工人培训第七章自动控制元件的应用1

中级电工培训中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:292162目录•常用传感器P3•软启动器P70•交流变频器P122•三菱E700变频器P170•光电编码器P200中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:292163第七章自动控制元件的应用—常用传感器压力磁位置温度气体光声音湿度传感器转换电压电流中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:292164传感器定义传感器是指能感受并响应被测物理量，并按照一定的规律将其转换成为可供测量的输出信号的器件或装置。传感器的组成，并无严格的规定。一般说来，可以把传感器看作由敏感元件(热敏元件、磁敏元件、光敏元件等)和变换元件两部分组成。电量敏感元件变换元件非电量传感器中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:292165敏感元件指能直接感受或响应被测量的部分;转换元件指将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。传感器的输出信号一般都很微弱,需要有信号调整与转换电路对其进行放大、运算等。有的调整与转换电路与敏感元件集成在同一芯片上。此外，传感器工作必须有辅助的电源。中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:292166传感器的分类传感器技术是一门知识密集型技术,它与许多学科有关。其种类繁多,有多种分类方法。一、按检测功能分类：温度、光敏、压力、磁敏、声音、湿度、气体等传感器；二、按工作原理分类：压电式、光电式、吸附式、压阻式、热点式等传感器；三、按制造材料分类：金属、聚合物、半导体、陶瓷、混合物等传感器；四、按制造工艺分类：集成、薄膜、厚膜等传感器。中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:292167传感器的选用传感器的种类繁多,相同的物理量可用不同工作原理的传感器，使用时一般考虑如下：一、被测量类型测量目的、测量范围、测量精度、测量时间等；二、工作环境环境温度、环境噪声、传递距离等；三、传感器性能成本、线性度、稳定性、响应时间、输出方式等。中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:292168温度传感器温度传感器接触式非接触式热电阻热敏电阻：NTC、PTC、CTR：-200~300oC热电偶辐射式温度计量子温敏传感器铜热电阻-50~200oC铂热电阻-180~600oC镍热电阻-50~100oCK型：0~1000oCR型：200~1400oCJ型：0~600oCE型：-200~700oC半导体温度传感器：-100~220oC集成温度传感器：-55~150oC中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921691.热敏电阻半导体热敏电阻按半导体电阻随温度变化的典型特性分为三种类型:负温度系数热敏电阻（NTC）正温度系数热敏电阻（PTC）临界温度系数热敏电阻（CTR）:在某一特性温度下电阻值会发生突变的。CTR主要用作温度开关，在温度测量中,则主要采用NTC。中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921610三种类型热敏电阻的典型特性048121620t×10/℃101102103104105106CTRPTCNTC/(·cm)中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921611Rt、R0—分别为TK和T0K时的热敏电阻值；B—热敏电阻的材料常数，其值主要取决于热敏电阻的材料。一般情况下，B=2000～6000K，可通过查阅产品资料获得，在高温下使用时，BT—被测温度（K）。)]11(exp[00TTBRRtNTC热敏电阻的电阻值与温度的关系为：热敏电阻特性曲线及参数中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921612热敏电阻的常见外型及符号中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921613热敏电阻基本应用电路基本测温电路温差测量电路中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921614热敏电阻和555构成双限温度控制器CCtwtoCCtwtoVUKRRKRCVUKRRKRC326.528.260318.2216.5406221时时中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921615555芯片资料中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921616通常采用的热电阻有铂、铜和镍。由于铂具有很好的稳定性和测量精度，故人们主要把它用于高精度的温度测量和标准测温装置。多数热电阻随温度而变化的关系可由下式表示：Rt=R0［1+α(t-t0)］Rt,R0—分别为热电阻在t℃和t0℃α—热电阻的电阻温度系数（1／℃）t—被测温度（℃）。2.热电阻(RTD)中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921617常用的铂电阻有Pt50、Pt100、Pt300、Pt1000等，下标表示铂电阻在0℃时的阻值。铂电阻铂电阻与温度的关系在0～630.74℃以内为Rt=R0(1+At+Bt2)-190～0℃以内为Rt=R0［1+At+Bt2+C(t-100)t3Rt—温度为t℃R0—温度为0℃t—A，B，C—分度系数，手册查找。(如Pt1000分度常数：A＝0.0038623139728,B＝-0.00000065314932626)中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921618铂电阻测温电路tKRVRRURRUVRRtUtrefOOUTrefO86.312413411中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:29216193.热电偶两种不同的金属A与B形成闭合回路，当两个接点温度不同时回路将产生电势，该电势的方向和大小取决于两导体的材料及两接点之间的温度差，而与导体的粗细、长短无关。这种现象称为热电效应，组成的测量传感器称为热电偶。TT0AB工作端或热端（T），测量时将它置于被测温度场中；自由端或冷端（T0）,一般要求恒定在某一温度。铠装中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921620虽说许多金属相互结合都会产生热电效应,但是能做成适于测温的实用热电偶者为数不多。目前常用的热电偶有铂－铂铑、镍铬－镍硅、镍铬－康铜等。按测温范围又分为K、E、J、T、B、R、S等型。热电偶能直接进行温度-电势转换,而且体积小、测温范围广。热电偶的结构除普通型外,还有具有保护外套的所谓铠装(也有叫缆式)热电偶、薄膜热电偶等。