各种工业环境传感器汇总

一、NPN/PNP传感器

1、原理介绍

2、NPN与PNP传感器或开关

1）霍尔开关 2）四线制光电开关 3）光电传感器

3、二线制与三线制传感器的接线对比

二、压力传感器

1、概述

2、压力传感器主要参数

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一、NPN/PNP传感器

1、原理介绍

PNP与NPN型传感器其实就是利用三极管的饱和和截止，输出两种状态，属于开关型传感器。但输出信号是截然相反的，即高电平和低电平。PNP输出为高电平1，NPN输出为低电平0。

PLC输入如何理解常开和常闭什么时候导通？

对于输入以+24V作为公共点：有高电平(+24V)输入至PLC时，对应的常开点闭合，对应的常闭点断开。

对于输入以0V作为公共点：有低电平(0V)输入至PLC时，对应的常开点闭合，对应的常闭点断开。

源与漏是对数字输入模块的公共点COM端而言。

漏型指从COM端漏出去，即COM端接负，电流从外面经IO.x点流入内部，再从公共点COM漏出去构成回路，如左图所示，属于NPN型。

源型指COM端接正，电流从COM端为源头开始，经内部回路，一组信号点流出去的，如右图所示，属于PNP型。

图1.1 漏型NPN左和源型PNP右

图1.2 公共点负极(如图蓝色线NPN)

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PLC是PNP还是NPN ，取决于所选用PLC的品牌和输入信号的类型。

三菱PLC属于NPN型，西门子属于PNP型。

PNP还是NPN只针对于输入信号，有的PLC是双向输入，那么输入端是PNP还是NPN取决于接线方式。

PNP与NPN型传感器(开关型)分为六类：
①NPN-NO(常开型) Nomal Open
②NPN-NC(常闭型) Nomal Close
③NPN-NC+NO(常开、常闭共有型)
④PNP-NO(常开型) Nomal Open
⑤PNP-NC(常闭型) Nomal Close
⑥PNP-NC+NO(常开、常闭共有型)
PNP与NPN型传感器一般有三条引出线，即电源线VCC、0V线、OUT信号输出线。

图1.3 NPN型接线

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PNP类
PNP是指当有信号触发时，信号输出线OUT和电源线VCC连接，相当于输出高电平的电源线。
对于PNP-NO型，在没有信号触发时，输出线是悬空的，就是VCC电源线和OUT线断开。有信号触发时，发出与VCC电源线相同的电压，也就是OUT线和电源线VCC连接，输出高电平VCC。
对于PNP-NC型，在没有信号触发时，发出与VCC电源线相同的电压，也就是OUT线和电源线VCC连接，输出高电平VCC。当有信号触发后，输出线是悬空的，就是VCC电源线和OUT线断开。
对于PNP-NC+NO型，其实就是多出一个输出线OUT，根据需要取舍。

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NPN类
NPN是指当有信号触发时，信号输出线OUT和0V线连接，相当于输出低电平0V。
对于NPN-NO型，在没有信号触发时，输出线是悬空的，就是0V线和OUT线断开。有信号触发时，发出与0V相同的电压，也就是OUT线和0V线连接，输出输出低电平0V。
对于NPN-NC型，在没有信号触发时，发出与0V线相同的电压，也就是OUT线和0V线连接，输出低电平0V。当有信号触发后，输出线是悬空的，就是0V线和OUT线断开。
对于NPN-NC+NO型，和PNP-NC+NO型类似，多出一个输出线OUT，及两条信号反相的输出线，根据需要取舍。

一般常用的是PNP高电平有效状态(PLC输入端低电平挡电状态，退去光电一直保护)；

NPN低电平有效状态(PLC输入端高电平挡电状态，退去光电无保护)，很少使用。

NPN集电极开路输出和PLC的连接(公共点负极)

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PNP集电极开路输出和PLC的连接(公共点正级)

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2、NPN与PNP传感器或开关

1）霍尔开关

双极开关介绍:

双极霍尔效应开关通常在南极磁场强度足够的情况下打开，并在北极磁场强度足够的情况下关闭，但如果磁场被移除，则不会定义输出状态。有些双极霍尔效应开关会更改输出状态，有些则不会。这些霍尔效应开关可使用南北交变磁场、多极环磁铁进行磁驱动。

