【2027上岸必學】如何逼自己21天學會機械設計，從0到助理工程師到機械工程師，機械小白學習工作轉行必備 P6 - 助理工程師：【第一章傳感器】5、電容式接近傳感器

在自動化設備當中，常見的物料檢測方案有多種 一般情況下，我們可以採用光電式的方案 比如說對射光電或者是漫反射光電 當然呢，也有采用光纖傳感器 同時的話呢，其實還有一種低成本的方案 也就是說採用接近傳感器來進行物料的檢測 當然呢，接近傳感器有兩種類型 一種是電容式和電感式 那今天我們用兩節課的時間 來講解這兩種傳感器的區別以及選型應用 當然了，本節我們先講電容式 我剛纔講到的這種方案裏面的話 其實有對應的設備結構進行這樣一個應用 比如說我們這個電池薄膜玻璃機 大家可以看到，那麼物料在我們 的下料端進行這個推料下料之後 這裏有個料槽，那麼末端物料檢測就是採用了 我們的接近傳感器 那當然呢，剛纔我們所說到的這樣一個光電和光纖的方案 在其他地方也有應用 比如我們可以看到這一臺設備 這臺設備是一個檢測篩選設備 那麼呢，它的物料進行這個入料的時候 在這個末端，它採用的是對射光電開關 那麼對射光電開關透過這個夾爪的縫隙 如果是物料到了這樣一個夾爪的位置 進行了擋光，也就是說把我們的光束擋住了之後 那這裏就是已經有了物料檢測，物料已經到了位置了 所以它採用的是光電方案，這裏是我們的對射光電 當然採用漫反射也是可以的，比如有些輸送線上面 但是它的出料大家發現沒有，它採用的是接近開關對吧 那當然還有一種就是我們所說的光纖 光纖的方案的話，這條輸送線 進行入料的時候，在這個位置採用了一個光纖 然後在我們的這樣一個倒料位 也就是說在輸送線的末端這裏也有一個光纖 它爲了兼容不同產品 也就是說不同尺寸的物料 那在這裏面的話，它有幾個安裝孔 大家可以看到 那在這個位置它也有匹配的 這樣一個光纖放大器 所以大家可以看到的低成本方案是哪一種 最簡單的就是採用接近開關 那麼接近開關的話，第一種我們剛纔講到 要講的是電容式的 那麼電容式有什麼樣的一個特點呢 它跟電感式的區別在哪裏 很多同學可能有時候搞不懂對吧 其實沒關係啊 今天呢，南方老師用十分鐘時間給大家講清楚 電容式接近傳感器 那很多人會說老師，這種傳感器長什麼樣？ 我給大家來看一下 剛纔我們在圖紙裏面看到的是這個圓柱體，對不對？ 那其實現實當中的話呢，它有圓柱體，也有方形 比如說像這種 那麼是典型的我們的這個電容式接近傳感器 這種也是啊，也是的 但是呢，它們兩者有區別 一個是大家可以看到 它是呢與我們的金屬底平着的 一種是呢，它是凸出來的 大家要注意到這個綠色顏色的就是它的這個感應體啊 後面就是我們的安裝，然後呢，這裏面的話，大家發現沒有啊？ 它是細牙螺紋 然後這個結構的話，它是M18的 它比較粗，當然也有小的微型的也有 所以大家在選型的時候，根據安裝空間合理選擇就行 所以用細牙螺紋的原因，就是因爲呢，這個防松吧 相對來說它比粗牙的要好一些 而且呢，它安裝的這個防松墊片 當然我們如果是後期安裝的話 是可以將我們的這樣一個安裝片夾在裏面的 那這個傳感器的原理是什麼？ 我來給大家講一講，好不好 首先我們打開一個樣冊，給大家結合這個樣冊來講會好一些 我們看到這就是我們的這樣一個傳感器 那麼傳感器的感應面，它是一個電容器的極板 大家注意到就是這個感應面，它是電容器的極板 那個極板通常是接地端或者是傳感器的外殼 就是當我們這個物體接近它的時候 它爲什麼叫接近傳感器 就是你的物體接近它 它就會進行這樣一個感知 那麼物體進入到這個感應面 或者是靠近這個感應面，就會進入到這個電場 導致傳感器與大地之間的介電常數發生變化 從而引起電容量變化 