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光電二極管

和普通二極管相比，除它的管芯也是一個PN結(jié)、具有單向?qū)щ娦阅芡?，其他均差異很大。首先管芯?nèi)的PN結(jié)結(jié)深比較淺（小于1微米），以提高光電轉(zhuǎn)換能力；第二PN結(jié)面積比較大，電極面積則很小，以有利于光敏面多收集光線；第三光電二極管在外觀上都有一個用有機玻璃透鏡密封、能匯聚光線于光敏面的“窗口”；所以光電二極管的靈敏度和響應時間遠遠優(yōu)于光敏電阻。

常見的幾種光電二極管及符號如下：

2DU有前極、后極、環(huán)極三個極。其中環(huán)極是為了減小光電二極管的暗電流和增加工作穩(wěn)定性而設計增加的，應用時需要接電源正極。光電二極管的主要參數(shù)有：工作電壓（10～50V）,暗電流（≤0.05～1微安），光電流（＞6～80微安），光電靈敏度、響應時間（幾十ns～幾十μs）、結(jié)電容和正向壓降等。

光電二極管的優(yōu)點是線性好，響應速度快，對寬范圍波長的光具有較高的靈敏度，噪聲低；缺點是單獨使用輸出電流（或電壓）很小，需要加放大電路。適用于通訊及光電控制等電路。

光電二極管的檢測可用萬用表R×1K擋，避光測正向電阻應10KΩ～200 KΩ，反向應∞，去掉遮光物后向右偏轉(zhuǎn)角越大，靈敏度越高。

光電三極管可以視為一個光電二極管和一個三極管的組合元件，由于具有放大功能，所以其暗電流、光電流和光電靈敏度比光電二極管要高得多，但結(jié)構(gòu)原因使結(jié)電容加大，響應特性變壞。廣泛應用于低頻的光電控制電路。

半導體光電器件還有MOS結(jié)構(gòu)，如掃描儀、攝象頭中常用的CCD（電荷耦合器件）就是集成的光電二極管或MOS結(jié)構(gòu)的陣列。

三 氣敏傳感器及氣敏元件

教材僅要求簡單的熱敏電阻和光敏電阻特性實驗。由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(jīng)是保護和改善生態(tài)居住環(huán)境*手段，氣敏傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。例如生活環(huán)境中的一氧化碳濃度達0.8～1.15 ml/L時，就會出現(xiàn)呼吸急促，脈搏加快，甚至暈厥等狀態(tài)，達1.84ml/L時則有在幾分鐘內(nèi)死亡的危險，因此對一氧化碳檢測必須快而準。利用SnO2金屬氧化物半導體氣敏材料，通過顆粒超微細化和摻雜工藝制備SnO2納米顆粒，并以此為基體摻雜一定催化劑，經(jīng)適當燒結(jié)工藝進行表面修飾，制成旁熱式燒結(jié)型CO敏感元件，能夠探測0.005%～0.5%范圍的CO氣體。還有許多易爆可燃氣體、酒精氣體、汽車尾氣等有毒的氣體的進行探測的傳感器。常用的主要有接觸燃燒式氣體傳感器、電化學氣敏傳感器和半導體氣敏傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層），使用時對鉑絲通以電流，保持300℃～400℃的高溫，此時若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學氣敏傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動勢。半導體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點，應用極其廣泛；下面重點介紹半導體氣敏傳感器及其氣敏元件。

半導體氣敏元件有N型和P型之分。N型在檢測時阻值隨氣體濃度的增大而減??；P型阻值隨氣體濃度的增大而增大。象SnO2金屬氧化物半導體氣敏材料，屬于N型半導體，在200～300℃溫度它吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少，從而使其電阻值增加。當遇到有能供給電子的可燃氣體（如CO等）時，原來吸附的氧脫附，而由可燃氣體以正離子狀態(tài)吸附在金屬氧化物半導體表面；氧脫附放出電子，可燃行氣體以正離子狀態(tài)吸附也要放出電子，從而使氧化物半導體導帶電子密度增加，電阻值下降?？扇夹詺怏w不存在了，金屬氧化物半導體又會自動恢復氧的負離子吸附，使電阻值升高到初始狀態(tài)。這就是半導體氣敏元件檢測可燃氣體的基本原理。

目前國產(chǎn)的氣敏元件有2種。一種是直熱式，加熱絲和測量電極一同燒結(jié)在金屬氧化物半導體管芯內(nèi)；旁熱式氣敏元件以陶瓷管為基底，管內(nèi)穿加熱絲，管外側(cè)有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經(jīng)高溫燒結(jié)而成。

