著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊第一章第一章 感測器與致動器感測器與致動器 Sensors & Actuators1 1著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊內容大綱內容大綱|緒論緒論|感測器感測器 位置感測器、溫度感測器、力量感測器、光度感測器位置感測器、溫度感測器、力量感測器、光度感測器|致動器致動器 步進馬達、步進馬達、DCDC馬達、線性馬達、壓電致動器、電磁閥馬達、線性馬達、壓電致動器、電磁閥2 2著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊緒論緒論|感測器感測器(sensors)(sensors)乃是泛指能將物理量轉換成電子乃是泛指能將物理量轉換成電子訊號之電子式能量轉換器訊號之電子式能量轉換器(transducer)(transducer)，而能量而能量轉換器則是指能進行能量轉換之元件。轉換器則是指能進行能量轉換之元件。 |致動器致動器(actuator)(actuator)亦屬於電子式能量轉換器之一，亦屬於電子式能量轉換器之一，其功能乃是將電能轉換成物理量。其功能乃是將電能轉換成物理量。 3 3著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊緒論緒論(續續)物理量物理量物理量物理量感測器感測器感測器感測器致動器致動器致動器致動器 運動 數位編碼器馬達溫度熱電藕電阻應變應變規壓電致動器力量負荷囊馬達光光電晶體燈泡影像CCD 照相機雷射印表機壓力壓力計幫浦射線Geiger計數器同步加速器電波電波接收器電波發射器常用感測器與致動器之對照表 4 4著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊內容大綱內容大綱(我們在哪裡我們在哪裡?)|緒論緒論|感測器感測器 位置感測器、溫度感測器、力量感測器、光度感測器位置感測器、溫度感測器、力量感測器、光度感測器|致動器致動器 步進馬達、步進馬達、DCDC馬達、線性馬達、壓電致動器、電磁閥馬達、線性馬達、壓電致動器、電磁閥5 5著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊感測器感測器|位置感測器 電位計電位計電位計電位計 直線式電位計 6 6著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊感測器感測器 (續續)|位置感測器 電位計電位計電位計電位計 轉動式電位計 7 7著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊感測器感測器 (續續)|位置感測器 編碼器編碼器編碼器編碼器 直線式編碼器 8 8著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|位置感測器 編碼器編碼器編碼器編碼器 轉動式編碼器 感測器感測器 (續續)9 9著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|溫度感測器 熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻熱敏電阻 橋式溫度感測電路 感測器感測器 (續續)1010著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|溫度感測器 半導體溫度感測器半導體溫度感測器半導體溫度感測器半導體溫度感測器 電流型之積體電路溫度感測電路 感測器感測器 (續續)1111著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|力量感測器力量感測器 典型之力量量測通常以典型之力量量測通常以4 4個應變規個應變規(strain gage)(strain gage)貼於如圖貼於如圖所示之待測物件上。所示之待測物件上。 力量感測器 感測器感測器 (續續)1212著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|力量感測器力量感測器 力量感測器等效電路 感測器感測器 (續續)1313著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|光度感測器光度感測器 最常用之光度感測元件為光電晶體，輸出電流最常用之光度感測元件為光電晶體，輸出電流I IC C與入與入射光之能量成正比，而入射光之能量又可以射光之能量成正比，而入射光之能量又可以LEDLED之光之光電流電流I IP P來表示，量測來表示，量測I IC C即可求出光之照度。即可求出光之照度。 感測器感測器 (續續)光電晶體等效電路 1414著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊內容大綱內容大綱(我們在哪裡我們在哪裡?)|緒論緒論|感測器感測器 位置感測器、溫度感測器、力量感測器、光度感測器位置感測器、溫度感測器、力量感測器、光度感測器|致動器致動器 步進馬達、步進馬達、DCDC馬達、線性馬達、壓電致動器、電磁閥馬達、線性馬達、壓電致動器、電磁閥1515著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|步進馬達步進馬達 步進馬達一般用來驅動低負載物體進行微細運動，其作步進馬達一般用來驅動低負載物體進行微細運動，其作 動原理是藉由不同定子之激能將轉子步進至特定位置。動原理是藉由不同定子之激能將轉子步進至特定位置。 致動器致動器1616著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|步進馬達步進馬達 當當CCCC激能時，轉子順時針轉激能時，轉子順時針轉1515，若，若DDDD接著激能，接著激能， 則轉子再順時針轉則轉子再順時針轉1515。 致動器致動器 (續續)四相單極步進馬達 1717著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|步進馬達步進馬達 致動器致動器 (續續)全步控制順序表(15/步) 半步控制順序表(7.5/步) 1818著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|DCDC馬達馬達 直流馬達之基本原理乃是當轉子之繞線通入電流時與定直流馬達之基本原理乃是當轉子之繞線通入電流時與定 子之磁場產生交互作用子之磁場產生交互作用( (法拉第定律法拉第定律) )，而使轉子轉動。，而使轉子轉動。定子之磁場由場電流定子之磁場由場電流(field current)(field current)控制，而通過轉子控制，而通過轉子之電流稱電樞電流之電流稱電樞電流(armature current)(armature current)。 致動器致動器 (續續)直流馬達基本原理 1919著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|DCDC馬達馬達 致動器致動器 (續續)直流馬達電路示意圖 磁場控制 電樞控制 2020著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|線性馬達線性馬達 所謂線性馬達乃是將迴轉式馬達之轉子、定子及空隙作直所謂線性馬達乃是將迴轉式馬達之轉子、定子及空隙作直線的展開，將電能直接變換成直線性動能之一種裝置。線的展開，將電能直接變換成直線性動能之一種裝置。 致動器致動器 (續續)直流馬達電路示意圖 可動子速度與輸入定子電壓之關係 2121著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|壓電致動器壓電致動器 壓電材料加電壓後會產生形變，而當受外力後亦會因形變壓電材料加電壓後會產生形變，而當受外力後亦會因形變而產生電壓因此可做為感測器與致動器。而產生電壓因此可做為感測器與致動器。 致動器致動器 (續續)當加壓電於A元件，則A元件因伸展而頂住，若接著加電壓於B元件，則B往左伸展，同理，電壓亦會使C元件頂住，若依序將加於A、B元件電壓解除，則A將往作移動。 2222著作權所有著作權所有 2004 2004 王國禎、楊烽正王國禎、楊烽正、余文俊、余文俊|電磁閥電磁閥 電磁閥之原理乃是藉線圈通電時產生之磁場來驅動電磁閥之原理乃是藉線圈通電時產生之磁場來驅動plungerplunger運動，當電源停止時，彈簧之彈力將運動，當電源停止時，彈簧之彈力將plungerplunger拉回原點。拉回原點。 致動器致動器 (續續)2323