接近开关的应用

磁头 金属极板
７５０Ω １０ ｋΩ
Ｌ ２ＣＷ３０
Hale Waihona Puke Baidu
０．０１μＦ Ｃ １ ３００ｐＦ
０．０１μＦ
Ｃ ２
７．５ ｋΩ Ｒ２
Ｒ６
Ｒ１
５．６ ｋΩ
ＶＴ
ｂ
１
１０ ｋΩ
ａ ２．４ ｋΩ
Ｖ１Ｔ０２ ｋΩ
ＫＡ ＋
２０
μＦ
４ × ２ＣＰ１４ ＴＣ
１
ｃ ３０ Ｖ
～
ＶＴ３
２
图２ ＬＸＪ０接近开关电路图
在正常情况下，晶体管 ＶＴ 处于振荡状态，此时晶体管 １
EA 应用与方案 测试测量
在各类开关中，有一种对接近它的物件有“感知”能力的元件——位移传感 器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是 接近开关。
接近开关的应用
□东北电网有限公司大连培训中心 安玉红 高 静 □华能国际电力股份有限公司大连分公司 苗国英
接 近开关在航空、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、饭店等都有应用。 在 安 全 防 盗 方 面 ，如 资 料 档 案 、财 会 、金 融 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，要用到接近开关；在控制技术中， 如 位 移 、速 度 、加 速 度 的 测 量 和 控 制 ，也 都 大 量 使 用 接 近 开关。
处理
输出
检测距离 图１ 接近开关原理方框图
涡流式接近开关以高频振荡型最常用，它占全部接近开 关产量的 ８０％ 以上。其电路多种多样，但电路结构不外乎是 由振荡、检测及晶体管输出等部分组成。它以高频振荡电路 状态的变化为工作基础。图 ２ 为 ＬＸＪ０ 型晶体管无触点接近开 关的原理线路图，图中 Ｌ 为磁头的电感，它与电容器 Ｃ１、Ｃ２ 组成了电容三点式振荡回路，采用电容分压反馈信号。
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，进而控制开关的接通或断开。 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有信号输出，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的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 此便可测出有物体接近。 ６．其他型式的接近开关 当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接收到的波 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。
使用注意事项
１）当检测物体为非金属时，检测距离要减小。 ２）电感式接近开关的接通时间为５０ ｍｓ，当负载和接近开 关采用不同电源时，务必先接通接近开关的电源。 ３）当使用感性负载（如灯、电动机等）时，其瞬态冲击电流 较大，可能劣化或损坏交流二线的接近开关，在这种情况下， 应经过交流继电器转换。 ４）请勿将接近开关置于 ２ × １０－２Ｔ 以上的直流磁场环境下 使用，以免造成误动作。 ５）ＤＣ 二线的接近开关具有 ０．５～１ ｍＡ 的静态泄漏电流， 在和一些对ＤＣ二线接近开关泄漏电流要求较高的场合下尽量 使用 Ｄ Ｃ 三线的接近开关。 ６）避免在化学溶剂，特别是在强酸、强碱的环境下使用 接近开关。 ７）为使接近开关长期稳定工作，应进行定期的维护，包 括检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线 和连接部位是否接触不良，是否有金属粉尘粘附。EA
在环境条件比较好，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，在要求较高的传真机、烟草机械上被广泛地使用。
在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声 波接近开关及微波接近开关。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、响应频率及检测距离等各项指标的要求。
性能特点及种类
在各类开关中，有一种对接近它的物件有“感知”能力 的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感 特性达到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。该距离叫“检出距离”，不 同的接近开关检出距离不同。
有时被检测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”。
恢复原状，ＶＴ 又重新起振。 １
接近开关选用注意事项
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 ２ 种接近开关对环境的要求较低。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。若所测对象是非金属、 液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等，则应选用电容式接 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，若被测物为导磁材料或者为了区别和它 在一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。
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。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，不论它是 否为导体，由于它的接近，总要使电容的电容量发生变化，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， 还可以是绝缘的液体或粉状物等。
荡回路电阻增大，能量损耗增加，以致振荡减弱直至终止。因
此，在振荡电路后面接上放大电路与输出电路，就能检测识
别出有无金属物体接近，并能给出相应的控制信号去控制继
电器或其他电器，进而控制开关的接通或断开，以达到控制
目的。其原理方框图如图 １ 所示。
感应磁罐 被测金属物体
高频 振荡 电路
整形 检波
信号 开关量
位移传感器可根据不同的原理和方法做成，不同的位移 传感器对物体的“感知”方法不同，常见的接近开关有以下 几种：
１．涡流式接近开关 这种开关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，在物体内部产生涡流。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，进而控制开关的接通或断开。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
ＶＴ 基极有电流从 ａ 点流入，ＶＴ 则导通，使集电极 ｂ 点电位
２
２
降低，从而晶体管ＶＴ 基极电流减小，其集电极ｃ 点电位上升， ３
通过 Ｒ 电阻对 ＶＴ 起正反馈作用，加速了 ＶＴ 的导通，则 ＶＴ
２
２
２
３
迅速截止，继电器 ＫＡ 的线圈无电流流过，因此开关不动作。
当金属挡块接近磁头时，在其表面感应而产生涡流，此
涡流将减小原振荡回路的品质因数 Ｑ 值，使之停振。此时 ＶＴ ２
的基极无交流信号，ＶＴ２ 在 Ｒ２ 的作用下加速截止，而 ＶＴ３ 则 迅速导通，使继电器 ＫＡ 的线圈有电流通过，继电器 ＫＡ 动作。
其常闭触点断开而常开触点闭合。可控制相应的声响信号回
路，发出相应的声响信号。当金属挡块离开磁头时，开关将
110 ｜ 电气时代 ２００５ 年第 ７ 期
测试测量 EA 应用与方案
涡流式接近开关工作原理
涡流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。当有金属物体进入
一个以一定频率稳定振荡的高频振荡器的线圈磁场时，物体
内部产生涡流损耗，对于铁磁性金属物体有磁滞损耗，使振
（收稿日期：２００５．０２．２３）
电气时代 ２００５ 年第 ７ 期 ｜ 111