接近傳感器的工作原理及接近傳感器選型
1. 概述
接近傳感器又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)接近傳感器，是理想的電子開(kāi)關(guān)量傳感器。當金屬檢測體接近傳感器的感應區域，開(kāi)關(guān)就能無(wú)接觸，無(wú)壓力、無(wú)火花、迅速發(fā)出電氣指令，準確反應出運動(dòng)機構的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比的。它廣泛地應用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統中可作為限位、計數、定位控制和自動(dòng)保護環(huán)節。接近傳感器具有使用壽命長(cháng)、工作可靠、重復定位精度高、無(wú)機械磨損、無(wú)火花、無(wú)噪音、抗振能力強等特點(diǎn)。因此到目前為止，接近傳感器的應用范圍日益廣泛，其自身的發(fā)展和創(chuàng )新的速度也是極其迅速。
2.工作原理
2.1電感式接近開(kāi)關(guān)工作原理
電感式接近傳感器屬于一種有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，它由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(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應頭時(shí)，使物體內部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩能力衰減，內部電路的參數發(fā)生變化，由此識別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。
2.2電容式接近開(kāi)關(guān)系列
電容式接近傳感器亦屬于一種具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測量頭通常是構成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是物體的本身，當物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，物體和接近開(kāi)關(guān)的介電常數發(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(kāi)關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開(kāi)關(guān)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ε的物體時(shí)，可以順時(shí)針調節多圈電位器（位于開(kāi)關(guān)后部）來(lái)增加感應靈敏度，一般調節電位器使電容式的接近開(kāi)關(guān)在0.7-0.8Sn的位置動(dòng)作。
2.3霍爾開(kāi)關(guān)工作原理
2.3.1原理簡(jiǎn)介
當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì )產(chǎn)生電位差，這種現象就稱(chēng)為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱(chēng)為霍爾電勢U，其表達式為
U=K??I??B/d
其中K為霍爾系數，I為薄片中通過(guò)的電流，B為外加磁場(chǎng)（洛倫磁力Lorrentz）的磁感應強度，d是薄片的厚度。
由此可見(jiàn)，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場(chǎng)的磁感應強度成正比的關(guān)系。
霍爾開(kāi)關(guān)的輸入端是以磁感應強度B來(lái)表征的，當B值達到一定的程度（如B1）時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)內部的觸發(fā)器翻轉，霍爾開(kāi)關(guān)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，和接近開(kāi)關(guān)類(lèi)似有NPN、PNP、常開(kāi)型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號輸出之分。
3. 接近傳感器的分類(lèi)及結構
3.1兩線(xiàn)制接近傳感器
兩線(xiàn)制接近傳感器安裝簡(jiǎn)單，接線(xiàn)方便；應用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。
3.2直流三線(xiàn)式
直流三線(xiàn)式接近傳感器的輸出型有NPN和PNP兩種，70年代日本產(chǎn)品絕大多數是NPN輸出，西歐各國NPN、PNP兩種輸出型都有。PNP輸出接近傳感器一般應用在PLC或計算機作為控制指令較多，NPN輸出接近傳感器用于控制直流繼電器較多，在實(shí)際應用中要根據控制電路的特性進(jìn)行選擇其輸出形式。
4 接近傳感器的選型和檢測
4.1   對于不同的材質(zhì)的檢測體和不同的檢測距離，應選用不同類(lèi)型的接近傳感器，以使其在系統中具有高的性能價(jià)格比，為此在選型中應遵循以下原則：
4.1.1 當檢測體為金屬材料時(shí)，應選用高頻振蕩型接近傳感器，該類(lèi)型接近傳感器對鐵鎳、A3鋼類(lèi)檢測體檢測最靈敏。對鋁、黃銅和不銹鋼類(lèi)檢測體，其檢測靈敏度就低。
4.1.2 當檢測體為非金屬材料時(shí)，如；木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應選用電容型接近傳感器。
4.1.3 金屬體和非金屬要進(jìn)行遠距離檢測和控制時(shí)，應選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。
4.1.4 對于檢測體為金屬時(shí)，若檢測靈敏度要求不高時(shí)，可選用價(jià)格低廉的磁性接近傳感器或霍爾式接近傳感器。
4.2 接近傳感器技術(shù)指標檢測
4.2.1 動(dòng)作距離測定；當動(dòng)作片由正面靠近接近傳感器的感應面時(shí)，使接近傳感器動(dòng)作的距離為接近傳感器的最大動(dòng)作距離，測得的數據應在產(chǎn)品的參數范圍內。
4.2.2 釋放距離的測定；當動(dòng)作片由正面離開(kāi)接近傳感器的感應面，開(kāi)關(guān)由動(dòng)作轉為釋放時(shí)，測定動(dòng)作片離開(kāi)感應面的最大距離。
4.2.3 回差H的測定；最大動(dòng)作距離和釋放距離之差的絕對值。
4.2.4 動(dòng)作頻率測定；用調速電機帶動(dòng)膠木圓盤(pán)，在圓盤(pán)上固定若干鋼片，調整開(kāi)關(guān)感應面和動(dòng)作片間的距離，約為開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的80%左右，轉動(dòng)圓盤(pán)，依次使動(dòng)作片靠近接近傳感器，在圓盤(pán)主軸上裝有測速裝置，開(kāi)關(guān)輸出信號經(jīng)整形，接至數字頻率計。此時(shí)啟動(dòng)電機，逐步提高轉速，在轉速與動(dòng)作片的乘積與頻率計數相等的條件下，可由頻率計直接讀出開(kāi)關(guān)的動(dòng)作頻率。
4.2.5 重復精度測定；將動(dòng)作片固定在量具上，由開(kāi)關(guān)動(dòng)作距離的120%以外，從開(kāi)關(guān)感應面正面靠近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作區，運動(dòng)速度控制在0.1mm/s上。當開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，讀出量具上的讀數，然后退出動(dòng)作區，使開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。如此重復10次，最后計算10次測量值的最大值和最小值與10次平均值之差，差值大者為重復精度誤差.