接近开关

2020/2/17模块八接近开关接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。接近开关的核心部分是“感辨头”，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。2020/2/17模块八接近开关课题一电涡流式接近开关课题二电容式接近开关课题三霍尔式接近开关课题四光电式接近开关2020/2/17常用的接近开关分类常用的接近开关有电涡流式（俗称电感接近开关，以下仅以电感接近开关称呼之）、电容式、磁性干簧开关、霍尔式、光电式、微波式、超声波式等。2020/2/17[任务导入]在机械加工自动生产线上，常常使用接近开关进行工件的加工定位。课题一电涡流式接近开关2020/2/17当传送机构将待加工的金属工件运送到靠近减速接近开关的位置时，该接近开关发出减速信号，传送机构减速，以提高定位精度。当金属工件到达定位接近开关面前时，定位接近开关发出“动作信号，使传送机构停止运行。紧接着，加工刀具对工件进行机械加工。在以上应用中，我们可以使用电涡流接近开关来进行工件的定位与计数，那么电涡流接近开关工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。2020/2/17◆知识点¤电涡流式接近开关的工作原理¤电涡流式接近开关的性能特点及其适用场合◆技能点¤掌握电涡流式接近开关的使用、测量方法2020/2/17一、接近开关[相关知识]2020/2/17接近开关外形2020/2/17接近开关外形（续）2020/2/17二、接近开关的特点接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便。缺点是触点容量较小、输出短路时易烧毁。2020/2/17三、电涡流接近开关的工作原理电涡流式接近开关俗称电感接近开关。它由LC高频振荡器和放大电路组成，利用金属物体在接近这个能产生交变电磁场的电感线圈时，使物体内部产生电涡流。电涡流反作用于接近开关，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近。这种接近开关所能检测的物体必须是导电性能良好的金属物体。输出电压U01送至比较器，与基准电压UR作比较。当U01UR时，比较器翻转，输出高电平，报警器报警(LED闪亮)，执行机构动作(传送机构电动机停转)。2020/2/17当金属体靠近电涡流探头线圈时，LC谐振频率改变，经检波后，电涡流式接近开关输出电压U01也越来越低。2020/2/17四、电涡流式接近开关特性电涡流线圈的阻抗变化与金属导体的电导率、磁导率等有关。对于非磁性材料，被测体的电导率越高，则灵敏度越高；被测体是磁性材料时，其磁导率将影响电涡流线圈的感抗。磁滞损耗较大时，其灵敏度通常较高。2020/2/17五、电涡流式接近开关的安装方式电涡流接近开关的安装方式分齐平式和非齐平式。2020/2/17齐平式（又称埋入型）的接近开关表面可与被安装的金属物件形成同一表面，不易被碰坏，但灵敏度较低；非齐平式（非埋入安装型）的接近开关则需要把感应头露出一定高度，否则将降低灵敏度。2020/2/17六、接近开关的主要性能指标额定动作距离、工作距离、动作滞差、重复定位精度（重复性）、动作频率、响应时间等。2020/2/171.动作（检测）距离:动作距离是指检测体按一定方式移动时，从基准位置（接近开关的感应表面）到开关动作时测得的基准位置到检测面的空间距离。额定动作距离是指接近开关动作距离的标称值。2.设定距离：指接近开关在实际工作中的整定距离，一般为额定动作距离的0.8倍。被测物与接近开关之间的安装距离一般等于额定动作距离，以保证工作可靠。安装后还须通过调试，然后紧固。3.复位距离：接近开关动作后，又再次复位时的与被测物的距离，它略大于动作距离。4.回差值:动作距离与复位距离之间的绝对值。回差值越大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就越强。