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一文讀懂接近傳感器

接近傳感器被廣泛用于各種自動化生產(chǎn)線,機(jī)電一體化設(shè)備及石油、化工、軍工、科研等多種行業(yè),那什么是接近傳感器呢?

接近傳感器

接近傳感器,是指代替限位開關(guān)等接觸式檢測方式,以無需接觸檢測對象進(jìn)行檢測為目的的傳感器的總稱。其能將檢測對象的移動信息和存在信息轉(zhuǎn)換為電氣信號。

在轉(zhuǎn)換為電氣信號的檢測方式中,包括利用電磁感應(yīng)引起的檢測對象的金屬體中產(chǎn)生的渦電流的方式、捕測體的接近引起的電氣信號的容量變化的方式、利石和引導(dǎo)開關(guān)的方式。 由感應(yīng)型、靜電容量型、超聲波型、光電型、磁力型等構(gòu)成。


(相關(guān)資料圖)

接近傳感器是利用振動器發(fā)生的一個(gè)交變磁場,當(dāng)金屬目標(biāo)接近這磁場并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí),在金屬目標(biāo)內(nèi)發(fā)生渦流,因此導(dǎo)致振動衰減,以至接近傳感器的振動器停振。接近傳感器的振動器振動及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號,觸發(fā)驅(qū)動控制器件,因此達(dá)到接近傳感器的非接觸式之檢測的目的。這就是接近傳感器的運(yùn)作原理。

技術(shù)優(yōu)勢

① 由于其能以非接觸方式進(jìn)行檢測,所以不會磨損和損傷檢測對象物。

② 由于采用無接點(diǎn)輸出方式,因此壽命延長(磁力式除外)采用半導(dǎo)體輸出,對接點(diǎn)的壽命無影響。

③ 與光檢測方式不同,適合在水和油等環(huán)境下使用檢測時(shí)幾乎不受檢測對象的污漬、油和水等的影響。此外,還包括特氟龍外殼型及耐藥品良好的產(chǎn)品。

④ 與接觸式開關(guān)相比,可實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)。

⑤ 能對應(yīng)廣泛的溫度范圍。

⑥ 不受檢測物體顏色的影響:對檢測對象的物理性質(zhì)變化進(jìn)行檢測,所以幾乎不受表面顏色等的影響。

⑦ 與接觸式不同,會受周圍溫度、周圍物體、同類傳感器的影響,包括感應(yīng)型、靜電容量型在內(nèi),傳感器之間相互影響。因此,對于傳感器的設(shè)置,需要考慮相互干擾。此外,在感應(yīng)型中,需要考慮周圍金屬的影響,而在靜電容量型中則需考慮周圍物體的影響。

當(dāng)金屬檢測體接近傳感器的感應(yīng)區(qū)域,開關(guān)能無接觸,無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令,準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動機(jī)構(gòu)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(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力,都是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。

接近傳感器的分類

接近傳感器按工作原理分:

高頻振蕩型、電容型、感應(yīng)電橋型、永久磁鐵型和霍耳效應(yīng)型等。

按操作原理可分為三類:

利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型,使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。

按檢測方法分:

通用型:主要檢測黑色金屬(鐵)

所有金屬型:在相同的檢測距離內(nèi),檢測任何金屬。

有色金屬型:主要檢測鋁一類的有色金屬

根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分:

1、兩線制接近傳感器:

兩線制接近傳感器安裝簡單,接線方便;應(yīng)用比較廣泛,但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點(diǎn)。

2、直流三線式:

直流三線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(shù)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(yīng)用在 PLC 或計(jì)算機(jī)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(yīng)用中要根據(jù)控制電路的特性選擇其輸出形式。

不同類型接近傳感器的工作原理

電容式接近傳感器的工作原理:電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成,由傳感器的檢測面與大地間構(gòu)成一個(gè)電容器,參與振蕩回路工作,起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)物體接近傳感器檢測面時(shí),回路的電容量發(fā)生變化,使高頻振蕩器振蕩。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制的開關(guān)信號。

電感式接近傳感器的工作原理:電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個(gè)交變電磁場,當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測面時(shí),金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量,使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振這二種狀態(tài),轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號,經(jīng)功率放大后輸出。

高頻振蕩型接近傳感器的工作原理:由 LC 高頻振蕩器和放大處理器電路組成,當(dāng)金屬物體接近振蕩感應(yīng)頭時(shí)會產(chǎn)生渦流,使接近傳感器振蕩能力衰減,內(nèi)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,進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。

所有金屬型傳感器的工作原理:所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。和普通型一樣,它也有一個(gè)振蕩電路,電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率。目標(biāo)物接近傳感器時(shí),不論目標(biāo)物金屬種類如何,振蕩頻率都會提高。傳感器檢測到這個(gè)變化并輸出檢測信號。

