5.6 接近开关（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（电工版）

2024/1/8 1 5.6 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->几十毫米->几米）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。 传感器输出类型：模拟式（幅值、周期T、频率f、角速度、相位）、数字式（T/f/Ton/Toff/Code编码）、开关式 2024/1/8 2 接近开关外形 2024/1/8 3 接近开关外形（续） 接近开关结构及特点 有源接近开关 有源型接近开关主要包括检测元件、放大电路、输出驱动电路3部分，一般采用5V~24V的直流电流，或220V交流电源等。 有源型接近开关结构框图 无源接近开关 这种开关不需要电源，通过磁力感应控制开关的闭合状态。当磁 或者铁质触发器靠近开关磁场时，和开关内部磁力作用控制闭合。特点：不需要电源，非接触式，免维护，环保。 2024/1/8 5 接近开关的特点 优点：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:触点容量较小、输出短路时易烧毁。 2024/1/8 6 5.6.1 接近开关的类型及工作原理 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。 1.磁簧开关 磁簧开关是由两片磁簧片(通常由铁和镍这两种金属所组成的) 密封在玻璃管内。 两片磁簧片呈重迭状况但中间间隔有一小空隙，外来适当的磁场将会使两片磁簧片接触。  2、电感式（电涡流式）接近开关 电感式传感器由三大部分组成：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。 涡流式(电感式)接近开关 特点：电感式传感器具有结构简单、抗干扰性能，开关频率高，大于200HZ；只能感应导体；它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围广，价格较低。特别适合用于酸类，碱类，氯化物，有机溶剂，液态CO2，氨水，PVC粉料，灰料，油水界面等液位测量。 应用：被广泛应用于各种自动化生产线，机电一体化设备及石油化工、军工、科研等多种领域，在物理实验中也有应用。 案例： 1.利用电感式接近开关制作安全门 2.利用电感式接近开关制作报警器 11 3. 电容式接近开关 属于一种具有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡电路、信号转换处理电路等部分组成 当没有物体靠近感应电极时，感应电极与大地间的电容量C非常小，LC高频振荡器正常振荡。 当被检测物体（如与大地有很大分布电容的人体、液体等）靠近感应电极时，感应电极对地电容C增大，使得高频振荡器的振荡减弱直至停振。 电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，该两个电极构成一个电容，串接在RC振荡回路内。 12 电容式接近开关在物位测量控制中的应用 4. 霍尔式接近开关 霍尔效应：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。 EH=KH·I·B 霍尔效应 4、霍尔接近开关 （1）它（甚至透过非黑色金属）响应于一个永久的磁场。作用距离大于电感接近开关。响应曲线与永久磁场的方向有关。 （2）当一个磁性目标（永久磁铁或外部磁场）接近时，线圈铁芯的导磁性（线圈的电感量L是由它决定的）变小，线圈的电感量也减小，Q值增加。激励振荡器振荡，并使振荡电流增加。 （3）用于检测磁场，一般用磁钢作为被检测体。其内部的磁敏感器件仅对垂直于传感器端面的磁场敏感，当磁极S极正对接近开关时，接近开关的输出产生正跳变，输出为高电平，若磁极N极正对接近开关时，输出为低电平。 霍尔式接近开关 特点：它不仅具有无触点，无开关瞬态抖动，高可靠，长寿命等特点，又有很强的负载的能力和广泛的功能，特别是在恶劣的环境下，它比目前使用的电感式，电容式，光电式等接近开关具有更强的抗干扰能力。 应用：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配件。 2024/1/8 16 霍尔式接近开关 用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立一个较强的闭合磁场。 在右图中，当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔IC的输出