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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、具有單向導電性能外，其他均差異很大。首先管芯內的PN結結深比較淺（小于1微米），以提高光電轉換能力；第二PN結面積比較大，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、環極三個極。其中環極是為了減小光電二極管的暗電流和增加工作穩定性而設計增加的，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）、結電容和正向壓降等。

光電二極管的優點是線性好，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，但結構原因使結電容加大，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結構，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結構的陣列。

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，對氣體的檢測已經是保護和改善生態居住環境*手段，氣敏傳感器發揮著極其重要的作用。例如生活環境中的一氧化碳濃度達0.8～1.15 ml/L時，就會出現呼吸急促，脈搏加快，甚至暈厥等狀態，達1.84ml/L時則有在幾分鐘內死亡的危險，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，經適當燒結工藝進行表面修飾，制成旁熱式燒結型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，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產生的電流，也可以是離子作用于離子電極產生的電動勢。半導體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應快、穩定性好、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小；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。可燃性氣體不存在了，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。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在金屬氧化物半導體管芯內；旁熱式氣敏元件以陶瓷管為基底，管內穿加熱絲，管外側有兩個測量極，測量極之間為金屬氧化物氣敏材料，經高溫燒結而成。

氣敏元件的參數主要有加熱電壓、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。隨著微電子技術的發展，利用半導體材料的壓阻效應（即對其某一方向施加壓力，其電阻率就發生變化）和良好的彈性，已經研制出體積小、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通或斷的目的，這就是接近開關。

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

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，又一個一個地離開，這樣不斷地重復。不同的接近開關，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不同的原理和不同的方法做成，而不 

電感式接近開關

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有以下幾種：

無源接近開關

這種開關不需要電源，通過磁力感應控制開關的閉合狀態。當磁 或者鐵質觸發器靠近開關磁場時，和開關內部磁力作用控制閉合。特點：不需要電源，非接觸式，免維護，環保。

渦流式接近開關

這種開關有時也叫電感式接近開關。它是利用導電物體在接近這個能產生電磁場接近開關時，使物體內部產生渦流。這個渦流反作用到接近開關，使開關內部電路參數發生變化，由此識別出有無導電物體移近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關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產生渦流，從而導致振蕩停止，這種變化被后極放大處理后轉換成晶體管開關信號輸出。

2.特點：A、抗干擾性能好，開關頻率高，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、計數信號拾取等。

電容式接近開關

這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。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發生變化，從而使電容量發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。

霍爾接近開關

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

光電式接近開關

利用光電效應做成的開關叫光電開關。將發光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內。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

當觀察者或系統對波源的距離發生改變時，接近到的波的頻率會發生偏移，這種現象稱為多普勒效應。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、微波接近開關等。當有物體移近時，接近開關接收到的反射信號會產生多普勒頻移，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；檢測回轉體的停止位置，閥門的開或關位置。
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 檢測生產包裝線上有無產品包裝箱；檢測有無產品零件。
轉速與速度控制
控制傳送帶的速度；控制旋轉機械的轉速；與各種脈沖發生器一起控制轉速和轉數。
計數及控制
檢測生產線上流過的產品數；高速旋轉軸或盤的轉數計量；零部件計數。
檢測異常
檢測瓶蓋有無；產品合格與不合格判斷；檢測包裝盒內的金屬制品缺乏與否；區分金屬與非金屬零件；產品有無標牌檢測；起重機危險區報警；安全扶梯自動啟停。
計量控制
產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線（50-100米）中的數據往返傳送等。

結構形式

編輯

接近開關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側，用于檢測通過槽內的物體，貫通型在我國很少生產，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。

接近開關接線圖

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

2）兩線制接近開關的接線比較簡單，接近開關與負載串聯后接到電源即可。

3）三線制接近開關的接線：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，應接到電源正端；對于PNP型接近開關，則應接到電源0V端。

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

5）需要特別注意接到PLC數字輸入模塊的三線制接近開關的型式選擇。PLC數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；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。千萬不要選錯了。

6）兩線制接近開關受工作條件的限制，導通時開關本身產生一定壓降，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，請按產品說明書具體接線。

槽型光電開關接線

光電開關那個二極管是發光二極管，輸出則是光敏三極管，C就是集電極，E則是發射極。

一般三極管作開關使用時，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），如果負載等效電阻比較大，可能會引起開關三極管工作點不正常，導致開關工作不可靠。

主要用途

接近開關在航空、航天技術以及工業生產中都有廣泛的應用。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組成的防盜裝置。在測量技術中，如長度，位置的測量；在控制技術中，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。

開關參數

編輯

如圖所示

注意事項

在一般的工業生產場所，通常都選用渦流式接近開關和電容式接近開關。因為這兩種接近開關對環境的要求條件較低。

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，因為它的響應頻率高、抗環境干擾性能好、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。這種開關的響應頻率低，但穩定性好。安裝時應考慮環境因素的影響。

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

在環境條件比較好、無粉塵污染的場合，可采用光電接近開關。光電接近開關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。

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

無論選用哪種接近開關，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的檢測體和不同的檢測距離，應選用不同類型的接近開關，以使其在系統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，該類型接近開關對鐵鎳、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。

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或超聲波型接近開關。

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或霍爾式接近開關。

檢測

2.1.動作距離測定;當動作片由正面靠近接近開關的感應面時，使接近開關動作的距離為接近開關的大動作距離，測得的數據應在產品的參數范圍內。

2.2.釋放距離的測定;當動作片由正面離開接近開關的感應面，開關由動作轉為釋放時，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;用調速電機帶動膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調整開關感應面和動作片間的距離，約為開關動作距離的80%左右，轉動圓盤，依次使動作片靠近接近開關，在圓盤主軸上裝有測速裝置，開關輸出信號經整形，接至數字頻率計。此時啟動電機，逐步提高轉速，在轉速與動作片的乘積與頻率計數相等的條件下，可由頻率計直接讀出開關的動作頻率。

2.5.重復精度測定;將動作片固定在量具上，由開關動作距離的120%以外，從開關感應面正面靠近開關的動作區，運動速度控制在0.1mm/s上。當開關動作時，讀出量具上的讀數，然后退出動作區，使開關斷開。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）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，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，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，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，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，感應距離8mm,可感應非金屬。

1.直流三線接近開關的三根線分別是：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：將負載和接近開關串聯后接在交流電源端。