有色金屬型傳感器的工作原理:有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。它有一個(gè)振蕩電路,電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率的變化。當(dāng)鋁或銅之類的有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí),振蕩頻率增高;當(dāng)鐵一類的黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí),振蕩頻率降低。如果振蕩頻率高于參考頻率,傳感器輸出信號。

通用型接近傳感器的工作原理:振蕩電路中的線圈 L 產(chǎn)生一個(gè)高頻磁場。當(dāng)目標(biāo)物接近磁場時(shí),由于電磁感應(yīng)在目標(biāo)物中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電流 (渦電流)。隨著目標(biāo)物接近傳感器,感應(yīng)電流增強(qiáng),引起振蕩電路中的負(fù)載加大。然后,振蕩減弱直至停止。傳感器利用振幅檢測電路檢測到振蕩狀態(tài)的變化,并輸出檢測信號。

接近傳感器的選型和檢測

接近傳感器的選型:

對于不同的材質(zhì)的檢測體和不同的檢測距離,應(yīng)選用不同類型的接近傳感器,以使其在系統(tǒng)中具有高的性能價(jià)格比,為此在選型中應(yīng)遵循以下原則:

1. 當(dāng)檢測體為金屬材料時(shí):應(yīng)選用高頻振蕩型接近傳感器,該類型接近傳感器對鐵鎳、A3 鋼類檢測體檢測最靈敏。對鋁、黃銅和不銹鋼類檢測體,其檢測靈敏度就低。

2. 當(dāng)檢測體為非金屬材料時(shí):應(yīng)選用電容型接近傳感器,如木材、紙張、塑料、玻璃和水等。

3. 金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測和控制時(shí):應(yīng)選用光電型接近傳感器或超聲波型接近傳感器。

4. 當(dāng)檢測體金屬但靈敏度要求不高時(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。

接近傳感器選型的要素:

① 檢測類型:放大器內(nèi)藏型、放大器分離型;

② 外形:圓形、方形、凹槽型;

③ 檢測距離:以 mm 為單位;

④ 檢測物體:鐵、鋼、銅、鋁、塑料、水、紙等;

⑤ 工作電源:直流、交流、交直流通用;

⑥ 輸出形態(tài):常開(NO)、常閉(NC);

⑦ 輸出方式:兩線式、三線式(NPN、PNP);

⑧ 屏蔽、非屏蔽;

⑨ 導(dǎo)線引出型、接插件式、接插件中繼式;

⑩ 應(yīng)答頻率:一秒鐘能檢測幾個(gè)物體

接近傳感器的檢測:

釋放距離的測定:當(dāng)動作片由正面離開接近傳感器的感應(yīng)面,開關(guān)由動作轉(zhuǎn)為釋放時(shí),測定動作片離開感應(yīng)面的最大距離。

回差 H 的測定:最大動作距離和釋放距離之差的絕對值。

動作頻率測定:用調(diào)速電機(jī)帶動膠木圓盤,在圓盤上固定若干鋼片,調(diào)整開關(guān)感應(yīng)面和動作片間的距離,約為開關(guān)動作距離的 80% 左右,轉(zhuǎn)動圓盤,依次使動作片靠近接近傳感器,在圓盤主軸上裝有測速裝置,開關(guān)輸出信號經(jīng)整形,接至數(shù)字頻率計(jì)。此時(shí)啟動電機(jī),逐步提高轉(zhuǎn)速,在轉(zhuǎn)速與動作片的乘積與頻率計(jì)數(shù)相等的條件下,可由頻率計(jì)直接讀出開關(guān)的動作頻率。

重復(fù)精度測定:將動作片固定在量具上,由開關(guān)動作距離的 120% 以外,從開關(guān)感應(yīng)面正面靠近開關(guān)的動作區(qū),運(yùn)動速度控制在 0.1mm / s 上。當(dāng)開關(guān)動作時(shí),讀出量具上的讀數(shù),然后退出動作區(qū),使開關(guān)斷開。如此重復(fù) 10 次,最后計(jì)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(fù)精度誤差。

接近傳感器的常見故障排除

① 穩(wěn)定電源給接近傳感器單獨(dú)供電;

② 響應(yīng)頻率在額定范圍內(nèi);

③ 物體檢測過程中有抖動,導(dǎo)致超出檢測區(qū)域;

④ 多個(gè)探頭緊密安裝互相干擾;

⑤ 傳感器探頭周圍的檢測區(qū)域內(nèi)有其他被測物體;

⑥ 接近傳感器的周圍有大功率設(shè)備,有電氣干擾。

接近傳感器廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和自動保護(hù)環(huán)節(jié)。接近傳感器具有使用壽命長、工作可靠、重復(fù)定位精度高、無機(jī)械磨損、無火花、無噪音、抗振能力強(qiáng)等特點(diǎn)。目前,接近傳感器的應(yīng)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。

本文來自微信公眾號:傳感器技術(shù) (ID:WW_CGQJS),作者:法拉第

標(biāo)簽: 接近傳感器

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