一文讀懂接近傳感器

接近傳感器被廣泛用于各種自動化生產(chǎn)線，機電一體化設(shè)備及石油、化工、軍工、科研等多種行業(yè)，那什么是接近傳感器呢？

接近傳感器

接近傳感器，是指代替限位開關(guān)等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進(jìn)行檢測為目的的傳感器的總稱。其能將檢測對象的移動信息和存在信息轉(zhuǎn)換為電氣信號。

在轉(zhuǎn)換為電氣信號的檢測方式中，包括利用電磁感應(yīng)引起的檢測對象的金屬體中產(chǎn)生的渦電流的方式、捕測體的接近引起的電氣信號的容量變化的方式、利石和引導(dǎo)開關(guān)的方式。 由感應(yīng)型、靜電容量型、超聲波型、光電型、磁力型等構(gòu)成。

(相關(guān)資料圖)

接近傳感器是利用振動器發(fā)生的一個交變磁場，當(dāng)金屬目標(biāo)接近這磁場并達(dá)到感應(yīng)距離時，在金屬目標(biāo)內(nèi)發(fā)生渦流，因此導(dǎo)致振動衰減，以至接近傳感器的振動器停振。接近傳感器的振動器振動及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，因此達(dá)到接近傳感器的非接觸式之檢測的目的。這就是接近傳感器的運作原理。

技術(shù)優(yōu)勢

① 由于其能以非接觸方式進(jìn)行檢測，所以不會磨損和損傷檢測對象物。

② 由于采用無接點輸出方式，因此壽命延長（磁力式除外）采用半導(dǎo)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(huán)境下使用檢測時幾乎不受檢測對象的污漬、油和水等的影響。此外，還包括特氟龍外殼型及耐藥品良好的產(chǎn)品。

④ 與接觸式開關(guān)相比，可實現(xiàn)高速響應(yīng)。

⑤ 能對應(yīng)廣泛的溫度范圍。

⑥ 不受檢測物體顏色的影響：對檢測對象的物理性質(zhì)變化進(jìn)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、周圍物體、同類傳感器的影響，包括感應(yīng)型、靜電容量型在內(nèi)，傳感器之間相互影響。因此，對于傳感器的設(shè)置，需要考慮相互干擾。此外，在感應(yīng)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。

當(dāng)金屬檢測體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)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)出運動機構(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)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，都是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。

接近傳感器的分類

接近傳感器按工作原理分:

高頻振蕩型、電容型、感應(yīng)電橋型、永久磁鐵型和霍耳效應(yīng)型等。

按操作原理可分為三類：

利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型，使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。

按檢測方法分：

通用型：主要檢測黑色金屬（鐵）

所有金屬型：在相同的檢測距離內(nèi)，檢測任何金屬。

有色金屬型：主要檢測鋁一類的有色金屬

根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分:

1、兩線制接近傳感器：

兩線制接近傳感器安裝簡單，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。

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 NPN、PNP 兩種輸出型都有。PNP 輸出接近傳感器一般應(yīng)用在 PLC 或計算機作為控制指令較多，NPN 輸出接近傳感器用于控制直流繼電器較多，在實際應(yīng)用中要根據(jù)控制電路的特性選擇其輸出形式。

不同類型接近傳感器的工作原理

電容式接近傳感器的工作原理：電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器的檢測面與大地間構(gòu)成一個電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)物體接近傳感器檢測面時，回路的電容量發(fā)生變化，使高頻振蕩器振蕩。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的開關(guān)信號。

電感式接近傳感器的工作原理：電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出。

高頻振蕩型接近傳感器的工作原理：由 LC 高頻振蕩器和放大處理器電路組成，當(dāng)金屬物體接近振蕩感應(yīng)頭時會產(chǎn)生渦流，使接近傳感器振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。

所有金屬型傳感器的工作原理：所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。和普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率。目標(biāo)物接近傳感器時，不論目標(biāo)物金屬種類如何，振蕩頻率都會提高。傳感器檢測到這個變化并輸出檢測信號。

有色金屬型傳感器的工作原理：有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。它有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率的變化。當(dāng)鋁或銅之類的有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時，振蕩頻率增高；當(dāng)鐵一類的黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時，振蕩頻率降低。如果振蕩頻率高于參考頻率，傳感器輸出信號。

