1996年笔者陆续撰写了一组介绍接近开关的文章在《无线电》上发表以后，不断接到各地读者来电来信讨论有关接近开关的使用问题。为此，本文就电感式及电容式接近开关在使用中经常涉及的几个主要问题加以介绍，作为前文的补充及对读者来电来信的回应。
选择接近开关主要从以下两方面来考虑：
一是从检测对象的材料性质上考虑。电感式接近开关主要用于检测金属；电容式接近开关虽然也能检测金属，但它的特长是可以检测非金属材料，如水、油、粉状物等等。
二是从检测距离上考虑。电感式接近开关的动作距离目前可以做到从1毫米到20多毫米；电容式接近开关的动作距离是从几毫米到50毫米。动作距离越大，接近开关的体积也越大，价格也越贵。
所以当被检测的是金属，检测距离较近时，应该选用电感式接近开关。被检测的是非金属时，必须选用电容式接近开关。如果检测距离要求更远，就只能选用超声波接近开关或光电开关。
接近开关有一个重要的参数，称为动作距离，它往往也是接近开关型号的组成部分。因此在选择接近开关时碰到的第二个问题就是选用多大动作距离的接近开关。
（1） 与动作距离有关的因素
接近开关的动作距离Sn是指用一个标准的铁片（称为标靶）靠近接近开关的感应面，能使开关开始动作的最大距离。有时也把动作距离称为检测距离，把标靶称为标准检测块。
动作距离的确定主要与下列因素有关：
① 被检测物的材料性质。电感式接近开关的动作距离是用铁作标靶测得的。如果被测对象不是铁而是其他金属物或金属表面有镀层时，它的动作距离就要乘上一个小于1的修正系数。例如被测的是铝，就要乘以0.3。
同样，电容式接近开关的动作距离也是用铁作标靶测得的。如果被测的是水、油、木材、塑料等，它的动作距离也要乘上一个小于1的修正系数。例如水是0.8，塑料是0.2。
有关材料的修正系数，可以从接近开关的使用说明书中查到。
② 被检测物的大小、厚度。接近开关的动作距离是用规定大小和厚度的铁片作标靶测得的。如果被测物靠近接近开关感应面时的面积比标靶小，厚度比标靶薄，接近开关的动作距离就要打折进行修正。它的修正系数可以从说明书中给出的曲线上分别查到。
③ 被检测物的运动轨迹是否稳定精确。如果被测物靠近接近开关感应面时是摇摆或抖动的，这时就不能用正常的轨迹作依据，应该以最不利的条件作为考虑的依据。
（2） S\(_{n}\)、S\(_{r}\)和S\(_{u}\)
和动作距离有关的参数有额定动作距离S\(_{n}\)、有效动作距离S\(_{r}\)和可用动作距离S\(_{u}\)。
通常我们提到的动作距离是指额定动作距离S\(_{n}\)，它是一个具体的数值，可以在说明书中查到，有的生产厂还把它直接标注到型号中成为型号的组成部分。
但是考虑到制造公差、电路和元器件的差异，实际使用的是有效动作距离S\(_{r}\)。它是指在额定工作电压和规定温度范围内测得的动作距离的一个约定范围：即0.9S\(_{n}\)≤S\(_{r}\)≤1.1S\(_{n}\)，也就是说有效的动作距离是在S\(_{n}\)的±10％范围内。
如果再进一步考虑到电源电压的变动，又给出了可用动作距离S\(_{u}\)。它是指电源电压从0.85Ue～1.1U\(_{e}\)（U\(_{e}\)为额定电源电压）之间变动的条件下测得的动作距离，它的动作范围又进一步被扩大：电感式接近开关为：0.81S\(_{n}\)≤S\(_{u}\)≤1.21S\(_{n}\)；电容式接近开关为：0.7S\(_{n}\)≤S\(_{u}\)≤1.32S\(_{n}\)，见图1。
