电容式接近开关

电容式接近开关是利用变极距式电容传感器原理设计的。它由高频振荡、检波、放大、整形及输出等部分组成。其中装在传感器主体上的金属板为定极板，而被测物体上的相对应位置上的金属板相当于动极板。工作时，当被测物体位移接近传感器主体时 （接近的距离范围可通过理论计算或实验取得），由于两者之间的距离发生了变化，从而引起传感器电容量的改变，使输出发生变化。此外，开关的作用表面可与大地之间构成一个电容器，参与振荡回路的工作。当被测物体接近开关的作用表面时，回路的电容量将发生变化，使得高频振荡器的振荡减弱直至停振。振荡器的振荡及停振这两个信号由电路转换成开关信号送给后续开关电路中，从而完成传感器按预先设置的条件发出信号，控制或检测机电设备，使其正常工作。

电容式接近开关主要用于定位及开关报警控制等场合，它具有无抖动、无触点、非接触检测等优点，其抗干扰能力、耐腐蚀性能等比较好。尤其适合自动化生产线和检测线的自动限位、定位等控制系统，以及一些对人体安全影响较大的机械设备 （如切纸机、压模机、锻压机等）的行程和保护控制系统。图5－17所示为人体接近电容式传感器的电路图。C1与L1构成并联谐振电路，L2和T形成共基接法，C4是反馈电容，C5是耦合电容，R3与C3形成去耦电路。R1和R2是偏置电阻，与C2形成选频网络。电位器用于调节接近距离。VD1与VD2构成检波电路。C6是检波电容，C0是人体与金属棒形成的电容。若人体接近金属棒，C0变大，与C4并联后使反馈电容增加，与L2形成振荡器的振荡条件遭到破坏，从而减弱振荡，经VD1、VD2检波后，输出的电压为低电平。否则，振荡器正常振荡，输出高电平。

图5－17 人体接近电容式传感器电路图

知识拓展

接近开关

接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离 （几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出 “动作”信号，而不像机械式行程开关那样，需要施加机械力。它给出的是开关信号 （高电平或低电平），多数接近开关具有较大的负载能力，能直接驱动中间继电器。

接近开关的核心部分是 “感辨头”，它必须对正在接近的物体有很高的感辨能力。在生物界里，眼镜蛇的尾部能感辨出人体发出的红外线。而电涡流探头就能感辨金属导体的靠近。但是应变片、电位器之类的传感器就无法用于接近开关，因为它们属于接触式测量。

多数接近开关已将感辨头和测量转换电路做在同一壳体内，壳体上多带有螺纹或安装孔，以便于安装和调整。

接近开关的应用已远超出行程开关的行程控制和限位保护范畴。它可以用于高速计数、测速，确定金属物体的存在和位置，测量物位和液位，用于人体保护和防盗以及无触点按钮等。

即使仅用于一般的行程控制，接近开关的定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性、耐磨性和耐腐蚀性等也是一般机械式行程开关所不能相比的。

1.常用的接近开关分类

①自感式、差动变压器式：只对导磁物体起作用。

②电涡流式 （按行业习惯称其为电感接近开关）：只对导电良好的金属起作用。

③电容式：对接地的金属或地电位的导电物体起作用，对非地电位的导电物体灵敏度稍差。

④磁性干簧开关 （也叫干簧管）：只对磁性较强的物体起作用。

⑤霍尔式：只对磁性物体起作用。

从广义来讲，其他非接触式传感器均能用作接近开关。例如，光电传感器、微波和超声波传感器等。但是它们的检测距离一般均可以做得较大，可达数米甚至数十米，所以多把它们归入电子开关系列。

2.接近开关的特点

与机械开关相比，接近开关具有如下特点：

①非接触检测，不影响被测物的运行工况；

②不产生机械磨损和疲劳损伤，工作寿命长；

③响应快，一般响应时间可达几毫秒或十几毫秒；

④采用全密封结构，防潮、防尘性能较好，工作可靠性强；

⑤无触点、无火花、无噪声，适用于要求防爆的场合 （防爆型）；

⑥输出信号大，易与计算机或可编程控制器 （PLC）等接口；

⑦体积小，安装、调整方便。

它的缺点是触点容量较小，输出短路时易烧毁。

接近开关的几种结构形式如图5－18所示，可根据不同的用途选择不同的型号。图5－18（a）的形式用于调整与被测物的间距。图5－18（b）、（c）的形式可用于板材的检测，图5－18（d）、（e）可用于线材的检测。

图5－18 接近开关的几种结构形式

（a）圆柱形；（b）平面安装型；（c）方形；（d）槽形；（e）贯穿型