센서.

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1 센서

2 1절 센서개요 생산자동화, 메카트로닉스화의 승패를 좌우하는 핵심요소로서 센서의 역할이 대단히 증대되고 있는 추세
센서는 광, 온도, 가스, 압력 등의 물리량을 전기신호로 변환하여 외계상황을 여러 장치에 전달하는 소자 측정 대상물로부터의 정보를 검지 또는 측정하여 그 측정량을 전기적인 신호로 변환 해주는 장치’ 라고 정의 온도, 압력, 유량, ph, 소리, 빛 등과 같은 물리량이나 화학량의 절대값이나 변화를 감지하여 유용한 입력신호로 변환하는 장치로 정의.

3 2절 자동화용 센서의 선정방안 1. 센서의 선택기준 가. 센서의 측정조건
센서의 선택은 시스템 및 기계장치의 신뢰성을 좌우한다고 볼 수 있다. ① 측정의 목적 ② 측량(測量) ③ 측정 범위 ④ 입력 신호 ⑤ 요구 정도 ⑥ 측정 시간

4 나. 센서의 특성 센서의 특성이 아무리 우수해도 센서 내 신호처리장치와 성능이 떨어지면 충분한 특성을 발휘하기가 어렵다. ① 안정성 ② 응답성 ③ 직선성 ④ 아날로그와 디지털 ⑤ 출력신호

5 다. 센서의 사용조건 시스템에서 센서가 사용되는 환경은 일반적으로 그다지 좋은 조건의 장소가 되지 못한다 ① 설치 장소 ② 환경(環境) ③ 접촉식과 비접촉식 ④ 외부출력신호 ⑤ 표시

6 ○ 센서의 정의 센서란 인간의 5감(시각, 청각, 촉각, 후각, 미각)을 대신해 대상의 물리량을 정량적으로 계측 해주므로 인간의 5감에서도 느낄 수 없는 현상(물리량)을 검출하는 장치」 또는 「온도, 압력, 유량, pH 등과 물리량이나 화학 량의 절대 값이나 변화량 또는 소리, 빛, 전파의 강도를 검지(sense)하여 유용한 입력 신호(Signal)로 변환(Convert)하는 장치(Device)」로 정의할 수 있다.

7 인간의 오감과 센서의 관계 인간의 오감 감각기관 센 서 시각 청각 촉각 후각 미각 눈 귀 피부 코 혀 광 센서 음파센서
압력센서 감온센서 가스센서 이온센서 바이오센서 오감이 아닌 센서 중력센서 자기센서

8 ○ 센서가 갖추어야 할 성능 ① 고감도 ② 직선성 ③ 온도 드리프트가 적을 것 ④ 재현성, 안정성이 우수할 것 ⑤ 특성의 편차가 적을 것 ⑥ 호환성이 좋을 것 ⑦ 소비전류가 적을 것

9 ○ 센서의 선정 - 안정성 - 내구성(신뢰성) - 내식성․내마모성 - 내후성(耐候性) - 내노이즈성 - 외상(外傷)방지책 - 보조동력 - 신호의 통일 - 필요 최소한의 갯수 - 간단하고 취급하기 쉬운 구조 - 내구성의 향상 - 취부법의 검토

10 제2절 광 센서  무접촉 동작을 하는 광전센서는 리미트 스위치를 대표하는 접촉 스위치를 비교하여 인간의 눈을 대신한 검출기라고 말할 수 있다. 광전 센서는 물체의 유무 혹은 통과 여부 간단한 검출에서부터 물체의 대소분별 형태 판단, 색깔 판단 등 고도의 검출을 할 수 있으므로 자동제어 계측, 품질 관리 등 모든 산업분야에 사용.

11 1. 광 센서의 특징 (1) 물체에 직접 접촉하지 않고 검출을 행하므로 물체에 손상이나 영향을 주지 않는 무접촉으로 검출 할 수 있고 힘을 가할 필요가 없다. (2) 외부충격에 오동작이 없다. (3) 물체의 표면반사 투과광 등 빛의 변화를 감지해 검출하기 때문에 투명원리, 금속, 플라스틱, 나무, 액체, 기체 등 모든 물체가 검출 대상이 된다. (4) 근접센서나 무접촉 스위치에 비해 긴 검출 거리를 얻을 수 있다. (5) 사람의 눈으로는 판별하기 어려운 고속 검이 가능하므로 응답 속도가 빠르다.