还要考虑接近开关的动作必定会有回差（或称迟滞）。它是指标靶移近接近开关，使开关动作到标靶移开使开关复位之间的距离，见图1，也就是说接近开关从动作到复位总是有滞后的。
综上所述，如果所有条件都符合要求，为了确保动作可靠，一般只能取最低值，即：电感式接近开关按0.8S\(_{n}\)、电容式接近开关按0.7S\(_{n}\)作为选型的依据。如果还有诸多不利因素，实际可用的动作距离还要相应打折。经过核算得到实际可用动作距离之后，选择一个合适的型号，再经过试验后最终确定。总之，整个过程应该考虑周到，核算细致，才能保证选中的接近开关既工作可靠，又经济合理。
（3） 横向移近时的动作距离
接近开关的参数动作距离Sn是指标靶对着感应面以基准轴为中心垂直方向移近（轴向移近）时测得的（见图1）。
如果用户使用横向移近时，它的动作距离S\(_{n}\)‘是指标靶的一侧移近基准轴时动作的距离，见图2。但这个S\(_{n}\)’不等于给出的参数S\(_{n}\)，因为S\(_{n}\)‘的大小还跟标靶与感应面的垂直距离d有关。d越小，S\(_{n}\)’就越大。当然，横向移近时的S\(_{n}\)‘也和被测物的材料、大小、厚度等因素有关。在需要横向移近时，用户必须经过估算并通过实践才能取得最佳运用状态。
（4） 特殊结构接近开关的型号
圆柱型、方块型、矩形方块型结构的接近开关的型号中通常直接标注出动作距离Sn值。对于贯通型和槽型（沟型）这两种特殊结构的接近开关，型号中给出的是贯通孔的直径和槽的宽度。
接近开关的安装方式有埋入式（齐平式）和非埋入式（非齐平式）两种。同样型号和尺寸的接近开关，非埋入式的动作距离比埋入式的大1倍。所以只要条件许可，尽可能使用非埋入式更为经济合理。
根据现场的情况有时又必须使用埋入式。例如集装箱的装卸平台是金属的，装卸时应该平稳落地，否则可能砸坏集装箱和箱内的货物。这时可以用接近开关进行控制，见图3。平台地面装入接近开关，用接近开关控制吊机的电源。接近开关用的是分断（常闭）型。当集装箱在空中时，吊机得电进行作业。当集装箱渐渐落下与接近开关感应面的距离达到动作距离时，接近开关动作，切断吊机电源。集装箱靠惯性轻轻落下，集装箱和货物不会受损。在这种现场条件下，接近开关只能使用埋入式的。
同样，许多金属加工机床和设备上都使用着限位开关。如果改用埋入式的电感式接近开关，既安全可靠寿命又长。
4. 结构形式
接近开关的结构形式有圆柱螺纹型、圆柱光面型、方块型、矩形方块型、槽型、贯通型等。使用的外壳材料有金属的、ABS塑料等。在选型时应该根据现场的安装条件和使用要求来确定。如果条件许可，尽量选塑壳方块型，更为经济实惠。
在特殊的工作条件下，例如要测齿轮的转速，就必须用槽型结构的电感式接近开关。又如要对滚珠计数，则应选用贯通型的电感式接近开关。
5. 输出形式和开关功能
接近开关的输出形式有2线式、3线式和4线式三种。3线式和4线式都是直流电源供电的；2线式则直流、交流电源都有。直流电源的还有NPN和PNP型两种不同极性。
2线式接近开关实质上相当于一个接点，它能完成接通或分断的功能 。4线式实际上是3线式的改进型式，它增加了一个接点，使它可以有接通型和分断型两种接法，可以由用户自由选择。或者说它是一个具有通断转换功能的开关元件。
直流3线式接近开关有电流输出型和电压输出型两种不同的接法。现以NPN型输出为例说明它们的不同。
① 输出功能的不同。电流输出型可以输出较大电流驱动小功率负载，例如+24V电源时可输出200mA或300mA的电流。通常都是采用集电极开路输出方式，见图4（a）。电压输出型则在内部集电极电路中已接入电阻RC，见图4（b）。它输出的是高、低两个开关电平，一般只作控制信号使用。