氣敏元件的參數(shù)主要有加熱電壓、電流，測量回路電壓，靈敏度，響應時間，恢復時間，標定氣體（0.1%丁烷氣體）中電壓，負載電阻值等。QM-N5型氣敏元件適用于天然氣、煤氣、氫氣、烷類氣體、烯類氣體、汽油、煤油、乙炔、氨氣、煙霧等的檢測，屬于N型半導體元件。靈敏度較高，穩(wěn)定性較好，響應和恢復時間短，市場上應用廣泛。QM-N5氣敏元件參數(shù)如下：標定氣體（0.1%丁烷氣體，工作條件）中電壓≥2V，響應時間≤10S，恢復時間≤30S，工作條件加熱電壓5V、測量回路電壓10V、負載電阻RL為2K，允許工作條件加熱電壓4.5～5.5V、測量回路電壓5～15V、負載電阻0.5～2.2K。下圖為氣敏元件的簡單測試電路（組成傳感器），電壓表指針變化越大，靈敏度越高；只要加一簡單電路可實現(xiàn)報警。常見的氣敏元件還有MQ-31（于檢測CO），QM-J1酒敏元件等。

四 力敏傳感器和力敏元件

力敏傳感器的種類甚多，傳統(tǒng)的測量方法是利用彈性材料的形變和位移來表示。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，利用半導體材料的壓阻效應（即對其某一方向施加壓力，其電阻率就發(fā)生變化）和良好的彈性，已經(jīng)研制出體積小、重量輕、靈敏度高的力敏傳感器，廣泛用于壓力、加速度等物理力學量的測量。

性能特點

在各類開關(guān)中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。

當有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會動作。通常把這個距離叫“檢出距離”。但不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。

有時被檢測驗物體是按一定的時間間隔，一個接一個地移向接近開關(guān)，又一個一個地離開，這樣不斷地重復。不同的接近開關(guān)，對檢測對象的響應能力是不同的。這種響應特性被稱為“響應頻率”。

種類

因為位移傳感器可以根據(jù)不同的原理和不同的方法做成，而不 

電感式接近開關(guān)

同的位移傳感器對物體的“感知”方法也不同，所以常見的接近開關(guān)有以下幾種：

無源接近開關(guān)

這種開關(guān)不需要電源，通過磁力感應控制開關(guān)的閉合狀態(tài)。當磁 或者鐵質(zhì)觸發(fā)器靠近開關(guān)磁場時，和開關(guān)內(nèi)部磁力作用控制閉合。特點：不需要電源，非接觸式，免維護，環(huán)保。

渦流式接近開關(guān)

這種開關(guān)有時也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導電物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導電體。

1.原理：由電感線圈和電容及晶體管組成振蕩器，并產(chǎn)生一個交變磁場，當有金屬物體接近這一磁場時就會在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導致振蕩停止，這種變化被后極放大處理后轉(zhuǎn)換成晶體管開關(guān)信號輸出。

2.特點：A、抗干擾性能好，開關(guān)頻率高，大于200HZ. B、只能感應金屬

3.應用在各種機械設備上作位置檢測、計數(shù)信號拾取等。

電容式接近開關(guān)

這種開關(guān)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關(guān)時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

霍爾接近開關(guān)

霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對象必須是磁性物體。

光電式接近開關(guān)

利用光電效應做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內(nèi)。當有反光面（被檢測物體）接近時，光電器件接收到反射光后便在信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。

其它型式

當觀察者或系統(tǒng)對波源的距離發(fā)生改變時，接近到的波的頻率會發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應。聲納和雷達就是利用這個效應的原理制成的。利用多普勒效應可制成超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)等。當有物體移近時，接近開關(guān)接收到的反射信號會產(chǎn)生多普勒頻移，由此可以識別出有無物體接近。

主要功能

檢驗距離
檢測電梯、升降設備的停止、起動、通過位置；檢測車輛的位置，防止兩物體相撞檢測；檢測工作機械的設定位置，移動機器或部件的極限位置；檢測回轉(zhuǎn)體的停止位置，閥門的開或關(guān)位置。
尺寸控制
金屬板沖剪的尺寸控制裝置；自動選擇、鑒別金屬件長度；檢測自動裝卸時堆物高度；檢測物品的長、寬、高和體積。
檢測物體存在有否 檢測生產(chǎn)包裝線上有無產(chǎn)品包裝箱；檢測有無產(chǎn)品零件。
轉(zhuǎn)速與速度控制
控制傳送帶的速度；控制旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速；與各種脈沖發(fā)生器一起控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)數(shù)。
計數(shù)及控制
檢測生產(chǎn)線上流過的產(chǎn)品數(shù)；高速旋轉(zhuǎn)軸或盤的轉(zhuǎn)數(shù)計量；零部件計數(shù)。
檢測異常
檢測瓶蓋有無；產(chǎn)品合格與不合格判斷；檢測包裝盒內(nèi)的金屬制品缺乏與否；區(qū)分金屬與非金屬零件；產(chǎn)品有無標牌檢測；起重機危險區(qū)報警；安全扶梯自動啟停。
計量控制
產(chǎn)品或零件的自動計量；檢測計量器、儀表的指針范圍而控制數(shù)或流量；檢測浮標控制測面高度，流量；檢測不銹鋼桶中的鐵浮標；儀表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。
識別對象
根據(jù)載體上的碼識別是與非。
信息傳送
ASI（總線）連接設備上各個位置上的傳感器在生產(chǎn)線（50-100米）中的數(shù)據(jù)往返傳送等。

