五种接近开关原理及应用范围

接近开关(Proximity Switch)又称接近传感器,它可以检测物体的存在与否，以便让控制器了解目前机构的有无、位置或者是它也可以被设计成计数感测，在输送带上计算物品通过的数量，它的用途非常广泛，特性也非常优异，如：动作周期快速、非接触感测、小型化设计、耐环境、低价格等，许多制造商便积极投入研发生产，种类及外型琳琅满目，有长方型、四方型、圆柱型、圆孔型、沟型、多点型等，动作形态又分常开(NO)及常闭(NC)，一般接近开关都是非接触型，依原理可分成以下5种类型:

1.高频振荡型接近开关(Inductive sensor) ：
高频振荡型传感器由检测元件﹑检波单元﹑放大单元﹑整型单元和输出单元等组成。这种传感器内部安装的检测元件是由检测线圈和高频振荡器组成﹐加电后检测线圈产生一个交变的电磁场﹐当金属物体接近电磁场时﹐金属表面的磁通密度发生变化而产生感应电流——涡流﹐涡流产生的磁通总是与检测线圈的磁通方向相反。由于涡流的作用﹐使检测线圈能耗增加﹐品质系数下降﹐振幅降低﹐以至振荡器停振。反之﹐当金属物件远离这个作用区时﹐振荡器又开始振荡。检测电路检测到振幅器的状态变化后﹐转换为一个开关量讯号。
电感性接近传感器只对金属物件敏感﹐因此电感性接近传感器不能应用于非金属物件检测。同时﹐由于高频振荡线圈产生的交变磁场是散射的﹐这样当金属物件不断接近感测器的前端时，会触发感测器状态的变化﹐而且在感测器的周围出现金属物件时感测器也会发出讯号。对检测正确性要求较高的场合或感测器安装周围有金属物件的情况下﹐需要选用屏蔽式电感性接近传感器﹐因为这种类型的感测器事先已经将振荡线圈周围的磁场进行了屏蔽﹐只有当金属物件处于感测器前端时才触发感测器状态的变化。
另外﹐电感性接近感测器的检测距离会因被测物件的尺寸﹑金属材料﹐甚至金属材料表面镀层的种类和厚度不同而不同;因此﹐选用时应查阅相关的参考手册。
用于检测：金属


2.电容式接近开关(Capacitive sensor) ：
电容式接近开关将数百kHz~数MHz的高频振荡电路一部份引出到检出电极板，由电极板产生高频磁场，若有物体接近时，则物体表面和检出电极板表面起分极现象，而使得整体电容量增加或减少，因此由电容量变化可间接推算出移动物或被感测物之运动量或位置变化，此类型感测物可以是金属、塑胶、液体、木材等。
用于检测：用以检测各种导电或不导电的液体或固体


3.光电式接近开关(Photoelectric sensor) ：
广泛定义也称光电感测器，它的种类相当多，其中扩散反射型光电近接与一般近接架构较相同，感测器内建光源电路，利用光发射器藉由物体表面反射回来的光量强度，来判断物体有无，此类型感测器不需反射板，虽然检出距离设定容易，不过缺点很多如：感测距离短、检出精度不一、感测物体背景需考量、检测感度调整、两个光电近接装置过近容易产生干涉误动作等。
用于检测：用以检测不透光物体
4.磁气型接近开关(Magnetic sensor) ：
它的原理和磁簧开关原理相同，感测器内磁簧管是由二片铁性簧片，平行放置重叠形成一间隙，这两片细长扁平簧片会镀上贵金属以确保其最佳功能，贵金属一般是使用铑或金，这两片簧片是被完全密封在一支充入惰性气体之玻璃管上，当有磁场接近时(一般是用永久磁铁)，磁性足够大时就会相吸，接点将从OFF至ON，此磁簧管构造上没有机械式零件或电子零件，因此不会有卡住或电路损坏等不良发生，接点寿命可每次精确且高速作动达数百万次，此类型感测器通常为一组(感测器与磁铁)，最常用在门窗开关检测。
用于检测：用以检测导磁或不导磁金属
5.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。
用于检测：用以检测不透过超声波的物质
接近开关按供电方式可分为；直流型和交流型，按输出型式又可分为直流两线制、直流三线制、直流四线制、交流两线制和交流三线制。
3线式与2线式差异处：
以前多半使用直流3线式接近开关，其接线图如下：

后来，科技发展逐渐以直流2线式接近开关取代3线式接近开关，其优点如下：
1. 安全性：

即使万一电路短路时，二线式接近开关是安全的，内部电气部件故障、电线断线、外伤、电源浪涌等可能会造成内部电路短路，通过负载与电源连接的直流二线式开关因为不会有负载电流以上的电流通过，和直流三线式接近开关不同，不会造成起火等危险。