接近开关简介

接近开关简介 接近开关简介 一、 性能特点         在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。 当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。 二、 种类          因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种： 1． 涡流式接近开关         这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。 2． 电容式接近开关         这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。 3． 霍尔接近开关         霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 4． 光电式接近开关         利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。 5． 热释电式接近开关         用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。 6． 其它型式的接近开关         当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。 三、 主要用途         接近开关在航空、航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用。在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上都有应用。在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。在测量技术中，如长度，位置的测量；在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关。 四、 选用注意事项         在一般的工业生产场所，通常都选用涡流式接近开关和电容式接近开关。因为这两种接近开关对环境的要求条件较低。当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物上的物体时，一般都选用涡流式接近开关，因为它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围广、价格较低。若所测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等。则应选用电容式接近开关。这种开关的响应频率低，但稳定性好。安装时应考虑环境因素的影响。若被物为导磁或者为了区别和它在一同运动的物体而把磁钢埋在被测物体内时，应选用霍尔接近开关，它的价格最低。         在环境条件比较好、无粉尘污染的场合，可采用光电接近开关。光电接近开关工作时对被测对象几乎无任何影。因此，在要求较高的传真机上，在烟草机械上都被广泛地使用。 在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、微波接近开关。有时为了提高识别的可靠性，上述几种接近开关往往被复合使用。     无论选用哪种接近开关，都应注意对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指标的要求。 电感式传感器 1． 电感式传感器工作原理 电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。 2． 传感器选型指南 选择的依据是要决定哪一个是合适的传感器原理。这取决于将要测定的目标的材料。 如果目标是金属的，那么需要一个电感传感器。 如果目标是塑料做的，纸做的；或（油基或水基）流体、颗粒、或者粉末，那么需要一个电容传感器。 如果目标带有磁性，那么电磁传感器是合适的。 为你的应用选择最佳传感器的4个步骤： 步骤1 按外壳形状 步骤2 按动作距离 步骤3 按电气数据和输出形式 步骤4 按其它技术参数 步骤1 按外壳形状 圆柱形传感器 这此传感器在它们的正面有一个感应区域，指向轴线方向。现有的直径是从3mm(没有螺纹)和4mm(有螺纹)，一直到// 现有的罩壳材料有： ★ 高级不锈钢 ★ 黄铜，镀镍或者复盖聚四氟乙稀 ★ 塑料 矩形传感器 槽型传感器 步骤2 按动作距离 动作距离是一个接近开关的最重的特征。根据物理原理，对于电感传感器和电容传感器，可以应用下面的近似公式： S≤D/2 式中，D是传感器的传感面直径。 S是传感器的动作距离 动作距离的定义 当用标准测试板轴向接近开关感应面，使开关输出信号发生变化时测量的开关感应面和测试板之间的距离。 标准测试板尺寸： 其边长或为传感器的直径，或为3Sn（3倍额定动作距离）取二者中较大者，厚度为1mm 材料：为ST37或碳钢 例如：传感器直径为D=18mm Sn=5mm 则D（18mm）>3Sn(3X5mm=15mm) 取18X18X1 为标准测试板 如直径为D=18mm Sn=8mm 则D(18mm)<3Sn(3X8=24mm) 则D（18mm）<3Sn(3X8=24mm) 取24X24X1 为标准测试板 额定动作距离Sn 开关设计时理想的动作距离，即不考虑制造及外部条件所引起的偏差。 