結(jié)構(gòu)形式

編輯

接近開關(guān)按其外型形狀可分為圓柱型、方型、溝型、穿孔（貫通）型和分離型。園柱型比方型安裝方便，但其檢測特性相同，溝型的檢測部位是在槽內(nèi)側(cè)，用于檢測通過槽內(nèi)的物體，貫通型在我國很少生產(chǎn)，而日本則應用較為普遍，可用于小螺釘或滾珠之類的小零件和浮標組裝成水位檢測裝置等。

接近開關(guān)接線圖

1）接近開關(guān)有兩線制和三線制之區(qū)別，三線制接近開關(guān)又分為NPN型和PNP型，它們的接線是不同的。請見下圖所示：

2）兩線制接近開關(guān)的接線比較簡單，接近開關(guān)與負載串聯(lián)后接到電源即可。

3）三線制接近開關(guān)的接線：紅（棕）線接電源正端；藍線接電源0V端；黃（黑）線為信號，應接負載。負載的另一端是這樣接的：對于NPN型接近開關(guān)，應接到電源正端；對于PNP型接近開關(guān)，則應接到電源0V端。

4）接近開關(guān)的負載可以是信號燈、繼電器線圈或可編程控制器PLC的數(shù)字量輸入模塊。

5）需要特別注意接到PLC數(shù)字輸入模塊的三線制接近開關(guān)的型式選擇。PLC數(shù)字量輸入模塊一般可分為兩類：一類的公共輸入端為電源0V，電流從輸入模塊流出（日本模式），此時，一定要選用NPN型接近開關(guān)；另一類的公共輸入端為電源正端，電流流入輸入模塊，即阱式輸入（歐洲模式），此時，一定要選用PNP型接近開關(guān)。千萬不要選錯了。

6）兩線制接近開關(guān)受工作條件的限制，導通時開關(guān)本身產(chǎn)生一定壓降，截止時又有一定的剩余電流流過，選用時應予考慮。三線制接近開關(guān)雖多了一根線，但不受剩余電流之類不利因素的困擾，工作更為可靠。

7）有的廠商將接近開關(guān)的“常開”和“常閉”信號同時引出，或增加其它功能，此種情況，請按產(chǎn)品說明書具體接線。

槽型光電開關(guān)接線

光電開關(guān)那個二極管是發(fā)光二極管，輸出則是光敏三極管，C就是集電極，E則是發(fā)射極。

一般三極管作開關(guān)使用時，通常都用集電極作輸出端。

一般接法：二極管為輸入端，E接地，C接負載，負載的另一端需要接正電源。這種接法適用范圍比較廣。

特殊接法：二極管為輸入端，C接電源正，E接負載，負載的另一端需要接地。這種接法只適用于負載等效電阻很小的時候（幾十歐姆以內(nèi)），如果負載等效電阻比較大，可能會引起開關(guān)三極管工作點不正常，導致開關(guān)工作不可靠。

主要用途

接近開關(guān)在航空、航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應用。在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動門，自動熱風機上都有應用。在安全防盜方面，如資料檔案、財會、金融、博物館、金庫等重地，通常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置。在測量技術(shù)中，如長度，位置的測量；在控制技術(shù)中，如位移、速度、加速度的測量和控制，也都使用著大量的接近開關(guān)。

開關(guān)參數(shù)

編輯

如圖所示

注意事項

在一般的工業(yè)生產(chǎn)場所，通常都選用渦流式接近開關(guān)和電容式接近開關(guān)。因為這兩種接近開關(guān)對環(huán)境的要求條件較低。

當被測對象是導電物體或可以固定在一塊金屬物上的物體時，一般都選用渦流式接近開關(guān)，因為它的響應頻率高、抗環(huán)境干擾性能好、應用范圍廣、價格較低。

若所測對象是非金屬（或金屬）、液位高度、粉狀物高度、塑料、煙草等。則應選用電容式接近開關(guān)。這種開關(guān)的響應頻率低，但穩(wěn)定性好。安裝時應考慮環(huán)境因素的影響。

