感应式接近开关的选择
遵循这些指导方针选择正确的感应接近开关为您的应用程序。
接近开关是各种行业自动化系统和设备的神经末梢。如果没有它们，许多机器或进程的部件将在黑暗中磕磕绊绊。因此，仔细选择新的或替换的交换机是至关重要的，并且需要清楚地了解应用环境、交换机设计和安装方法。
本文探讨了环境的影响和指定感应接近开关的关键设计选项。它还回顾了入口保护(IP)等级、外壳材料和配置的重要性。此外，它还提供了选择和安装技巧，以及减少新应用程序和改造应用程序故障的方法。
价格低，性能高
电感式接近开关已经在自动化设备和过程中使用了几十年，用于位置传感、存在检测、零件计数和许多其他应用。他们检测黑色金属和有色金属。
在其最简单的形式中，接近开关是一个感应线圈，当施加振荡信号时，它会产生磁场。当金属物体进入磁场时，磁场就会受到干扰。开关电子器件检测到这种中断并激活输出电路。这使得传感器能够在不接触的情况下检测其范围内的目标，同时拒绝许多外部因素的影响，如反射光或杂散材料。
一个基本的感应接近开关实际上已经成为一种商品。在过去的15年里，它的价格已经从大约100美元/台下降到不到15美元(见图1)。这种成本下降是由传感器技术的发展和制造效率的提高所推动的。电路技术已经从印刷电路板发展到柔性电路薄膜，最近又发展到使用专用集成电路(asic)。
asic允许在单元组装后对传感器特性进行编程。以前的技术需要在最终组装之前调整一个微调电阻来设置传感范围。这现在可以通过ASIC完成，从而大大提高了一致性和可重复性。其他编程特性包括常开和常闭开关功能。除了降低生产成本和装配时间外，ASIC设计的复杂性更低，故障点更少，并提供更耐用和可重复的操作。
ASIC编程由制造商在将传感器/开关交付给用户之前执行。顾名思义，ASIC技术允许供应商构建一种类型的单元，可以编程以适应许多不同的应用。这是降低感应接近开关价格的关键因素，同时保持广泛的可用特性和功能。
主要选择注意事项
在选择感应式接近开关时，用户必须首先确定最佳的筒体尺寸(直径)和感应距离，然后考虑其他因素，包括:
- 要感应的金属类型
- 外壳材料:塑料或金属
- 屏蔽或非屏蔽安装
- 预接线或快速断开
- 采购(PNP)或下沉(NPN)
- 常开或常闭输出
- 开关频率
- 温度范围
- 环境要求。
两个关键的、相互关联的选择点是接近开关的直径和它的传感距离，它被定义为传感器表面到目标的距离。
电感式接近传感器有各种尺寸、直径，甚至小的矩形外壳用于独特的安装应用(见图2)。直径从3到30毫米或更大。直径对传感距离有显著影响，因为传感距离随着直径的增大而增大。然而，要检测的目标的大小应该驱动开关直径的选择。
如果目标尺寸约为12毫米，则直径为12毫米的开关比直径为30毫米的开关更匹配。更大直径的开关更昂贵，占用更多空间，更容易感知检测区域外的物体并产生错误的触发器。
即使目标尺寸很大，这也不能为大直径开关开绿灯，因为它必须在物理上适合应用。开关筒长度也是一个考虑因素——在大多数情况下越短越好。
尽管枪管直径会影响传感范围，但每个枪管直径通常都有多个传感距离。传感距离通常被指定为标准范围、扩展范围和三重范围。较长的传感距离可以提高鲁棒性，因为目标可以在大范围内仍然被检测到。但是，不应该将距离增加到目标的正常范围之外，因为这样做可能会导致对杂散物体的错误检测。
屏蔽(平装)或非屏蔽(非平装)外壳也会影响传感距离。标准12mm屏蔽开关的感应距离从2mm开始。无屏蔽开关的感应距离从4mm开始。扩展范围12mm屏蔽和非屏蔽开关的传感距离分别从4mm和7mm开始。多花点钱，三量程开关可以将屏蔽12mm开关的传感距离起点增加到6mm，而非屏蔽开关的传感距离起点增加到8mm。额外的距离传感器成本更高，但它提高了传感可靠性，因为它可以保护传感器表面不受冲击。
屏蔽传感器产生一个传感场，该传感场从传感器表面发出，可以通过贯穿传感器表面的桶形螺纹进行识别。这使得传感器可以安装在金属支架或安装表面。
一个未屏蔽的传感器可以通过一个突出的传感器表面材料延伸到桶螺纹，传感场从传感器的侧面开始，并向传感器尖端延伸，形状类似于蜡烛的火焰。这提高了传感范围，但传感区域必须没有直径三倍以内的金属物体，以防止误检测，这是一个常见的问题。成本通常是相同的，所以决策完全基于不断增加的需求。
在指定接近开关时，一个常见的错误是没有根据要感应的特定金属减少感应距离。高磁性黑色金属材料，如冷轧钢，校正系数为1。不锈钢是亚铁，但不具有磁性，因此它的感应距离必须降低0.7的典型修正因子，而有色金属和非磁性材料，如铝，具有0.4的典型修正因子。
常用选项和功能
开关设计选项包括2-，3-或4线连接配置;封装电线(预接线)或快速断开;PNP或NPN;和常开或常闭的接触安排。
常见的开关安装问题包括错误地指定NPN或PNP开关，或选择错误的输出接点配置。在北美，通常使用常开触点的PNP开关，当检测到目标时，控制器输入检测24 Vdc。然而，从亚洲采购的设备往往恰恰相反。此外，在许多情况下，用于线性运动轴应用的行程结束开关被配置为常闭。
