电感接近传感器的特性分析与优化

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：电感接近传感器有一个触发点，在25.4mm的1/10 000内可重复触发。非屏蔽电容接近传感器比屏蔽类型具有更远的检测距离。当若干电感接近传感器相互靠近，或者相互交叉时，任一传感器都会受到干涉。当一个接近传感器检测区域和另一个相邻的接近传感器的检测区域重叠时，就会产生

图3-6所示为两个桶形电感传感器。要熟练应用接近传感器需要理解很多参数，这些参数都已列在特性数据表中。下面详细介绍这些参数。

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图3-6　桶形电感接近传感器

1.检测距离

传感距离又叫作检测距离，是从传感器表面到基准目标的距离，其中传感器的表面称为参考面。而基准目标将导致传感器的输出从关闭的状态改变为打开的状态。称其为基准目标是因为检测距离与目标的形状、大小和材料有关。例如，表3-3所列数据中的φ8mm传感器的基准目标是一个8×8×1mm3的软钢板。如果实际应用中的目标和基准目标不一样，检测距离就必须用修正系数来修正。电感接近传感器有一个触发点，在25.4mm的1/10 000内可重复触发。

表3-3　感应距离参数

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在一些传感器中，垂直检测和水平检测方式下的检测距离不同。表3-3详细说明了感应距离参数，描述了基准目标相对于参考面以垂直和水平方向移动时，两种情况下的工作点（打开）和释放点（关闭）。水平移动时，作用点（Turn On）和关闭点（Turn Off）是实线到虚线。所以，水平移动的物体靠近参考面时，传感器触发得更快。

然而，在实际设计中，一般目标不可能与传感器数据表中的基准目标相似，并且提供一个基于检测目标的准确的修正系数也是不可能的。这种情况下，在应用系统中必须用实验的方法来确定检测距离，也就是测试当目标向传感器靠近时，测量传感器何时起作用。

2.基准目标修正系数

基准检测目标是厚度为1mm的铁板，长、宽与电感接近传感器的表面相等。所有的特征参数都是基于传感器对基准目标的工作过程而定的。如果检测目标的形状、大小和材料改变，检测的特征参数也会相应改变。例如，如果图3-7中的物体宽10mm，那么检测距离大约是13mm（即10mm宽的目标与曲线相交处的垂直距离）。

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图3-7　接近传感器的检测距离

目标物体的材料和厚度的变化对于检测距离的影响，大于目标物体的大小变化所产生的影响。高导电性材料分散了涡流电流，并且会抑制涡流电流的产生，所以要使电流足以触发传感器改变状态，目标物体必须更加靠近传感器表面。目标物体比较厚时，对传感器产生的影响类似于不同材料产生的影响。因为电流遍布于较厚目标物体表面，涡流电流密度下降，因此要使电流足以触发传感器改变状态，目标物体同样需要更靠近传感器表面。传感器生产商为不同大小和不同材料类型的目标物体提供了修正系数。图3-8示出了不同的修正系数。图3-8（a）中的曲线描述了目标物体的大小变化区域、材料类型和最大检测距离的相对关系。在图3-8（b）中，提供了对于不同材料进行修正的乘性相关系数。

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图3-8　相关系数

3.复位距离

当基准物体偏离于传感器时，传感器从打开到关闭的距离为复位距离。表3-3中用释放点标注了复位距离。检测点和复位点之间的距离称为差别距离。

4.差别距离

差别距离是复位距离和感应距离之间的间隔，体现了系统的磁滞现象。磁滞现象根据选择的传感器的不同而异，并且一般是全部感应距离的3%～10%。接近传感器的输出会受环境噪声的影响，也会由于在传感器触发点时目标的震动而受影响，所以必须使用差别距离来防止这些现象。

5.整定距离

假设外界环境条件最差并且供电电压可能发生变化，整定距离是传感器和基准目标之间的最大距离。整定距离应该是传感器应用设计中的标准距离，因为它代表了工作环境中最差条件下的检测距离。但是，因待检测物体的几何形状和材料可能与基准目标不同，必须通过经验法来确定实际的检测距离。在这种情况下，基准目标的整定距离不适用于当前的设计。所以必须为不标准的目标确定一个新的整定距离。下面的公式提供了新的整定距离计算公式：

换句话说，用实际测量检测距离和基准目标特性参数中的标准整定距离对标准检测距离的比，计算新的整定距离。

6.屏蔽和非屏蔽的工作过程

接近传感器在屏蔽和非屏蔽配置下都是有效的。图3-2描述了电感传感器的屏蔽区域，图3-6描述了屏蔽型和非屏蔽型桶形传感器。注意图3-6所示屏蔽型传感器的表面有金属包覆。一般来说，非屏蔽类型具有较宽的检测范围，屏蔽类型则具有更集中的检测区域。图3-9示出了屏蔽和非屏蔽电感传感器的组成部分。

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图3-9　屏蔽和非屏蔽电感接近传感器的组成部分

屏蔽电容接近传感器的检测区域比较集中，适合检测导电性差的材料。但是，灵敏度比较高可能导致传感器在工作中下降沿容易受传感器表面灰尘和湿度的影响。对于检测导电性高的材料或者区别材料导电性的高和低，非屏蔽型电容接近传感器不太集中的静电场更有效。非屏蔽电容接近传感器比屏蔽类型具有更远的检测距离。

非屏蔽电容接近传感器通常备有补偿电极（图3-4），补偿电极使得传感器可以避免积聚在传感器上的雾气、灰尘、周围湿度的变化、少量污垢和油滴水滴等因素的影响。所以对于较多灰尘和潮湿的环境，非屏蔽类型的传感器是一个比较好的选择。由于非屏蔽电容传感器的外壳是塑料的，因此它也比较适合用于检测液位。将传感器密封在容器一侧的洞里，通过传感器外壳，传感器可以检测出容器中液位的变化。

7.频率响应

频率响应是基准目标引发输出状态改变的最快速度。当目标进人和离开检测区域时，开关频率是传感器可以发送单个离散脉冲的最大速度。响应值取决于目标的大小、目标距离检测表面的距离、目标移动的速度和传感器型号。这个参数是用1s内脉冲跳变数量来表示的。表3-2中的传感器的频率响应数据描述了可选择的频率响应范围。

8.温度和电压变化

接近传感器对温度变化很灵敏，大部分传感器工作的环境温度范围是-10.6～70℃。欧姆龙器件在23.3℃时的检测距离最大，当器件温度在工作范围内变化时，检测距离会发生±15%的变化。

传感器对电压的变化也很灵敏，供电电压的范围为10～30V。但是，当供电电压发生改变时，欧姆龙传感器的最大检测距离只有±1%的变化。

9.相互干涉

在检测区域内，安装的硬件或其他传感器可能会导致检测距离减小、传感器错误触发或检测不到目标，所以需要仔细考虑接近传感器的安装位置。当若干电感接近传感器相互靠近，或者相互交叉时，任一传感器都会受到干涉。当一个接近传感器检测区域和另一个相邻的接近传感器的检测区域重叠时，就会产生相互干涉。导致其中一个或两个接近传感器的输出发生不规律的开和关或者产生相互矛盾。

图3-10说明了安装屏蔽和非屏蔽接近传感器的一般要求，从而防止相互干涉。在安装一种传感器之前，必须向生产商核实一下这种类型传感器的特殊安装和位置要求。注意，非屏蔽传感器的检测距离较远，相互之间也需要较远的间隔。

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图3-10　接近传感器的安装规范

电感接近传感器的特性分析与优化

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