接近開關(guān)的原理

名稱：接近開關(guān)（proximity switch）

定義：一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中以實(shí)現(xiàn)檢測、控制并與輸出環(huán)節(jié)全盤無觸點(diǎn)化的新型開關(guān)元件。當(dāng)開關(guān)接近某一物體時(shí)，即發(fā)出控制信號(hào)。應(yīng)用學(xué)科：機(jī)械工程（一級(jí)學(xué)科）；儀器儀表元件（二級(jí)學(xué)科）；儀器儀表機(jī)電元件-儀器儀表開關(guān)（二級(jí)學(xué)科）

接近開關(guān)也叫近接開關(guān)，又稱無觸點(diǎn)行程開關(guān)，它除可以完成行程控制和限位保護(hù)外，還是一種非接觸型的檢測裝置，用作檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻計(jì)數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動(dòng)銜接等。特點(diǎn)有工作可靠、壽命長、功耗低、復(fù)定位精度高、操作頻率高以及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等。

在各類開關(guān)中，有一種對(duì)接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對(duì)接近物體的敏感特性達(dá)到控制開關(guān)通或斷的目的，這就是接近開關(guān)。

當(dāng)有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時(shí)，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會(huì)動(dòng)作。通常把這個(gè)距離叫“檢出距離”。但不同的接近開關(guān)檢出距離也不同。

有時(shí)被檢測驗(yàn)物體是按一定的時(shí)間間隔，一個(gè)接一個(gè)地移向接近開關(guān)，又一個(gè)一個(gè)地離開，這樣不斷地重復(fù)。不同的接近開關(guān)，對(duì)檢測對(duì)象的響應(yīng)能力是不同的。這種響應(yīng)特性被稱為“響應(yīng)頻率”。

因?yàn)槲灰苽鞲衅骺梢愿鶕?jù)不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移傳感器對(duì)物體的“感知”方法也不同，所以常見的接近開關(guān)有以下幾種：

1、無源接近開關(guān)

這種開關(guān)不需要電源，通過磁力感應(yīng)控制開關(guān)的閉合狀態(tài)。當(dāng)磁 或者鐵質(zhì)觸發(fā)器靠近開關(guān)磁場時(shí)，和開關(guān)內(nèi)部磁力作用控制閉合。特點(diǎn)：不需要電源，非接觸式，免維護(hù)，環(huán)保。

2、渦流式接近開關(guān)

這種開關(guān)有時(shí)也叫電感式接近開關(guān)。它是利用導(dǎo)電物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場接近開關(guān)時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用到接近開關(guān)，使開關(guān)內(nèi)部電路參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無導(dǎo)電物體移近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是導(dǎo)電體。

3、電容式接近開關(guān)

這種開關(guān)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是開關(guān)的外殼。這個(gè)外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時(shí)，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(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，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對(duì)象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。                                  

4、霍爾接近開關(guān)

霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時(shí)，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)的檢測對(duì)象必須是磁性物體。

5、光電式接近開關(guān)

利用光電效應(yīng)做成的開關(guān)叫光電開關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測物體）接近時(shí)，光電器件接收到反射光后便在信號(hào)輸出，由此便可“感知”有物體接近。

6、熱釋電式接近開關(guān)

用能感知溫度變化的元件做成的開關(guān)叫熱釋電式接近開關(guān)。這種開關(guān)是將熱釋電器件安裝在開關(guān)的檢測面上，當(dāng)有與環(huán)境溫度不同的物體接近時(shí)，熱釋電器件的輸出便變化，由此便可檢測出有物體接近。

7、其它型式

當(dāng)觀察者或系統(tǒng)對(duì)波源的距離發(fā)生改變時(shí)，接近到的波的頻率會(huì)發(fā)生偏移，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。聲納和雷達(dá)就是利用這個(gè)效應(yīng)的原理制成的。利用多普勒效應(yīng)可制成超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)等。當(dāng)有物體移近時(shí)，接近開關(guān)接收到的反射信號(hào)會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，由此可以識(shí)別出有無物體接近。

主要用途

接近開關(guān)在航天技術(shù)以及工業(yè)生產(chǎn)中都有廣泛的應(yīng)用。在日常生活中，如賓館、飯店、車庫的自動(dòng)門，自動(dòng)熱風(fēng)機(jī)上都有應(yīng)用。在安全防盜方面，如資料檔案、財(cái)會(huì)、金融、博物館、金庫等重地，通常都裝有由各種接近開關(guān)組成的防盜裝置。在測量技術(shù)中，如長度，位置的測量；在控制技術(shù)中，如位移、速度、加速度的測量和控制，也都使用著大量的接近開關(guān)。

