了解一下感应接近传感器(接近开关)

在工业控制、电子制作、数控DIY等场合中,经常会用到感应接近传感器,也俗称接近开关,是一种用于检测物体输出开关量的传感器。常见的分类有电感式、电容式以及霍尔式。本文主要是来了解一下电感式接近传感器,它通常用于代替限位开或微动开关等机械式开关用于检测金属物件的有无。

 

电感式接近传感器是以检测”涡电流”的方式来检测是物件接近的情况。所能检测的物件通常可为磁性金属和非磁性金属,磁性金属像铁、SUS440,非磁性金属像SUS304(介于磁性和非磁性之间)、铝、黄铜、铜等等。不同的型号对这些金属的灵敏度不一样,所能检测物件的距离也不一样,电感式一般是在0.8-30mm,选用时要看具体的型号参数进行选择。

 

 

接近传感器在工作时,内部检测线圈会产生高频磁场,当金属物体靠近线圈产生的磁场时,金属物体会出现感应电流,也就是涡流。当金属物体产生涡流时,会反作用于检测线圈,使得线圈的阻抗发生变化,电路停止振荡,电路输出开关信号,控制传感器输出电路的通或断。

上图是接近传感器的典型应用电路图。

从电源输入方式上分,有直流或交流2种,通常三线或多线的都是使用直流DC电源,二线式的会有直流或交流之分。二线式的除了能简化配线外,相对来说也消耗更低的电流。

从输出形式上分PNP集电极开路和NPN集电极开路。 如果你不懂电子学,可以这样去理解它们的区别。

NPN的传感器负载一端必须要先接到电源正极,当传感器内部NPN管导通时,可以看成电流流过负载,然后经过NPN管,再流到电源负极,形成回路。

PNP型的传感器的负载是连接于输出端和电源负极之间,当传感器内部PNP 管导通时,可以看成电流流过NPN管,然后经过负载,再流到电源负极,形成回路。

至于要在控制电路中选用那一种输出形式的接近传感器,则需要看控制器的要求,并不是所有电路都能同时支持这两种输出形式。

从动作模式(检测物体靠近时)分,可以分成NO(常开)和NC(常闭)。NO(常开)是指检测过程中,传感器输出端内部一直都是处于开路状态,只有当检测到物体时,传感器输出端内部才会导通。NC(常闭)是指检测过程中,传感器输出端内部一直都是处于导通状态,只有当检测到物体时,传感器输出端内部才会断开。

选择接近传感器可以从电源电压、开关容量(负载电流)、输出形式、动作模式、消耗电流、是否有指示灯等多个参数去考虑。

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下面视频是一种NPN型NC模式的接近传感器的演示 

视频中接近传感器接入DC12V,并连接一个LED指示灯条,可以看到在没有检测到金属物体时,输出端一直是处于常闭导通状态,LED指示灯条点亮。当有金属接近时,输出端断开,LED指示灯条熄灭。因为是NPN型,所以在导通时检测到的电压是管压降约为0.8V,而断开后检测到是被内部电路上拉到的电源电压。

急停开关

 

急停开关(emergency stop)通常标识为E-Stop,是属于主令控制电器的一种,当出现危险状况时,可用作安全措施来中止有害负载或切断电源,停止设备运转,达到保护人身和设备的安全。急停开关都是设计为锁定式按钮,按压或拍下去后触发急停,需要手动旋转来复位。

急停开关通常在设备上是最容易被识别的开关,常见形式为红色蘑菇头按钮,基座通常为黄色,具有极高的可视性。这样的设计让其能在紧急情况下能被使用者快速识别,并极易被操作。

急停开关通常有NC(常闭)和NO(常开)两组触点或只有NC(常闭)一组触点。急停开关在NC触点上会具有直接开路装置(强制断开)。如果按键在没有按到位(未按压到底),这时按键不会锁定,会重新弹起,如果连线是使用常开触点,此时触点不会被触发闭合,无法引发急停;而使用常闭触点时情况就一样,不论急停开关有没被按到位,只要拍下按钮时,常闭触点都会被断开,急停信号都会被触发。所以在使用有NC/NO两组触点的急停开关时,尽量能使用常闭触点。

为何要使用常闭触点,还可以从下面二点来看。

第一点是动作时间,使用常开触点必须要按压到位,而常闭不需要,前者的动作时间要比后者长了许多。也许使用者会感觉这个时间并不长呀,但在发生危险需要急停时,再短的时间也是非常重要的。

第二点是线路连接,因为常闭触点是需要一直处于通路的,一旦线路或开关发生了故障,线路断开,机器会停止,故障会被及时发现。而常开触点是要被按下后,线路才会被连通,不按压开关时如果线路有故障也不会被发现。使用常开触点,如果线路存在故障,到危险时刻按压开关时才发现无效,那就已为时已晚了。

下面的视频更直观,帮助理解。

常闭触点

常开触点

以上文章仅供参考,实际使用请参看器件手册。​