接近開關(guān)的種類很多,其中以高頻振蕩型最為常用,它占全部接近開關(guān)產(chǎn)量的80%以上。高頻振蕩型接近開關(guān)主要由傳感器(感應(yīng)頭)、振蕩器、開關(guān)電路、輸出電路以及穩(wěn)壓電源等組成。接近開關(guān)結(jié)構(gòu)原理如圖2-31所示。接近開關(guān)大多由一個高頻振蕩器和一個整形放大器組成。工作原理是振蕩器振蕩后,在開關(guān)的感應(yīng)面上產(chǎn)生交變磁場,當金屬物體接近感應(yīng)面時,金屬體產(chǎn)生渦流,吸收了振蕩器的能量,使振蕩減弱以致停振。振蕩與停振兩種不同的狀態(tài),由整形放大器轉(zhuǎn)換成二進制的開關(guān)信號,從而達到檢測位置的目的。
接近開關(guān)可分為高頻振蕩型、感應(yīng)電橋型、霍爾效應(yīng)型、光電型、永磁及磁敏元件型、電容型及超聲波型等,其中以高頻振蕩型最為常見,我國生產(chǎn)的接近開關(guān)大部分為此類型,它最主要由感應(yīng)頭、振蕩器、開關(guān)元件、輸出器和穩(wěn)壓器等部分組成。常用的行程開關(guān)、接近開關(guān)的外形。
高頻振蕩型接近開關(guān)檢測,當安裝在生產(chǎn)機械運動部件上的金屬檢測體(通常為鐵磁件)接近感應(yīng)頭時,由于電磁感應(yīng)作用,使處于高頻振蕩器線圈磁場中的檢測體內(nèi)部產(chǎn)生渦流及磁滯損耗,以致振蕩回路因內(nèi)阻增大、損耗增加而使振蕩減弱,直至停止振蕩。此時,晶體管開關(guān)元件就導(dǎo)通,并通過輸出器(電磁式繼電器)輸出信號,從而起到控制作用。
2.接近開關(guān)型號及電氣符號接近開關(guān)的產(chǎn)品種類十分豐富,型號繁多,目前國產(chǎn)的接近開關(guān)有3SG、LJ、CJ、SJ、AB、LX10等系列。
(a)常開觸點
(b) 常閉觸點接近開關(guān)的圖形符號及文字符號,其文字符號與行程開關(guān)相同,可視為行程開關(guān)的一種。
3.接近開關(guān)的選用此開關(guān)能無接觸、無壓力、無火花并迅速發(fā)出電氣指令,準確反應(yīng)出運動部件的位置和行程,而且其定位精度高、響應(yīng)速度快、使用壽命長、安裝調(diào)整方便、適用能力強等優(yōu)點。但價格高,因此常用于工作頻率高、可靠性及精度要求均較高的場合。在選擇時,應(yīng)根據(jù)應(yīng)答距離、輸出要求、相應(yīng)速度等合理選擇型號、規(guī)格及輸出形式。
言歸正傳,接近開關(guān),顧名思義,就是可以檢測到靠近的物體并給出開關(guān)信號的一種設(shè)備。其內(nèi)部構(gòu)成如下圖所示 :
雖然看起來不大,有的甚至很小,但其內(nèi)部都是由傳感器線圈、振蕩器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、輸出端組成。檢測時原理則如下圖所示:
如上左圖所示,接近開關(guān)感應(yīng)面前方區(qū)域,由LC振蕩器一直產(chǎn)生一個高頻振蕩的電磁場(如上圖所示左側(cè)正弦波),當有一個鐵磁性的金屬進入圖中所示的電磁場區(qū)域時,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,鐵磁性金屬的內(nèi)部會感應(yīng)出電渦流,而依據(jù)楞次定律,這個電渦流會產(chǎn)生一個反向影響傳感器本身電磁場方向的另外一個電磁場,因為兩者方向相反,那么矢量疊加之后電磁場的幅值就會衰減(如上圖右側(cè)波形所示),這時候內(nèi)部的處理器會檢測到這個幅值的衰減,進而把信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大器輸出,這時候我們使用者就能看到傳感器開關(guān)燈的狀態(tài)發(fā)生改變了。所以從原理上來理解的話,我們可以知道為什么電感式接近開關(guān)只能檢測金屬了。(當然,有人也會問,既然只有鐵磁性金屬才能產(chǎn)生渦流,那為什么鋁、銅這種非鐵磁性的金屬也能檢測到呢?這里順便也給大家普及一下,為了解決這個問題,很多廠家的做法是在檢測振蕩電磁場幅值的同時檢測其振蕩頻率,當鋁、銅等非鐵磁性金屬進入感應(yīng)區(qū)時 ,振蕩頻率會發(fā)生改變,通過檢測這些綜合指標,繼而可以檢測所有的金屬 )
電感式傳感器內(nèi)部解剖圖
既然了解了接近開關(guān)的原理里,下面就是使用的問題了。首先需要重視的一點是,因為電感式原理對鐵磁性金屬和非鐵磁性判斷方法不同,所以同一款標準的接近開關(guān)檢測不同的金屬時其感應(yīng)距離是不同的。下圖所示為某款接近開關(guān)檢測不同金屬時感應(yīng)距離與被測物材質(zhì)的關(guān)系。(當然,現(xiàn)在也有一些特殊型號即衰減系數(shù)為1的接近開關(guān),在檢測不同的金屬時可以做到有相同的感應(yīng)距離,但因為其價格較貴普及度不高,今天我們不做交流),由圖中可知,同一款傳感器檢測不同的金屬時其感應(yīng)距離相差還是很大的。
從左到右依次為生鐵、不銹鋼、鉛、黃銅、鋁、紫銅
第二點需要注意的是接近開關(guān)現(xiàn)場安裝時會有一個參數(shù)叫齊平、非齊平的(也有叫屏蔽、非屏蔽的)。如下圖。所謂齊平就是指接近開關(guān)感應(yīng)面與與周圍金屬殼體是齊平的,這種安裝方式的在使用時可以把接近開關(guān)埋在金屬載體中,只要感應(yīng)面不低于載體面就行。而非齊平類型的在安裝時其感應(yīng)面必須高出周圍金屬載體(非金屬載體則無此要求)。(在此順便普及一下為什么會有非齊平的方式:因為非齊平的感應(yīng)面其電磁場區(qū)域大,在同等尺寸的外殼下可以增加感應(yīng)距離,而大的感應(yīng)距離正是很多應(yīng)用所需要的,所以才有了非齊平的設(shè)計)。