近接センサとは
近接センサは、物体がある位置に到達したことを、触れることなく、摩耗する機械的なレバーもない状態で検出します。検出部は前面の後ろに置かれて常に通電され、対象が範囲内に入ると出力が状態を変えます。接触がないため、センサは摩耗せず、動作に必要な力も要らず、物理的なレバーで駆動するリミットスイッチよりはるかに速くスイッチします。
この種の大部分は誘導形です。前面に交流の磁界を発生し、金属の対象に誘起される渦電流を検出します。そのため、光学式の機器では苦しい油、冷却液、粉じん、水洗いの環境で信頼できますが、金属にだけ反応し、金属によって反応する距離が違うことにもなります。静電容量形は、プラスチック、液体、粉体を含むほぼあらゆる材質を検出しますが、その分だけ誤って作動しやすいという代償があります。
したがって選定で問われるのは、抽象的にどのセンサにするかではありません。対象は何でできているか、前面を対象に物理的にどこまで近づけられるか、対象がどの速さで通過するか、周囲の金属工作が磁界に何をするかです。このページはこれらの点を順に扱い、代わりに手が伸びることの多い隣接するセンサファミリーとの境界も示します。
近接センサの測定原理
誘導形センサは、検出面の後ろにあるコアの周囲にコイルを巻いた発振器を動作させます。導電性の対象が磁界に入ると、その中に渦電流が巡って発振が減衰し、センサは振幅の変化を検出して出力をスイッチします。距離そのものは何も測定されていません。出力は、内部のしきい値で決まった時点でのはいかいいえです。
減衰は、対象の導電性と磁性の度合いに依存します。そのため定格検出距離は軟鉄の対象に対して示され、それ以外では短くなります。アルミニウムと銅はより短い距離で磁界を減衰させ、製造元が公表する低減係数はまさにこれを表しています。指定された最小値より薄い対象、またはめっきされた対象は、どちらにも当てはまらない振る舞いをします。
磁界は前面の外側へあらゆる方向に広がるため、意図した対象以外のものでもセンサを作動させることができます。向かい合わせ、または隣り合わせに取り付けた 2 台は互いに干渉し、金属に埋め込んだ非シールド形のセンサは、磁界の一部を周囲の筐体に吸収されます。したがって取付の規則は、設置上の細部ではなく測定の一部です。
構成の選択肢
仕様のほとんどは、精度等級ではなくこれらの判断で決まります。一つが次を制約するため、順番に決めていきます。
| 構成 | 確定が必要な選択肢 | 決定対象 |
| 検知原理 | 誘導形、静電容量形、磁気形 | そもそもどの材質を検出できるか、および意図しない対象と周囲に対してセンサがどの程度寛容かです。 |
| 定格検出距離 | 一定寸法の標準的な軟鉄の対象に対する値で、数ミリメートル以上から | 設置が許容できるエアギャップです。材質と取付のどちらもこれを短くするため、実働の値ではなく出発点の値です。 |
| シールド形と非シールド形 | シールド形は金属に面一で取り付けでき、非シールド形はより遠くまで届くが周囲に空間を要します | センサをブラケットに埋め込めるか、表面から出しておくかです。これは検出の要求ではなく機械図面で決まります。 |
| 筐体の形状とサイズ | 一般的なメートルサイズのめねじ円筒、および角形またはブロック形 | 確保できる空間に収まるか、設定後に位置を調整して固定できるかです。 |
| 出力形式 | PNP、NPN、2 線式、3 線式、4 線式で、a 接点または b 接点 | センサを入力カードにどう接続し、対象がないときにコントローラが何を見るかです。出力の極性が合わないことは、新しいセンサが動かないように見える原因の一般的な一つです。 |
| 接続 | 一体のケーブル、または一般的な産業サイズのコネクタ | 配線し直さずにプラグを外して交換できるかです。センサを多く搭載する機械ではこれが重要になります。 |
| 電源とスイッチ周波数 | 動作電圧と、毎秒のスイッチ動作の最大回数 | センサが機械の速度に追い付くかです。速い対象は、スイッチ周期の間に磁界を通過して出てしまうことがあります。 |
| 環境 | 保護構造、溶接スパッタへの耐性、近接する溶接機器の磁界への耐性 | 取付場所でセンサがどのくらい持つかです。溶接セルでは、不適な形式だと寿命が週単位で測られることもあります。 |
近接センサの選び方
| 選択要素 | それが答えを決める理由 | 問い合わせ前に決めておくこと |
