选择最适合的离散数字式传感器——常见类型、技术特点和使用技巧

在选购离散传感器时需要考虑很多因素，掌握离散传感器适用的应用类型、技术特点和使用技巧，有助于在特定的应用中实现更高的效益。

离散或数字式传感器在自动化系统中无处不在。在继电器逻辑时代，甚至在可编程逻辑控制器 (PLC) 出现之前，已经开始使用数字式传感器，在简化PLC 逻辑方面，现在仍发挥着作用。离散传感器发送开/ 关（是/否）信号，通常允许PLC 忽略模拟阈值、死区、检测速度和其他复杂性。

这些信号可能意味着“检测到部件”、“设备气压高于80PSI”、“执行机构已到达预定位置”、“在某一温度下的加热器”或其它工况。强大的设备功能的实现，高度依赖于以正确的方式使用适合的传感器。上述每个工况，都可能使用不同类型的传感器。

常见离散传感器类型

下面是用于自动化的各种常见的离散传感器。

限位开关

目前仍在广泛应用的限位开关，配置一个机械开关，与零件接触时打开或关闭。它们的形状和尺寸各异，并可以提供诸如冗余触点之类的选项。尽管机械式限位开关具有简单、实用等特点，但许多应用已开始转而使用非接触式固态传感器，因为它更灵活、使用寿命更长。限位开关也有其局限性，因为它需要与被感知部分接触。

簧片开关

簧片开关，主要用于气动领域，配置了一个由磁铁打开/ 关闭的机械开关。它们通常安装在气缸上，气缸活塞内有磁铁。请注意，测量气缸位置并不总是最佳的做法。例如，当气缸驱动联动轴将部件推入预定位置时，如果活塞从连接中出来怎么办？如果连接有溢出或反冲呢？更好的方式是测量接触部件的板，而不是测量气缸的位置。由于这些都是机械设备，因此同限位开关一样，它们也有类似的寿命问题。因此可以使用固态继电器形式的气缸开关作为替代。

接近开关

接近开关是另一种常见传感器，通常采用电感原理，这就需要使用金属（优先选用含铁的金属）以便能正常工作。也可以使用有色金属，如铝和铜，但不能像检测铁一样直接检测这些金属。在这种情况下，感知距离比较近，并且需要更大的感知目标( 有时甚至会大到无法使用)。在这种情况下，有两种方法可以改善检测：

1、把钢质螺丝安装在有色金属目标上，以便接近开关能够检测到。

2、使用“大量程”或“非屏蔽”接近开关 。因为这两种类型的趋近式传感器的顶端，有较少的金属覆盖，因此灵敏度也就更高。

确实存在某些其它类型的趋近式传感器，利用非电感原理 ( 电容和超声波)，可以测量非金属零件。但是，这种传感器并不常见，因此，在谈到接近开关时，通常认为是电感类型的。

图 1 ：屏蔽与非屏蔽接近开关。注意非屏蔽类型上附加的黄色塑料。图片来源：Breen 设备自动化服务

光电传感器

光电传感器，有一个光 “发射器” 和 “接收器”。它们可集成安装，也可分散安装。这通常是跟踪系统部件的一种低成本的方法。有时，光通过光纤的引导，或者直接在发射器/接收机中使用。检测部件，通过将光反射回接收机 ( 反射应用) 或通过阻断光束到达接收器( 直通光束应用) 来完成。

图 2 ：光电传感器的串扰问题。

选择最适合的离散传感器

在采购离散传感器时有多种选择。选择过程中，一旦确定了与机械接口类型匹配的通用传感器，还有其它需要考虑的因素：

◆ PNP 与NPN ：这是所有固态设备必需做的选择。它代表电流方向。在美国，一般使用PNP 类型的传感器，但如果设备来自于其它国家，那就必须了解PLC 输入的类型。如果PLC 手册说“ 漏型输入（sinking input）”，那它就是PNP 类型的；如果说“源型输入（sourcing input）”，那它就是NPN 类型的。某些输入模块，可以配置为两者中的任意一个。在这种情况下，请先确认连接到“公共”端的电源端子。如果公共端子为0 Vdc，那它就是PNP 类型；如果是24Vdc，则为NPN 类型。

◆ 2 线与3 线 ：这主要是机械触点(2线) 和固态触点(3 线) 之间的选择。

◆ 快速断开与集成电缆 ：许多传感器提供两种选择，永久连接电缆或快速断开连接。虽然成本略高，但“快速断开”类型，通常更易于维护。如果传感器断开，则不需要新电缆。

在某一时期，从本质上讲，离散传感器是真正的数字化，如机械压力开关使用弹簧加载的隔膜，或基于汞的恒温器，但界限正在逐渐模糊。现代的离散传感器，通常用于测量模拟量中的压力、温度、电感和亮度等参数，并使用小型计算器将其转换为数字式的“是”或“否”。