注意事項(xiàng)

在一般的工業(yè)生產(chǎn)場所，通常都選用渦流式接近開關(guān)和電容式接近開關(guān)。因?yàn)檫@兩種接近開關(guān)對(duì)環(huán)境的要求條件較低。

當(dāng)被測對(duì)象是導(dǎo)電物體或可以固定在一塊金屬物上的物體時(shí)，一般都選用渦流式接近開關(guān)，因?yàn)樗捻憫?yīng)頻率高、抗環(huán)境干擾性能好、應(yīng)用范圍廣、價(jià)格較低。

若所測對(duì)象是非金屬（或金屬）、液位高度、粉狀物高度、塑料、煙草等。則應(yīng)選用電容式接近開關(guān)。這種開關(guān)的響應(yīng)頻率低，但穩(wěn)定性好。安裝時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境因素的影響。

若被測物為導(dǎo)磁材料或者為了區(qū)別和它在一同運(yùn)動(dòng)的物體而把磁鋼埋在被測物體內(nèi)時(shí)，應(yīng)選用霍爾接近開關(guān)，它的。

在環(huán)境條件比較好、無粉塵污染的場合，可采用光電接近開關(guān)。光電接近開關(guān)工作時(shí)對(duì)被測對(duì)象幾乎無任何影響。因此，在要求較高的傳真機(jī)上，在煙草機(jī)械上都被廣泛地使用。

在防盜系統(tǒng)中，自動(dòng)門通常使用熱釋電接近開關(guān)、超聲波接近開關(guān)、微波接近開關(guān)。有時(shí)為了提高識(shí)別的可靠性，上述幾種接近開關(guān)往往被復(fù)合使用。

無論選用哪種接近開關(guān)，都應(yīng)注意對(duì)工作電壓、負(fù)載電流、響應(yīng)頻率、檢測距離等各項(xiàng)指標(biāo)的要求。

接近開關(guān)的選型和檢測

1、接近開關(guān)的選型

對(duì)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開關(guān)，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：

1.1.當(dāng)檢測體為金屬材料時(shí)，應(yīng)選用高頻振蕩型接近開關(guān)，該類型接近開關(guān)對(duì)鐵鎳、A3鋼類檢測體檢測zui靈敏。

對(duì)鋁、黃銅和不銹鋼類檢測體，其檢測靈敏度就低。

1.2.當(dāng)檢測體為非金屬材料時(shí)，如;木材、紙張、塑料、玻璃和水等，應(yīng)選用電容型接近開關(guān)。

1.3.金屬體和非金屬要進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測和控制時(shí)，應(yīng)選用光電型接近開關(guān)或超聲波型接近開關(guān)。

1.4.對(duì)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)格低廉的磁性接近開關(guān)或霍爾式接近開關(guān)。

2、技術(shù)指標(biāo)檢測

2.1.動(dòng)作距離測定;當(dāng)動(dòng)作片由正面靠近接近開關(guān)的感應(yīng)面時(shí)，使接近開關(guān)動(dòng)作的距離為接近開關(guān)的zui大動(dòng)作距離，測得的數(shù)據(jù)應(yīng)在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。

2.2.釋放距離的測定;當(dāng)動(dòng)作片由正面離開接近開關(guān)的感應(yīng)面，開關(guān)由動(dòng)作轉(zhuǎn)為釋放時(shí)，測定動(dòng)作片離開感應(yīng)面的zui大距離。

2.3.回差H的測定;zui大動(dòng)作距離和釋放距離之差的值。

2.4.動(dòng)作頻率測定;用調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)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(dòng)作片間的距離，約為開關(guān)動(dòng)作距離的80%左右，轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，依次使動(dòng)作片靠近接近開關(guān)，在圓盤主軸上裝有測速裝置，開關(guān)輸出信號(hào)經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計(jì)。此時(shí)啟動(dòng)電機(jī)，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動(dòng)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(dòng)作頻率。

2.5.重復(fù)精度測定;將動(dòng)作片固定在量具上，由開關(guān)動(dòng)作距離的120%以外，從開關(guān)感應(yīng)面正面靠近開關(guān)的動(dòng)作區(qū)，運(yùn)動(dòng)速度控制在0.1mm/s上。當(dāng)開關(guān)動(dòng)作時(shí)，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動(dòng)作區(qū)，使開關(guān)斷開。如此重復(fù)10次，zui后計(jì)算10次測量值的zui大值和zui小值與10次平均值之差，差值大者為重復(fù)精度誤差.

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