常用接近開關的原理和分類

2020-12-09 工控窩

接近開關是一種無需與運動部件進行機械直接接觸而可以操作的位置開關,當物體接近開關的感應面到動作距離時,不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關動作,從而驅動直流電器或給計算機(plc)裝置提供控制指令。

一、接近開關的原理和分類:

因為位移傳感器可以根據不同的原理和不同的方法做成,而不同的位移傳感器對物體的「感知」方法也不同,所以常見的接近開關有以下幾種:

1、無源接近開關

這種開關不需要電源,通過磁力感應控制開關的閉合狀態。當磁 或者鐵質觸發器靠近開關磁場時,和開關內部磁力作用控制閉合。特點:不需要電源,非接觸式,免維護,環保。

2、渦流式接近開關(電感式接近開關)

這種開關有時也叫電感式接近開關。它是利用導電物體在接近這個能產生電磁場接近開關時,使物體內部產生渦流。這個渦流反作用到接近開關,使開關內部電路參數發生變化,由此識別出有無導電物體移近,進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電體。

電感式傳感器由三大部分組成:振蕩器、開關電路及放大輸出電路。振蕩器產生一個交變磁場。當金屬目標接近這一磁場,並達到感應距離時,在金屬目標內產生渦流,從而導致振蕩衰減,以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被後級放大電路處理並轉換成開關信號,觸發驅動控制器件,從而達到非接觸式之檢測目的。

2 、電容式接近開關的工作原理

這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板,而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時,不論它是否為導體,由於它的接近,總要使電容的介電常數發生變化,從而使電容量發生變化,使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化,由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象,不限於導體,可以絕緣的液體或粉狀物等。

電容式接近開關的感應面由兩個同軸金屬電極構成,很象「打開的」電容器電極,該兩個電極構成一個電容,串接在RC振蕩迴路內。電源接通時,RC振蕩器不振蕩,當一目標朝著電容器的電靠近時,電容器的容量增加,振蕩器開始振蕩。通過後級電路的處理,將振和振蕩兩種信號轉換成開關信號,從而起到了檢測有無物體存在的目的。該傳感器能檢測金屬物體,也能檢測非金屬物體,對金屬物體可以獲得最大的動作距離,對非金屬物體動作距離決定於材料的介電常數,材料的介電常數越大,可獲得的動作距離越大。

3 、霍爾開關的工作原理

霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關,叫做霍爾開關。當磁性物件移近霍爾開關時,開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化,由此識別附近有磁性物體存在,進而控制開關的通或斷。這種接近開關的檢測對象必須是磁性物體。

磁式開關是接近開關,它(甚至透過非黑色金屬)響應於一個永久的磁場。作用距離大於電感接近開關。響應曲線與永久磁場的方向有關。當一個目標(永久磁鐵或外部磁場)接近時,線圈鐵芯的導磁性(線圈的電感量L是由它決定的)變小,線圈的電感量也減小,Q值增加。激勵振蕩器振蕩,並使振蕩電流增加。當一個磁性目標靠近時,磁式傳感器的電流消耗隨之增加。

原理簡介:

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,薄片的兩端就會產生電位差,這種現象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U,其表達式為: U=K·I·B/d;

其中K為霍爾係數,I為薄片中通過的電流,B為外加磁場(洛倫磁力Lorrentz)的磁感應強度,d是薄片的厚度。 由此可見,霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關係。

霍爾開關就屬於這種有源磁電轉換器件,它是在霍爾效應原理的基礎上,利用集成封裝和組裝工藝製作而成,它可方便的把磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號,同時又具備工業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來表徵的,當B值達到一定的程度(如B1)時,霍爾開關內部的觸發器翻轉,霍爾開關的輸出電平狀態也隨之翻轉。輸出端一般採用電晶體輸出,和其他傳感器類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型(雙極性)、雙信號輸出之分。

霍爾開關具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點,內部採用環氧樹脂封灌成一體化,所以能在各類惡劣環境下可靠的工作。霍爾開關可應用於接近傳感器、壓力傳感器、裡程表等,作為一種新型的電器配件。

4、光電式接近開關

利用光電效應做成的開關叫光電開關。將發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後便在信號輸出,由此便可「感知」有物體接近。

5、其它型式

當觀察者或系統對波源的距離發生改變時,接近到的波的頻率會發生偏移,這種現象稱為都卜勒效應。聲納和雷達就是利用這個效應的原理製成的。利用都卜勒效應可製成超聲波接近開關、微波接近開關等。當有物體移近時,接近開關接收到的反射信號會產生都卜勒頻移,由此可以識別出有無物體接近。

二、接近開關的功能介紹:

1、檢驗距離

檢測電梯、升降設備的停止、起動、通過位置;檢測車輛的位置,防止兩物體相撞檢測;檢測工作機械的設定位置,移動機器或部件的極限位置;檢測迴轉體的停止位置,閥門的開或關位置。

2、尺寸控制

金屬板衝剪的尺寸控制裝置;自動選擇、鑑別金屬件長度;檢測自動裝卸時堆物高度;檢測物品的長、寬、高和體積。

3、檢測物體存在有否檢測生產包裝線上有無產品包裝箱;檢測有無產品零件。

4、轉速與速度控制

控制傳送帶的速度;控制旋轉機械的轉速;與各種脈衝發生器一起控制轉速和轉數。

5、計數及控制

檢測生產線上流過的產品數;高速旋轉軸或盤的轉數計量;零部件計數。

6、檢測異常

檢測瓶蓋有無;產品合格與不合格判斷;檢測包裝盒內的金屬製品缺乏與否;區分金屬與非金屬零件;產品有無標牌檢測;起重機危險區報警;安全扶梯自動啟停。

7、計量控制

產品或零件的自動計量;檢測計量器、儀表的指針範圍而控制數或流量;檢測浮標控制測面高度,流量;檢測不鏽鋼桶中的鐵浮標;儀表量程上限或下限的控制;流量控制,水平面控制。

8、識別對象

根據載體上的碼識別是與非。

9、信息傳送

ASI(總線)連接設備上各個位置上的傳感器在生產線(50-100米)中的數據往返傳送等。

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