接近开关的应用_各类开关_感知

接近开关的应用

2013/2/20 16:07:37

1引言

　　在各类开关中，能够对接近它的物件有“感知”能力的元件称为位移传感器。而利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通断目的开关为接近开关。接近开关是一种新型集成化的开关，是理想的电子开关量传感器。它除了具有体积小、频率响应快、电压范围宽、抗干扰能力强、复定位精度高、操作频率高、工作可靠、寿命长、功耗低、耐腐蚀、耐振动以及能适应恶劣的工作环境等特点外，还有使用过程中无磨擦、不会增加各被感应元件的力矩等优点。

2接近开关种类

　　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)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。当磁质或者铁质触发器靠近开关磁场时，由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。

(2)涡流式接近开关

　　这种开关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的接近开关时，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。

(3)电容式接近开关

　　这种开关的测量头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，也可以是绝缘的液体或粉状物等。

(4)霍尔接近开关

　　利用磁敏元件—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，进而控制开关的通断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。

(5)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。当有被检测物体的反光面接近时，光电器件接收到反射光后便在信号端输出，由此便可“感知”有物体接近。

(6)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，由此即可检测出有物体接近。

(7)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。

3接近开关的安装、选型、检测、接线

3.1动作距离

接近开关的动作距离与被检测体的材质有关系，在相同厚度与感应面积的情况下，其

动作距离之间的关系为S铁>S不锈钢>S黄铜>S铝 >S铜。在被检测体材质相同时，接近开

关的动作距离与被检测体的厚薄和面积大小有关系。

3.2选型

对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使其在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则：　　

（1）当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、钢类检测体最灵敏。对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。　　

（2）当检测体为非金属材料时，如：木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开关。　　

（3）金属和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开关。　　

（4）对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。

（5）在一般工业生产场所，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条件要求较低。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；若被测物为导磁材料或者为了区别和它一起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。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。　　

无论是二根线、三根线的还是其它种类的，按接近开关上面简图正确接线即可，检测到物体时，接近开关指示灯就会亮，其信号线输出状态就会有变化，有的是高有效输出，有的是低有效输出，有信号和无信号输出时用万用表测量输出端电压有无差别。另外有的接近开关是集电极开路输出形式，此种情况在输出端的电源正极之间接个10K电阻才可以测量输出线的电压。

3.3安装

（1）在金属上安装接近开关时应预留一定空间，以避免该开关受到被检测物体之外的其他金属干扰而产生误动作。与感应面平行的金属应在距离感应面三倍的检测距离之外;在接近开关轴线方向四周的金属应在以接近开关轴线为圆心，以三倍的接近开关直径为高的圆柱体以外。
（2）在同时安装两个或两个以上接近开关时为防止任意二者间相互干扰，开关对置安装时应使两感应面在轴线方向的距离大于五倍的检测距离；并列安装时外圆柱面之间距离应大于三倍接近开关直径的长度，若开关直径大小不等，应按较大接近开关的直径计算。

3.4常规接线

以常用的的两线制和三线制接近开为例，三线制接近开关又分为NPN型和PNP型，它们的接线是不同的。请见附图。

附图接近开关接线图

（1）两线制接近开关的接线较简单，接近开关与负载串联后接到电源即可。

（2）三线制接近开关的接线：红（棕）线接电源正端；蓝线接电源0V端；黄（黑）线为信号，应接负载。

（3）接近开关的负载可以是信号灯、继电器线圈或PLC的数字量输入模块。

（4）如果“负载”是PLC的输入，则具体接线依照PLC的逻辑不同而不同。根据负载是何种逻辑决定如何并接电阻，并接电阻的原则就是让所并接的电阻“分流”掉一部分电流，因此实际接线时要查看PLC的输入部分的内部电路再决定如何接线。
3.5PLC接线

（1）接近开关要区分NPN与PNP型号，接线方式也不一样，另外要看PLC的输入是否对NPN或PNP输入均支持，如果不支持，必须选相对应的接近开关，如支持NPN输入就要选NPN型的接近开关，支持PNP输入就要选PNP型的接近开关。PLC数字量输入模块一般可分为两类：一类为SOURCE源型其公共输入端为电源负极，电流从输入模块流入（欧洲模式），此时，一定要选用PNP型接近开关；另一类为SINK漏型其公共输入端为电源正端，电流流出输入模块，即阱式输入（日本模式），此时，一定要选用NPN型接近开关，选错了是无法工作的。

（2）两线制接近开关受工作条件的限制，导通时开关本身产生一定压降，截止时又有一定的剩余电流流过，选用时应予考虑。三线制接近开关虽多了一根线，但不受剩余电流之类不利因素的困扰，工作更为可靠。

（3）有的厂商将接近开关的“常开”和“常闭”信号同时引出，或增加其它功能，此种情况，请按产品说明书接线。

（4）二线制接近开关有两根线，一根为电源24V+，另一根为开关信号输出，与PLC接线时要保证电源24V+的参考点位DC0V接至PLC的M端子，然后将接近开关的信号线接至PLC的DI接口即可。但要注意极性，不要接反了！接反了即使无检测物接近开关指示灯也会亮，有信号输出。
（5）虽然两线制比三线制接近开关接线简单，在外部连接上又少了一根线，但是现在还大量采用三线制接近开关的原因为两线制接近开关的“剩余电流”比较大，有些可达1mA甚至更大，与PLC“输入OFF电流”的值比较接近，如三菱FX_1N的“输入OFF电流”的临界值为1.5mA，在两者相差不多的情况下，PLC可能误认为接近开关已导通，而发出错误信息。但对三线制接近开关来说，输出截止时，漏电流极小，几乎可以忽略不计。从这一点来说，三线制比两线制接近开关工作更可靠。

（6）对于接近开关进PLC分为NPN和PNP,但如果不进入PLC时，必须用继电器进行控制,接近开关是不在控制回路中直接用的！

（7）无论NPN型、PNP型接近开关可以和任何PLC连接,只是针对NPN和PNP，PLC的接法不同。归根结底就是低电平有效和高电平有效的道理。如果是初步设计时，一定切记采用PNP接近开关，这种类型接近开关适合PLC的输入高电平有效的接线方式，因为我们设计PLC的输入端都是采用高电平有效的接线方式；与PLC接线时，PNP接近开关的输出端接入PLC输入点，电源负极端接入输入共地极COM端。也就是高电平有效的方式；如果采用了NPN接近开关，0V是不能接入COM端的，接入的是电源端VCC端，这就要求其他所有输入点的接线方式调整过来，也就是低电平有效的方式，非常繁琐。

4接近开关应用约规

被检测体不应接触接近开关，以免因摩擦及碰撞而损伤接近开关。用手拉拽接近开关引线会损坏接近开关，安装时最好在引线距开关10厘米处用线卡固定牢固。开关使用距离应设定在额定距离的2/3以内，以免受温度和电压影响，温度和电压的高低都将影响接近开关的灵敏度。电力线、动力线应尽量远离接近开关引线，无法避免时应将金属管套在外部并接地，以防开关损坏或误动作。严禁通电接线，并应按接线输出回路原理图接线。最好不要用两个接近开关的输出线控制同一个继电器的同一个线圈，否则将无法辨认动作的来源，有时甚至产生误动作。