若被測物為導磁材料或者為了區(qū)別和它在一同運動的物體而把磁鋼埋在被測物體內(nèi)時，應選用霍爾接近開關(guān)，它的價格低。

在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場合，可采用光電接近開關(guān)。光電接近開關(guān)工作時對被測對象幾乎無任何影響。因此，在要求較高的傳真機上，在煙草機械上都被廣泛地使用。

在防盜系統(tǒng)中，自動門通常使用熱釋電接近開關(guān)、超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)。有時為了提高識別的可靠性，上述幾種接近開關(guān)往往被復合使用。

無論選用哪種接近開關(guān)，都應注意對工作電壓、負載電流、響應頻率、檢測距離等各項指標的要求。

選型檢測對于不同的材質(zhì)的檢測體和不同的檢測距離，應選用不同類型的接近開關(guān)，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價格比，為此在選型中應遵循以下原則：

1.1.當檢測體為金屬材料時，應選用高頻振蕩型接近開關(guān)，該類型接近開關(guān)對鐵鎳、A3鋼類檢測體檢測。

對鋁、黃銅和不銹鋼類檢測體，其檢測靈敏度就低。

1.2.當檢測體為非金屬材料時，如;木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應選用電容型接近開關(guān)。

1.3.金屬體和非金屬要進行遠距離檢測和控制時，應選用光電型接近開關(guān)或超聲波型接近開關(guān)。

1.4.對于檢測體為金屬時，若檢測靈敏度要求不高時，可選用價格低廉的磁性接近開關(guān)或霍爾式接近開關(guān)。

檢測

2.1.動作距離測定;當動作片由正面靠近接近開關(guān)的感應面時，使接近開關(guān)動作的距離為接近開關(guān)的大動作距離，測得的數(shù)據(jù)應在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。

2.2.釋放距離的測定;當動作片由正面離開接近開關(guān)的感應面，開關(guān)由動作轉(zhuǎn)為釋放時，測定動作片離開感應面的大距離。

2.3.回差H的測定;大動作距離和釋放距離之差的值。

2.4.動作頻率測定;用調(diào)速電機帶動膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調(diào)整開關(guān)感應面和動作片間的距離，約為開關(guān)動作距離的80%左右，轉(zhuǎn)動圓盤，依次使動作片靠近接近開關(guān)，在圓盤主軸上裝有測速裝置，開關(guān)輸出信號經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計。此時啟動電機，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動作片的乘積與頻率計數(shù)相等的條件下，可由頻率計直接讀出開關(guān)的動作頻率。

2.5.重復精度測定;將動作片固定在量具上，由開關(guān)動作距離的120%以外，從開關(guān)感應面正面靠近開關(guān)的動作區(qū)，運動速度控制在0.1mm/s上。當開關(guān)動作時，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動作區(qū)，使開關(guān)斷開。如此重復10次，后計算10次測量值的大值和小值與10次平均值之差，差值大者為重復精度誤差.

常見型號

編輯

LIONPOWER接近開關(guān)介紹

一、SN04-N,SN04-1

1.型號含義:SN---表示方形，04---表示感應距離4mm, N---表示輸出是NPN型，P---表示PNP型。

二、TL-Q5MC1/TLQM5B1。TL-Q5MC1為NPN型，TLQM5B1為PNP型。方形，感應距離5mm.

三、PL-05N/PL-05P感應距離5mm, PL-05N是NPN型，PL-05P是PNP型。

四、W-05N/W-05P扁形，上（側(cè)）面感應，感應距離5mm

五、LP-8N2C/LP-8P2C圓柱形，直徑8mm,感應距離2mm.

六、LP-12N4C/LP-12P4C圓柱形，直徑12mm,感應距離4mm

七、LP-18N8C/LP-18P8C圓柱形，直徑18mm,感應距離8mm.以上是直流三線電感式接近開關(guān)，供電為DC10~30v,均有NPN和PNP兩種輸出。標準導線長度是1.5米。負載能力:阻性負載≦100mA，感性負載≦50mA.

八、SN04-Y交流二線式方形接近開關(guān)，感應距離4mm,交流90~250V供電，

九、LP-12Y4C圓柱形交流二線式接近開關(guān)，直徑12mm,感應距離4mm,90~250vAC供電。

十、LP-18Y8C 圓柱形交流二線式接近開關(guān)，直徑18mm,感應距離8mm,90~250vAC供電。

十一、CP-18R8DN/CP-18R8DP 圓柱形電容式接近開關(guān)，感應距離8mm,可感應非金屬。

1.直流三線接近開關(guān)的三根線分別是：棕色線---電源正極 藍色線---電源負極 黑色線---輸出信號

2.交流二線型開關(guān)：將負載和接近開關(guān)串聯(lián)后接在交流電源端。