1T90/10霍尔式角度传感器，应用于角度和位移测量。1.测量范围±45°2.0.5~4.5电压输出3.工作电压5V±0.254.IP6630工程机械电气控制基础角度传感器输出特性曲线31工程机械电气控制基础