接近开关的工作原理

接近开关的工作原理

1、概述

接近传感器可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标物。根据操作

原理，接近传感器大致可以分为以下三类：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。

特性：

•非接触检测，防止了对芍感器自身和目标物的损坏。

・无触点输出，操作寿命长。

•即使在有水或油喷溅的苛刻环境中也能稳定检测。

•反响速度快。

•小型感测头，安装灵活。

2、类型

(1)按配置来分

•通用型：主要检测黑色金属(铁)。

•所有金属型：在相同的检测距离内检测任何金属。

•有色金属型：主要检测铝一类的有色金属。

3、高频振荡型接近传感器的工作原理

电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感

器检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收

了振荡器的能量，使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号

通过整形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。下面为详细介绍：

(1)通用型接近传感器的工作原理

高频磁场

振荡电路

检测体

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。

高频磁场

振幅

检测输出

电路

c1电路2

振荡电路

检测体

振幅变化的程度随目标物金属种类的不同而不同，因此检测距离也随目标物金属的种

类不同而不同。

(2)所有金属型传感器的工作原理

高频磁场

:二振幅

检测一输出

LC电路

电路2

振荡电路

检测体

所有金属型传感器根本上属于高频振荡型。和普通型一样，它也有一个振荡电路，电

路中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率。目标物接近传感器时，

不管目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。传感器检测到这个变化并输出检测信号。

(3)有色金属型传感器工作原理

展幅检测电路

前出2

操作水平释放水平

ON

电路输出OFFOFF

有色金属传感器根本上属于高频振荡型。它有一个振荡电路，电路中因感应电流在目

标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率的变化。当铝或铜之类的有色金属目标物接近

传感器时，振荡频率增高；当铁一类的黑色金属目标物接近传感器时，振荡频率降低。如

果振荡频率高于参考频率，传感器输出信号。

4、电容式接近传感器的原理

电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器的检测面与大地间构成一

个电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面对，回路的

电容量发生变化，使高频振荡器振荡。振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化

成二进制的开关信号。

5、常用术语

常用的接近开关应用简介#1

一、性能特点

在各类开关中，有一种对接近它的物体有感知能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对榜近物体

的敏感特性到达控制开关通或断的目的，这就是接近开关。当有物体移向接近开关，并接近到一定距离

时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离

也不同。有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这

样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率工

二、种类

因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不

同，所以常见的接近开关有以下几种：

1.涡流式接近开关

这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内

部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移

近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。

2.电容式接近开关

这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳v这个外壳在测量过程中通

常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不管它是否为导体，由于它的接近，总要

使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，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或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

3,霍尔接近开关

霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开

关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存

在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体.

4.光电式接近开关

利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反

光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。

5.热释电式接近开关

用能感知温度变化的元件做成他开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测

面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。

6.其它型式的接近开关

当观察者或系统对波源的距禽发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。

声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。

当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。

三、主要用途

接近开美在航空、航空、航天技术以及工业生产中都有广泛的应用。在日常生活中，如宾馆、饭店、车

库的自动门，自动热风机上都有应用。在平安防盗方面，如资料档案、财会、金融、博物馆、金库等重

地，通常都装有由各种接近开关组成的防盗装置。在测量技术中，如长度，位置的测量；在控制技术中，

如位移、速度、加速度的测量和控制，也都使用着大量的接近开关。

四、选用考前须知

在一般的工业生产场所，通常都选用涡流式接近开关和电容式接近开关。因为这两种接近开关对环境的

要求条件较低。当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物上的物体时，一般都选用涡流式接近开

关，因为它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围广、价格较低。假设所测刈象是非金属（或金

属）、液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等。那么应选用电容式接近开关。这种开关的响应频率低，

但稳定性好。安装时应考虑环境因素的影响。假设被物为导磁材料或者为了区别和它在•同运动的物体

而把磁钢埋在被测物体内时，应选用霍尔接近开关，它的价格最低。在环境条件比拟好、无粉尘污染的

场合，可采用光电接近开关。光电接近开关工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在要求较高的机

上，在烟草机械上都被广泛地使用。在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、

微波接近开关。有时为了提高识别的可靠性，上述几种接近开关往往被复合使用。无论选用哪种接近开

关，都应注意对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指

文章发表于：2007・4・515:45:41

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械设计中的重点之一。接近开关是一种新型集成化接近开关，是理想的电子开关量传感器。它除了具有体积小、频率

