劳动出版社精品课件 《传感器技术与应用》 A053188第八章接近开关传感器

1、接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。诞生之初就是为了用现代电子技术取代传统机械式行程开关，以完成高可靠性、高动作频率的位置、计数等控制需要而设计生产的一种位置控制检测元件，较传统机械式行程开关，接近开关可以有比非常长的使用寿命和较高的工作频率。其触发方式采用非接触的接近方式触发开关的状态，当触发物体接近开关的感应面达到有效触发距离时，不需要机械接触及施加任何压力开关就能无接触、无压力、无火花、迅速发出电气开关指令，准确反应出运动机构的位置和行程。接近开关即可以直接驱动一些小功率的交、直流电器，也可以作为输入元件给计算机（PLC)控制装置提供输入开关量信号。它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感器性能，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，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。输出形式也有常开型和开、闭转换型。目前，仍然是位置控制中不可替代的控制元件。,81 接近开关的分类及其原理,1.了解接近开关的分类及其原理。 2.掌握不同类型的接近开关的接线原理。,接近开关按照工作原理可分为电感式和电容式；按电源种类

2、可分为直流型和交流型；按输出极性可分为NPN型和PNP型。 一、电感式接近开关 电感式接近开关是在自动控制系统中最为常见的接近开关，准确的说是一种黑色金属传感器，简称接近开关。它是一种对黑色金属，就是普通导磁材料低碳钢作为敏感材料的传感器件，电感式接近开关就是指的黑色金属传感器。它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，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金属物体。 图8-1-1为电感式接近开关结构与工作原理示意图。,图8-1-1 电感式接近开关结构与工作原理示意图,二、电容式接近开关 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量端通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是检测物体的本身，当检测物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量端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和关断。这种接近开关的检测物体并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。

3、图8-1-2为电容式接近开关结构与工作原理示意图。,图8-1-2 电容式接近开关结构与工作原理示意图,二、接近开关按电源种类分类 按照接近开关的工作电源类别可分为直流型和交流型两种，其中以直流型为主。 1.交流型接近开关 一般交流型接近开关多为两线型，可以直接接在其规定电压等级的交流回路中作为较小容量负荷的开关控制。在接线原理上，其所带负荷起到串联降压和限流的作用，因此，作为一个开关，必须遵循只能与负荷串联，不能直接并联在电源两端的电气规范。图8-1-3为两线式交流接近开关的接线原理图。,2.直流型接近开关 大多数接近开关属于直流型，一般多为常开型三端元件，分别为电源端V+；电源公共端GND；输出端OUT。也可以做成两端元件和常开、常闭型的四端元件，应用中根据控制要求进行选择。,表7-1-2 半导体型气体传感器的分类 ） 应用接线原理图 ） 电气原理示意图,四、按照接近开关的输出极性分类 因为接近开关属于电子开关，对于直流型接近开关来说，其输出元件就是晶体三极管，而三极管是可以分为NPN型和PNP型的，因此，输出三极管的类别就决定了接近开关的输出极性。 1.NPN型接近开关 NPN型接

4、近开关的接线原理图如图8-1-4所示。,图8-1-4 NPN型接近开关的接线原理图,由图8-1-4可知,开关所带的负荷和开关是共电源,“ ”端的,有效触发后工作电流是由电源向接近开关内 “灌” 电流的,.PNP型接近开关 PNP型接近开关的接线原理图如图8-1-5所示. PNP型接近开关其所带负荷和开关是共GND的,有效触发后工作电流是从接近开关里向外“拉”电流的. 接近开关在自动控制中的应用大多是作为控制信号输入元件，比如为PLC控制单元提供输入信号，这时，接近开关的连接极性就非常重要。但PLC的输入端既有只允许单一电流方向的单向输入口，也有允许流进和流出的两个电流方向的双向输入口，因此应用时必须先做出极性选择，因为接近开关的极性的不同直接决定了与PLC的连接时接线方式的不同和控制是否成功。图8-1-6为不同极性的接近开关连接PLC时的接线原理图。,图8-1-6 不同极性的接近开关连接PLC时的接线原理图 ）PNP型 ）NPN型,图8-1-7 NPN接近开关与单向输入口的PLC输入端连接时的接线原理图,图8-1-7为NPN接近开关与单向输入口的PLC输入端连接时的接线原理图。,四、接

5、近开关的基本电参数 我们依据实例对接近开关的基本电参数进行认知，以下数据是某电感型接近开关的基本电气参数： 检测距离：15 mm；被检测物：铁，有效检测物尺寸不小于18181mm；响应频率：150HZ；工作电压：550V直流；工作电流：小于10mA；输出驱动电流：200 mA；温度范围：2570。 基本电参数说明如下： （1）有效检测距离越大，接近开关的价格就越高，因此应用中，如果安装和使用环境可以保证安装精度和基本位置尺寸稳定度时，15 mm的检测距离就完全可以满足控制的需要。不必太高的追求较大的检测距离参数，因为那会带来较高的成本。同时，由于检测灵敏度过高，也会在控制中引入干扰。,（2）响应频率和工作电压范围也对价格构成影响。工作电压的典型值为1030V的接近开关其性价比最高，使用最为普遍，可满足一般控制需求。对于响应频率，如果不进行高速计数采样，只作为一般位置信号的获取的话，响应频率一般大于等于50HZ即可。 （3）用于对微处理器控制装置提供输入控制信号的接近开关，由于其输出的目标大多是PLC或其它智能控制装置的输入端，几个毫安就能满足需要，因此一般不必对其输出电流指标有过高的要