那麼內部的振盪電路檢測到這個電容變化後 那驅動輸出的電路就會產生這樣一個通斷信號 所以給到這個PLC 那我已經有物料在這樣一個位置了 當然大家一定要注意到 我們的這樣一個接近開關 它其實是有檢測距離的 並不是說你多遠都能檢測到 比如說我們在進行安裝的時候 大家發現了嗎 比如說我們剛纔給大家看的這樣一個圖紙 那它在安裝的時候的話 我們要調整這個安裝距離 你不能說太遠 比如說你這個頭 靠近它的話近一點就會感受得到 就是它的一個信號會好一些 但如果你把這個 比如說我們圓柱形的接近開關安裝的很上去的話 那麼它就會導致感應不到 因爲它的感應距離只有那麼長一點點對不對 當然剛纔我們看到的這兩種 比如說一種是凸出來的 一種是這個平着的 它兩者的這個感應距離是不同的 首先我們可以按類型來分可以分爲這兩種 大家看到第一種的話我們可以把它稱之爲這個禿頭型 比如說大家看到的這個凸出來的我們就叫禿頭 然後這一種的話就叫它平頭型 當然在有一些傳感器裏面的話它可能也命名的不一樣 命名的怎麼不一樣呢 比如說在我們進行這樣一個設計用的時候 剛纔我給大家打開的那個樣冊 那個樣冊裏面的話就是我們的這個歐姆龍的 歐姆龍的話呢它稱之爲屏蔽型和非屏蔽型什麼叫屏蔽型 就是說它的感知面被我們的金屬包裹就是這種給 大家剛纔截圖的這種 那麼它就是我們的這樣一個屏蔽型 然後的話呢，另外一種就是 它的感知面沒有被金屬包裹，就我們剛纔說的禿頭型 那麼它就是非屏蔽型 大家發現沒有？ 非屏蔽型產品的檢測距離要比我們的屏蔽型要長一些 所以我們後期在進行這樣一個設計選擇的時候 大家要注意到，我們可以根據實際情況進行這樣一個選擇 好，那麼這兩種的話，我要給大家打出這樣的文字來 所以如果是我們進行這樣一個分類 它就有兩種類型對吧？ 好，那麼這兩種類型的話，其實它各有特點 如果是平頭型的 就我們剛纔說的所謂的屏蔽型 那它是的感應面與外殼平齊嘛，所以安裝不易受損 禿頭型的話，感應面突出 那麼檢測距離稍長，但容易受到碰撞 比如說，如果是我們的這樣一個物料 對它進行這個碰撞的話，那麼你這個傳感器可能會壞掉 所以我們在做設計的時候也要注意到 就是對應的這樣一個安裝距離呀 或者是安裝位置，對它進行這樣一個保護 那當然這個 對應的這個類型的話 它在進行使用過程中，它在檢測過程中 它會不會有區別？它有區別啊 其實大家可以看到的 這個就是我們剛纔說的那種平頭型 那麼平頭型大家發現沒有啊？ 它的這個檢測它的電場的話 是不是隻有前方纔有啊？ 好，那麼如果是我們採用的是禿頭型 大家一定要注意到 那麼它的電場不僅有前方 它的側邊也可以進行這樣一個感知 所以相對而言我們所謂的平頭型埋入型的話 檢測前方目標適合傳感器安裝在金屬之下內 如果是我們採用這種非埋入型或者叫禿頭型 或者叫非屏蔽型的話 它既可以檢測前方也可以檢測周圍金屬 因此安裝時需要保證感應頭突出並避免這一個干擾 所以大家一定要記住這一點 當然這個文字的話我也給大家打一下 給大家進行這樣的一個做一下筆記 當然這個筆記大家如果想要 可以在評論區刷一個666 好吧 然後連留下來的我都可以免費的分享給大家 那麼安裝形式的話我也可以給大家做了一個圖示 也就是說我們的平頭型安裝的話 就是你可以這樣子安裝那麼物料 比如說現在我們的這個安裝塊 藍色是安裝塊 然後物料到了這個位置的話 它就會解脫透 好那麼如果是我們 採用這個安裝案安裝的時候 大家注意到的禿頭型安裝 那麼一定要有一定的距離 就是說你看我們的藍色的是安裝塊嘛 一定要切一個形腔出來 就是說防止我們這個金屬 比如說我們採用鋁合金 或者是其他材料進行這樣的一個安裝的時候 防止它就是物料還沒到 它就已經感知了 因為我前面講到 它的側邊也是有這樣的一個 檢測的範圍的 所以我們就要進行這樣的一個行強的安裝 這樣子就規避有誤觸發對不對 所以這一點大家一定要注意到 那麼我同樣的給大家解讀 放在我們的這個筆記裏面 那當然很多人就說老師 那你在上節課也講到了 比如說我們的直線開關 它也是靠近了一定距離也可以檢測到 那麼它們有什麼樣的一個區別啊？ 