为不同的应用选择接近传感器

在当今的工业环境中，大多数流程依赖于监控系统来确保产品质量和流程效率。获得可靠的结果取决于为应用选择合适的传感器技术。为了满足这些需求，传感器必须耐用、灵活、可靠，无论环境如何。正确的传感器选择需要仔细考虑传感器的功能、限制和对预期应用的适用性。

由于其多功能性和高水平的功能，接近传感器涵盖了各种传感功能。常用的接近传感器类型包括电感式、电容式和超声波式。虽然其他类型的传感器，如光学、雷达和视觉传感器也被认为是接近传感器，但本文只包括电感式、电容式和超声波类型。

由于它们通常在各种应用中表现非常好，接近传感器非常适合许多行业，如食品和饮料，化学加工，石油和天然气，制药，离散制造，以及建筑和施工。其功能性、灵活性和可靠性使接近传感器能够满足大多数应用的要求。

接近传感器技术

接近传感器本质上是非接触式检测设备。传统的传感器需要一个机械开关、杠杆或柱塞来推动移动目标，以充分地记录物体的存在，而接近传感器不需要接触就能准确地检测到物体。这种非接触式设计还保护了传感器的完整性，并通过不使传感设备或材料受到不必要的交互作用来提高产品质量。

接近传感器的设计是为了在高速条件下提供准确和可重复的操作。这些传感器的工作速度高达5000 Hz，可以轻松满足许多快节奏工业应用的需求。因为它们的精度可以计算到0.001英寸以内。，接近传感器提供必要的精度，以保持高效，有效的生产。

今天的接近传感器耐用且灵活。传感器通常具有多种IP等级，范围从相对清洁的环境到具有冲刷条件或极端温度的环境。通过各种尺寸，外壳和安装选项，接近传感器提供了多功能性和应用灵活性。

性能通用性，应用多样性

不同类型的接近传感器可以解决各种传感挑战。为正确的应用使用正确的传感器可以最大限度地减少停机时间，减少维护要求，提高生产效率。了解每种接近传感器类型的各种工作原理、性能功能和应用适用性，使制造商能够将适当的传感器集成到正确的应用中。

电感传感器:感应传感器检测金属物体的存在，无论它们是黑色或有色金属。它们可用于检测零件的存在或不存在，计算物体，或在定位应用程序中。电感式传感器通常用来代替传统的限位开关，因为它们可以比机械开关以更高的速度工作(图1)。电感式传感器也更可靠，因为它们更坚固。

感应式传感器产生高频电磁场。它们通常使用线圈和铁氧体磁芯构造。当目标通过传感器的磁场时，目标表面产生的电流会改变产生磁场的振荡器的特性，使其失去能量。传感器的设计是为了检测这种能量损失作为过渡，这反过来触发一个信号，以驱动固态输出到“开”或“关”状态。当金属物体退出磁场时，振荡器再生，传感器恢复正常状态。

接近传感器的输出级可以是模拟的也可以是数字的。模拟版本可以是电压(通常为0-10 Vdc)或电流(4-20 mA)。它们通常提供线性信号，允许近2英寸的距离测量。数字输出设计用于仅直流电路或交流/直流电路。大多数版本配置为常开输出，但其他版本可以是常闭输出，或者可以同时包含常开输出和常闭输出。使用Namur输出的版本适用于危险位置，必须与适当的接口设备一起使用，以适用于固有安全等级。

一些先进的感应传感器使用多个线圈，使他们能够在同一范围内检测所有金属，而不需要调整。这些感应传感器使用独立的发送和接收线圈，而不是单一线圈感应目标上的涡流并受其影响。通过检测黑色金属和有色金属部件，这些传感器提供了一个整体更长的工作范围。

感应式传感器非常适合检测机械和自动化设备中的金属物体。一些电感式传感器天生不受磁场相互作用的影响，这使得它们在替代技术因磁场干扰而失败的应用中非常有用，例如焊接、电梯和电弧炉。

