磁感应开关

磁感应开关磁感应开关也叫感应开关，是用来检测磁场的传感器。在当今电气一体化的设备中，检测气缸活塞运动位置的传感器，磁感应开关无疑是首要选择。磁感应开关可分为有触点式（机械式）和无触点式（电子式）两种。一、有触点式磁感应开关有触点式磁感应开关是通过内部机械触点的接通与断开来工作的感应开关。1、工作原理有触点式磁感应开关内部的主要元件是磁簧管（也叫舌簧管）如图5.4所示。磁簧管的两块簧片是由软磁金属材料制成。软磁材料在磁场环境中非常容易被磁化，而离开磁场环境后也非常容易消磁。图5.4磁感应开关内部原理图与接线图感应开关安装在带有磁环的气缸上，气缸活塞移动到一定位置，当活塞上的磁铁处在磁簧管正下方时，磁簧管内部的两块弹片分别被磁化成N极与S极，两块弹片因异性相吸而连接在一起，从而使开关导通，如图5.5（a）。磁簧管图5.5（a）磁铁处于磁簧管正下方（b）磁铁处于磁簧管的某一侧磁簧管当磁铁处在磁簧管的某一侧时，磁簧管的两块弹片会被磁化成相同的N极或S极，两块弹片因同性相弃而离得更远，如图5.5（b）。见图5.6，活塞向右运动，当磁环到A位置时，磁簧管被接通，磁环移到B位置时，磁簧管断开，A—B区间称为动作范围。活塞向左反向运动，当磁环移到C位置，磁簧管才接通，当继续左行至位置D时，磁簧管才断开，C—D区间也是动作范围。有触点磁性开关的动作范围一般在5~12mm,与开关型号及气缸缸径有关。如图中A—D与C—B区间，只有活塞向某一个方向运动才可使开关接通的区间，称为磁滞区间，此区间通常小于2mm。除去磁滞区间的动作范围为最适合安装位置，其中间位置称为最高灵敏度位置。动作范围磁滞区间最高灵敏度位置磁性开关导线缸筒磁环（永久磁铁）图5.6磁感应开关动作区间图磁环停止在最高灵敏度位置，开关动作稳定，不易受外界干扰。若磁环停止在磁滞区间，则开关动作不稳定，易受外界干扰。2、特点磁簧管内部充入惰性气体，触点在开闭时可避免产生火花，同时可减少火花引起的氧化、碳化，触点镀贵金属、耐磨。寿命长，开关100万次以上，价廉，安装方便。响应快，动作时间在1.5ms以内。内部阻抗小，无指示灯的情况下，一般为1Ω以下，若内置触点保护回路与指示灯回路，阻抗在25Ω以下。3、使用注意事项1）当外接感性负载、到负载的配线在5M以上、负载电压为AC110V与AC220V时，触点在开闭时容易产生浪泳电流对感应开关产生冲击，从而影响使用寿命。此时，应外接浪泳吸收电路。2）安装时，不得让开关受过大的冲击力，如将开关抛打、撞击等。3）避免让磁感应开关处于水或冷却液等环境中使用，以免造成绝缘不良、开关内部树脂泡胀、造成开关误动作。4）绝对不要用于有爆炸性、可燃性气体中。5）周围有强磁场、大电流设备的环境，不能使用有触点式的磁感应开关，应选用抗强磁感应开关。6）配线时，应切断电源，以防配线失误造成短路，损坏开关及负载电路。7）感应开关不能直接接到电源上，必须串接负载，如图5.4所示。且负载绝不能短路，以免感应开关烧坏。8）负载电压和最大负载电流都不要超过磁感应开关的最大允许容量，否则其寿命会大降低。9）对于内部有指示灯的感应开关，棕线接+极，蓝线接-极。若反接，则感应开关仍可正常使用，但指示灯不亮。10）多个开关串联使用时，由于每个发光二极管都有内部压降，故开关吸合时的负载电压是电源电压减去所有开关的内部压降。若负载电压低于负载的最低动作电压，即便感应开关动作，负载也可能不动作。开关串联电路中，若只使用一个带指示灯的开关，其余开关都不带指示灯，则可以提高负载电压。多个开关串联时，只有所有开关都吸合时，指示灯才会亮。11）多个开关并联使用时，且所有开关都吸合时，流过每个开关的电流会随并联开关个数的增加而减少，此时，指示灯会因电流的减小而变暗或不亮。二、无触点式磁感应开关无触点式磁感应开关也称电子式感应开关。它是利用半导体（磁敏电阻）的霍尔效应来感应磁场，然后加上放大电路与开关电路构成的一种感应开关。1、工作原理如图5.7所示为导体霍尔效应示意图，当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放置在磁场中时，薄片两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有电位差值称为霍尔电势VH，其表达式为：VH=K*I*B/d其中K为霍尔系数，I为薄片中流过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应产生的感应电动势是与外加磁场的磁感应强度成正比的。无触点式感应开关就是将感应到的霍尔电动势VH进行放大，然后再用来控制开关三极管的导通与关闭，从而实现感应开关的导通与关闭。图5.7霍尔效应示意图1）三线式感应开关三线式磁感应开关因内部当做开关用的三极管类型不同而分为NPN型与PNP型两种，两种类型的磁感应开关的接线方法也不同，两种类型的感应开关内部结构图与接线原理图见图5.8所示。