2020/2/17接近开关的检测距离与回差2020/2/17响应频率f：按规定，在1秒的时间间隔内，接近开关动作循环的最大次数，重复频率大于该值时，接近开关无反应。响应时间t：接近开关检测到物体时刻到接近开关出现电平状态翻转的时间之差。可用公式换算：t=1/f2020/2/17响应频率及响应时间示意图2020/2/17输出状态：常开/常闭型接近开关当无检测物体时，对常开型接近开关而言，由于接近开关内部的输出三极管截止，所接的负载不工作（失电）；当检测到物体时，内部的输出级三极管导通，负载得电工作。对常闭型接近开关而言，当未检测到物体时，三极管反而处于导通状态，负载得电工作；反之则负载失电。2020/2/17常用的输出形式有：NPN二线，NPN三线，NPN四线，PNP二线，PNP三线，PNP四线，DC二线，AC二线，AC五线（带继电器）等几种，读者可查阅以下有关资料。2020/2/17输出形式（1~4）负载负载2020/2/17输出形式（5~8）负载负载负载2020/2/17导通压降：接近开关在导通状态时，开关内部的输出三极管集电极与发射极之间的电压降。一般情况下，导通压降约为0.3V。2020/2/17接近开关的接线方法举例以NPN、常开型为例来说明接线方法OUT端与GND端的压降Uces约为0.3V，流过KA的电流IKA=（VCC-0.3）/RKA。若IKA大于KA的额定吸合电流，则KA能够可靠吸合。2020/2/17请按接线图将各元件正确地连接起来。2020/2/17接近开关使用注意事项1.请勿将电感接近开关置于0.02T以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。2.为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。3.为了使接近开关长期稳定工作，请务必进行定期的维护，包括被检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良等。4.DC二线制接近开关具有0.5~1mA的静态泄漏电流，在一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用DC三线制接近开关。5.直流型接近开关使用电感性负载时，务必在负载两端并联续流二极管，以免损坏接近开关的输出级[任务实施]工件经过减速接近开关，传送带减速，经过定位接近开关时，传送带停止，进行加工。还可将减速接近开关的信号接到计数器输入端，当金属工件从接近开关面前经过时，接近开关动作一次，输出一个计数脉冲，计数器加1。2020/2/171一加工机床2一刀具3一工件(导电体)4一加工位置5一减速接近开关6一定位接近开关7一传送机构8一计数器2020/2/17课题二电容式接近开关[任务导入]封闭式粮仓为了保证粮食的品质，必须经常倒库。在向粮仓装入粮食我们必须控制其上限，需要安装限位报警系统。2020/2/17粮食属于非导电介质，测量粮食的物位，可以选择电容式接近开关进行物位测量并报警。电容式接近开关的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。2020/2/17◆知识点¤了解电容式接近开关的工作原理¤了解电容式接近开关的性能特点及其适用场合◆技能点¤掌握电容式接近开关的使用、测量方法一、电容式接近开关的结构及工作原理电容式接近开关圆柱形电容式接近开关结构示意图电容式接近开关的核心是以单个极板作为检测端的电容器，检测极板设置在接近开关的最前端。测量转换电路安装在接近开关壳体内，并用介质损耗很小的环氧树脂充填、灌封。电容式接近开关原理框图当没有物体靠近检测极时，检测板与大地的容量C非常小，它与电感L构成高品质因数的LC振荡电路:Q＝１／（ωCR）。当被检测物体为地电位的导电体(例如与大地有很大分布电容的人体、液体等)时，检测极板对地电容C增大，LC振荡电路的Q值下降，导致振荡器停振。2020/2/17当被检测物体不接地或绝缘被测物接近检测极板时，由于检测极板上施加有高频电压，在它附近产生交变电场，被检测物体就会受到静电感应，而产生极化现象，正负电荷分离，使检测极板的对地等效电容量增大，从而使LC振荡电路的Q值降低。