锁存霍尔介绍：

霍尔效应数字锁存将始终在南极磁场强度足够的情况下打开，并在北极磁场强度足够的情况下关闭。若磁场被移除，输出不会改变。若要更改输出状态，则必须应用相反的磁场极性。 Allegro 提供各种锁存霍尔效应开关，各开关均有与磁铁南极相关的不同工作阈值 (Bop)，以及与磁铁北极相关的具有相反值的释放阈值 (Brp)。

开关型霍尔元件可分为三大类：

①单极霍尔开关

②双极锁存型霍尔开关

③微功耗全极性霍尔开关

单极霍尔开关：以单个磁极面控制信号的有无，一般都只定磁极为S极以感应正面控制信号（磁场的一个磁极靠近它，输出低电位电压（低电平）或关的信号，磁场磁极离开它输出高电位电压（高电平）或开的信号，但要注意的是单极性霍尔开关它会指定某磁极感应才有效，一般是正面感应磁场S极，反面感应N极）。普遍使用型号YH3144E、YH44E、YH443A、YH43F、YH543。

双极锁存型霍尔开关：需要两个磁极共同控制( N和S ) 所以两个磁极分别控制双极性霍尔开关的开和关（高低电平），它一般具有锁定的作用，也就是说当磁极离开后，霍尔输出信号不发生改变，直到另一个磁极感应。另外，双极性霍尔开关的初始状态是随机输出，有可能是高电平，也有可能是低电平。普遍使用型号 YH41F、YH732、YH1881、YH513、YH512。

微功耗全极性霍尔开关全极性霍尔开关的感应方式与单极性霍尔开关的感应方式相似，区别在于，单极性霍尔开关会指定磁极，而全极性霍尔开关不会指定磁极，任何磁极靠近输出低电平信号，离开输出高电平信号。普遍使用型号YH13S。

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2）四线制光电开关

本内容以欧姆龙omRon槽型光电开关为例说明。

现以欧姆龙omRon的EE-SX671-WR说明，若含有粉色线，其电缆线定义如下图。

若不含有粉色线，其电缆线定义：棕色+、蓝色-、黑色NO、白色NC。它是导线引出型NPN槽型光电开关，如下图。

白色NC：通光状态内部三极管导通，继电器得电；黑色NO：通光状态内部三极管截止，继电器失电。

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3）光电传感器

（1）光电传感器PNP输出与NPN输出的区别

①PNP导通压降小但反向耐压低，NPN导通压降大但反向耐压高。

②传感器PNP与NPN接口原理图

输入传感器为接近开关时，只要接近开关的输出驱动力足够，漏型输入的PLC输入端就可以直接与NPN集电极开路型接近开关的输出进行连接。

但是，当采用PNP集电极开路型接近开关时，由于接近开关内部输出端与0V间的电阻很大，无法提供电耦合器件所需要的驱动电流，因此需要增加“下拉电阻”，如图。增加下拉电阻后应注意，此时的PLC内部输入信号与接近开关发信状态相反，即接近开关发信时，“下拉电阻”上端为24V，光电耦合器件无电流，内部信号为“0”；未发信时，PLC内部DC24V与0V之间，通过光电耦合器件、限流电阻、“下拉电阻”经公共端COM构成电流回路，输入为“1”。

　　下拉电阻的阻值主要决定于PLC输入光电耦合器件的驱动电流、PLC内部输入电路的限流电阻阻值。通常情况下，其值为1.5～2kΩ，计算公式如下：
第一种公式：R≤[（Ve-0.7）/Ii]-Ri
式中：R——下拉电阻（kΩ）
　　　Ve——输入电源电压（V）
　　　Ii——最小输入驱动电流（mA）
　　　Ri——PLC内部输入限流电阻（kΩ）
公式中取发光二极管的导通电压为0.7V。第二种公式：下拉电阻≤[输入限流电阻/（最小ON电压/24V）]-输入限流电阻。

输入传感器为接近开关时，只要接近开关的输出驱动力足够，源型输入的PLC输入端就可以直接与PNP集电极开路型接近开关的输出进行连接。

相反，当采用NPN集电极开路型接近开关时，由于接近开关内部输出端与24V间的电阻很大，无法提供电耦合器件所需要的驱动电流，因此需要增加“上拉电阻”。如图。增加上拉电阻后应注意，此时的PLC内部输入信号与接近开关发信状态相反，即接近开关发信时，“上拉电阻”上端为0V，光电耦合器件无电流，内部信号为“0”；未发信时，PLC内部DC24V与0V之间，通过光电耦合器件、限流电阻、“上拉电阻”经公共端COM构成电流回路，输入为“1”。
上拉电阻的阻值主要决定于PLC输入光电耦合器件的驱动电流、PLC内部输入电路的限流电阻阻值。通常情况下，其值为1.5～2kΩ，其计算公式与下拉电阻计算公式相同。

