近接开关简介与应用

近接开关(Proximity Switch)又称近接传感器，在许多自动化机械、产业机械、半导体设备、工具机等，是不可缺少的角色之一，它负责侦测物体的存在与否，以便让控制器了解目前机构的有无、位置或者是它也可以被设计成计数感测，在输送带上计算物品通过的数量，它的用途非常广泛，特性也非常优异，如：动作周期快速、非接触感测、小型化设计、耐环境、低价格等，许多制造商便积极投入研发生产，种类及外型琳琅满目，有长方型、四方型、圆柱型、圆孔型、沟型、多点型等，动作形态又分常开(NO)及常闭(NC)，一般近接开关都是非接触型，依原理可分成以下4种类型:

1. 感应型近接开关(Inductive sensor) ：

它的使用原理主要是利用内部的LC及晶体管电路产生振荡，当有导磁(如铁或镍等)或抗磁(如铜)的金属接近线圈平面时，将改变电感之导磁系数，吸收振荡电路产生之能量，使得振荡衰减，若物体持续接近，则振荡将停止，这样便侦测出物体是否存在。因为是透过电磁效应来进行感测，故此类型的感测物必须为具有传导性的金属物体，而且因为震荡线圈放射出的磁力线很广，所以传感器附近有其它磁性物体或其它的近接开关，可能容易产生误动作，在配置及设计时需遵行制造商规格手册之规范。

2. 电容式近接开关(Capacitive sensor) ：

它的原理是将数百kHz~数MHz的高频振荡电路一部份引出到检出电极板，由电极板产生高频磁场，若有物体接近时，则物体表面和检出电极板表面起分极现象，而使得整体电容量增加或减少，因此由电容量变化可间接推算出移动物或被感测物之运动量或位置变化，此类型感测物可以是金属、塑料、液体、木材等。

3. 光电式近接开关(Photoelectric sensor) ：

广泛定义也称光电传感器，它的种类相当多，其中扩散反射型光电近接与一般近接架构较相同，传感器内建光源电路，利用光发射器藉由物体表面反射回来的光量强度，来判断物体有无，此类型传感器不需反射板，虽然检出距离设定容易，不过缺点很多如：感测距离短、检出精度不一、感测物体背景需考量、检测感度调整、两个光电近接装置过近容易产生干涉误动作等。

4. 磁气型近接开关(Magnetic sensor) ：

它的原理和磁簧开关原理相同，传感器内磁簧管是由二片铁性簧片，平行放置重迭形成一间隙，这两片细长扁平簧片会镀上贵金属以确保其最佳功能，贵金属一般是使用铑或金，这两片簧片是被完全密封在一支充入惰性气体之玻璃管上，当有磁场接近时(一般是用永久磁铁)，磁性足够大时就会相吸，接点将从OFF至ON，此磁簧管构造上没有机械式零件或电子零件，因此不会有卡住或电路损坏等不良发生，接点寿命可每次精确且高速作动达数百万次，此类型传感器通常为一组(传感器与磁铁)，最常用在门窗开关检测。

在工具机中最常用到的是圆柱感应型近接开关，为求高质量与动作精确性，台中精机一直以来都使用日本山武(YAMATAKE)近接开关，并没有因为同业削价竞争而采用台制或二线品牌，输出型式有PNP输出、NPN输出、直流2线式、交流2线式、类比输出等，以下我们解说3线式与2线式差异处：

在早期，因为控制系统、半导体技术等因素，多半使用直流3线式近接，其接线图如下：

后期，因为科技进步逐渐以直流2线式近接取代3线式，其优点如下：

1. 安全性：

即使万一电路短路时，二线式开关是安全的，内部电气部件故障、电线断线、外伤、电源浪涌等可能会造成内部电路短路，通过负载与电源连接的直流二线式开关因为不会有负载电流以上的电流通过，和直流三线式开关不同，不会造成燃烧或起火等危险情况。

2. 低消耗电流：

山武的直流二线式接近开关在输出OFF时的电流低于0.55mA!实现了超低消耗电流，与需要10mA直流三线式开关相比，节约1/ 18的电流。

例：流入各开关的负载电流被设定为10mA时，因为直流三线式另外需要消耗电流(约10mA)，所以一个开关所需的电流为20mA。而直流二线式只需10mA的负载电流，在这种情况下，用于开关的电源容量可以减半。

3. 配线节省及减低错误：

与三线式相比，配线工序和端子数量节省2/3，直流二线式在配线时导致极性错误的机率减少。如果使用无极性型，就能完全防止极性错误的配线发生。

4. 动作指示灯设计：

近接开关依据体积大小，其动作距离有所不同，往往在固定近接开关时都使用目测来松放固定螺丝，这样一来一旦机械送电测试，人员往往无法从机械端看出近接开关是否有感应到，于是便设计一个LED灯在近接上面，在规定距离内感应LED显示绿色，若在不安定感测距离下感应LED显示红色，当然，若都没亮就是超出感应距离。