有效动作距离Sr 开关在额定工作电压及室温下（23±50℃）测得的动作距离 0.9Sn£Sr £1.1Sn 可用动作距离Su 开关在允许的环境温度-25℃--+70℃下，输入电压在额定电压的85%到110%范围内，测得的动作距离 0. 9Sr£Su £1.1Sr 可靠动作距离Sa 在这个动作距离内，开关的动作是可靠的 0£Sa £0.81Sn 重复精度 是指在外壳温度为（23±5）℃，相对湿度为随机的，供电电压为Ue±5%,在8个小时的范围内进行测量所产生的有效作用距离的变化量： R£0.1Sr 回环宽度H 当测试板靠近接近开关和当测试板离开接近开关时所获得的两个开关点之间的距离差。这个距离差是相对于有效作用距离的百分数来表示，测量的环境温度为（23±5）℃，和在额定的工作电压范围内： H£0.2Sr 测量动作距离时，标准测试板必须轴向接近开关，然而，如果测试板在有效传感区内横向移动，则会获得不同的动作距离，并且与离开轴线的距离有关。 对于槽型传感器，响应只和目标插入槽口中的深度有关。 衰减系数 影响动作距离的因素 衰减（或阻尼）材料的性质起了重要的作用，这可以用衰减系数来描述。 衰减系数是指某一种材料的动作距离相对于ST37号钢减少了多少。衰减系数越小，则对于某种特定材料的动作距离就越小。 对于电容传感器特征参数是相对介电常数 齐平/非齐平安装 齐平安装：传感器埋入金属性基座内，其有效感应工作表面与基座面齐平。 非齐平安装：传感器不可埋入从属性基座内，其有效感应工作表面必须与其座保持一定的尺寸。最大的可能动作距离（与直径有关）是用非齐平式传感器来获得的。 齐平式安装的电感传感器和电容传感器有这些优点：它们有更好的机械保护性能，与非齐平式安装的传感器相比较，对于错误的电影响的灵敏度更低。这些都是通过一个专门的内部屏蔽环来获得的。 齐平式安装的传感器与非齐平式安装的传感器相比较，其作用距离大约是后者的69%。 传感器常常被一个先靠着一个地进行安装。为了避免相互之间的干扰，应该保持由表中给出的最小间隙C。 步骤3 按电气数据和输出型式 直流二线制 负载必须串接在传感器内进行工作。 有短路保护和极性变换保护。 直流三线制 这些传感器的电源和负载分开连接。它们有过载保护、短路保护和极性保护，它们的剩余电流可以忽略不计。 直流四线制 这些传感器与三线制相同，只是同时提供一个常闭和一个常开输出。 交流二线制 负载必须串接在传感器内工作。根据其功能，在开关断开的情况下，会有一个小的剩余电流过。接通时会有一个电压降。 NAMUR型二型二线制 NAMUR传感器是一种仅仅包含一振荡器的二线制传感器。该传感器的内阻随着感应目标的远近，而发生变化，相应的电流也随之变化。 并联和串联连接 接近开关可以采用并联或串联的连接，以实现简单的逻辑功能（与、或、与非、或非）。 与机械开关组合在一起也是可能的。根据防暴规定，NAMUR传感器不能采用并联或串联的连接。 三线直流与四线直流传感器的串联 当串联时，电压降相加，单个传感器的接通延时间相加 三线直流与四线直流传感器并联 双线交流传感器的串联 常开触点：“与”逻辑 常闭触点：“或非”逻辑 当串联时，在传感器上的电压降相加，它减低了在负载上可利用的电压，因此要注意：不能低于负载上的最小工作电压（注意到电网电压的波动）。 机械开关与交流传感器的并联 断开的触点中断了传感器的电源电压，若在传感器被衰减期间内机械触点闭合的话，则会产生一个短时间的功能故障，传感器的准备延迟时间（t£80ms）避免了立即的通断动作. 补偿方法：将一人电阻并联在机械触点上（当触点断开时也是一样），此电阻使传感器的准备时间不会再起作用，对与220V交流，此电阻大约82kW/1w. 电阻的计算方法：近似值大约为400W/V 双线交流传感器的并联 常开触点：“或”逻辑 常闭触点：“与非”逻辑 当并联时，剩余电流相加，例如：它可以— —在可编程控制器的输入端会产生一个高电平的假象。 —超过小继电器的维持电流，避免了在触点上的压降。 —机械开关与交流传感器的并联 闭合的触点使传感器的工作电压短路，当触点断开之后，只有在准备延迟时间（t£80ms）之后传感器才处于功能准备状态。 补偿办法：触点上串联一个电阻，可以可靠地保证了传感器的最小工作电压，因此避免了在机械触点断开之后的准备延迟。 计算电阻的公式：R= 步骤4 按其它技术参数 空载电流I是指传感器自身所需要的电流，即在没有负载时测量。 工作电流（持续电流）I 是指连续工作时的最大负载电流。 瞬时电流I 是指在开关闭合时不会损坏传达室感器的短时间内允许出现的电流。 剩余电流I 是指传感器断开时，流过负载的电流 工作电压U 是指供电电压范围。在这个电压范围内，传感器可以保证安全工作。对于NAMUR传感器，必须标明额定电压。 电压降U 是指传感器接通时在传感器二端或者输出端测量得到的电压。 纹波电压 是指叠加在工作电压之上的交流电压（峰-峰值），常用算术平均值的百分比来表示。 开关频率 是指从衰减状态转变到没有衰减的状态的变换的最大次数，用赫兹（Hz）来度量。 允许干扰电压 是指作用在电源上的短时间的电压尖峰，可能会损坏无保护的传感器。 接通延时 是指在接近开关的电源电压接上，到该接近开关开始工作，所需要的时间。 