第一部分 巴魯夫感應式接近開關

一、感應式接近開關概述

1.功能描述和定義

（1）原理

接近開關主要是利用金屬導體和交變電磁場的互感原理，它能使磁場衰減的金屬材料產生渦流，從而使磁場能量衰減，同時減小振幅。在感應式接近開關中，這樣的變化會使相應的輸出電平翻轉。

（2）功能模塊

感應式接近開關的功能方框圖如下圖所示。

（3）感應表面

感應式接近開關為高頻電磁波通過其進入氣隙，如右圖所示，這是外殼端部的主要部分，與外殼頭部表面也有連接。

（4）標準感應靶標

標準感應靶標材料為鐵360°的方形區域（ISO 630：1980），用來定義感應區域。根據EN60947-5-2。其厚度d=1mm，如右圖所示。外形尺寸是取感應面直徑為邊長的正方形，或者為直徑是3 倍 Sn的圓。

（5）校正系數

感應物體不是鐵360°時感應距離的衰減系數如下表所示。

（6）開關頻率f

開關頻率是指每秒開關動作的最大次數。

使用EN60947-5-2標準的接近開關，是一個使用旋轉的絕緣材料制成的圓盤，其鐵和絕緣材料的表面積之比必須為1∶2。

開關頻率的測量值：開啟信號t1=50μs，輸出信號t2=50μs，如下圖所示。

2.感應距離

（1）感應距離S

S是為信號翻轉時標準感應靶標和感應表面之間的距離，如左圖所示。對于常開就是從斷開到接通；常閉就是從接通到斷開。

（2）額定感應距離Sn

Sn是一個理論值，這個值沒有考慮到公差、操作溫度和供電電壓等因素。

（3）有效感應距離Sr

Sr為單個接近開關在特定的安裝環境、溫度、電壓下測得的感應距離，即

0.9Sn≤Sr≤1.1Sn（Ia=+23℃±5℃）

（4）實際應用的感應距離Su

Su是指在特定溫度和電壓條件下，單個接近開關的感應距離，即

0.81Sn≤Su≤1.21Sn

（5）可靠的感應距離Sa

Sa是指在能保證正常操作的條件（溫度、電壓）下，接近開關能動作的任何感應距離，即

0≤Sa≤0.81Sn

（6）開關距離檢測

安裝提示：

感應式接近開關中帶開關距離標準“■■”的接近開關在金屬基體上安裝。“■■”稱為“2倍感應距離型”安裝形式，這種感應式接近開關的感應工作距離Sn為一般同樣大小直徑的齊平安裝式接近開關的Sn的1.5～2倍之間。因此這種傳感器在裝入非金屬材料基體中沒有任何影響，而裝入在金屬材料特別是鐵磁材料基體中，其感應工作距離Sn會縮小。因此，使用這種接近開關時，必須按照上表要求進行安裝。

同時在3倍的Sn距離內不應有金屬物質，以免引起誤動作。二個相鄰并列安裝的感應式接近開關，其中心距離尺寸應大于2倍接近開關的直徑。

（7）重復定位精度R

R在額定測量電壓Ue下，工作距離為Sr，并滿足如下條件時的重復定位。

· 精度：溫度T=+23℃±5℃；

· 相對溫度：≤90%RH；

· 測試時間：t=8h；

· 根據EN60947-5-2，R≤0.1Sr。

（8）滯后H（當標準感應靶標退回時開關動作位置的滯后）

H 是有效感應距離Sr的一個百分數，這是在環境溫度為+23℃±5℃以及工作在額定電壓下測得的數據，該值必須小于有效感應距離（Sr）的20%，即H≤0.2Sr。如左圖所示。

3.延遲時間

（1）啟動延遲時間tv

tv是接近開關接通電源的瞬間到其準備完畢且輸出正常信號的時間間隔。

（2）響應時間

響應時間指接近開關進入或離開動作區時的響應時間。

4.溫度的影響和限制

（1）環境溫度范圍Ta

Ta是指能保證接近開關正常的溫度范圍。

（2）溫度漂移

溫度漂移是在溫度范圍-25℃≤Ta≤70℃內，有效感應距離的偏移，根據EN60947-5-2，漂移值為：ΔSr/Sr≤10%。

5.磁場屏蔽

感應式接近式開關能否正常工作取決于焊接電流的大小和接近開關與供電導線之間的距離。

線路上的設計保證了防磁接近開關不受磁場的干擾，如下圖所示。

6.安裝

（1）齊平安裝式接近開關

齊平安裝式接近開關在安裝時，感應表面可以和金屬表面齊平。接近開關的感應表面到其對面的金屬物體的距離要≥3Sn，鄰近的兩個接近開關間的距離必須≥d，如下圖（左）所示。

