接近傳感器的工作原理及接近傳感器選型
2017/9/6 16:15:47 點(diǎn)擊：
接近傳感器的工作原理及接近傳感器選型
1. 概述
接近傳感器又稱無觸點(diǎn)接近傳感器，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無機(jī)械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此到目前為止，接近傳感器的應(yīng)用范圍日益廣泛，其自身的發(fā)展和創(chuàng)新的速度也是極其迅速。
2.工作原理
2.1電感式接近開關(guān)工作原理
電感式接近傳感器屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。
2.2電容式接近開關(guān)系列
電容式接近傳感器亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)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)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測(cè)較低介電常數(shù)ε的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn的位置動(dòng)作。
2.3霍爾開關(guān)工作原理
2.3.1原理簡(jiǎn)介
當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為
U=K??I??B/d
其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫磁力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。
由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。
霍爾開關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。
3. 接近傳感器的分類及結(jié)構(gòu)
3.1兩線制接近傳感器
兩線制接近傳感器安裝簡(jiǎn)單，接線方便；應(yīng)用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。
3.2直流三線式
直流三線式接近傳感器的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產(chǎn)品絕大多數(shù)是NPN輸出，西歐各國(guó)NPN、PNP兩種輸出型都有。PNP輸出接近傳感器一般應(yīng)用在PLC或計(jì)算機(jī)作為控制指令較多，NPN輸出接近傳感器用于控制直流繼電器較多，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)控制電路的特性進(jìn)行選擇其輸出形式。
4 接近傳感器的選型和檢測(cè)
4.1 對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)距離，應(yīng)選用不同類型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：
4.1.1 當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接近傳感器對(duì)鐵鎳、A3鋼類檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測(cè)體，其檢測(cè)靈敏度就低。
4.1.2 當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近傳感器。
4.1.3 金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。
4.1.4 對(duì)于檢測(cè)體為金屬時(shí)，若檢測(cè)靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近傳感器或霍爾式接近傳感器。
4.2 接近傳感器技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)
4.2.1 動(dòng)作距離測(cè)定；當(dāng)動(dòng)作片由正面靠近接近傳感器的感應(yīng)面時(shí)，使接近傳感器動(dòng)作的距離為接近傳感器的最大動(dòng)作距離，測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。
4.2.2 釋放距離的測(cè)定；當(dāng)動(dòng)作片由正面離開接近傳感器的感應(yīng)面，開關(guān)由動(dòng)作轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，測(cè)定動(dòng)作片離開感應(yīng)面的最大距離。
4.2.3 回差H的測(cè)定；最大動(dòng)作距離和釋放距離之差的絕對(duì)值。
4.2.4 動(dòng)作頻率測(cè)定；用調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調(diào)整開關(guān)感應(yīng)面和動(dòng)作片間的距離，約為開關(guān)動(dòng)作距離的80%左右，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，依次使動(dòng)作片靠近接近傳感器，在圓盤主軸上裝有測(cè)速裝置，開關(guān)輸出信號(hào)經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計(jì)。此時(shí)啟動(dòng)電機(jī)，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動(dòng)作片的乘積與頻率計(jì)數(shù)相等的條件下，可由頻率計(jì)直接讀出開關(guān)的動(dòng)作頻率。
4.2.5 重復(fù)精度測(cè)定；將動(dòng)作片固定在量具上，由開關(guān)動(dòng)作距離的120%以外，從開關(guān)感應(yīng)面正面靠近開關(guān)的動(dòng)作區(qū)，運(yùn)動(dòng)速度控制在0.1mm/s上。當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動(dòng)作區(qū)，使開關(guān)斷開。如此重復(fù)10次，最后計(jì)算10次測(cè)量值的最大值和最小值與10次平均值之差，差值大者為重復(fù)精度誤差.