对误脉冲抑制 当工作电压加上的时候，能在TV这个时间阶段里，抑制错误信号的输出。 短路保护 如果极限电流超过的话，输出会周期性地封闭和释放，直至短路被除。 极性保护 直流传感器具防止输入电源电压极性误接的保护功能。 过载保护 任何过载对传感器均无损害 断路保护 电源线断路不会引起误动作 导线颜色编码和连接形式 形式 功能 级性 导线颜色/端子 2-线 N.O. 自由 AC N.C. 自由 Or N.O. 注明 L+棕，L-蓝 DC N.C. 注明 L+棕，L-蓝 金属外壳的交流型传感器外壳需接地 注：电气连接图中 BN-棕色 BI-蓝色 BK-黑色 WH-白色 电容式传感器的工作原理 　 　 电容式传感器的工作原理 电容式传感器的感应面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。 电源接通时，RC振荡器不振荡，当一目标朝着电容器的电靠近时，电容器的容量增加，振荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，可获得的动作距离越大。 　 光电式传感器工作原理 光电式传感器工作原理 光电传感器的构成 光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的反射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 光纤（又称光导纤维LWL），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。 分类和工作方式 1． 槽开光电开关 把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。 2． 对射式光电开光 若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。 3． 反光板反射式光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。 4． 扩散反射式光电开关 它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。 5． 光纤式光电开关 把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。 术语 距离滞后 指的是测量板接近或者移去时开关偏移的距离。距离滞后用开关距离的百分比来表示。 参考轴 发送器和接收器（对射型光电传感器），或者发送器和目标/反射板（反射型，反射板型光电传感器）之间构成的相对的理想轴线。在对射型光电传感器的情况下，参考轴就是透镜的光轴。在反射型和反射板型光电传感器的情况下，参考轴就是发送器和接收器透镜的光轴之间的中线。 反射板盲区 光束在反射的过程中，有一段区域是不能识别反射板的区域，这段区域就是反射板的盲区。 暗通（D.on） 是指当接收装置无光束射入时光电传感器的开关接通；当反射型光电传感器接收反射光束，如果无物体出现，则开关接通，而当有物体出现在光束射线的中间时，开关就断开。 亮动（L.on） 是指当光学接收器受到光照的时候，传感器的输出接通。对射型和反射板型光电传感器是在光线遮住的时候，输出接通;反射型光电传感器，是在目标足够接近的时候，输出接通。 盲区 是指反射型光电传感器不能识别目标的范围 NAMUR 是化工行业检测和控制技术的标准；要求仪表坚固可靠，适宜在易爆环境中工作。 传感器接线图 双线直流 电路原理图 接线电压：10—65V直流 常开触点（NO） 无极性 防短路的输出 漏电电流≤0.8mA 电压降≤5V 注意不允许双线直流传感器的串并联连接 三线直流           电路原理图 接线电压：10—30V直流 常开触点(NO) 电压降≤1.8V 防短路的输出 完备的极性保护  三线直流与四线直流传感器的串联 当串联时，电压降相加，单个传感器的准备延迟时间相加。 四线直流        电路原理图 接线电压：10—65V 切换开关 防短路的输出 完备的极性保护 电压降≤1.8V 三线直流与四线直流传感器的并联 双线交流 电路原理图 常开触点(NO) 常闭触点(NC) 接线电压：20—250V交流 漏电电流≤1.7mA 电压降≤7V（有效值） 双线交流传感器的串联 常开触点：“与”逻辑 常闭触点：“或非”逻辑 当串联时，在传感器上的电压降相加，它减低了负载上可利用的电压，因此要注意：不能低于负载上的最小工作电压（注意到电网电压的波动）。 机械开关与交流传感器的串联 断开的触点中断了传感器的电源电压，若在传感器被衰减期间内机械触点闭和的话，则会产生一个短时间的功能故障，传感器的准备延迟时间（t≤80ms）避免了立即的通断动作。 补偿方法：将一电阻并联在机械触点上（当触点断开时也是一样），此电阻使传感器的准备时间不再起作用，对于200V交流，此电阻大约为82KΩ/1w。 电阻的计算方法：近似值大约为400Ω/V 双线交流传感器的并联 常开触点：“与”逻辑 常闭触点：“或非”逻辑 闭和触点使传感器的工作电压短路，当触点短开以后只有在准备延迟时间（t≤80ms）之后传感器才处于功能准备状态。 补偿办法：触点上串联一个电阻可以可靠地保证了传感器的最小工作电压，因此避免了在机械触点断开之后的准备延迟。 计算电阻的公式：R=10/I P=I²×R