（2）準齊平安裝式接近開關

準齊平安裝式接近開關在安裝時，感應表面到安裝表面需要有一段沒有導磁材料的距離。滿足這個條件時，其開關距離就是有效的，而且不受限制。如下圖（右）所示，尺寸“x”指感應表面到其下面的導磁材料的最小距離。

（3）準齊平安裝式接近開關尺寸“x”

（4）安裝介質

鐵磁材料：鐵、鋼或其他導磁材料。

其他材料：黃銅、鋁或其他非導磁材料。

（5）非齊平安裝式接近開關

非齊平安裝式接近開關在安裝時，可以根據它們的頭部來鑒別，非齊平安裝式接近開關的感應表面周圍的區域沒有金屬外殼。感應表面到金屬安裝介質的距離必須≥2Sn。

感應表面到對面的金屬物體的距離必須≥3Sn，另外兩個鄰近的接近開關的距離必須≥2d，如下圖所示。

（6）相對式安裝

對于所有的接近開關，兩個感應表面之間的最小距離必須≥3d，如下圖所示。

（7）最大的緊固扭矩

·金屬外殼的接近開關

· 塑料外殼的接近開關

7.電氣參數

（1）供電電壓UB

UB在保證接近開關功能正常的前提下，所允許的電壓范圍（包括紋波δ）。在每個產品的介紹章節里都有相應的說明。

（2）額定工作電壓Ue

Ue是在不考慮公差的情況測試用的供電電壓。如直流開關額定電壓Ue=24VDC，交流開關額定電壓Ue=110V（AC）。

（3）電壓衰減Ud

Ud是指在接通負載電路后（負載電流為Ie時），開關兩端的電壓值。

（4）額定絕緣電壓Ui

接近開關的Ui是用來參照絕緣測試電壓及其爬電距離的。對于接近開關，通常可以把最高額定工作電壓認為是額定絕緣電壓。

（5）額定電源頻率

交流系統的供電電源頻率是50～60Hz。

（6）紋波系數δ（%）

δ是根據直流電壓Ue得出的交流電壓值（Ue峰 谷值）的百分比，為直流開關提供的直流電源最大紋波系數應不超過15%（符合DIN41755標準），其波形如下圖所示。

（7）額定工作電流Ie

Ie是允許連續輸出的電流，這個電流會流過負載RL。

（8）漏電電流Ir

Ir是接近開關沒有接通時，在其負載中殘留的電流。

（9）浪涌電流Ik

Ik是指在電流變化時，在一定的頻率f和規定的打開時間tk內，短時間內允許流過的電流。其中：Ik單位為A；tk單位為ms；f單位為Hz。

（10）短路電流Id

根據EN60947-5-2，在短路測試規范中，必須能在短時間內通過至少100A的電流，用以測試接近開關的短路電阻特性，短路電流Id是由標準規定的。

（11）空載電流Io

空載電流是指在未接負載時，三線或四線接近開關的電流消耗。

（12）最小工作電流Imin

Im in是指能實現開關功能的最小負載電流。

（13）輸出電阻Ra

Ra是輸出的晶體管電路集電極部分的電阻值，輸出電阻和外接負載電阻是并聯的。

（14）負載電容

負載電容是接近開關的輸出電路允許的總電容，包括線路電容。

8.輸出電路（開關類型）

（1）DC三線開關

·PNP，源極（電流源極）

·NPN，漏極（電流漏極）

電路中：S為半導體開關；Ra為輸出電阻；VDz為穩壓二極管；VD1為極性接反保護二極管；VD2為極性接反保護二極管在負載電流回路（只用于短路保護）；LED為發光二極管。

