接近開關

接近開關

接近開關又稱無觸點行程開關,它除可以完成行程控制和限位保護外,還是一種非接觸型的檢測裝置,用作檢測零件尺寸和測速等,也可用於變頻計數器、變頻脈衝發生器、液面控制和加工程式的自動銜接等。接近開關按工作原理可分為高頻振盪型、電容型、感應電橋型、永久磁鐵型和霍耳效應型等。

基本信息

概述

當運動著的物體與其接近到一定位置時,即能發出信號以控制運動物體的位置或行程,或控制自動計數的一種主令電器。由於接近開關是非接觸型的物體檢測裝置,所以可用作無接觸和無觸點化的微動開關行程開關限位開關。接近開關按工作原理可分為高頻振盪型、電容型、感應電橋型、永久磁鐵型和霍耳效應型等。套用最多的

是高頻振盪型接近開關,約占80%。這種開關的工作原理以高頻振盪電路狀態的變化為基礎。
當有金屬物體(它相當於工作機械運動部件上的觸塊)進入以一定頻率振盪著的高頻振盪器的線圈磁場時,由於金屬物體內部產生渦流損耗(如果是鐵磁性的金屬物體,還會產生磁滯損耗),致使振盪電路的電阻增大,能耗增加,結果導致振盪減弱,直至終止。這樣,只需在振盪電路後面接上合適的開關,即能檢測到金屬物體的出現,並且給出相應的控制信號和指令。接近開關具有定位準確、靈敏度高(能檢測出微米級的位置變化)、操作頻率高(可達每秒數十至數百次)、耐機械衝擊和振動、耐潮、體積小、壽命長等優點,廣泛用於各種自動控制系統中。

工作原理

1、電感式接近開關工作原理
電感式感測器由三大部分組成:振盪器、開關電路及放大輸出電路。振盪器產生一個交變磁場。當金屬目標接近這一磁場,並達到感應距離時,在金屬目標內產生渦流,從而導致振盪衰減,以至停振。振盪器振盪及停振的變化被後級放大電路處理並轉換成開關信號,觸發驅動控制器件,從而達到非接觸式之檢測目的。
2、電容式接近開關的工作原理
電容式接近開關的感應面由兩個同軸金屬電極構成,很象“打開的”電容器電極,該兩個電極構成一個電容,串接在RC振盪迴路內。
電源接通時,RC振盪器不振盪,當一目標朝著電容器的電靠近時,電容器的容量增加,振盪器開始振盪。通過後級電路的處理,將振和振盪兩種信號轉換成開關信號,從而起到了檢測有無物體存在的目的。該感測器能檢測金屬物體,也能檢測非金屬物體,對金屬物體可以獲得最大的動作距離,對非金屬物體動作距離決定於材料的介電常數,材料的介電常數越大,可獲得的動作距離越大。
3、霍爾開關的工作原理
磁式開關是接近開關,它(甚至透過非黑色金屬)回響於一個永久的磁場。作用距離大於電感接近開關。回響曲線與永久磁場的方向有關。
當一個目標(永久磁鐵或外部磁場)接近時,線圈鐵芯的導磁性(線圈的電感量L是由它決定的)變小,線圈的電感量也減小,Q值增加。激勵振盪器振盪,並使振盪電流增加。當一個磁性目標靠近時,磁式感測器[1]的電流消耗隨之增加。

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——位移感測器。利用位移感測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,並接近到一定距離時,位移感測器才有“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

種類

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。

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線。當有物體移向接近開關時,不論它是否為導體,由於它的接近,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,不限於導體,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後便在信號輸出,由此便可“感知”有物體接近。

熱釋電式接近開關

用能感知溫度變化的元件做成的開關叫熱釋電式接近開關。這種開關是將熱釋電器件安裝在開關的檢測面上,當有與環境溫度不同的物體接近時,熱釋電器件的輸出便變化,由此便可檢測出有物體接近。

其它型式的接近開關

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,這種現象稱為都卜勒效應。聲納和雷達就是利用這個效應的原理製成的。利用都卜勒效應可製成超音波接近開關、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都卜勒頻移,由此可以識別出有無物體接近。

主要特點

①由於能以非接觸方式進行檢測,所以不會磨損和損傷檢測對象物。
②由於採用無接點輸出方式,因此壽命延長(磁力式除外)採用半導體輸出,對接點的壽命無影響。
③與光檢測方式不同,適合在水和油等環境下使用檢測時幾乎不受檢測對象的污漬和油、水等的影響。此外,還包括特氟龍外殼型及耐藥品良好的產品
④與接觸式開關相比,可實現高速回響
⑤能對應廣泛的溫度範圍
⑥不受檢測物體顏色的影響對檢測對象的物理性質變化進行檢測,所以幾乎不受表面顏色等的影響
⑦與接觸式不同,會受周圍溫度的影響、周圍物體、同類感測器的影響包括感應型、靜電容量型在內,感測器之間相互影響。
因此,對於感測器的設定,需要考慮相互干擾。此外,在感應型中,需要考慮周圍金屬的影響,而在靜電容量型