2线制开关的配置既可以是NPN输出，也可以是PNP输出，所以用户在购买时不必选择输出类型。然而，用户必须注意在关闭状态下维持传感器电源所需的泄漏电流。这种漏电流可能会导致可编程控制器输入模块保持工作状态，而不管传感器的输出状态如何。使用3线制和4线制开关，泄漏电流不是问题，但用户在订购时必须在NPN和PNP输出之间进行选择。
通常，4线开关允许用户进行互补的常开和常闭触点配置。但是，2线和3线常开或常闭触点配置必须在购买时指定。
购买时必须指定的另一种选择是预接线或快速断开连接。如果预接线开关失效，则必须在开关和控制面板之间重新接线。使用快速断开开关更换开关要容易得多，但这种类型的开关更长，需要额外的电缆成本以及更多的前期设计工作。
感应式接近开关通常工作在10到30 Vdc之间，120 Vac开关大多是过去的遗迹，特别是考虑到欧洲的电气安全要求不允许使用它。
大多数开关都有一个LED指示开关状态。有些炮筒周围装有LED照明，便于观看。这是一个有用的特性，因为它允许本地检测开关状态。
在某些应用中还必须考虑开关频率。如果开关频率不够快，计算轮子上齿数的应用程序可能会错过一些计数。通常，较小的外壳直径的开关是更快的感觉和更紧凑。然而，12毫米开关通常是最便宜的。低于这个尺寸，由于需要将所有组件装入更小的空间，成本会增加。
环境与住房
一个基本的感应接近开关是镀镍的，有一个塑料表面，并达到IP65/67的等级，可在有污垢、碎屑和少量水的环境中工作(见图3)。用于更苛刻环境的传感器由不锈钢制成，有些是由金属表面的固体不锈钢加工而成。这些传感器有专门的电路，可以感知金属，并为最恶劣的条件(食品和饮料冲洗)提供一个坚固的单元。IP69K等级的开关具有最高的保护能力，可实现近距离1400 psi的高压和高温冲洗。
传感器标签信息多年来也在不断发展。挂在传感器线缆上的标签，包括电气规格、原理图和部件号。很多时候，这个标签会撕裂或磨损，无法识别。然后，不干胶标签被移到传感器本体上，今天仍然可以在低成本设备上找到。
现在许多开关的金属外壳上都有激光标记的标签信息。这个标记是永久的。当用常规的高压腐蚀性冲洗时，它不会脱落或被洗掉，或者仅仅是由于温度或时间的影响。当开关故障时，试图确定合适的更换部件时，这个永久标记会产生很大的不同。
有些环境需要专用交换机。例如，有电阻焊设备的区域需要焊接场免疫开关来消除由于电气噪声引起的错误触发。极端温度环境也可能需要专门的传感器。对于这些传感器，典型的温度范围是-13至176华氏度，但型号可在-40华氏度以下和300华氏度以上工作。
避免问题
在工业应用中，各种各样的问题都会影响电感式接近开关的可靠性。这些问题包括:
- 与传感器面碰撞
- 传感器表面涂层
- 水进入
- 过流
- 过电压。
在选择新交换机和更换故障交换机时，了解这些问题区域可以预防出现问题。
当交换机出现问题或故障时，用相同类型的交换机替换它可能是不明智的。应该确定故障的原因，并将该信息与可用的开关功能和选项进行比较。交换机故障和更换不是小事。根据应用的不同，用户可以通过考虑升级选项来改进交换机操作。
传感器面撞击可能是开关故障的最大原因。虽然传感器表面永远不应该被用作气缸或其他运动物体的硬停止，但由于机器操作的许多方面，偶尔会与运动元件接触。当这种情况发生时，传感器表面可能会磨损，或者在表面嵌入一块金属。这些问题都可能导致交换机故障。
如果传感器表面是塑料的，那么将其更换为金属表面的版本可以防止问题的发生，或者至少减少其发生的频率。改变目标进出传感场的方式有助于防止过度移动或松弛导致传感器表面撞击。
指定具有较长传感距离的开关可以减少由于偶然接触移动元件而造成损坏的几率。在传感范围有限的情况下，传感器面可能离目标太近。当这种情况发生时，传感器面部可以摩擦金属目标，在面部留下一层金属膜。这种沉积可以被检测到，导致开关由于传感器迟滞而保持打开或通电。
另一种常见的开关故障是进水。通常解决方案是拧紧快速断开电缆。在冲洗或其他潮湿应用场合更换开关时，应检查开关的环境评级选项，以确定是否需要升级到具有更高保护级别的型号。
在设备安装、启动过程中，或由于周边设备故障，可能会出现开关短路、过压等问题。电流过大会使设备熔化，因此应采用补充的快吹熔断器。过电压也会引起类似的问题。也许这个问题可以通过在交换机上游安装电源滤波器来解决。虽然大多数传感器都有一定程度的短路和过载保护，但添加这些预防措施是很好的实践。
当正确指定和安装时，电感接近开关将在较长时间内提供可靠的运行。如果故障以不可接受的速度发生，通常可以通过更换更适合特定应用的不同开关来解决问题。
Andrew Waugh是AutomationDirect传感器和安全产品的产品经理。他在包装、装配、物料搬运和过程控制设备的机器传感器和安全设备方面拥有超过14年的经验。
-请参阅下面补充的其他文章。
您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。