热电偶类型中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921621K、J、E、T型相对冷端（0℃）的温差电势中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921622K型热电偶电路举例A1＋－8R2Rw13k120kR1510(增益240.9445倍)Rw220k10mV/℃Uo(0～6V)＋15V放大电路输入滤波器R31k＋C14.7＋－K型T使T0为0℃元器件名称运算放大器电阻电位器电容符号A1R1～R3Rw1,Rw2C1型号ADOP072%,1/4W10圈型20%,50V说明金属膜电阻金属陶瓷多圈类型电解电容(低漏电型)生产厂家模拟设备公司中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:29216234.集成温度传感器AD590AD590(I、J、K、L、M)①线性电流输出：Io/T=1μA／K②工作温度范围：-55～155℃③④激光微调使定标精度达±0.3℃(AD590M)⑤整个工作温度范围内非线性误差小于±0.5℃（AD590M⑥工作电压范围：4～30V⑦器件本身与外壳绝缘中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921624在25℃时调整电位器使Vo为298.2mV;或0℃时调整电位器使Vo为273.2mV；利用这样一个简单的电路，很容易把传感器的电流输出变换为方便的电压输出。由于AD590内阻极高，所以适合远距离测量，可采用一般双绞线。AD590基本应用电路中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921625＋－12AD590R1k＋5VUo(1mV/K)AD5901233AD590远距离温度检测电路中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921626其他常用的集成温度传感器AD2210/22105、AN6071、DS1620/1621/1820/1821LM34/35/50/56/60/65/66/75/78LM135/235/335TC622/623/624TMP03/04/12/35/36/37中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921627量测范围价格系统成本稳定性线性度最适使用范围铂电阻Pt-RTD-200~650C较高中等高高量测范围广且精确度需求高之应用热电偶Thermocouple-270~1600C中等较高低中等高温量测、工业应用热敏电阻Thermistor-80~200C低中等中等低量测范围窄或单点温度PN结温敏-50~150C低低中等较好量测范围窄集成温度传感-55~150C低较低较好较好量测范围窄、多点测量各类温度传感器比较PN结正向压降随温度的升高而减小（温度升高1°C结压降约减小2mV）中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921628二、光敏传感器光敏传感器是把光信号转化成电信号的传感器件，广泛应用于自动控制、产品计数、检测、安全报警等电路中。检测的光源为可见光和不可见光（紫外、近红外等）。主要类型：光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、集成光敏传感器、CCD、光纤传感器、太阳能电池等。中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:29216291.光敏电阻光敏电阻在未受到光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。光敏电阻受到光照射时的电阻称为亮电阻，此时电流称为亮电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。一般暗电阻越大，光敏电阻的暗电阻的阻值一般在兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下。暗电阻与亮电阻之比一般在102～106中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921630光敏电阻特性光敏电阻伏安特性曲线I/A654321050100硫化铅硫化铊U/V光敏电阻的光照特性曲线00.61.2光通量/lm0.30.250.200.150.10光电流/mA0.05中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921631几种常用光敏电阻材料的光谱特性曲线20406080100400～700(可见光)X射线紫外线红外线硫化镉硫化铊硫化铅05001500030000A/入射光波长相对灵敏度/%1000°中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921632光敏电阻基本应用电路适当选取R1的阻值，处于暗环境时，光敏电阻阻值较大，VT截止，输出为零；当光照时，光敏电阻阻值迅速减小，VT中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:29216332.光敏二极管、三极管＋－中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921634光敏二极管、三极管基本应用电路中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921635光电耦合器件是由发光元件(如发光二极管)和光电接收元件合并使用，以光作为媒介传递信号的光电器件。根据其结构和用途不同，它又可分为用于实现电隔离的光电耦合器和用于检测有无物体的光电开关。3.光电耦合器件中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921636光电耦合器组合形式输入输出输入输出(a)(b)实现电平转化、信号隔离的光电耦合器，发光器件采用砷化镓发光二极管，随正向电压的增大，正向电流增加，产生的光通量也增加。光电接收元件可以是光敏二极管、光敏三极管或达林顿光敏管。为保证较高的灵敏度，应使发光元件和接收元件的波长匹配。1)光耦隔离器TLP521输出电流约20mATLP113输出电流约150mA中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921637光耦隔离器基本应用电路12V-5V反相隔离电平转换（CON低，OUTPUT高）5V-12V同相隔离电平转换（CON低，OUTPUT低）中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921638光耦隔离器应用电路强弱电隔离电子开关（输入高，电灯亮）中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921639光耦隔离器应用电路中级电工培训古冶职教中心李陈辉01:27:2921640光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获得最终的控