6、求，可以选择微功耗接近开关；对于直接作为开关使用，需要带一定负荷的，需要根据所带负荷的大小做成合理选择。一般输出电流为200mA左右的，其性价比最高。,1.掌握圆形接近开关的安装于触发。 2.完成NPN型接近开关在PLC输入端的输入接线与触发调试。,82 接近开关的安装与触发,接近开关安装时既要保证接近开关必须刚性地安装在需要检测的位置，同时，为满足触发调节的需求，安装方式、安装环境还要保证接近开关要有两个坐标方向的调整范围。接近开关的外形一般分为圆形和方形两种，图8-2-1为两种最为常见的接近开关的外形示意图。,图8-2-1常见的接近开关的外形示意图,一、圆形接近开关的安装 图8-2-2为圆形接近开关的安装示意图。,图8-2-2 圆形接近开关的安装示意图,圆形接近开关其开关体外圆上都有外螺纹供安装固定和调节用，而且在结构上，最前段的触发有效端是没有螺纹的，这就从结构上避免了安装金属支架对触发端造成的误触发干扰，为避免干扰，安装时金属支架不可离开关的触发面太近。开关提供的外螺纹还可以作为接近开关水平方向触发距离的调节之用，因此，我们一般设计安装支架时只在接近开关的垂直方向留有长孔，作为

7、接近开关的垂直调节之用。,二、方形接近开关的安装 图8-2-3为方形接近开关的安装示意图。,图8-2-3 方形接近开关的安装示意图,方形接近开关本身的安装固定孔设计为长孔结构，可以在水平方向有一定的调节范围，为满足垂直方向的调节，支架设计时应考虑垂直方向的调节长孔。为了防止支架对接近开关触发面的误触发干扰，一般要求接近开关的触发面与固定支架之间要有一定的防护距离，一般控制在1015mm。 三、接近开关的触发 接近开关的触发一定要选择最佳触发材质，比如，电感型接近开关，触发材质以普通低碳钢最为有效。选用其它材质时，比如不锈钢、铝、铜等金属，会使得触发灵敏度降低，有时会造成控制失误。 接近开关触发时，只要求触发装置与接近开关在规定触发间距内，其有效部分超过接近开关中心线就能保证有效触发。可以利用安装方式中的调节长孔和开关本身的调节量，使触发最为稳定和有效。一旦调试结束，调整部位的螺栓必须可靠紧固。某方型接近开关触发过程示意图见图8-2-4所示。,图8-2-4接近开关有效触发示意图,实训：完成圆形接近开关传感器的安装与接线并进行开关的触发实验；将接近开关在三菱FX系列PLC的输入端完成接线和

8、PLC的输入有效测试。 实训目的 1掌握圆形NPN接近开关传感器的固定装配。 2掌握NPN接近开关传感器用于三菱FX 系列PLC输入端的接线，并测试触发条件。 实训内容 1.安装接近开关支架 2.安装固定接近开关，并完成试触发。 3.进行接近开关与指定PLC的输入端的输入接线和接近开关与PLC通电状态下的联机触发实验。 实训设备与工具 1.三菱FX系列最低点数PLC 1台；2.圆形NPN接近开关13只；3.低碳钢圆形接近开关支架13只；4.铸铁支架底座13只；5.低碳钢触发用铁块一只；5.电工工具一套；6.24V直流电源1台。,图8-2-5为接近开关安装支架零件图。,图8-2-5 接近开关安装支架零件图,图8-2-6为接近开关触发块零件图。,图8-2-6 接近开关触发块零件图,图8-2-7为支架底座零件图。,图8-2-7 支架底座零件图,实训步骤 参考图8-2-1圆形接近开关的安装示意装配图和相关零件完成圆形接近开关的安装。 1.支架的安装，支架应固定在铸铁底座上，参考支架和底座零件图以及圆形接近开关装配图，完成支架在底座上的定位划线、钻孔、攻丝、支架紧固安装等整个过程。 2.参照圆形接近开关的安装示意图在安装好的支架上完成固定接近开关。 3给装好的接近开关按照接线原理图进行接线，检查无误后通电，此时未触发，接近开关应该处于等待状态，及其状态指示灯不亮。然后用事先备好的触发铁块慢慢靠近接近开关进行试触发，进一步验证接近开关的接线是否正确、接近开关的状态是否正常、触发距离的影响以及触发距离的范围。记住，通电状态下，接近开关的三个引线连接点应保持相互绝缘。图8-2-8为试触发示意图。,图8-2-8 接近开关试触发示意图,4.按照图8-2-9的要求，完成接近开关与指定PLC输入端的连接，并通电实验。用触发铁块分别触发三个接近开关，观察PLC相应的输入端状态指示灯的变化。 5.根据实训过程写出本次实训的实训收获和感受。,图8-2-9 接近开关与PLC连接示意图,

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