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机械技术

接近开关的工作原理及特性

时间:2019-12-11 14:07:37   作者:   来源:   阅读:142   评论:0

    接近开关是一种无需与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关,当物体接近开关的感应面到动作距离时,不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作,从而驱动直流电器或给计算机(plc)装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器(即无触点开关5,它既有行程开关、微动开关的特性,同时具有传感性能,且动作可靠,性能稳定,频率响应快,应用寿命长,抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。

    接近开关又称无触点接近开关,是理想的子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域,开关就能无接触,无压力、无火花、迅速发出电气指令,准确反应出运动机构的位置和行程,即使用于一般的行程控制,其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力,是一般机械式行程开关所不能相的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节等。

性能特点

    在各类开关中,有一种对接近物件有“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。但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”。

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:

电感式接近开关

电感式接近开关


无源接近开关
    这种开关不需要电源,通过磁力感应控制开关的闭合状态。当磁 或者铁质触发器靠近开关磁场时,和开关内部磁力作用控制闭合。特点:不需要电源,非接触式,免维护,环保。
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 断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。
1.原理:由电感线圈和电容及晶体管组成振荡器,并产生一个交变磁场,当有金属物体接近这一磁场时就会在金属物体内产生涡流,从而导致振荡停止,这种变化被后极放大处理后转换成晶体管开关信号输出。
2.特点:A、抗干扰性能好,开关频率高,大于200 Hz B、只能感应金属。
3.应用在各种机械设备上做位置检测、计数信号拾取等。
涡流式接近开关
涡流式接近开关
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。这种接近开关检氐亩韵螅不限于导体,可以绝缘的液体或粉状物等。
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毓啬诓康缏纷刺发生变化,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。
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叵蜃霸谕一个检测头内。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。
其它型式
    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匾疲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。

主要功能

1.检验距离
  检测电梯、升降设备的停止、起动、通过位置;检测车辆的位置,防止两物体相撞检测;检测工作机械的设定位置,移动机器或部件的极限位置;检测回转体的停止位置,阀门的开或关位置。
2.尺寸控制
  金属板冲剪的尺寸控制装置;自动选择、鉴别金属件长度;检测自动装卸时堆物高度;检测物品的长、宽、高和体积。
3.检测物体存在有否
检测生产包装线上有无产品包装箱;检测有无产品零件。
4.转速与速度控制
  控制传送带的速度;控制旋转机械的转速;与各种脉冲发生器一起控制转速和转数。
5.计数及控制
  检测生产线上流过的产品数;高速旋转轴或盘的转数计量;零部件计数。
6.检测异常
  检测瓶盖有无;产品合格与不合格判断;检测包装盒内的金属制品缺乏与否;区分金属与非金属零件;产品有无标牌检测;起重机危险区报警;安全扶梯自动启停。
7.计量控制
  产品或零件的自动计量;检测计量器、仪表的指针范围而控制数或流量;检测浮标控制测面高度,流量;检测不桓滞爸械奶浮标;仪表量程上限或下限的控制;流量控制,水平面控制。
8.识别对象
  根据载体上的码识别是与非。
9.信息传送
  ASI(总线)连接设备上各个位置上的传感器在生产线(50-100米)中的数据往返传送等。

主要用途

    接近开关在航空、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。

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。
    若被测物为导磁材料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响。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。
    炻垩∮媚闹纸咏开关,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 