（2）DC二線開關

·無極性的

電路中：S為半導體開關；VDz為穩壓二極管；C為電容；GI為橋式整流；LED為發光二極管；如下圖（左）所示。

（3）AC二線和AC/DC開關

電路中：S為半導體開關；V Dz為穩壓二極管；C為濾波電容；RC為高頻尖峰抑制；GI為橋式整流；LED為發光二極管；VDR為尖峰電流限制，如下圖（右）所示。

9.保護電路

（1）極性接反保護

極性接反保護在電路發生短路時，可進行短路保護。

（2）斷線保護

三線開關故障保護。斷線時，有一個二極管防止輸出端A有電流流出。

（3）短路保護（最大電壓600V的DC開關）

巴魯夫感應式接近開關使用節拍式或熱敏電阻式短路保護電路，輸出電路因此有過載保護和短路保護。起始短路電流遠遠大于額定負載電流Ie。

開關時和電容的電流不會觸發這個功能，主要是靠一個短暫的延時來實現的。

（4）短路/過載保護（通用型AC/DC開關）

AC或AC/DC開關通常帶有繼電器或接觸器負載。

當AC開關裝置（接觸器/繼電器）的線圈從第一次失電到得電會產生一個很高的負荷量（6～10倍額定電流值），負載的靜態電流值要經過幾毫秒才能達到正常。允許的最大額定操作電流Ie流過開關時，磁場還沒有閉合。這意味著接近開關的短路保護的閾值必須明顯高出Ie。例如，一個接觸器如果由于電氣或機械的原因沒能完全閉合，將會導致接近開關過載，這時過載保護功能就會啟動。保護功能是有延時的，其閾值略大于最大額定操作電流Ie。如關閉延時要根據過載負荷量大小來確定（超過20ms），這樣就保證了繼電器和接觸器的正常開關動作，當被驅動裝置出現故障時也不會損壞巴魯夫感應式接近開關。短路和過載保護通常設計成雙穩態，保護電路啟動后必須關閉電源后，再次打開電源才能重啟開關。

10.響應（標準接近）曲線

當標準目標沿開關軸的方向向開關軸芯接近時，開關點的位置只取決于感應目標到感應表面的距離S；當以徑向方向向開關軸芯接近時，開關點位置還受到徑向距離r（感應目標到系統軸的距離）的影響。

下圖是開關點位置和S、r關系的響應曲線。該曲線是畫在標準的圖表上的，比如其坐標值參照一般有效名義值（額定開關距離Sn和感應表面的半徑r）。這意味著各種開關距離和開關直徑的相關曲線具有很大的度數補償。

上圖的主要用途是給出各種可能的側向和軸向開關軸芯接近的比較參數。

在生產中允許的正常制造誤差范圍內，在任何情況和任何場合下，都應該保證有精確的開關點位置。實踐區域是各自的關點位置（E）。虛線是關斷點（A）。灰實線內是開關點的自由區域，黑實線是齊平安裝式接近開關的區域。因為開關是可以從任意方向接近開關軸芯的，所以這個曲線是系統軸的鏡像。

當傳送線上的物體的前沿進入開關的觸發區域內時，開關就會產生一個跳變信號。當物體的后沿在另一邊進入關斷區域時，開關信號會跳轉回原來的狀態。對于返回運動的物體（比如已到行程終點），信號在（進入時）同側方向的關斷區域時會發生跳轉。

上圖所示的豎軸表示開關點到感應表面的距離，這是參考額定感應距離Sn得到的。對于M18型開關，比如額定感應距離Sn是8mm，數字0.4對應開關距離，在0.4 ×8mm=3.2mm這個距離時，一個物體從側面到達觸發區域的邊界線（實線）上的E點時，從關斷區域邊界線上的點A離開。

上圖所示的橫軸表示感應表面的半徑。坐標0點就是開關感應表面的中點。在上圖中，M18型開關半徑是9mm，觸發點和關斷點（離系統軸）的標準距離分別約0.46mm和0.49mm。這些點的絕對值經計算分別為0.46×9mm=4.14mm和0.49 ×9mm=4.41mm。

11.串聯和并聯的應用示意圖

（1）串聯

·DC三線開關

·DC二線開關（AC/DC）

（2）并聯

·DC三線開關（如右下圖所示）

·DC二線開關

不推薦把二線制的接近開關并聯使用，因為當開關內部起振時，準備延時階段會產生錯誤的信號。

（3）使用類別與典型負載類型

12.材料

13.標準