陳鎖發(fā)

（鎮(zhèn)江市江南礦山機電設備有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009）

接近開關在控制系統(tǒng)中是常用的傳感元件，在控制系統(tǒng)中，可以檢測位置，與控制裝置結合，采用相應的算法，接近開關得到的信號可以測量位移、速度和加速度等控制變化量。采用接近開關有兩線、三線之分，三線制的輸出晶體管有PNP、NPN兩種方式，分別對應相應的PLC輸入點，比如源型和漏型的輸入點，兩根線分別接到PLC的+24V電源和相應的輸入端，第三根線接到PLC的輸入公共點COM，其實兩根線的，另一根就是外殼了，直接到地。接近開關在不導通時也有微弱的電流通過，一般達不到4mA，不足以使PLC的輸入端子得到信號。

1 各種接近開關及其原理

1.1 電感式接近開關

電感式接近開關屬于開關量輸出的位置傳感器，其主要由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能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應頭時，使物體內部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，控制開關的通或斷，或者根據(jù)接近的金屬物體，發(fā)出脈沖信號給控制系統(tǒng)。其能改變振蕩感應的物體時鋼或鐵等金屬物體，因此，這種接近開關所能檢測的物體必須是該類的鋼或鐵物體。

電感式傳感器一般由三個部分組成，即振蕩器、開關電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變振蕩磁場，輸出極沒有輸出信號，當金屬目標接近這一磁場并達到感應距離時，在金屬目標內產(chǎn)生渦流，從而導致振蕩衰減，直至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。如PNP輸出型的接近開關，棕色的線接+24 V，藍色線接0 V，黑色線是輸出線，接到PLC的輸入端子，電感式接近開關的原理，如見圖1所示。

圖1 電感式接近開關的原理圖

電感式接近開關的輸出方式有三極管NPN、PNP的驅動輸出和晶閘管的輸出方式。各種輸出方式的特性基本相同，有少量的差別，如典型的某種NPN參數(shù)如下：

檢測距離：1～5 mm；

被檢測物：18×18×1 mm；

鐵響應頻率：150 Hz；

工作電壓：5～50 VDC；

直流工作電流：≤10 mA；

輸出驅動電流：200 mA。

1.2 電容式接近開關

電容式接近開關也屬于一種具有開關量輸出的位置傳感器，與電感式接近開關不同之處是，其測量頭是構成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當物體移向接近開關時，物體和接近開關的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通和關斷。這種接近開關的檢測物體，并不限于金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體，在檢測較低介電常數(shù)ε的物體時，可以順時針調節(jié)多圈電位器來增加感應靈敏度，一般調節(jié)電位器使電容式的接近開關在0.7-0.8 Sn的位置動作。

1.3 霍爾式接近開關

當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，表達式為：

其中，

K為為霍爾系數(shù)；

I為薄片中通過的電流；

B為外加磁場的磁感應強度；

D為是薄片的厚度。

可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比?；魻柺浇咏_關是在霍爾效應原理的基礎上，將磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號，同時又滿足工業(yè)場合實際應用易操作和可靠性的要求。霍爾開關的輸入端是以磁感應強度B來表征的，當B值達到設定強度時，霍爾開關內部的觸發(fā)器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉。輸出端一般采用晶體管輸出，和電感式接近開關及電容式接近開關相比，基本種類相同，有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型或雙極性和雙信號輸出型?；魻栭_關具有無觸點，低功耗，使用壽命長和響應頻率高等特點，能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作。霍爾開關可應用于接近開關，壓力開關，里程表等，作為一種新型的電器配件。

1.4 光電式接近開關

光電開關是將發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的，所以它可以在許多場合得到應用。利用光電效應做成的開關叫光電開關。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個檢測頭內，當有反光面(被檢測物體)接近時，光電器件接收到反射光后便有信號輸出，由此便可“感知”有物體接近。采用集成電路技術和SMT表面安裝工藝而制造的光電開關器件，具有延時，展寬，外同步，抗相互干擾，可靠性高，工作區(qū)域穩(wěn)定和自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關是一種采用脈沖調制的主動式光電探測系統(tǒng)型電子開關，它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等，可非接觸，無損傷地迅速和控制各種固體、液體、透明體、黑體、柔軟體和煙霧等物質的狀態(tài)和動作。

光電開關可以用作物位檢測，液位控制，產(chǎn)品計數(shù)，寬度判別，速度檢測，定長剪切，孔洞識別，信號延時，自動門傳感，色標檢出，沖床和剪切機以及安全防護等諸多領域。

2 接近開關的選用及其選用要點

2.1 接近開關的選用

接近開關在工業(yè)系統(tǒng)控制中應用廣泛，如各種機床、數(shù)控設備、加工中心等，根據(jù)接近開關的特性，可以用于相關參數(shù)的測量，如長度、位置的測量。通過一定的算法程序，能夠測量位移、速度、加速度等參數(shù)，并能夠將這些參數(shù)用于控制中。

（1）傳統(tǒng)的位置開關為接觸式的行程開關，響應速度低，精度差，誤差大，因為是接觸測量，碰塊與行程開關的頻繁撞擊，造成行程開關的碰桿、微動開關等關鍵部件容易損壞，無法保證控制系統(tǒng)的可靠性。但是，行程開關的檢測位置，對檢測對象沒有特殊要求，只要是能夠接觸碰塊保證微動開關的可靠動作即可。

（2）電感型接近開關的作用距離與振蕩感應頭的截面面積有關，一般是感應檢測距離與圓形截面的半徑相等，但是其只能檢測金屬材料。

（3）電容型接近開關的組成結構與電感型接近開關基本相同，只是感應頭的取得信號方式不同，輸出的種類也較多，電容型接近開關用于非金屬物體位置的檢測，檢測距離精度很高。

（4）霍爾式接近開關就是根根據(jù)磁性原理設計，因此，使用環(huán)境要避免磁場干擾，否則會影響使用性能和精度。

（5）光電開關具有體積小、功能多、壽命長、精度高等優(yōu)點，特別是其響應速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強，但光電開關安裝盒使用環(huán)境要保證不能振動，否則將嚴重影響使用精度。

2.2 接近開關的選用要點

（1）在一般的工業(yè)生產(chǎn)過程、控制系統(tǒng)中如機床、生產(chǎn)線，通常都選用電感式接近開關和電容式接近開關，因為這兩種接近開關對環(huán)境的要求條件較低，響應頻率低，但穩(wěn)定性好，在安裝時，應考慮環(huán)境因素的影響。

（2）若被測物為導磁材料或者為了區(qū)別和其在一同運動的物體而把磁鋼埋在被測物體內時，應選用霍爾接近開關，因為其價格低、檢測效果好。

（3）在環(huán)境條件好、無粉塵污染的場合，可采用光電接近開關，但必須保證使用環(huán)境不能發(fā)生振動。

所有的接近開關，在選用時，要全面考慮電壓、負載電流、響應頻率、檢測距離等各項指標的要求。特別是電感式接近開關和電容式接近開關與PLC連接時，如果數(shù)量不多，可以直接采用PLC提供的+24 V直流電源，如果數(shù)量較多時，應當在外部提供+24 V的電源，保證系統(tǒng)的可靠性。

3 結束語

以上通過對常用各類接近開關的性能比較，提出了構成控制系統(tǒng)中采用接近開關的選用方法、注意事項等，可以提供參考。