中則需考慮周圍物體的影響。
可選輸出信號:開關量和模擬量輸出
接近開關[1]溫度漂移:<10%-+70C度
防護等級:IP67或者IP68
外殼材質:金屬或者PP外殼
感應面材質:POM或PBT
檢測距離:0.5-50MM

套用

接近開關適合於探測物體的存在與否,或高精確測量感測器到目標之間的距離。MICROSONAR可套用於檢測機構零件、流水線、交通工具、叉車、翻斗車、起重機等。也可有用於包裹、貨箱、紙板、原材料片、感測帶、建築、原材料等的測量

選型和檢測

1、接近開關的選型
電感式接近開關電感式接近開關

對於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,應選用高頻振盪型接近開關,該類型接近開關對鐵鎳、A3鋼類檢測體檢測最靈敏。
對鋁、黃銅和不鏽鋼類檢測體,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、塑膠、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音波型接近開關。
1.4.對於檢測體為金屬時,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。
2、技術指標檢測
MICROSONAR系列接近開關
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最大動作距離,測得的數據應在產品的參數範圍內。
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最大距離。
2.3.回差H的測定;最大動作距離和釋放距離之差的絕對值。
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.重複精度測定;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,然後退出動作區,使開關斷開。如此重複10次,最後計算10次測量值的最大值和最小值與10次平均值之差,差值大者為重複精度誤差。

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。

電感式接近開關電感式接近開關

2)兩線制接近開關的接線比較簡單,接近開關與負載串聯後接到電源即可。
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。而負載的另一端是這樣接的:對於NPN型接近開關,應接到電源正端;對於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、繼電器線圈或可程式控制器PLC的數字量輸入模組。
5)需要特別注意接到PLC數字輸入模組的三線制接近開關的型式選擇。PLC數字量輸入模組一般可分為兩類:一類的公共輸入端為電源0V,電流從輸入模組流出(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,電流流入輸入模組,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餘電流流過,選用時應予考慮。三線制接近開關雖多了一根線,但不受剩餘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。

接線識別

很多朋友使用接近開關或者光電開關的時候,說明書給出的接線圖上導線顏色採用英文縮寫,這裡對常用的縮寫給出定義。
BK(BLACK)黑色:一般為輸出線,輸出為常開。
BN(BROWN)棕色:一般為電源線,接電源正極。
BU(BLUE)藍色:一般為電源線,接電源負極。
WH(WHITE)白色:一般為輸出線,輸出為常閉。
NPN:黑色一端接負載,負載另外一端接電源正極。
PNP:黑色一端接負載,負載另外一端接電源負極。

注意事項

MICROSONAR系列接近開關
接近開關接近開關

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,因為它的回響頻率高、抗環境干擾性能好、套用範圍廣、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、塑膠、菸草等。則應選用電容式接近開關。這種開關的回響頻率低,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,它的價格最低。
在環境條件比較好、無粉塵污染的場合,可採用光電接近開關。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,在菸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、超音波接近開關、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複合使用。
無論選用哪種接近開關,都應注意對工作電壓、負載電流、回響頻率、檢測距離等各項指標的要求。

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
接近開關接近開關
置,移動機器或部件的極限位置;檢測迴轉體的停止位置,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、鑑別金屬件長度;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;控制鏇轉機械的轉速;與各種脈衝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;高速鏇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製品缺乏與否;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、儀表的指針範圍而控制數或流量;檢測浮標控制測面高度,流量;檢測不鏽鋼桶中的鐵浮標;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(匯流排)連線設備上各個位置上的感測器在生產線(50-100米)中的數據往返傳送等。[2]

結構形式

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,用於檢測通過槽內的物體,貫通型在我國很少生產,而日本則套用較為普遍,可用於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。
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。
2)兩線制接近開關的接線比較簡單,接近開關與負載串聯後接到電源即可。
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:對於NPN型接近開關,應接到電源正端;對於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、繼電器線圈或可程式控制器PLC的數字量輸入模組。
5)需要特別注意接到PLC數字輸入模組的三線制接近開關的型式選擇。PLC數字量輸入模組一般可分為兩類:一類的公共輸入端為電源0V,電流從輸入模組流出(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,電流流入輸入模組,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餘電流流過,選用時應予考慮。三線制接近開關雖多了一根線,但不受剩餘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
光電開關那個二極體是發光二極體,輸出則是光敏三極體,C就是集電極,E則是發射極。
一般三極體作開關使用時,通常都用集電極作輸出端。
一般接法:二極體為輸入端,E接地,C接負載,負載的另一端需要接正電源。這種接法適用範圍比較廣。
特殊接法:二極體為輸入端,C接電源正,E接負載,負載的另一端需要接地。這種接法只適用於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體工作點不正常,導致開關工作不可靠。

常見型號代表的意義

下面以獅威(LIONPOWER)接近開關舉例:
LIONPOWER接近開關介紹
一、SN04-N,SN04-P(套用最廣)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。

接線說明

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後接在交流電源端。

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