通用型接近傳感器的工作原理：振蕩電路中的線圈 L 產(chǎn)生一個高頻磁場。當(dāng)目標(biāo)物接近磁場時，由于電磁感應(yīng)在目標(biāo)物中產(chǎn)生一個感應(yīng)電流 (渦電流)。隨著目標(biāo)物接近傳感器，感應(yīng)電流增強，引起振蕩電路中的負(fù)載加大。然后，振蕩減弱直至停止。傳感器利用振幅檢測電路檢測到振蕩狀態(tài)的變化，并輸出檢測信號。

接近傳感器的選型和檢測

接近傳感器的選型：

對于不同的材質(zhì)的檢測體和不同的檢測距離，應(yīng)選用不同類型的接近傳感器，以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價格比，為此在選型中應(yīng)遵循以下原則：

1. 當(dāng)檢測體為金屬材料時：應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器，該類型接近傳感器對鐵鎳、A3 鋼類檢測體檢測最靈敏。對鋁、黃銅和不銹鋼類檢測體，其檢測靈敏度就低。

2. 當(dāng)檢測體為非金屬材料時：應(yīng)選用電容型接近傳感器，如木材、紙張、塑料、玻璃和水等。

3. 金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測和控制時：應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。

4. 當(dāng)檢測體金屬但靈敏度要求不高時：可選用價格低廉的磁性接近傳感器或霍爾式接近傳感器。

接近傳感器選型的要素：

① 檢測類型：放大器內(nèi)藏型、放大器分離型；

② 外形：圓形、方形、凹槽型；

③ 檢測距離：以 mm 為單位；

④ 檢測物體：鐵、鋼、銅、鋁、塑料、水、紙等；

⑤ 工作電源：直流、交流、交直流通用；

⑥ 輸出形態(tài)：常開（NO）、常閉（NC）；

⑦ 輸出方式：兩線式、三線式（NPN、PNP）；

⑧ 屏蔽、非屏蔽；

⑨ 導(dǎo)線引出型、接插件式、接插件中繼式；

⑩ 應(yīng)答頻率：一秒鐘能檢測幾個物體

接近傳感器的檢測：

釋放距離的測定：當(dāng)動作片由正面離開接近傳感器的感應(yīng)面，開關(guān)由動作轉(zhuǎn)為釋放時，測定動作片離開感應(yīng)面的最大距離。

回差 H 的測定：最大動作距離和釋放距離之差的絕對值。

動作頻率測定：用調(diào)速電機帶動膠木圓盤，在圓盤上固定若干鋼片，調(diào)整開關(guān)感應(yīng)面和動作片間的距離，約為開關(guān)動作距離的 80% 左右，轉(zhuǎn)動圓盤，依次使動作片靠近接近傳感器，在圓盤主軸上裝有測速裝置，開關(guān)輸出信號經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計。此時啟動電機，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動作片的乘積與頻率計數(shù)相等的條件下，可由頻率計直接讀出開關(guān)的動作頻率。

重復(fù)精度測定：將動作片固定在量具上，由開關(guān)動作距離的 120% 以外，從開關(guān)感應(yīng)面正面靠近開關(guān)的動作區(qū)，運動速度控制在 0.1mm / s 上。當(dāng)開關(guān)動作時，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動作區(qū)，使開關(guān)斷開。如此重復(fù) 10 次，最后計算 10 次測量值的最大值和最小值與 10 次平均值之差，差值大者為重復(fù)精度誤差。

接近傳感器的常見故障排除

① 穩(wěn)定電源給接近傳感器單獨供電；

② 響應(yīng)頻率在額定范圍內(nèi)；

③ 物體檢測過程中有抖動，導(dǎo)致超出檢測區(qū)域；

④ 多個探頭緊密安裝互相干擾；

⑤ 傳感器探頭周圍的檢測區(qū)域內(nèi)有其他被測物體；

⑥ 接近傳感器的周圍有大功率設(shè)備，有電氣干擾。

接近傳感器廣泛地應(yīng)用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無機械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強等特點。目前，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。

本文來自微信公眾號：傳感器技術(shù) （ID：WW_CGQJS），作者：法拉第