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接近开关原理

接近开关原理发布日期：

2009-02-28

接近开关原理

（1）

分类：

财经投资

1.概述

   接近开关是一种毋需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制指令。

接近开关是种开关型传感器（即无无触点开关），它即有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、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。

   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。

当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。

它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。

在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节。

接近开关具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪音、抗振能力强等特点。

因此到目前为止，接近开关的应用范围日益广泛，其自身的发展和创新的速度也是极其迅速。

2.接近开关的主要功能

（1）检验距离

   检测电梯、升降设备的停止、起动、通过位置；检测车辆的位置，防止两物体相撞检测；检测工作机械的设定位置，移动机器或部件的极限位置；检测回转体的停止位置，阀门的开或关位置；检测气缸或液压缸内的活塞移动位置。

（2）尺寸控制

   金属板冲剪的尺寸控制装置；自动选择、鉴别金属件长度；检测自动装卸时堆物高度；检测物品的长、宽、高和体积。

  （3）检测物体存在有否检测生产包装线上有无产品包装箱；检测有无产品零件。

  （4）转速与速度控制

控制传送带的速度；控制旋转机械的转速；与各种脉冲发生器一起控制转速和转数。

   （5）计数及控制

   检测生产线上流过的产品数；高速旋转轴或盘的转数计量；零部件计数。

   （6）检测异常

   检测瓶盖有无；产品合格与不合格判断；检测包装盒内的金属制品缺乏与否；区分金属与非金属零件；产品有无标牌检测；起重机危险区报警；安全扶梯自动启停。

   （7）计量控制

   产品或零件的自动计量；检测计量器、仪表的指针范围而控制数或流量；检测浮标控制测面高度，流量；检测不锈钢桶中的铁浮标；仪表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。

   （8）识别对象

   根据载体上的码识别是与非。

   （9）信息传送

   ASI（总线）连接设备上各个位置上的传感器在生产线（50-100米）中的数据往返传送等。

3.接近开关分类及结构

   接近开关的作用是当某物体与接近开关接近并达到一定距离时，能发出信号。

它不需要外力施加，是一种无触点式的主令电器。

它的用途已远远超出行程开关所具备的行程控制及限位保护。

接近开关可用于高速计数、检测金属体的存在、测速、液位控制、检测零件尺寸以及用作无触点式按钮等。

就目前应用较为广泛的接近开关按工作原理可以分为以下几种类型：

   高频振荡型：

用以检测各种金属体

   电容型：

用以检测各种导电或不导电的液体或固体

   光电型：

用以检测所有不透光物质

   超声波型：

用以检测不透过超声波的物质

   电磁感应型：

用以检测导磁或不导磁金属

   按其外型形状可分为园柱型、方型、沟型、穿孔（贯通）型和分离型。

园柱型比方型安装方便，但其检测特性相同，沟型的检测部位是在槽内侧，用于检测通过槽内的物体，贯通型在我国很少生产，而日本则应用较为普遍，可用于小螺钉或滚珠之类的小零件和浮标组装成水位检测装置等。

   接近开关按供电方式可分为；直流型和交流型，按输出型式又可分为直流两线制、直流三线制、直流四线制、交流两线制和交流三线制。

（1）两线制接近开关

两线制接近开关安装简单，接线方便；应用比较广泛，但却有残余电压和漏电流大的缺点。

（2）直流三线式

   直流三线式接近开关的输出型有NPN和PNP两种，70年代日本产品绝大多数是NPN输出，西欧各国NPN、PNP两种输出型都有。

PNP输出接近开关一般应用在PLC或计算机作为控制指令较多，NPN输出接近开关用于控制直流继电器较多，在实际应用中要根据控制电路的特性进行选择其输出形式。

4.接近开关的选型和检测

（1）接近开关的选型

   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、A3钢类检测体检测最灵敏。

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）金属体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。

（2）接近开关技术指标检测 

   1）动作距离测定；当动作片由正面靠近接近开关的感应面时，使接近开关动作的距离为接近开关的最大动作距离，测得的数据应在产品的参数范围内。

   2）释放距离的测定；当动作片由正面离开接近开关的感应面，开关由动作转为释放时，测定动作片离开感应面的最大距离。

   3）回差H的测定；最大动作距离和释放距离之差的绝对值。

   4）动作频率测定；用调速电机带动胶木圆盘，在圆盘上固定若干钢片，调整开关感应面和动作片间的距离，约为开关动作距离的80%左右，转动圆盘，依次使动作片靠近接近开关，在圆盘主轴上装有测速装置，开关输出信号经整形，接至数字频率计。

此时启动电机，逐步提高转速，在转速与动作片的乘积与频率计数相等的条件下，可由频率计直接读出开关的动作频率。

   5）重复精度测定；将动作片固定在量具上，由开关动作距离的120%以外，从开关感应面正面靠近开关的动作区，运动速度控制在0.1mm/s上。

当开关动作时，读出量具上的读数，然后退出动作区，使开关断开。

如此重复10次，最后计算10次测量值的最大值和最小值与10次平均值之差，差值大者为重复精度误差.