值得注意的是：现在，很多简单的传感器，都可以通过IO-Link 等技术，将模拟信息传递回PLC。如果数据已经产生，并配置了一台计算机，为什么不利用它呢？这是最新的趋势，在市场上还没有太多的应用。PLC 和梯形逻辑编程语言就是基于离散信号的概念之上。

关键概念

■ 探索离散传感器的主要用途。

■ 按类识别常见的离散传感器类型。

■ 学习最佳实践，使用离散传感器来避免落入陷阱。

思考一下

哪种类型的传感器对您的应用最有意义？

电气百科：电容器分类，数字式传感器与模拟式传感器，直流接触器

电气百科：电容器的分类，数字式传感器与模拟式传感器的区别，直流接触器的选用方式

电气百科：电容器的分类

1．按照结构分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。

2．按电解质分类：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。

3、按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。

4．按制造材料的不同可以分为：瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钽电容，还有先进的聚丙烯电容等等

5．高频旁路：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。

6．低频旁路：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。

7、滤波：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。

8．调谐：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。

9．低耦合：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。

10．小型电容：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。

电气百科：数字式传感器与模拟式传感器的区别

数字式传感器的性能区别于模拟式汽车衡，主要有以下几点：

(1)解决模拟式传感器信号弱的问题

模拟式传感器的输出信号最大一般在几十毫伏，最低时只有百万分之几毫伏。在电缆传输这些弱信号过程中，很容易受到干扰，从而造成系统工作不稳定或计量性能降低。而数字式传感器的输出信号均在3～4V左右，其抗干扰能力远大于模拟信号的百万倍。

(2)解决射频干扰问题

模拟式称重传感器的低电压信号极易受到电子干扰及其它天线电信号的干扰，而数字式称重传感器在设计时已考虑到这些抗干扰能力，它们可以在高干扰区域，并保证计量性能。

(3)解决防潮、防腐问题

数字式传感器采用100%不锈钢焊接壳体。密封、防水、防潮湿、防腐蚀，适用于各种恶劣工作环境，计量性能不受任何影响，防护等级达到IP68。

(4)解决防雷击问题

数字式传感器具有防雷击和大电流放电能力，在室外安装使用时，这一点尤其重要。METTLER-TOLEDO数字式汽车衡系统通过美国权威机构Lightning Technologies，INC的雷击测试。

(5)解决偏载/温度影响问题

数字式称重传感器能自动补偿和调整因偏载和温度变化而产生影响。

(6)解决时间效应—蠕变问题

当负荷时间加在-称重传感器上时，其输出常有较大变化，数字式称重传感器通过内部微处理器里的软件，自动补偿了蠕变。

(7)数字式汽车衡称重精度、稳定性和可靠性更高，减少模拟式汽车衡经常引起的误差

由于经校正后的称重数据是以数字形式存储在每个传感器内部的，因此就减少了模拟信号引起的积累误差。这些误差通常都是由于模拟信号在传输过程中由接头、接线排(端子)、电位器、开关及长电缆等因素造成的。数字式称重传感器的补偿/修正参数存储在传感器内部的永久性存储器中，因此，省掉了开关/电位器等元器件。

(8)具有自诊断功能

数字式传感器具有自诊断功能。它不断对内部工作状况进行检测，当检测到出现故障时，会发出错误代码，这就大大降低了漏检故障的可能性，这也是模拟式称重传感器无法做到的。

电气百科：直流接触器的选用方式

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1.选择直流接触器的类型

直流接触器的类型应根据负载电流的类型和负载的轻重来选择，即是交流负载还是直流负载，是轻负载、一般负载还是重负载。

2.直流接触器主触头的额定电流

直流接触器主触头的额定电流可根据经验公式计算：IN主触头≥PN电机/(1~1.4)UN电机，如果直流接触器控制的电动机启动、制动或反转频繁，一般将接触器主触头的额定电流降一级使用。

3.主触头的额定电压

接触器铭牌上所标电压系指主触头能承受的额定电压，并非吸引线圈的电压，使用时接触器主触头的额定电压应不小于负载的额定电压。

4.操作频率的选择

操作频率就是指接触器每小时通断的次数。当通断电流较大及通断频率过高时，会引起触头严重过热，甚至熔焊。操作频率若超过规定数值，应选用额定电流大一级的直流接触器。

5.线圈额定电压的选择

线圈额定电压不一定等于主触头的额定电压，当线路简单，使用电器少时，可直接选用380V或220V的电压，如线路复杂，使用电器超过5h，可用24V、48V或110V电压(1964年国际规定为36V、110V、或127V)的线圈。

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