电容式传感器:电容式传感器可以感知运动、化学成分、液位和成分以及压力。它们可以在许多行业和应用中找到。电容式传感器可以感知低介电材料，如塑料或玻璃，或检测高介电材料，如液体，这使他们能够直接通过玻璃，塑料和其他容器组成来识别许多材料的水平(图2)。

电容式传感器的有源元件由两个金属电极组成，定位形成等效的开放电容器。这些电极被放置在高频振荡器的反馈回路中。当不存在目标时，传感器的电容低，振荡幅度小。接近传感器表面的目标增加了电容，从而增加了振荡的幅度，然后由评估电路测量，产生一个信号来打开输出“打开”或“关闭”。

一般来说，电容式传感器具有宽的灵敏度带，使它们能够在困难的应用中表现良好，例如通过管子感应非常小的金属部件。电容式传感器也有不同的外壳类型，有桶型、矩形和探头型，可可靠地承受各种苛刻的环境。

超声波传感器:在许多自动化工厂和加工厂中，超声波传感器被用于检测目标的存在和测量到目标的距离。与电容式传感器一样，该技术可用于测量多个变量，如风速和方向、水箱装满量以及通过空气或水的速度，并可以检测固体、液体、颗粒或粉末状态的目标。

这些传感器使用类似雷达或声纳的工作原理。超声波传感器通过产生高频声波，分析从目标反射后接收到的回声。然后传感器计算发送信号和接收回波之间的时间，以确定到物体的距离。

目标周围的大气不会影响超声波接近传感器的精度和性能，这确保了结果不会受到灰尘或水分的影响。这使得它们成为恶劣和苛刻条件下的可靠解决方案。此外，由于超声波传感器使用声音而不是光进行检测，因此非常适合需要清晰物体检测和液位测量的应用。

接近传感器的作用

在石油和天然气行业，电感式传感器为海上石油钻井平台的变量测量提供了一种持久、可靠的解决方案。为了成为这种类型平台的合适解决方案，传感器必须能够承受恶劣的海洋条件，如盐水，这可能会腐蚀和损坏设备。因此，通过atex认证的电感式传感器可以可靠地测量管柱处理器和钻机上其他可移动部件的最终位置，而不会影响性能。此外，电感式传感器不受污染的影响，使其不受油，油脂和污垢的影响。

电感式传感器也可用于饮料加工应用。为了保持一贯的高产品质量，生产链必须平稳运行，不能出现可能导致收入损失并可能危及整个流程的不必要停顿。使用坚固的感应传感器，可以在不需要重新调整的情况下进行位置监测，最大限度地减少昂贵的生产停机时间。传感器能够通过保护传感器在操作过程中免受机械损坏来保护设备的完整性。

电容式传感器用于检测各种各样的材料，包括不同粘度的液体或固体，如粉末、岩石和金属。例如，电容式传感器通常用于检测颗粒状或动力材料，如注塑机料斗中的塑料颗粒。电容式传感器经过特殊设计，甚至可以承受爆炸环境，使它们能够安装在谷物升降机上，以检测大米、大麦麦芽、玉米和大豆等材料。

接近传感器在工厂外也很重要，可以成为现场的重要组成部分。采用可伸缩屋顶的体育场必须有可靠的监控系统(图3)。这些屋顶系统涉及多个运动控制应用程序来打开和关闭屋顶。马达也用于千斤顶螺丝，以打开和关闭轨夹，锁定屋顶到位。为确保安全性和可靠性，可以在千斤顶螺钉行程路径的两端放置接近传感器，以验证运动是否完成，夹具是否卡住。接近传感器还可以战略性地放置在屋顶面板上，以监测系统的主要运动，在达到完全打开和关闭位置时向plc发出信号，使电机减速。

近距离感应的未来

改善生产和提高盈利能力的需求将继续成为大多数行业的驱动因素。随着传感器技术的发展，将会有更多的应用被发现。由于其耐用性、灵活性、适应性和可靠性，接近传感器将继续为不断发展的应用范围提供高质量的性能。

Tony Udelhoven是图尔克美国传感器部门的主管。

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