1、概述

接近传感器可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标物。

根据操作原理，接近传感器大致可以分为以下三类：

利用电磁感应的高频振荡型，使用磁铁的磁力型和利用电容变化的电容型。

特性：

●    非接触检测，避免了对传感器自身和目标物的损坏。

●    无触点输出，操作寿命长。

●    即使在有水或油喷溅的苛刻环境中也能稳定检测。

●    反应速度快。

●    小型感测头，安装灵活。

2、类型

（1）按配置来分

类型

独立型

内置放大/分离型

特性

连接直流电源后即可操作

●

小感测头

●

长感测距离

内部原理图

类型

独立型

内置放大/分离型

特性

●

接线简单

●

接线头灵活方式

●

高精度

●

低应差

●

易改变检测距离（引线长短）

外观图

感测头

放大器

3线

2线

内置型

分离型

电源

直流

直流/交流

直流

直流

输出

NPN/PNPSCR

NPN/PNPSCR

NPN/PNPSCR

NPN/PNPSCR

（2）、按检测方法分

●通用型：

主要检测黑色金属（铁）。

●所有金属型：

在相同的检测距离内检测任何金属。

●有色金属型：

主要检测铝一类的有色金属。

3、高频振荡型接近传感器的工作原理

电感式接近传感器

电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。

振荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。

振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。

下面为详细介绍：

（1）通用型接近传感器的工作原理

振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场。

当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目标物中产生一个感应电流（涡电流）。

随着目标物接近传感器，感应电流增强，引起振荡电路中的负载加大。

然后，振荡减弱直至停止。

传感器利用振幅检测电路检测到振荡状态的变化，并输出检测信号。

振幅变化的程度随目标物金属种类的不同而不同，因此检测距离也随目标物金属的种类不同而不同。

（2）所有金属型传感器的工作原理

所有金属型传感器基本上属于高频振荡型。

和普通型一样，它也有一个振荡电路，电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率。

目标物接近传感器时，不论目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。

传感器检测到这个变化并输出检测信号。

（3）有色金属型传感器工作原理

有色金属传感器基本上属于高频振荡型。

它有一个振荡电路，电路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率的变化。

当铝或铜之类的有色金属目标物接近传感器时，振荡频率增高；当铁一类的黑色金属目标物接近传感器时，振荡频率降低。

如果振荡频率高于参考频率，传感器输出信号。

4、电容式接近传感器的原理

电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器的检测面与大地间构成一个电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态。

当物体接近传感器检测面对，回路的电容量发生变化，使高频振荡器振荡。

振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进制的开关信号。

    接近开关两种安装方式的区别　

     一般接近开关有两种安装方式：

齐平安装和非齐平安装。

　　齐平安装：

接近开关头部可以和金属安装支架相平安装。

　　非齐平安装：

接近开关头部不能和金属安装支架相平安装。

　　一般，可以齐平安装的接近开关也可以非齐平安装，但非齐平安装的接近开关不能齐平安装。

这是因为，可以齐平安装的接近开关头部带有屏蔽，齐平安装时，其检测不到金属安装支架，而非齐平安装的接近开关不带屏蔽，当齐平安装时，其可以检测到金属安装。

正因为如此，非齐平安装的接近开关的灵敏度比齐平安装的灵敏度要大些，在实际应用中可以根据实际需要选用。

接近开关

开放分类：

电器及PLC控制技术

接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。

特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。

一、性能特点

在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器。

利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。

当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。

通常把这个距离叫“检出距离”。

不同的接近开关检出距离也不同。

有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。

不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。

这种响应特性被称为“响应频率”。

二、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、涡流式接近开关

这种开关有时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，进而控制开关的通或断。

这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。

2、电容式接近开关

这种开关的测量通常是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是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，可以绝缘的液体或粉状物等。

3、霍尔接近开关

霍尔元件是一种磁敏元件。

利用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，进而控制开关的通或断。

这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。

4、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。

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

5、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，由此便可检测出有物体接近。

6、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。

三、主要用途

接近开关在航空、航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用。

在日常生活中，如宾馆、饭店、车库的自动门，自动热风机上都有应用。

在安全防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。

在测量技术中，如长度，位置的测量；在控制技术中，如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关。

四、选用注意事项

在一般的工业生产场所，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的要求条件较低。

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、抗环境干扰性能好、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。

安装时应考虑环境因素的影响。

若被物为导磁材料或者为了区别和它在一同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。

因此，在要求较高的传真机上，在烟草机械上都被广泛地使用。

在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、微波接近开关。

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。

霍尔接近开关的检测对象必须是磁性物体。

1、涡流式接近开关

这种开关有时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，进而控制开关的通或断。

这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。

2、电容式接近开关

这种开关的测量通常是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是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，可以绝缘的液体或粉状物等。