大家注意到它們的區別的話 就是接近開關的精度 較磁性開關還要高一些 常用於我們工件的判斷 有無，比如說物料判斷有無 剛纔我們看到的輸送線 你既可以用光電開關 也可以用到我們的這樣一個接近開關 對不對 或者是我們的夾具是否到位 比如說夾具是否到位，或者是我們的平臺是否到位的話 我這邊也是給大家做了這樣一個方案給大家查看的 我們來的像這樣的一個供料頂升模塊 那麼這裏面就有我們的這樣一個接近開關 也就是說，當我們的這一個電機絲桿電機向下運動過程中 帶着我們的平臺往下運動 那麼到哪個位置停止呢 到我們的這個接近開關的這個位置停止，對不對 好，那這就是我們在進行這樣一個應用的時候 它用來進行夾具或者是平臺是否到位的這樣一個應用 那麼我們在進行這樣一個設計應用的時候 大家注意到這種傳感器也並不是萬能的 這種傳感器的話其實有一些特性它是比較弱的 哪些特性比較弱呢 就是雖然說我們可以經常用在我們的這樣的一些檢測的場景 但是它的精度和重複性相對較低 比如說比較我們的這個 光纖傳感器這個還是有點差的 而且易受到環境或者是我們的溫度溼度的影響 包括物體材質也有影響 以及安裝的這樣的一個位置 比如說安裝位置的話 如果這個工況場景它有粉塵有灰塵的話 它也會影響到這種 是一個正常的觸發 所以在進行使用的時候 大家會發現我們通常情況下 就是比較潔淨的這種工況場景，對吧？ 然後的話，我們在進行這樣的一個設定的時候 也要看具體的型號 對於它的這樣的一個檢測距離的影響 比如說我們在進行這樣的一個設計的時候 大家看到以歐姆龍的爲例 那麼鐵、不鏽鋼、黃銅、鋁和銅之間 那麼它們的檢測距離也不一樣 所以大家這個要注意到 當然這個是我們電感式的傳感器 它的這個樣子 但是這裏面我們拿過來參考也是沒問題的 這個大家要注意到 然後其實我們在做設計的時候 一般情況下有通用型 有通用型的 比如說也有這樣的一個液體專用型 因爲我要跟大家講明白的話 就是前面我們也知道 有電容式和這一個電感式的 然後的話大家注意一下 電感式它只檢測金屬 然後電容式的話 就是它金屬或者是非金屬 都可以進行這樣一個的檢測 因此電容式傳感器大家會發現 它的檢測的介質 它可以檢測的介質要多一些 等下我用實物來給大家進行這樣一個的展示一下 那麼大家可以看到我們的這樣一個的攝像頭 我給大家打開一下，打開這個攝像頭 然後給大家展示一下 就是說我們的這樣一個的實物 它在進行這樣一個的測試的時候 它的一個功能 比如我這邊給大家 調大一點點，剛纔的話不小心給大家關掉了 調大一點 我這是一個傳感器 這是一個傳感器，這也是一個，我們兩個我都給 大家來做一下這個測試 然後呢這裏面的話我用到了 一個測試的器件，雖然說接電嘛，我們沒有PLC 但是我們是可以這樣接的 然後呢，這個黑色我們接黑色端 藍色我們接這個藍色端，然後紅色我們接紅色端 我們把它接一下 好，當然了，接下來的話就是這個時候的話 綠燈亮起，綠燈亮起，證明就是已經接好了線了 那這個時候我們來觸發一下 我們前面講到電容式傳感器 它的這個靈敏度是比較好的 然後它可以檢測多種材質 比如說我們的非金屬材質 那麼這個典型的就是我的手 我的手是肉 大家看到我只要進入它的這樣一個檢測範圍 那麼它就會被觸發 這個第一聲它就會被觸發了 大家聽一下 好，那麼我們來看一下金屬 我這裏有一個黃銅 這個書籤是黃銅材質 那我來檢測一下 大家看到沒有？