接近开关原理

1.概述

接近开关是一种毋需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感

应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流

电器或给计算机装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器（即无无触点开关），它即

有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，

应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、

霍尔式、交、直流型。

接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应

区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置

和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性

和对恶劣环境的适用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶

金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护

环节。接近开关具有使用寿命长、工作可靠、重复定位精度高、无机械磨损、无火花、无噪

音、抗振能力强等特点。因此到目前为止，接近开关的应用范围日益广泛，其自身的发展和

创新的速度也是极其迅速。

2.接近开关的主要功能

（1）检验距离

检测电梯、升降设备的停止、起动、通过位置；检测车辆的位置，防止两物体相撞检测；检

测工作机械的设定位置，移动机器或部件的极限位置；检测回转体的停止位置，阀门的开或

关位置；检测气缸或液压缸内的活塞移动位置。

（2）尺寸控制

金属板冲剪的尺寸控制装置；自动选择、鉴别金属件长度；检测自动装卸时堆物高度；检测

物品的长、宽、高和体积。

（3）检测物体存在有否检测生产包装线上有无产品包装箱；检测有无产品零件。

（4）转速与速度控制

控制传送带的速度；控制旋转机械的转速；与各种脉冲发生器一起控制转速和转数。

（5）计数及控制

检测生产线上流过的产品数；高速旋转轴或盘的转数计量；零部件计数。

（6）检测异常

检测瓶盖有无；产品合格与不合格判断；检测包装盒内的金属制品缺乏与否；区分金属与非

金属零件；产品有无标牌检测；起重机危险区报警；安全扶梯自动启停。

（7）计量控制

产品或零件的自动计量；检测计量器、仪表的指针范围而控制数或流量；检测浮标控制测面

高度，流量；检测不锈钢桶中的铁浮标；仪表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控

制。

（8）识别对象

根据载体上的码识别是与非。

（9）信息传送

ASI（总线）连接设备上各个位置上的传感器在生产线（50-100米）中的数据往返传送等。

3.接近开关分类及结构

接近开关的作用是当某物体与接近开关接近并达到一定距离时，能发出信号。它不需要外力

施加，是一种无触点式的主令电器。它的用途已远远超出行程开关所具备的行程控制及限位

保护。接近开关可用于高速计数、检测金属体的存在、测速、液位控制、检测零件尺寸以及

用作无触点式按钮等。就目前应用较为广泛的接近开关按工作原理可以分为以下几种类型：

高频振荡型：用以检测各种金属体

电容型：用以检测各种导电或不导电的液体或固体

光电型：用以检测所有不透光物质

超声波型：用以检测不透过超声波的物质

电磁感应型：用以检测导磁或不导磁金属

按其外型形状可分为园柱型、方型、沟型、穿孔（贯通）型和分离型。园柱型比方型安装方

便，但其检测特性相同，沟型的检测部位是在槽内侧，用于检测通过槽内的物体，贯通型在

我国很少生产，而日本则应用较为普遍，可用于小螺钉或滚珠之类的小零件和浮标组装成水

位检测装置等。

接近开关按供电方式可分为；直流型和交流型，按输出型式又可分为直流两线制、直流三线

制、直流四线制、交流两线制和交流三线制。

（1）两线制接近开关

两线制接近开关安装简单，接线方便；应用比较广泛，但却有残余电压和漏电流大的缺点。

（2）直流三线式

直流三线式接近开关的输出型有NPN和PNP两种，70年代日本产品绝大多数是NPN输

出，西欧各国NPN、PNP两种输出型都有。PNP输出接近开关一般应用在PLC或计算机

作为控制指令较多，NPN输出接近开关用于控制直流继电器较多，在实际应用中要根据控

制电路的特性进行选择其输出形式。

4.接近开关的选型和检测

（1）接近开关的选型

对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使其在系统中

具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则：

1）当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、A3钢类

检测体检测最灵敏。对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。

2）当检测体为非金属材料时，如；木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开

关。

3）金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开

关。

4）对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍

尔式接近开关。

（2）接近开关技术指标检测

1）动作距离测定；当动作片由正面靠近接近开关的感应面时，使接近开关动作的距离为接

近开关的最大动作距离，测得的数据应在产品的参数范围内。

2）释放距离的测定；当动作片由正面离开接近开关的感应面，开关由动作转为释放时，测

定动作片离开感应面的最大距离。

3）回差H的测定；最大动作距离和释放距离之差的绝对值。

4）动作频率测定；用调速电机带动胶木圆盘，在圆盘上固定若干钢片，调整开关感应面和

动作片间的距离，约为开关动作距离的80%左右，转动圆盘，依次使动作片靠近接近开关，

在圆盘主轴上装有测速装置，开关输出信号经整形，接至数字频率计。此时启动电机，逐步

提高转速，在转速与动作片的乘积与频率计数相等的条件下，可由频率计直接读出开关的动

作频率。

5）重复精度测定；将动作片固定在量具上，由开关动作距离的120%以外，从开关感应面

正面靠近开关的动作区，运动速度控制在0.1mm/s上。当开关动作时，读出量具上的读数，

然后退出动作区，使开关断开。如此重复10次，最后计算10次测量值的最大值和最小值

与10次平均值之差，差值大者为重复精度误差.

