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技術(shù)文章

電感式感測器

1．電感式感測器工作原理
電感式感測器由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器産生一個交變磁場。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場，並達(dá)到感應(yīng)距離時，在金屬目標(biāo)內(nèi)産生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被後級放大電路處理並轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而達(dá)到非接觸式之檢測目的。
2．感測器選型指南
選擇的依據(jù)是要決定哪一個是合適的感測器原理。這取決於將要測定的目標(biāo)的材料。
如果目標(biāo)是金屬的，那麼需要一個電感感測器。
如果目標(biāo)是塑膠做的，紙做的；或（油基或水基）流體、顆粒、或者粉末，那麼需要一個電容感測器。
如果目標(biāo)帶有磁性，那麼電磁感測器是合適的。
爲(wèi)你的應(yīng)用選擇*佳感測器的4個步驟：
步驟1 按外殼形狀
步驟2 按動作距離
步驟3 按電氣資料和輸出形式
步驟4 按其他技術(shù)參數(shù)
步驟1 按外殼形狀
圓柱形感測器
這此感測器在它們的正面有一個感應(yīng)區(qū)域，指向軸線方向。現(xiàn)有的直徑是從3mm(沒有螺紋)和4mm(有螺紋)，一直到//現(xiàn)有的罩殼材料有：
★ 高級不銹鋼
★ 黃銅，鍍鎳或者複蓋聚四氟乙稀
★ 塑膠
矩形感測器
槽型感測器
步驟2 按動作距離
動作距離是一個接近開關(guān)的*重的特徵。根據(jù)物理原理，對於電感感測器和電容感測器，可以應(yīng)用下面的近似公式：
S≤D/2
式中，D是感測器的傳感面直徑。
S是感測器的動作距離
動作距離的定義
當(dāng)用標(biāo)準(zhǔn)測試板軸向接近開關(guān)感應(yīng)面，使開關(guān)輸出信號發(fā)生變化時測量的開關(guān)感應(yīng)面和測試板之間的距離。
標(biāo)準(zhǔn)測試板尺寸：
其邊長或爲(wèi)感測器的直徑，或爲(wèi)3Sn（3倍額定動作距離）取二者中較大者，厚度爲(wèi)1mm
材料：爲(wèi)ST37或碳鋼
例如：感測器直徑爲(wèi)D=18mm
Sn=5mm
則D（18mm）>3Sn(3X5mm=15mm)
取18X18X1 爲(wèi)標(biāo)準(zhǔn)測試板
如直徑爲(wèi)D=18mm
Sn=8mm
則D(18mm)<3Sn(3X8=24mm)
則D（18mm）<3Sn(3X8=24mm)
取24X24X1 爲(wèi)標(biāo)準(zhǔn)測試板
額定動作距離Sn
開關(guān)設(shè)計時理想的動作距離，即不考慮製造及外部條件所引起的偏差。
有效動作距離Sr
開關(guān)在額定工作電壓及室溫下（23±50℃）測得的動作距離
0.9Sn£Sr £1.1Sn
可用動作距離Su
開關(guān)在允許的環(huán)境溫度-25℃--+70℃下，輸入電壓在額定電壓的85%到110%範(fàn)圍內(nèi)，測得的動作距離
0. 9Sr£Su £1.1Sr
可靠動作距離Sa
在這個動作距離內(nèi)，開關(guān)的動作是可靠的
0£Sa £0.81Sn
重復(fù)精度
是指在外殼溫度爲(wèi)（23±5）℃，相對濕度爲(wèi)隨機(jī)的，供電電壓爲(wèi)Ue±5%,在8個小時的範(fàn)圍內(nèi)進(jìn)行測量所産生的有效作用距離的變化量：
R£0.1Sr
回環(huán)寬度H
當(dāng)測試板靠近接近開關(guān)和當(dāng)測試板離開接近開關(guān)時所獲得的兩個開關(guān)點之間的距離差。這個距離差是相對於有效作用距離的百分?jǐn)?shù)來表示，測量的環(huán)境溫度爲(wèi)（23±5）℃，和在額定的工作電壓範(fàn)圍內(nèi)：
H£0.2Sr
測量動作距離時，標(biāo)準(zhǔn)測試板必須軸向接近開關(guān)，然而，如果測試板在有效傳感區(qū)內(nèi)橫向移動，則會獲得不同的動作距離，並且與離開軸線的距離有關(guān)。
對於槽型感測器，回應(yīng)只和目標(biāo)插入槽口中的深度有關(guān)。
衰減係數(shù)
影響動作距離的因素
衰減（或阻尼）材料的性質(zhì)起了重要的作用，這可以用衰減係數(shù)來描述。
衰減係數(shù)是指某一種材料的動作距離相對於ST37號鋼減少了多少。衰減係數(shù)越小，則對於某種特定材料的動作距離就越小。
對於電容感測器特徵參數(shù)是相對介電常數(shù)
齊平/非齊平安裝
齊平安裝：感測器埋入金屬性基座內(nèi)，其有效感應(yīng)工作表面與基座面齊平。
非齊平安裝：感測器不可埋入從屬性基座內(nèi)，其有效感應(yīng)工作表面必須與其座保持一定的尺寸。*大的可能動作距離（與直徑有關(guān)）是用非齊平式感測器來獲得的。
齊平式安裝的電感感測器和電容感測器有這些優(yōu)點：它們有更好的機(jī)械保護(hù)性能，與非齊平式安裝的感測器相比較，對於錯誤的電影響的靈敏度更低。這些都是通過一個專門的內(nèi)部遮罩環(huán)來獲得的。