响应快、电用范围宽、抗干扰能力强、耐腐蚀、耐振动等特点外，还有使用过程中无磨擦、不会增加各被感应元件的

尢矩等优点。现将接近开关在工程机械中使用应注意的问题作如下总结。

1接近开关的动作距离s

1）接近开关的动作距离与被检测体的材质有关系，在相同厚度与感应面积的情况下，其动作距离之间的关系为s铁＞s

不锈钢＞S黄铜＞$铝＞S铜；

2）接近开关的动作距离与被检测体的厚薄和面积大小有一定关系（在被检测体材质相同时）。

2接近开关的安装

11在金属上安装接近开关时应预留一定空间，以防止该开火受到被检测物体之外的其他金属干扰而产生误动作。与感应

面平行的金属应在距离感应面三倍的检测距离之外;在接近开关轴线方向四周的金属应在以接近开关轴线为圆心，以三倍

的接近开关直径为直径的圆柱体以外。

2）在同时安装两个或两个以上接近开关时为防止任意二者间相互干扰，开关对置时应使两感应面在轴线方向的距离大于

五倍的检测距离;并列安装时外圆柱面之间距离应大于三倍接近开关直径的长度，假设开关直径大小不等，应按较大接近

开关的直径计算。

3使用过程中应考前须知

1）被检测体不应接触接近开关，以免因摩擦及碰撞而损伤接近开关；

2）用手拉拽接近开关引线会损坏接近开关，安装时最好在引线距开关1。厘米处用线卡固定牢固；

3）不应用脚踏接近开关，安装时最好设置保护罩壳；

4）开关使用距离应设定在额定距离的2/3以内，以免受温度和电压影响，温度和电压的上下都将影响接近开关的灵敏

度。

4在布线及接线时应注意的问题

1）电力线、动力线应尽量远离接近开关引线，无法防止时应将电金属管套在外部并接地，以防开关损坏或:灵动作；

2）严禁通电接线，并应按接线输出回路原理图接线；

3）最好不要用两个接近开关的输出线控制同一个继电器的同一个线圈，否则将无法识别动作的来源，有时甚至产生

误动作。

原理图：

II

Ml/

v

元件清单:

2R1

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3R2

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4R5

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7KD1

BillofMaterialforIswiten.Bom-型

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6-8VD1R712C5

1K

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电感式接近开关传感器的选型及使用、调试方法

电感式接近开关由于其具有体积小，重复定位精度高，使用寿命长，抗干扰性能好，可靠性高，防

尘，防油，乃振动等特点，被广泛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

等多种行业。

工作原理

电感式接近开关是一种利用涡流感知物体的传感器，它由高频振荡电路、放大电路、整形电路及输

出电路组成。

振荡器是由绕在磁芯上的线圈而构成的LC振荡电路。振荡器通过传感器的感应面，在其前方产生

一个高频交变的电磁场，当外界的金属物体接近这一磁场，并到达感应区时，在金属物体内产生涡

流效应，从而导致LC振荡电路振荡减弱或停止振荡，这一振荡变化，被后置电路放大处理并转换

为一个具有确定开关输出信号，从而到达非接触式检测目标之目的。

二.电感式接近开关传感器的电气指标

1.工作电压：是指电感式接近开关传感器的供电电压范围，在此范围内可以保证传感器

的电气性能及平安工作。

2.工作电流：是指电感式接近开关传感器连续工作时的最大负载电流。

3.电压降：是指在额定电流卜开关导通时，在开关两端或输出端所测量到的电压，

4.空载电流：是指在没有负载时，测量所得的传感器自身所消耗的电流。

5.剩余电流：是指开关断开时，流过负载的电流。

6.极性保护：防止电源极性误接的保护功能。

7.短路保护：超过极限电流时，输出会周期性地封闭或释放，直至短路被去除。

三.电感式接近开关传感器的选型

1.根据安装要求，合理选用外形及检测距离。

2.根据供电，合理选用工作电压。

3.根据实际负载，合理选择传感器工作电流。

4.选择接线方式。

电感式接近开关传感器的输出方式有以下几种:

可根据使用对象的要求合理选择接线方式：

_________1bli.

NPN常开（NO）型

bu

加N常由（NC）（^P

国内、国际常用色线对照：（供参考）

类型国际国内

+v株红

GND兰鼎

Voul黑绿

四.使用方法

I.直流两线制接近开关的ON状态和OFF状态实际上是电流大、小的变化，当接近开关处于OFF

状态时，仍有很小电流通过负载，当接近开关处于ON状态时，电路上约有5V的电压降，因

此在实际使用中，必须考虑控制电路上的最小驱动电流和最低驱动电压，确保电路正常工作。

2.直流三线制串联时，应考虑串联后其电压降的总和。

3.如果在传感器电缆线附近，有高压或动力线存在时，应将传感器的电缆线单独装入金属导管内，

以防干扰。

4.使用两线制传感器时，连接电源时，卜确定传感器先经负载再接至电源,以免损坏内部元件。

当负载电流<3mA时，为保证可靠工作，需接假负载。

RWUM（IL-3）

2

P>US/R

P为假负载消耗功率；

R为假负载阻值；

IL为传感器的负载电流

使用仪器：万用表、示波器、电源（+12V）

调试步骤：

1.接好电源，测量T1的c极电压应为6V；

2.用示波器观察T1的e极，应有高频振荡波形；假设无振荡波形，应仔细检查电感线图接线是否

正确，T1周围R、C参数是否正确无误，采取相应措施处理，直到出现振荡波形为k

3.用示波器观察输出，应为高电平，且LED不亮，然后用金属物体靠近电感线圈，其输出应变为

低电平，同时LED亮，说明工作正常；

4.假设不正常，应检查T2、T3、T4的状态及周围元件，无金属物体接近电感线圈时T2导通，

T3、T4截止，有金属物体接近时，T2截止，T4导通。

其实至少是两根线的，另一根就是外壳了，直接作地，也就是低电势点.

它的内部有个双向稔位管，它的作电源即来源由此。它不导通时也有微弱的电流通过，以此来保持内部电子电路的_L

作，导通时有一定的压降，同样是为了给电路工作。它的电子电路是集成电路，耗电极微，输出用可控硅。

另外还有一种是用霍尔元件做的，是一种磁敏开关，常用在铝气缸上面，气缸里的活塞带有磁性，这样就只要两根线

接近开关工作原理分类：

接近开关工作原理

电感式接近开关工作原理

电感式接近开关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

这个能产牛.电磁场的振荡感应头时，使物体内部产牛.涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内

部电路的参数发生变化，山此识别出有无金屈物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是

金属物体。

电容式接近开关系列

电容式接近开关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

物体的本号，当物体移向接近开关时，物体和接近开关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。这种接近开关的检测物体，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£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

使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。

霍尔开关工作原理

原理简介

生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。两

端具有的电位差值称为霍尔电势U,其表达式为

U=K-l-B/d

其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lnrrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。

由此可见，霍尔效应的灵敏度上下与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

我厂生产的霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的根底上，利用集成封装和组装工艺制作而成,

它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可鸵性的要求。

霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值到达一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍

尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端•般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁

存型〔双极性）、双信号输出之分

近接开关］接近开关简介

一、性能特点

在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件一位移感测器。利用位移感测器对接近物体

的敏感特性到达控制开关通或断的目的，这就是接近开关。

当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移感测器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距

离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。

有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地

里复。不同的接近开关，对检测、物件的I可应能力是不同的。这种【可应特性被称为“I可应频率:

二、种类

因为位移感测器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移感测器对物体的“感知”方法也不

同，所以常见的接近开关有以下几种：

1.涡流式接近开关

这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场

接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此

识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。

2.电容式接近开关

这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关