1. 概述
接近傳感器又稱無觸點(diǎn)接近傳感器，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸，無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長(zhǎng)、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無機(jī)械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此到目前為止，接近傳感器的應(yīng)用范圍日益廣泛，其自身的發(fā)展和創(chuàng)新的速度也是極其迅速。
2.工作原理
2.1電感式接近開關(guān)工作原理
電感式接近傳感器屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。
2.2電容式接近開關(guān)系列
電容式接近傳感器亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測(cè)量頭通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時(shí)，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測(cè)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)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢測(cè)物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測(cè)較低介電常數(shù)ε的物體時(shí)，可以順時(shí)針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)電位器使電容式的接近開關(guān)在0.7-0.8Sn的位置動(dòng)作。
2.3霍爾開關(guān)工作原理
2.3.1原理簡(jiǎn)介
當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為
U=K??I??B/d
其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫磁力Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度，d是薄片的厚度。
由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。
霍爾開關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關(guān)類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號(hào)輸出之分。
3. 接近傳感器的分類及結(jié)構(gòu)
3.1兩線制接近傳感器
兩線制接近傳感器安裝簡(jiǎn)單，接線方便；應(yīng)用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。
3.2直流三線式
直流三線式接近傳感器的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產(chǎn)品絕大多數(shù)是NPN輸出，西歐各國(guó)NPN、PNP兩種輸出型都有。PNP輸出接近傳感器一般應(yīng)用在PLC或計(jì)算機(jī)作為控制指令較多，NPN輸出接近傳感器用于控制直流繼電器較多，在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)控制電路的特性進(jìn)行選擇其輸出形式。
4 接近傳感器的選型和檢測(cè)
4.1 對(duì)于不同的材質(zhì)的檢測(cè)體和不同的檢測(cè)距離，應(yīng)選用不同類型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：
4.1.1 當(dāng)檢測(cè)體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接近傳感器對(duì)鐵鎳、A3鋼類檢測(cè)體檢測(cè)最靈敏。對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測(cè)體，其檢測(cè)靈敏度就低。
4.1.2 當(dāng)檢測(cè)體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近傳感器。
4.1.3 金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。
4.1.4 對(duì)于檢測(cè)體為金屬時(shí)，若檢測(cè)靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近傳感器或霍爾式接近傳感器。
4.2 接近傳感器技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)
4.2.1 動(dòng)作距離測(cè)定；當(dāng)動(dòng)作片由正面靠近接近傳感器的感應(yīng)面時(shí)，使接近傳感器動(dòng)作的距離為接近傳感器的最大動(dòng)作距離，測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。
4.2.2 釋放距離的測(cè)定；當(dāng)動(dòng)作片由正面離開接近傳感器的感應(yīng)面，開關(guān)由動(dòng)作轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，測(cè)定動(dòng)作片離開感應(yīng)面的最大距離。
4.2.3 回差H的測(cè)定；最大動(dòng)作距離和釋放距離之差的絕對(duì)值。
4.2.4 動(dòng)作頻率測(cè)定；用調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調(diào)整開關(guān)感應(yīng)面和動(dòng)作片間的距離，約為開關(guān)動(dòng)作距離的80%左右，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，依次使動(dòng)作片靠近接近傳感器，在圓盤主軸上裝有測(cè)速裝置，開關(guān)輸出信號(hào)經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計(jì)。此時(shí)啟動(dòng)電機(jī)，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動(dòng)作片的乘積與頻率計(jì)數(shù)相等的條件下，可由頻率計(jì)直接讀出開關(guān)的動(dòng)作頻率。
4.2.5 重復(fù)精度測(cè)定；將動(dòng)作片固定在量具上，由開關(guān)動(dòng)作距離的120%以外，從開關(guān)感應(yīng)面正面靠近開關(guān)的動(dòng)作區(qū)，運(yùn)動(dòng)速度控制在0.1mm/s上。當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動(dòng)作區(qū)，使開關(guān)斷開。如此重復(fù)10次，最后計(jì)算10次測(cè)量值的最大值和最小值與10次平均值之差，差值大者為重復(fù)精度誤差.
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