靠近它就可以 然後我這個一字形是鋼的 我們來看一下 也就是說鐵製或者是鋼製的材料 那麼也可以形成這樣一個的觸發 好，那麼當然大家可以看到 我們可以在它的側面來進行這個測試 對吧，比如說如果是我們的這樣一個材質 進入到了它的一個側面 它也會被觸發，在正面也會被觸發 好，那麼這個時候我們來測試一下 這樣的一個平頭型 因爲我們剛纔把理論講完了 現在我們可以用這樣一個的實物 實物展示的話大家可以看到我們把紅色的線接好 然後藍色的線也要接好 這個時候大家看到如果是我把手指放在側面裏 它會不會觸發？不會觸發 我把這個物料放在側面，它會不會觸發？不會觸發 只有在正面纔會觸發 所以這就是我們實際的這樣一個展示 這裏面大家可以理解吧 這就是我們傳感器的應用 因此大家注意到它的一個特點就是 能檢測幾乎所有材質物體包括金屬 非金屬比如說塑料對吧 包括木材包括紙箱液體粉料等等 因此之前我們有一些方案在做設計過程中 其實 在過程中也展示過 有時候，如果說我們要檢測液位的話 是可以採用這種傳感器 而且它也有 這一個液位專用型的 好，那麼當然很多人就說老師 那我們在進行這樣一個設計用的時候的話 那它有什麼缺點嗎 比如說你剛纔講到的 我們有電感式，有電容式 那麼它們對比的話呢 有什麼樣的缺陷呢 這裏面 它其實有區別 比如說 檢測距離 較同等尺寸的電感式 要短一些，而且靈敏度高 靈敏度高的話呢，它是優點，它也是缺點 如果是這樣一個傳感器，它靈敏度太高 它也受干擾，比如說容易被非目標物體 或者是環境變化物觸發，什麼意思呢 比如說非目標物體的話，像我們的安裝支架 包括一些容器壁，它也有可能會觸發我們的傳感器 所以這個時候，本來我們不是爲了檢測這樣一個 對應的產品的，我是要檢測物料的 但是被其他的這些 比如說來回運動的部件可能被觸發掉了 對不對 而且檢測距離因介質 它的介電常數不同 可能會有這樣的差別 這一點我們剛才講到 所以這就是它的一個缺點 所以大家一定要注意到 也就是說我們在進行選用的時候 你一定要注意到 不要被我們的這個安裝支架 或者是其他的一些零部件 被它誤觸發了 這樣子的話會導致信號失常 對吧 那麼它常規的檢測距離是多少呢 一般情況下像我們的這樣一個接近感測器 我們在安裝的時候都靠的挺近的 比如我們剛才給大家看到的這樣的一個設備 這個設備大家看到我們進行這樣一個調整的話 通過這個螺母來調整一般情況下靠的挺近 因為我給大家展示的這兩個實物 那麼一個埋入式的像這種平頭型的它的檢測距離只有5毫米 然後這種非埋入式的話相對來說它長一點點 它長一點的話它就8毫米左右 因此我們在進行這樣一個設計的時候 大家會發現它的檢測距離都不長 當然的話最長的話 可以達到40毫米的也有 因為之前的話我也見過這種在展會上面 然後常規的有5毫米8毫米 10毫米15毫米20毫米25毫米 最常見的是 這個5毫米8毫米和10毫米的居多 這一點就是大家後期 在做設計的時候一般情況下也會 瞭解到好那麼這邊的話 很多人就說老師有沒有相關的樣冊 樣冊的話第一個就是剛才我們看到的歐姆隆 歐姆隆的樣冊他們檢測的距離 的話在這個前面我們就可以看到 這個距離對不對 那麼當然還有一種就是 我們也可以去看國產的 因為歐姆隆是日本的 其實我們也可以看到 現在國產的比如說像博依金科 包括像華儀風傳感器也做得很好 我們可以看一下國產的傳感器 他們檢測的距離 這裏面有產品中心嘛 然後呢，我們用的是電容式傳感器 電容式有管道液位型的 包括扁平型圓柱型和耐腐蝕型 所以呢，如果是在有一些場合 需要耐腐蝕的場景的話 我們可以採用這個品牌啊 好，那我們點進去看一下它能夠檢測的這樣的一個距離 其實大部分的話，基本上在二十毫米以內啊 比如說我們選擇扁平型的 這個大家一定要注意到 並不是說只有圓柱形啊，扁平型 扁平型的話有四毫米的 有二到十毫米的都有，對吧？ 