② 接法的不同。电流输出型把负载接在“电源”和“输出”端之间；电压输出型则是从“输出”和“地”两端之间输出。
所以用户在确定接近开关的输出形式前要先了解负载的要求，是驱动型的还是控制型的，然后方可选择相应的型号。
目前已有新型的产品把这两者结合起来，也就是不使用集电极开路输出方式而在内部的输出晶体管集电极接入一个10kΩ左右的电阻R\(_{C}\)。怎样接法可以由用户自己选择：把负载接在“电源”和“输出”之间，可以输出较大电流，成为电流输出型；也可以从“输出”和“地”两端取出信号电平，成为电压输出型。
至于是选用NPN型还是PNP型、接通型还是分断型，则由用户根据现场的工作条件决定。
6.负载电流
接近开关的输出负载电流，一般为150mA或200mA（24VDC）。这个数值是指在纯电阻负载时的电流值。
用户根据负载电流大小选接近开关时，必须先弄清楚负载的特性。例如普通的白炽灯，热阻比冷阻要大很多倍，因此在接通电源的瞬间会有极大的冲击浪涌电流。电动机和容性负载在接通电源的瞬间也会有很大的冲击电流。对这一类负载，如果将它们的正常工作电流作为负载电流去选接近开关肯定会出问题。有的用户询问为什么一开机就把接近开关烧了，如果没有别的问题，可能就是这个原因。
所以当用户在按负载电流选接近开关时，在负载是白炽灯、电动机或容性负载时，接近开关的负载电流应该减额使用。如果想得到较大输出功率，可以使用交流2线式接近开关。
7. 操作频率
接近开关的操作频率是指它每秒的最高动作次数。也称响应频率、开关频率。
电感式接近开关的操作频率，直流产品为几百次到几千次；交流产品则只有几十次。
电容式接近开关的操作频率比较低。直流产品为每秒几十次到一百次；交流产品只有每秒十几次。
对于开关动作次数不多、操作频率不高的生产线或设备，可以用交流电源的接近开关。如果开关操作频率很高，如测齿轮、电机转速，或作产品高速计数等用途时，应该选用直流电源的电感式接近开关。
8. 环境条件
选用接近开关时还要考察现场的环境条件，例如有无严重的油雾、有害的粉尘、有腐蚀性的气体，现场的温度、湿度要求，有无冲击振动、有无电磁干扰等等。
现在的电感式和电容式接近开关都是高科技产品，内部使用表面组装元器件，用表面组装工艺组装，再用环氧树脂类材料封灌，经固化处理后加接防油、防腐蚀、高绝缘性能的电缆。因此防护性能很高，可达到IP67级，就是说它可以在+70℃、浸水（不超过30分钟）条件下正常工作。内部还有多项保护措施，因此在一般环境条件下是完全能够可靠工作的。
如果环境条件确实严酷，可以选用防爆型（可在化学粉尘油气下工作）、高温型（环境温度可达100℃或150℃）、高压型（能承受高的大气压）、抗强磁场干扰型等产品。当然，它们的价格都很高。因此从原则上讲，接近开关应尽量避免在恶劣的环境条件下工作。
9. 设备维修还是产品设计
在设备维修时要想找到和原型号相同的接近开关有时会很困难。因此需要选用代用品。只要相关参数，如电源电压、动作距离、开关功能、输出形式和极性、连接方式、操作频率以及安装方式、结构形式与外形尺寸等基本相同就完全可以代用。
如果是产品设计需要，只要能满足控制功能，首选的产品应该是经济型的塑壳方块型。一台设备或流水线，常常要用几只甚至十几只接近开关。使用经济型产品可以使生产成本下降取得较好的经济效益。
最后，选用的接近开关一定要保证质量。应该选符合技术标准的、通过质量认证的合格产品。最好是选正规厂品牌产品，质量才有保证。
（于鹤飞）