齊平式安裝的感測器與非齊平式安裝的感測器相比較，其作用距離大約是後者的69%。
感測器常常被一個先靠著一個地進(jìn)行安裝。爲(wèi)了避免相互之間的干擾，應(yīng)該保持由表中給出的*小間隙C。
步驟3 按電氣資料和輸出型式
直流二線制
負(fù)載必須串接在感測器內(nèi)進(jìn)行工作。
有短路保護(hù)和極性變換保護(hù)。
直流三線制
這些感測器的電源和負(fù)載分開連接。它們有過載保護(hù)、短路保護(hù)和極性保護(hù)，它們的剩餘電流可以忽略不計。
直流四線制
這些感測器與三線制相同，只是同時提供一個常閉和一個常開輸出。
交流二線制
負(fù)載必須串接在感測器內(nèi)工作。根據(jù)其功能，在開關(guān)斷開的情況下，會有一個小的剩餘電流過。接通時會有一個電壓降。
NAMUR型二型二線制
NAMUR感測器是一種僅僅包含一振蕩器的二線制感測器。該感測器的內(nèi)阻隨著感應(yīng)目標(biāo)的遠(yuǎn)近，而發(fā)生變化，相應(yīng)的電流也隨之變化。
並聯(lián)和串聯(lián)連接
接近開關(guān)可以採用並聯(lián)或串聯(lián)的連接，以實現(xiàn)簡單的邏輯功能（與、或、與非、或非）。
與機(jī)械開關(guān)組合在一起也是可能的。根據(jù)防暴規(guī)定，NAMUR感測器不能採用並聯(lián)或串聯(lián)的連接。
三線直流與四線直流感測器的串聯(lián)
當(dāng)串聯(lián)時，電壓降相加，單個感測器的接通延時間相加
三線直流與四線直流感測器並聯(lián)
雙線交流感測器的串聯(lián)
常開觸點：“與”邏輯
常閉觸點：“或非”邏輯
當(dāng)串聯(lián)時，在感測器上的電壓降相加，它減低了在負(fù)載上可利用的電壓，因此要注意：不能低於負(fù)載上的*小工作電壓（注意到電網(wǎng)電壓的波動）???
機(jī)械開關(guān)與交流感測器的並聯(lián)
斷開的觸點中斷了感測器的電源電壓，若在感測器被衰減期間內(nèi)機(jī)械觸點閉合的話，則會産生一個短時間的功能故障，感測器的準(zhǔn)備延遲時間（t£80ms）避免了立即的通斷動作.
補償方法：將一人電阻並聯(lián)在機(jī)械觸點上（當(dāng)觸點斷開時也是一樣），此電阻使感測器的準(zhǔn)備時間不會再起作用，對與220V交流，此電阻大約82kW/1w.
電阻的計算方法：近似值大約爲(wèi)400W/V
雙線交流感測器的並聯(lián)
常開觸點：“或”邏輯
常閉觸點：“與非”邏輯
當(dāng)並聯(lián)時，剩餘電流相加，例如：它可以—
—在可編程控制器的輸入端會産生一個高電平的假像。
—超過小繼電器的維持電流，避免了在觸點上的壓降。
—機(jī)械開關(guān)與交流感測器的並聯(lián)
閉合的觸點使感測器的工作電壓短路，當(dāng)觸點斷開之後，只有在準(zhǔn)備延遲時間（t£80ms）之後感測器才處於功能準(zhǔn)備狀態(tài)。
補償辦法：觸點上串聯(lián)一個電阻，可以可靠地保證了感測器的*小工作電壓，因此避免了在機(jī)械觸點斷開之後的準(zhǔn)備延遲。
計算電阻的公式：R=
步驟4 按其他技術(shù)參數(shù)
空載電流I是指感測器自身所需要的電流，即在沒有負(fù)載時測量。
工作電流（持續(xù)電流）I 是指連續(xù)工作時的*大負(fù)載電流。
暫態(tài)電流I 是指在開關(guān)閉合時不會損壞傳達(dá)室感器的短時間內(nèi)允許出現(xiàn)的電流。
剩餘電流I 是指感測器斷開時，流過負(fù)載的電流
工作電壓U 是指供電電壓範(fàn)圍。在這個電壓範(fàn)圍內(nèi)，感測器可以保證**工作。對於NAMUR感測器，必須標(biāo)明額定電壓。
電壓降U 是指感測器接通時在感測器二端或者輸出端測量得到的電壓。
紋波電壓是指疊加在工作電壓之上的交流電壓（峰-峰值），常用算術(shù)平均值的百分比來表示。
開關(guān)頻率是指從衰減狀態(tài)轉(zhuǎn)變到?jīng)]有衰減的狀態(tài)的變換的*大次數(shù)，用赫茲（Hz）來度量。
允許干擾電壓是指作用在電源上的短時間的電壓尖峰，可能會損壞無保護(hù)的感測器。
接通延時是指在接近開關(guān)的電源電壓接上，到該接近開關(guān)開始工作，所需要的時間。
對誤脈衝抑制
當(dāng)工作電壓加上的時候，能在TV這個時間階段裏，抑制錯誤信號的輸出。
短路保護(hù)
如果極限電流超過的話，輸出會周期性地封閉和釋放，直至短路被除。
極性保護(hù)
直流感測器具防止輸入電源電壓極性誤接的保護(hù)功能。
過載保護(hù)
任何過載對感測器均無損害
斷路保護(hù)
電源線斷路不會引起誤動作
導(dǎo)線顔色編碼和連接形式
形式功能級性導(dǎo)線顔色/端子
2-線 N.O. 自由
AC N.C. 自由
Or N.O. 注明 L+棕，L-藍(lán)
DC N.C. 注明 L+棕，L-藍(lán)
金屬外殼的交流型感測器外殼需接地
注：電氣連接圖中 BN-棕色 BI-藍(lán)色 BK-黑色 WH-白色

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