对介质损耗较大的介质(例如各种含水有机物)而言，它在高频交变极化过程中是需要消耗一定能量的(转为热量)，该能量由LC振荡电路提供，必然使LC振荡电路的Q值进一步降低。当被测物体靠近到一定距离时，振荡器的Q值低到无法维持振荡而停振。根据输出电压U。的大小，可大致判定被测体接近的程度。2020/2/17二、电容式接近开关特性1一地电位导电物体2一非接地导电物体3一含水有机物动作距离与被检测物体的材料、性质及尺寸的关系电容式接近开关的检测距离与被测物体的材料性质有很大关系：当被测物是接地导体灵敏度最高；当被测物为绝缘体时，必须依靠极化原理来使LC振荡电路的Q值降低，灵敏度较差；当被测物为玻璃、陶瓷及塑料等介质损耗很小的物体，它的灵敏度就极低。2020/2/17电容式接近开关使用时必须远离金属物体，即使是绝缘体对它也有一定的影响。它对高频电场也十分敏感，因此两只电容式接近开关也不能靠得太近，以免相互影响。对金属物体而言，不必使用易受干扰的电容式接近开关，而应选择电感式接近开关。因此只有在测量绝缘介质时才应选择电容式接近开关。2020/2/17三、电容式接近开关的安装标号安装距离说明S1≥1Sn检测面与支架的间距S2≥3Sn检测面与背景的间距S3≥5Sn并列安装间距S4≥3Sn检测面与侧壁的间距电容式接近开关的安装电容式接近开关的安装标注及含义2020/2/17四、电容式接近开关使用注意事项1.电容式接近开关理论上可以检测任何物体，当检测过高介电常数物体时，检测距离要明显减小，这时即使增加灵敏度也起不到效果。2.电容式接近开关的接通时间为50ms，所以在用户产品的设计中，当负载和接近开关采用不同电源时，务必先接通接近开关的电源。3.当使用感性负载（如灯、发动机等）时，其瞬态冲击电流较大，在这种情况下，应经过交流继电器作为负载来转换使用4.请勿将接近开关置于200Gauss以上的直流磁场环境下使用，以免造成误动作。2020/2/175.DC二线的接近开关具有0.5-1mA的静态泄漏电流，在和一些对DC二线接近开关泄漏电流要求较高的场合下尽量使用DC三线的接近开关。6.避免接近开关在化学溶剂，特别是在强酸，强碱的环境下使用。7.为了保证意外性发生，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。8.为了使电容式接近开关长期稳定工作，由于其受潮湿、灰尘等因素的影响比较大，请务必进行定期的维护，包括检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有粉尘粘附。[任务实施]2020/2/17在测量绝缘介质时应选择电容式接近开关，因此粮仓中粮食的位置可以选用电容式接近开关来测量谷物高度（物位）。1一粮仓外壁2一输送管道3一粮食4一电容式接近开关5一粮食界面2020/2/17[任务导入]汽车用速度及里程仪表中速度传感器是十分重要的部件。在汽车行驶过程中，控制器不断接收来自车速传感器的脉冲信号并进行处理，得到车辆瞬时速度并累计行驶路程。课题三霍尔式接近开关2020/2/17在这个系统中，常用霍尔式接近开关传感器作为车轮转速传感器，是汽车行驶过程中的实时速度采集器。霍尔式接近开关的工作原理是什么？其结构、特点如何？这就是我们本课题的任务目标。2020/2/17◆知识点¤了解霍尔式接近开关的工作原理¤了解霍尔式接近开关的性能特点及其适用场合◆技能点¤掌握霍尔式接近开关开关的使用、测量方法2020/2/17一、霍尔式接近开关工作原理霍尔式接近开关是利用霍尔效应制成的，必须在磁场中工作。霍尔元件霍尔接近开关2020/2/17金属或半导体薄片两端通以控制电流I，在与薄片方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另两侧会产生电动势UH,UH的大小正比于控制电流I和磁感应强度B,这一现象称为霍尔效应，利用霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。其中θ一磁场方向与元件平面所成的角度2020/2/17当控制电流的方向或磁场方向改变时，输出电势的方向也将改变，若电流和磁场同