接近开关接线图

接近开关的工作原理及特性
    说明:如果传感器本身没有加电阻,那么外接电阻不可省,
工作原理:PNP传感器,当传感器不动作时,4端子的电压时0V,当传感器动作时,由于外接电阻的存在,4端子的电压就是24V。
    NPN传感器,当传感器不动作时,4端子的电压是24V,当传感器动作时,由于外接电阻的存在,4端子的电压就是0V。
接近开关的工作原理及特性
接近开关的工作原理及特性
    接近开关的工作原理说明:
    对于两线制的接近开关,相当于一个开关,并且能感应金属或非金属的接近,一般用的原理是霍尔效应,三线制相当于有两个输出端,一个常闭,一个常开,当有物体接近时,状态会发生变化,一般我们只用一端就可以了,两线制比三线牡难菇狄大得多,所以使用时要注意负载的最小电压是多少,两线制开关使用时必须经过负载(继电器线圈,PLC数字量模块等),不然会短路烧掉。接近开关里面是一个磁敏电阻,当它接近金属电阻阻值就变小导通,两线的回路中必须带它允许电流的负载后,才接到电源中去,绝对不允许不带负载接电源。
    三线制的两线接电源,一线输出,分为NPN和PNP两种,NPN型输出低电平,PNP输出高电平,两线制接近开关内部是感应二极管,三线制接近开关内部是感应三极管,
    三线制为两根线接DC24电源,另外砀接信号线(棕正蓝负黑信号),两线制则是一根接DC24V正,另一根为信号线,

接近开关的工作原理及特性

接近开关的工作原理及特性

    虽然看起来不大,有的甚至很小,但其内部都是由传感器线圈、振荡器、数模转换器、放大器、输出端组成。检测时原理则如下图所示:
    如上左图所示,接近开关感应面前方区域,由LC振荡器一直产生一个高频振荡的电磁场(如上图所示左侧正弦波),当有一个铁磁性的金属进入图中所示的电磁场区域时,根据叽鸥杏υ理,铁磁性金属的内部会感应出电涡流,而依据楞次定律,这个电涡流会产生一个反向影响传感器本身电磁场方向的另外一个电磁场,因为两者方向相反,那么矢量叠加之后电磁场的幅值就会衰减(如上图右侧波形所示),这时候内部的处理器会检测到这个幅值的衰减,进而把信呔过数模转换及放大器输出,这时候我们使用者就能看到传感器开关灯的状态发生改变了。所以从原理上来理解的话,我们可以知道为什么电感式接近开关只能检测金属了。(当然,有人也会问,既然只有铁磁性金属才能产生涡流,那为什么铝、铜这种非铁磁性的金属也能检测到呢?这里弑阋哺大家普及一下,为了解决这个问题,很多厂家的做法是在检测振荡电磁场幅值的同时检测其振荡频率,当铝、铜等非铁磁性金属进入感应区时 ,振荡频率会发生改变,通过检测这些综合指标,继而可以检测所有的金属 )
接近开关的工作原理及特性
    既然了解了接近开关的原理里,下面就是使用的问题了。首先需要重视的一点是,因为电感式原理对铁磁性金属和非铁磁性判断方法不同,所以同一款标准的接近开关检测不同的金属时其感应距离是不同的。下图所示为某款接近开关检测不同金属时感应距离与被测物材质的关系。(当然,现在也有一些特殊型号即衰减系数为1的接近开关,在检测不同的金属时可以做到有相同的感应距离,但因为其价格较贵普及度不高,今天我们不做交流),由图中可知,同一款传感器检测不同的金属时其感应距离相差还是很大的。
接近开关的工作原理及特性
    从左到右依次为生铁、不锈钢星Α⒒仆、铝、紫铜
    第二点需要注意的是接近开关现场安装时会有一个参数叫齐平、非齐平的(也有叫屏蔽、非屏蔽的)。所谓齐平就是指接近开关感应面与与周围金属壳体是齐平的,这种安装方式的在使用时可以把接近开关埋在金属载体中,只要感应胁坏陀谠靥迕婢托小6非齐平类型的在安装时其感应面必须高出周围金属载体(非金属载体则无此要求),(在此顺便普及一下为什么会有非齐平的方式:因为非齐平的感应面其电磁场区域大,在同等尺寸的外壳下可以增加感应距离,而大的感应距离正是很多应用所需要的,所以才有了非衅降纳杓疲。

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