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（2）光电传感器的接法

①山东济宁科力光电

②戴迪斯科

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3、二线制与三线制传感器的接线对比

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二、压力传感器

1、概述

压力传感器是指能感受压力，并把压力变化转换为电信号输出的装置，它是自动化设备中常见的一种传感器，也是自动化测力设备中的神经系统。

图2.1.1 实物图

图2.1.2 实物图

正确使用压力传感器必先了解压力传感器各项参数。

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2、压力传感器主要参数

1）激励电压Excitation Recommend

激励电压指压力传感器的工作电压，一般为5～12VDC。

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2）量程Capacity

量程是指压力传感器的额定载荷。一般单位为KGf、N等。如量程为100KGf，传感器测量范围即为0～100KGf。

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3）灵敏度Rated Output

灵敏度是压力传感器的输出信号系数，单位为mV/V，常见的有1mV/V、2mV/V。

以2±0.002(mV/V)说明，传感器在受到200KG额定的拉力，激励电压1V情况下，它的两个输出端会有2mV的压力变化。实际工作时激励电压会大于1V，一般10V～12V。若一个200KG的传感器，其灵敏度为2±0.002(mV/V)，激励电压为10V，那么在200KG拉力作用下，输出端的压力变化就是2mV/V*10V=20mV。

压力传感器的满量程输出=激励电压*灵敏度，例：激励电压5VDC，灵敏度2mV/V，满量程输出即为5V*2mV/V=10mV。

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4）非线性Non-linearity

非线性是指由空载荷的输出值和额定载荷时输出值所决定的直线和增加负荷之实测曲线之间最大偏差对于额定输出值的百分比。理论上传感器的输出应该是线性的，事实上并不是，非线性就是和理想中的偏差百分比。非线性单位为：%FS，非线性误差=量程*非线性，如量程为100KG，非线性为0.05%FS，非线性误差即为：100KG*0.05%=0.05KG。

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5）重复性误差Repeat Ability

重复性误差是指在相同的环境条件下，对传感器反复加荷到额定载荷并卸载。加荷过程中同一负荷点上输出值的最大差值对额定输出的百分比。

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6）蠕变Creep

蠕变是指在载荷不变，其它测试条件也保持不变的情况下，压力传感器输出随时间的变化量对额定输出的百分比，一般取30min。

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7）滞后Hysteresis

滞后是指压力传感器从无载荷逐渐加载到额定载荷然后再逐渐卸载。在同一载荷点上加载和卸载输出量的最大差值对额定输出值的百分比。

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8）零点输出Zero Balance

在推荐电压激励下，空载时压力传感器的输出值对额定输出的百分比。理论上压力传感器空载时输出应该为零，实际上压力传感器空载时输出不为零，这就存在一个偏差，零点输出就是偏差的百分比。

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9）输入阻抗Input Resistance

输入阻抗是指信号输出端开路，传感器未加压时，从压力传感器输入端测得的阻抗值。

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10）输出阻抗Output Resistance

输出阻抗是指压力传感器输入端短路，传感器未加压时，从信号输出端测得的阻抗。

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11）绝缘阻抗Insulation Impedance

绝缘阻抗是指压力传感器的电路和弹性体之间的直流阻抗值。

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12）工作温度范围Operation Temp Range

工作温度范围是指压力传感器在此温度范围内使用其性能参数均不会产生永久性有害变化。

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13）温度补偿范围Compensated Temp Range

温度补偿范围是指在此温度范围内，传感器的额定输出和零平衡均经过严密补偿，从而不会超出规定的范围。

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14）零点温度漂移Temperature Effect on zero

零点温度影响是指环境温度的变化对压力传感器零点的影响。一般用温度每变化10℃时，引起的零平衡变化量对额定输出的百分比来表示，单位为：%F.S./10℃。

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15）灵敏度温度漂移Temperature Effect on out

灵敏度温度漂移是指环境温度的变化引起的压力传感器灵敏度的变化。一般以温度每变化10℃引起灵敏度的变化量额定输出的百分比来表示，单位为：F.S./10℃。

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