3、霍尔接近开关

霍尔元件是一种磁敏元件。

利用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，进而控制开关的通或断。

这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。

4、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。

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

5、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，由此便可检测出有物体接近。

6、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。

霍尔开关与普通接近开关有什么区别

霍尔开关的外形跟三极管的外形差不多,体积很小,属于电子元器件

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。

两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为

U=K·I·B

其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。

由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。

霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。

输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。

霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。

霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器。

各种接近开关原理与选型

接近开关（ProximitySwitch）又称接近传感器，在许多自动化机械、产业机械、半导体设备、工具机等，是不可缺少的角色之一，它负责侦测物体的存在与否，以便让控制器了解目前机构的有无、位置或者是它也可以被设计成计数感测，在输送带上计算物品通过的数量，它的用途非常广泛，特性也非常优异，如：

动作周期快速、非接触感测、小型化设计、耐环境、低价格等，许多制造商便积极投入研发生产，种类及外型琳琅满目，有长方型、四方型、圆柱型、圆孔型、沟型、多点型等，动作形态又分常开（NO）及常闭（NC），一般接近开关都是非接触型，依原理可分成以下5种类型:

1.感应型接近开关（Inductivesensor）：

感性接近传感器由检测元件﹑检波单元﹑放大单元﹑整型单元和输出单元等组成。

这种传感器内部安装的检测元件是由检测线圈和高频振荡器组成﹐加电后检测线圈产生一个交变的电磁场﹐当金属物体接近电磁场时﹐金属表面的磁通密度发生变化而产生感应电流——涡流﹐涡流产生的磁通总是与检测线圈的磁通方向相反。

由于涡流的作用﹐使检测线圈能耗增加﹐品质系数下降﹐振幅降低﹐以至振荡器停振。

反之﹐当金属物件远离这个作用区时﹐振荡器又开始振荡。

检测电路检测到振幅器的状态变化后﹐转换为一个开关量讯号。

电感性接近传感器只对金属物件敏感﹐因此电感性接近传感器不能应用于非金属物件检测。

同时﹐由于高频振荡线圈产生的交变磁场是散射的﹐这样当金属物件不断接近感测器的前端时，会触发感测器状态的变化﹐而且在感测器的周围出现金属物件时感测器也会发出讯号。

对检测正确性要求较高的场合或感测器安装周围有金属物件的情况下﹐需要选用屏蔽式电感性接近传感器﹐因为这种类型的感测器事先已经将振荡线圈周围的磁场进行了屏蔽﹐只有当金属物件处于感测器前端时才触发感测器状态的变化。

另外﹐电感性接近感测器的检测距离会因被测物件的尺寸﹑金属材料﹐甚至金属材料表面镀层的种类和厚度不同而不同;因此﹐选用时应查阅相关的参考手册

2.电容式接近开关（Capacitivesensor）：

它的原理是将数百kHz~数MHz的高频振荡电路一部份引出到检出电极板，由电极板产生高频磁场，若有物体接近时，则物体表面和检出电极板表面起分极现象，而使得整体电容量增加或减少，因此由电容量变化可间接推算出移动物或被感测物之运动量或位置变化，此类型感测物可以是金属、塑胶、液体、木材等。

3.光电式接近开关（Photoelectricsensor）：

广泛定义也称光电感测器，它的种类相当多，其中扩散反射型光电近接与一般近接架构较相同，感测器内建光源电路，利用光发射器藉由物体表面反射回来的光量强度，来判断物体有无，此类型感测器不需反射板，虽然检出距离设定容易，不过缺点很多如：

感测距离短、检出精度不一、感测物体背景需考量、检测感度调整、两个光电近接装置过近容易产生干涉误动作等。

4.磁气型接近开关（Magneticsensor）：

它的原理和磁簧开关原理相同，感测器内磁簧管是由二片铁性簧片，平行放置重叠形成一间隙，这两片细长扁平簧片会镀上贵金属以确保其最佳功能，贵金属一般是使用铑或金，这两片簧片是被完全密封在一支充入惰性气体之玻璃管上，当有磁场接近时（一般是用永久磁铁），磁性足够大时就会相吸，接点将从OFF至ON，此磁簧管构造上没有机械式零件或电子零件，因此不会有卡住或电路损坏等不良发生，接点寿命可每次精确且高速作动达数百万次，此类型感测器通常为一组（感测器与磁铁），最常用在门窗开关检测。

5.霍尔接近开关

      霍尔元件是一种磁敏元件。

利用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，进而控制开关的通或断。

这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。

电感式接近开关原理

1.电感式接近开关  

电感式接近开关工作原理

电感式接近开关由三大部分组成：

振荡器、开关电路及放大输出电路。

振荡器产生一个交变磁场。

当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。

振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的

2.霍尔接近开关工作原理

原理简介：

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。

两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为

U=K·I·B/d

其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。

由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关