一文告诉你关于接近传感器的工作原理 - 知乎

安宇雨 - 随手采集
2024-03-13 12:27:01
随手采集
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在不同的行业中，传感器有不同的称呼，如一机械量传感器、位置传感器或者接近传感器，但它们都是工厂自动化硬件的中流砥柱。它们应用于各种生产场合，包括连续加工、批量加工、设备，离散产品。新技术改变了机械限位开关(滚筒、按钮搭配可调整机械固体停止器)，增加了智能，加固、高精度设备，可以感测更多种类的对象，在需要时甚至可以构成传感器网络。

其中，接近传感器又称无触点行程开关，是指代替限位开关等接触式检测方式，以无需接触检测对象进行检测为目的的传感器的总称。其能将检测对象的移动信息和存在信息转换为电气信号。在转换为电气信号的检测方式中，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利石和引导开关的方式。由感应型、静电容量型、超声波型、光电型、磁力型等构成。那么接近传感器的工作原理是什么呢？下文将详细的为大家介绍：

接近传感器

1.接近传感器的特点

①由于能以非接触方式进行检测，所以不会磨损和损伤检测对象物。

②与接触式传感器相比，可实现高速响应。

③能对应广泛的温度范围。

④由于采用无接点输出方式，因此寿命延长(磁力式除外)采用半导体输出，对接点的寿命无影响。

⑤与光检测方式不同，适合在水和油等环境下使用检测时几乎不受检测对象的污渍和油、水等的影响。此外，还包括特氟龙外壳型及耐药品良好的产品。

⑥不受检测物体颜色的影响对检测对象的物理性质变化进行检测，所以几乎不受表面颜色等的影响。

⑦与接触式不同，会受周围温度的影响、周围物体、同类传感器的影响包括感应型、静电容量型在内，传感器之间相互影响。因此，对于传感器的设置，需要考虑相互干扰。此外，在感应型中，需要考虑周围金属的影响，而在静电容量型中则需考虑周围物体的影响。

2.接近传感器的分类

(1)按工作原理分：高频振荡型、电容型、感应电桥型、磁铁型和霍耳效应型等。

(2)按操作原理分：利用电磁感应的高频振荡型，使用磁铁的磁力型和利用电容变化的电容型。

(3)按检测方法分：

①通用型：主要检测黑色金属(铁)。

②所有金属型：在相同的检测距离内，检测任何金属。

③有色金属型：主要检测铝一类的有色金属。

(4)根据结构类型分：

①两线制接近传感器：两线制接近传感器安装简单，接线方便;应用比较广泛，但却有残余电压和漏电流大的缺点。

②直流三线式：直流三线式接近传感器的输出型有NPN和PNP两种，70年代日本产品绝大多数是NPN输出，西欧各国NPN、PNP两种输出型都有。PNP输出接近传感器一般应用在PLC或计算机作为控制指令较多，NPN输出接近传感器用于控制直流继电器较多，在实际应用中要根据控制电路的特性选择其输出形式。

3.接近传感器的工作原理

接近传感器是利用振动器发生的一个交变磁场，当金属目标接近这磁场并达到感应距离时，在金属目标内发生涡流，因此导致振动衰减，以至接近传感器的振动器停振。接近传感器的振动器振动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，因此达到接近传感器的非接触式之检测的目的。这就是接近传感器的运作原理。

4.不同类型的工作原理

4.1通用型接近传感器原理

振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场。当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目标物中产生一个感应电流(涡电流)。随着目标物接近传感器，感应电流增强，引起振荡电路中的负载加大。然后，振荡减弱直至停止。传感器利用振幅检测电路检测到振荡状态的变化，并输出检测信号。振幅变化的程度随目标物金属的种类而不同，因此检测距离也随目标物金属的种类而不同。

通用型接近传感器原理图

4.2电感式接近传感器原理

电感式接近传感器属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近传感器，使它振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近传感器所能检测的物体必须是金属物体。

电感式接近传感器原理图

4.3电容式接近传感器原理

电容式接近传感器亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近传感器时，物体和接近传感器的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近传感器的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体，在检测较低介电常数ε的物体时，可以顺时针调节多圈电位器(位于开关后部)来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近传感器在0.7-0.8Sn的位置动作。