| 対象の材質 | 軟鉄以外の対象は公表されている値より短いギャップでセンサを作動させるため、実際の検出距離を決めます | 対象の材質と、めっきや塗装があればそれを明示してください |
| 対象の寸法と厚さ | 基準の対象より小さい、または薄い対象は距離をさらに短くします | 面積だけでなく、検出軸に沿った対象の最小寸法を伝えてください |
| 取付の制約 | 面一取付か非面一取付か、およびセンサの周囲にどの程度の金属があるか | ブラケットと、周囲の金属に対するセンサ位置の略図をお送りください |
| 機械の速度に対するスイッチ速度 | センサは、最も速い通過と最も短い滞留を扱いきれなければなりません | ライン速度と、対象がセンサの前に留まる時間を伝えてください |
| 他のセンサまでの距離 | 隣接するセンサは互いに作動し合うことがあります | センサがどのくらいの近さになるか、交互に動作させられるか、シールドできるかを明示してください |
| 周囲の条件 | 冷却液、切りくず、水洗い、粉じん、溶接スパッタ、周囲温度はすべてセンサの前面に作用します | プラント全体ではなく、センサが置かれるセルを説明してください |
| 信号が駆動するもの | 入力カードの電圧と極性、およびプログラムが期待する論理 | 発注前に入力形式を確認しておけば、出力形式が好み以外の理由で決まります |
定格検出距離は実験室で測った値です。実働距離は、対象の材質、対象の寸法、取付がそれぞれ影響を削ったあとに残るものなので、設定値ではなく上限として扱うべきです。
近似する代替機種
近接センサ のお問い合わせが、実際にはどのタイプにあたるのか、そして選定がどこで決まるのかをまとめています。
| 近似する代替機種 | 近接センサとの違い |
| フォトセンサ | 光学式なので、誘導形センサの届かない距離でほぼあらゆる材質を検出でき、明暗の区別や透明な対象の検出もできます。遮りのない光路が必要で、粉じん、ミスト、水洗いで調子を崩します。まさにそこは誘導形センサが動じない箇所です。 |
| 位置センサ | 何かがどこにあるかを報告します。多くの場合、行程にわたる連続した値として示し、ある点に到達したことだけを報告するのとは違います。制御系が実際の位置を必要とするなら、近接スイッチは行程端の確認しか出しません。 |
| 変位センサ | 小さな動きを連続した距離として測定します。振れ、たわみ、熱膨張の確認が必要としているのはこれです。近接センサはその情報にしきい値一つにまとめ込んでしまうため、限界の確認はできても、部品がどれだけ離れているかは報告できません。 |
| 液位センサ | 同じ物理原理を、機械部品ではなく材料の表面に向けて用い、タンクやホッパ向けの構成にしたものです。ホッパの中の近接センサは点液位のスイッチです。連続した液位が欲しいなら、液位のファミリーが適しています。 |
| 速度センサ | 対象が通過する回数を数え、速度に比例した周波数を出力します。近接センサはパルスを与えられますが、速度そのものは報告できません。その換算はコントローラか、専用の速度センサで行われます。 |
| その他産業用センサ | 特定のファミリーがカバーしない用途を集めたカテゴリです。シリンダマグネットスイッチ、安全規格対応のインターロックなどがあります。用途に認証の要求がある場合、汎用の近接センサはその代用にはなりません。 |
ここでよく混同される 2 つのファミリーは、誘導形と光電形です。選択は、対象が金属か、環境が光学センサを利かなくなるほど汚いか、という 1 つの問いでたいてい決まります。
問い合わせに含める内容
お問い合わせにこれらの内容が含まれていれば、最初の返信は質問集ではなく見積りになります。数値が不明な場合は、用途の説明をお送りいただければ、そこから必要な条件を確認します。
- 対象の材質、および検出方向における寸法と厚さ
- 検出面から対象まで必要な実働距離
- センサを金属に面一で取り付けられるか、離して取り付けるしかないか
- スイッチ速度またはライン速度、および対象が範囲内に留まる時間
- 入力カードが想定する出力形式と極性
- 接続の希望、および交換時にプラグを外す必要があるか
- 周囲の条件:冷却液、切りくず、粉じん、水洗い、溶接スパッタ、温度
- 必要な台数、および注文にあわせて予備品が必要か
- 数量、仕向港、希望納期