接近开关的工作原理

1、电感式接近开关工作原理

电感式传感器由三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。振荡器产生一个交变磁

场。当金属目标接近这一磁场，并达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡

衰减，以至停振。振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱

动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。

2 、电容式接近开关的工作原理

电容式接近开关的感应面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器电极，该两个电极

构成一个电容，串接在RC振荡回路内。

电源接通时，RC振荡器不振荡，当一目标朝着电容器的电靠近时，电容器的容量增加，振

荡器开始振荡。通过后级电路的处理，将振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到了检

测有无物体存在的目的。该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以

获得最大的动作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电常数，材料的介电常数越大，

可获得的动作距离越大。

3 、霍尔开关的工作原理

磁式开关是接近开关，它（甚至透过非黑色金属）响应于一个永久的磁场。作用距离大于电

感接近开关。响应曲线与永久磁场的方向有关。

当一个目标（永久磁铁或外部磁场）接近时，线圈铁芯的导磁性（线圈的电感量L是由它

决定的）变小，线圈的电感量也减小，Q值增加。激励振荡器振荡，并使振荡电流增加。

当一个磁性目标靠近时，磁式传感器的电流消耗随之增加。

优点：---传感器可以安装在金属中

附录1：部分常用材料的值

材料衰减系数

钢

不锈钢

黄铜

铜

1

0.85

0.3

0.4

接近开关工作原理(怡馨苑)

1、概述

接近传感器可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标物。根据操作原

理，接近传感器大致可以分为以下三类：利用电磁感应的高频振荡型，使用磁铁的磁力型和

利用电容变化的电容型。

特性：

●非接触检测，避免了对传感器自身和目标物的损坏。

●无触点输出，操作寿命长。

●即使在有水或油喷溅的苛刻环境中也能稳定检测。

●反应速度快。

●小型感测头，安装灵活。

2、类型

（1）按配置来分

（2）、按检测方法分

●通用型：主要检测黑色金属（铁）。

●所有金属型：在相同的检测距离内检测任何金属。

●有色金属型：主要检测铝一类的有色金属。

3、高频振荡型接近传感器的工作原理

电感式接近传感器由高频振荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。振荡器在传感器

检测面产生一个交变电磁场，当金属物体接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了振

荡器的能量，使振荡减弱以至停振。振荡器的振荡及停振这二种状态，转换为电信号通过整

形放大转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。下面为详细介绍：

（1）通用型接近传感器的工作原理

振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场。当目标物接近磁场时，由于电磁感应在目标物中

产生一个感应电流（涡电流）。随着目标物接近传感器，感应电流增强，引起振荡电路中的

负载加大。然后，振荡减弱直至停止。传感器利用振幅检测电路检测到振荡状态的变化，并

输出检测信号。

振幅变化的程度随目标物金属种类的不同而不同，因此检测距离也随目标物金属的种类

不同而不同。

（2）所有金属型传感器的工作原理

所有金属型传感器基本上属于高频振荡型。和普通型一样，它也有一个振荡电路，电路

中因感应电流在目标物内流动引起的能量损失影响到振荡频率。目标物接近传感器时，不论

目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。传感器检测到这个变化并输出检测信号。

（3）有色金属型传感器工作原理

有色金属传感器基本上属于高频振荡型。它有一个振荡电路，电路中因感应电流在目标

物内流动引起的能量损失影响到振荡频率的变化。当铝或铜之类的有色金属目标物接近传感

器时，振荡频率增高；当铁一类的黑色金属目标物接近传感器时，振荡频率降低。如果振荡

频率高于参考频率，传感器输出信号。

4、电容式接近传感器的原理

电容式接近传感器由高频振荡器和放大器等组成，由传感器的检测面与大地间构成一个

电容器，参与振荡回路工作，起始处于振荡状态。当物体接近传感器检测面对，回路的电容

量发生变化，使高频振荡器振荡。振荡与停振这二种状态转换为电信号经放大器转化成二进

制的开关信号。

5、常用术语

接近开关两种安装方式的区别

一般接近开关有两种安装方式：齐平安装和非齐平安装。

齐平安装：接近开关头部可以和金属安装支架相平安装。

非齐平安装：接近开关头部不能和金属安装支架相平安装。

一般，可以齐平安装的接近开关也可以非齐平安装，但非齐平安装的接近开关不能齐平

安装。这是因为，可以齐平安装的接近开关头部带有屏蔽，齐平安装时，其检测不到金属安

装支架，而非齐平安装的接近开关不带屏蔽，当齐平安装时，其可以检测到金属安装。正因

为如此，非齐平安装的接近开关的灵敏度比齐平安装的灵敏度要大些，在实际应用中可以根

据实际需要选用