电感式和电容式接近开关的工作原理及应用探析

在自动化生产装置、机床以及其他过程控制中常要对某可动部件的动作位置进行检测定位，或者判断是否有工件存在。提供这类检测的主要是用接近开关传感器。

接近开关利用位移传感器对接近物体的敏感特性来达到控制开关通或断的装置，当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，传感器才有感知，开关才会动作。

按传感器的工作原理可分为电感式接近开关和电容式接近开关。

电感式接近开关利用电涡流原理制成，被测物体必须是导体，有效检测距离非常近。如图4.3.1所示。电感式接近传感器由高频振荡电路、检波电路、放大电路、整形电路及输出电路组成。检测用敏感元件为检测线圈，它是振荡电路的一个组成部分。当检测线圈通以交流电时，在检测线圈的周围就产生一个交变的磁场，当金属物体接近检测线圈时，金属物体就会产生电涡流而吸收磁场能量，使检测线圈的电感L发生变化，从而使振荡电路的振荡频率减小，以至停振。振荡与停振这两种状态经检测电路转换成开关信号输出。

图4.3.1　电感式接近开关工作原理图

图4.3.2　电感式接近开关的工作过程

电容式接近开关利用变介电常数电容传感器原理制成，被测物体不限于导体，可以是绝缘的液体或粉状物，有效检测距离较电感式远。如图4.3.3所示，电容式接近开关由高频振荡电路、检波电路、放大电路、整形电路及输出等部分组成，没有检测物时，检测电极与大地之间存在一定的电容量，它成为振荡电路的一个组成部分。当检测物体接近开关的检测电极时，由于检测电极加有电压，检测物体就会受到静电感应而产生极化现象，被测物体越靠近检测电极，检测电极上的电荷就越多。由于检测电极上的静电容为C=Q/U，所示随着电荷的增多静电电容也越大，从而又使振荡电路的振荡减弱，甚至停止振荡。振荡电路的振荡和停振这两种状态被检测电路转换为开关信号后向外输出。

图4.3.3　电容式接近开关工作原理图

实训任务1　电容传感器的位移特性实验

一、实训目的

了解电容式传感器结构及其特点。

二、实训器材(www.xing528.com)

电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、数显单元、直流稳压源。

三、实训内容

利用平板电容C=εA/d和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）、测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。

1.按图4.3.4所示将电容传感器装于电容传感器实验模板上。

图4.3.4　电容传感器安装示意图

2.按图4.3.5所示将电容传感器引线插头插入实验模板的插座中（电容传感器两根黄色引线接电容模块插孔1、插孔2；黑色引线接插孔3）。

图4.3.5　电容传感器实验接线图

3.将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vin相接（插入主控台Vin孔），RW调节到中间位置，显示选择置于“2V”档。

4.电容模块接入±15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板至中间位置，使电压数显表显示为最小值。

5.旋动测微头，每间隔0.5mm记下位移X与输出电压值，填入下表：

6.根据上表数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。