它最長的話呢有十毫米的 然後我們看一下下一頁啊 下一頁基本上就是五毫米八毫米左右嘍 所以剛纔我跟大家講的 大部分都是五毫米八毫米左右 是比較常見的啊 然後呢，這是我們最常見的圓柱型 埋入型和非埋入型啊 也叫平頭型和凸頭型 基本上看到沒有，八毫米十二毫米的居多 所以大家一定要注意到它的檢測距離不是太長 那麼我們在進行這一個設計的時候 安裝板的話你要注意好對吧 當然其實它本身設計的是很條形的 因爲它本身通體是螺紋 那也就是說我們後期在進行這樣一個應用過程中 它是可以進行調節的所以這個大家要清楚 好那我同樣的把這個截圖給大家截到筆記裏面 好那我們應用工況用在哪裏 很多人就說老師一般情況下 那我用在哪些工況呢 前面我也講過 它可以檢測幾乎所有的物體 包括金屬和非金屬液體粉塵等等 所以的話一般情況下 第一個是液位檢測用的多 比如說我們在有這個液體的場景 我們液體的位置到哪個位置 對吧比如說塑料 或者玻璃容器類的液體 包括顆粒物料的液位料位的檢測 當然還有非金屬物體的檢測 比如說像木材、紙箱、塑料瓶、橡膠製品的有無檢測 以及我們量料倉料位的這樣一個檢測 都是可以採用這一種類電容式的傳感器的 當然的話兩者對比而言說實在的 電感式的用的稍微多一點點 因爲以前的話像老師在做設計的時候 我用的比較多的就是那種電感式 比如說我在做那個OVV包膜機 包括的話後面的這樣的一些 比如說物料倒料檢測對吧 包括像我們的料倉的料位檢測 以及模組的原點和限位的檢測 我都會用到電感式 但是電容式的話 相對來說我用的比較少 好這就是我們要知道的應用的一個場景 當然設計安裝的話 它也有一些注意事項 第一個安裝環境 這個是最重要的事項 就是說傳感器必須遠離非目標的金屬 或者是非金屬物體 比如說前面我們講到的金屬支架 容器壁等等 否則會因寄生電容 導致檢測距離縮短或者是長開 也就是說誤觸發 第二個就是絕緣性 檢測非金屬物料時 物體越乾燥，大家注意到 絕緣性越好，檢測距離越短 反之，含水量如果是高 其實之前的話，大家應該沒有接觸過這個說法 含水量高的話，它的介電常數會比較大 那麼物體的檢測距離的話會更長一些 這一個 相對來說，你要這個距離就更長 然後所以就比較麻煩了 所以這也就是說我們在做設計的時候 這個是需要注意到的 那麼你如果要用到這種傳感器 你要看一下我們的這個產品 它是什麼樣的一個狀態 一般情況下，我們常規的品牌有歐姆龍 像我以前用的比較多 當然在倍加福 包括巴魯夫松下都有接近開關 因爲這種傳感器的話 技術含量並不是很高 它不像視覺傳感器 視覺很多品牌都有 然後國產品牌的話，我更建議 大家就是用華益豐或者是國益經科 因爲這兩個產品的話，其實性價比非常高 以前南鵬老師經常用這種接近傳感器，就用國產的嘛 在三C鋰電，對吧 裏面的話呢用的多啊，所以這一個大家注意到 我們在選型的時候呢，有兩個需要注意的 一個就是是否選擇平頭和凸頭 根據檢測的這樣的一個工況和環境去進行選擇 然後第二個的話呢就是檢測距離啊 如果是把這兩個搞定了，基本上呢沒有什麼太大問題 所以呢，這就是關於我們的這一個電容式傳感器的類型以及選型啊 我不知道大家呃有沒有收穫？ 當然，如果是大家有疑問的，也可以歡迎在評論區留言 咱們老師也會給大家解答 今天這節課我們就先講到這裏啊 我們下一節開始講電感式傳感器的類型以及選型