+棕色负载电源-蓝色黑色主电路（型）（a）NPN型（b）PNP型图5.8三线式磁感应开关内部结构图与接线原理图2）两线电子式感应开关以前因电子元器件的工作电压与工作电流的限制，无触点型开关很难制成两线式的产品，现在因各种新型号的电子元器件的出现，两线电子式无触点感应开关也相继出现。在未来，因三线电子式磁感应开关接线比较复杂，必将会逐步被两线电子式磁感应开关所代替。两线电子式磁感应开关内部结构图与接线原理图见图5.9所示。+棕色负载电源-蓝色主电路图5.9两线式磁感应开关内部结构图与接线原理图3）抗强磁感应开关抗强磁感应开关：即能在强磁干扰的环境下使用的磁感应开关。我司的CS1-69AM型抗强磁感应开关也是属于两线电子式感应开关的一种。根据电磁感应定律，通电导线周围会产生磁场，且电流越大磁场越强。工业用的电焊机一般在焊接时的工作电流大于1000A，甚至一些焊机在焊接时的工作电流超过10000A。当距离足够近时，这类电焊机导线周围产生的干扰磁场足以主电路黑色蓝色-电源负载棕色+（型）1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeADate:22-Nov-2010SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\a\桌面\PTC\MyDesign.ddbDrawnBy:探测器磁主控制电路D7REDD6GREEND5稳压管R1压敏电阻Q1三极管D4D3D1D2INPUT信号放大使得普通的磁感应开关产生误动作。所以，在能够产生强磁场干扰的环境中使用磁感应开关时，需配置抗强磁感应开关。抗强磁感应开关工作原理：抗强磁感应开关内部结构原理图见图5.10图5.10抗强磁感应开关内部原理图感应开关在工作时，磁探测器不管外部磁场极性是交替变化的还是固定不变的，都将对应的交替信号固定信号输出经过信号放大后送入主控制电路。主控电路对信号进行判断，如果信号是按一定频率交替的，则说明这是交流干扰磁场产生的干扰信号，控制电路对其不予理会；如果信号是固定不变的直流信号，则说明感应开关探测到了气缸的磁环，主控制电路控制三极管（Q1）导通或截止，同时根据信号强弱控制点亮红灯（D7）或绿灯（D6）。上图中，调整信号放大电路的参数可调整磁感应开关的感应灵敏度；稳压二极管D5的作用是给主控制电路和信号放大电路提供一个稳定的工作电压；二极管D1、D2、D3、D4组成桥式整流电路以保证外接电压无论正接还是反接都能正常工作；压敏电阻R1可吸收开关感性负载的反向冲击电流从而保护感应开关。4）多线式感应开关多线式感应开关，是在普通两线或三线式感应开关的基础上加一些特殊功能，例如：将NPN与PNP两种输出方式的感应开关集成在一起，就成了四线式的感应开关。2、特点1）电子式感应开关内部无机械部件，耐冲击，寿命长，检测可靠性高。2）其响应时间短，一般在1ms以下，适合高频工作。3）动作范围较磁簧管式要短，一般为3~8mm。3、使用注意事项1）此类开关有漏电流，三线式一般在0.1mA以下,两线式的在0.8mA以下。2）当外接感性负载，触点在开闭时容易产生浪泳电流对感应开关产生冲击，从而影响使用寿命。此时，应外接浪泳吸收电路。3）避免让磁感应开关处于水或冷却液等环境中使用，以免造成绝缘不良、造成开关误动作。4）绝对不要用于有爆炸性、可燃性气体中。5）周围有强磁场、大电流设备的环境，不能使用普通两线式与三线式的磁感应开关，应选用抗强磁感应开关。6）配线时，应切断电源，以防配线失误造成短路，损坏开关及负载电路。7）两线式感应开关不能直接接到电源上，必须串接负载，如图5.9所示。且负载绝不能短路、接线极性不得接反，以免感应开关烧坏。8）负载电压和最大负载电流都不要超过磁感应开关的最大允许容量，否则其寿命会大降低。9）对于两线式的感应开关，接线方式为棕色接+极、蓝色接–极，不得接反，接反有可能损坏感应开关；对于三线式的感应开关，接线方式为棕色接+极、蓝色接–极、黑色线与负载的接线方法应根据开关类型按图5.8所示的方法接线，接错线有可能损坏感应开关；我司抗强磁感应开关因内部设计的原因，对接线无要求。10）多个开关串联使用时，由于每个开关都有内部压降，故开关吸合时的负载电压是电源电压减去所有开关的内部压降。若负载电压低于负载的最低动作电压，即便感应开关动作，负载也可能不动作。多个开关串联时，只有所有开关都导能时，指示灯才会亮。11）多个开关并联使用时，只要有一个开关动作，便有输出。是哪个开关动作可由各自的指示灯确认。当开关未导通时，由于每个开关都存在漏电流，所以总漏电流较大，有可能导致误动作。故要求负载动作电流必须大于总漏电流。对于三线式开关，因每个开关的漏电流仅为0.1mA，所以多个开关并联使用，一般不会导致负载误动作。