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近接センサ 概要


近接センサは、検出対象物に接触することなく検出することを目的としているセンサの総称です。ここでは近接センサの概要を解説します。

関連情報


近接センサとは

近接センサとは、リミットスイッチなどの接触式検出方式の代替として、検出対象に接触することなく検出することを目的としているセンサの総称です。検出対象の移動情報や存在情報を電気的信号に置き換えます。電気的信号に置き換えるための検出方式には、電磁誘導により検出対象となる金属体に発生する渦電流を利用する方式、検出体の接近による電気的な容量の変化を捉える方式、磁石やリードスイッチを利用する方式があります。
JIS規格では、IEC60947-5-2の非接触式位置検出用スイッチに準拠して、 JIS規格(JIS C 8201-5-2 低圧開閉装置および制御装置、第5部制御回路機器及び開閉素子、第2節近接スイッチ)に制定されています。
JISのなかでの定義では、センサの中でも物体の接近や近傍の検出対象の有無を非接触で検出するものを総称して“近接スイッチ”とし、誘導形、静電容量形、超音波形、光電形、磁気形などで構成されています。
本書では、金属の存在を検出する誘導形近接スイッチ、金属および非金属物体の存在を検出する静電容量形近接スイッチ、磁気による直流磁界を利用したスイッチを“近接センサ”と定義しています。

特長

① 非接触で検出できるため、検出対象物の磨耗や損傷がありません

リミットスイッチなどは、物体と接触させることで検出させますが、近接センサは、物体の存在を電気的に検出しますので接触させる必要がありません。

② 無接点出力方式のため寿命が長くなります(磁気式を除く)

半導体出力を採用しており、接点の寿命の影響がありません。

③ 光検出方式と違い、水や油などの環境下での使用にむいています

検出対象の汚れや、油、水などによる影響をほとんどうけることなく検出します。また、フッ素樹脂ケースタイプもあり、耐薬品性に優れたものもあります。

④ 接触式のスイッチに比べて高速応答が可能です

応答速度については「用語解説」を参照ください。

⑤ 広い温度範囲で対応可能です

-40℃でも使用できるものや+200℃の環境下で使用できるセンサがあります。

⑥ 検出物体の色の影響がありません

検出対象の物性による変化を検出しますので、表面の色などの影響をほとんどうけません。

⑦ 接触式と違い、周囲の温度の影響や、周囲の物体、センサ同士の影響を受けます

誘導形、静電容量形ともに、センサ相互の影響があります。
そのためセンサの設置については相互干渉(「近接センサ 共通の注意事項」の「使用上の注意」参照)について考慮する必要があります。
また、誘導形では周囲金属の影響を、静電容量形では周囲物体の影響について考慮する必要があります。

⑧ 2線式タイプもあります

電源線と信号線を兼ね備えておりますので、3線式と比べ配線工数が2/3に削減できます。ただし、電源線のみの配線では内部素子の破損の恐れがありますので、負荷を入れてください(「近接センサ 共通の注意事項」の「安全上の要点」参照)。

原理

誘導形近接センサの検出原理

外部磁界の影響により、導体表面に発生する渦電流による磁気損失を検出します。検出コイルに交流磁界を発生させて、検出体となる金属体に発生した渦電流によるインピーダンスの変化を検出する方式です。一般的に金属など導体を検出します。
また、別の方式として、周波数の位相成分を検出する方式(アルミ検出用)や、差動コイルによってインピーダンス変化成分のみを検出する方式(オールメタル検出用)があります。
さらに、渦電流をパルス的に発生させ、その渦電流の時間的な変化をコイルの起電圧として検出するパルス応答方式があります。

<定性的説明>

検出体側と、センサ側で見かけ上、トランスのような状態が発生しています。

トランスの結合状況が、渦電流損によってインピーダンスの変化に置き換わる。

インピーダンスの変化は、検出体側に直列に挿入した抵抗値の変化としてみることができるというものです。(実態とは異なりますが、定性的に解りやすくしています)

静電容量形近接センサの動作原理

検出体と、センサの間に生じる静電容量の変化を検出します。容量分は検出体の大きさや距離によって変化します。一般的な静電容量形近接センサの場合、コンデンサのように平行に配置された2枚の平行板の容量を検出するイメージのセンサです。平板はそれぞれ片側を被測定物(イマジナリーで接地されている状態)、もう一方がセンサ検出面となります。この2極間に形成される静電容量の変化を検出するものです。
検出可能物体は検出対象の誘電率によって変わりますが、金属のみならず、樹脂、水なども検出可能となります。

磁気式近接センサの動作原理

磁石でスイッチのリード片を動作させます。リードスイッチがONすることで、スイッチがONになります。

分類

検出方式による選定ポイント

確認事項誘導形
近接センサ
静電容量形
近接センサ
磁気式
近接センサ
検出対象物金属、鉄、アルミ、真鍮、銅など金属、樹脂、液体、粉体など磁石
電気的雑音動力線と信号線の位置関係、筐体の接地の有無など
CEマーキング(EMC指令対応)
センサ外形の材質(金属、樹脂)
ケーブルが長いとノイズの影響を受けやすくなります
ほとんどありません
電源仕様直流、交流、交流直流、直流無極性など
接続方法、電源電圧
消費電流量DC2線式 DC3線式 交流など電源仕様によります
DC2線式が消費電流を抑えるには効果的
検出距離温度の影響や、検出物体の影響、周囲の物体の影響、センサ同士の設置距離に留意して
検出距離の選定をする必要があります
カタログスペックの設定距離を参考にして検討ください
検出に高精度が必要であれば、アンプ分離型の使用を検討ください
周囲環境温度、湿度、水、油、薬品など
雰囲気に合わせた保護構造を確認ください
物理的振動・衝撃振動、衝撃などが発生する環境では、センサの検出距離に余裕を持たせた選定が必要になります
また、振動による抜け防止の観点で、組み付けのための締め付けトルクのカタログ値を参考にしてください
組み付けについて締め付けトルク、センサの大きさ、配線工数、ケーブル長、センサとセンサの距離、周囲の物体からの影響を受けます
設計の際には、周囲金属、周囲物体の影響、センサ相互干渉距離の仕様を確認してください

最終更新日:2019年11月25日