12 (6) 내부에는 반도체 소자로 구성되어 있어 가동 부분이 없고 수명이 길며 보수가 불필요하다.
(7) 빛은 직진성이 뛰어나며 파장이 짧아 판별력이 높아서 미소물체, 대소판별, 두께, 위치등 코드의 검출이 가능하다. (8) 광학재료(렌즈, 반사경 등)에 의해 비교적 간단히 집광, 확산 굴절이 가능하며 검출 물체와 사용 환경에 따라 영향을 적게 할 수 있다.

13 Si 포토다이오드(PD)의 특성과 용도 타입 특성 용도 쇼트키 포토다이오드 고 자외선 감도 분광 광도계 비색계
PN 포토다이오드 ․저암전류 ․입사광량과 출력전류의 직선성 양호 ․400～1000nm에서감도가 있음 광전 스위치 카메라 노출용 PIN 포토다이오드 ․고속 응답 리모콘 팩시밀리 광통신(단거리) 에벌런시 포토다이오드 ․고주파에서 S/N양호 ․증폭기능이 있음→고감도 광통신 (단,중거리

14 (9) 광 센서는 자기나 진동에 영향을 적게 받으며 안정된 동작을 얻을 수 있다.
(10) 광 센서는 색의 특정한 파장에 대해서 흡수 작용을 하므로 수광한 빛의 변화에 따라 색의 판별이나 농도 등을 검출할 수가 있다.

15 ○ 광전센서의 분류

16 ○ 광 센서의 원리 (1) 광도전 효과형 광센서 반도체에 빛이 닿으면 자유전자와 자유정공이 증가하고 광량에 비례하는 전류 증가(반도체의 저항 변화)가 일어나는 현상(광도전 효과)을 이용한 센서이다. (2) 광기전력 효과형 광센서 - 빛이 pn접합에 조사되면 전자-정공 쌍이 다수 발생하며 전극간에 기전력이 발생한다. 이 센서는 인가 전압을 필요로 하지 않으므로 이용법이 간단하다. (3) 복합형 광센서 발광원으로서의 LED와 광센서로서의 포토다이오드, 포토트랜지스터, 광사이리스터를 일체화한 포토카플러, 포토인터럽터 등을 복합형 광센서라 한다.

17 ○ 포토다이오드 - pn접합부에 발생하는 광기전력 효과를 이용한 소자 - Si, Ge, GaAs, InGaAs 등이 사용됨.
- 입사광에 대한 광전류 출력의 직선성이 양호하여 아나로그 동작시키는데 적당. - 응답 속도가 빠르다 - 신뢰성이 높다. - 수명이 길다. S/N특성이 좋다, 암전류가 적다는 등이 있다. 광전효과에 의해 광전류를 발생하는 물체 또는 장치에서 열적(熱的) 원인, 절연성 불량 등의 원인에 의해 빛을 쬐지 않았을 때에도 흐르는 전류를 가리킨다. 광전관에서 이 전류는 대개 무시된다.

18 ○ 포토트랜지스터 - 베이스 표면에 빛이 입사하면 역바이어스된 베이스-켈렉터 사이에 광전류가 흐르고 이 전류가 트랜지스터에 의해 증폭되어 외부 리드에 흐름. - 현재 가장 많이 사용되고 있는 수광소자로서 일반적으로 500～160㎚의 파장영역에서 사용할 수 있고, 특히 800㎚ 부근에서 최대 감도를 갖고 있다. - 포토다이오드에 비해 출력되는 광전류가 크고 신호는 동일 칩 내에서 증폭 되고 있으므로 전기적 노이즈도 적고 큰 S/N비를 얻을 수 있음.

19 - 신뢰성이 높다. - 소형화 할 수 있다. - 전류 증폭율이 크다 - 기계적으로 강하다 - 가격이 싸다, 암전류가 적다 - 이력 현상이 없다는 등의 특징이 있다. 한편 포토다이오드에 비해 입사광에 대한 광전류의 직선성이 나쁘고 고감도인 것(특히 달링톤 트랜지스터)일수록 응답속도가 늦고, 포화 전압이 높은 결점도 있다.

20 ○ 광전 스위치의 개요 - 광전스위치(PHOS:Photo electric Switch)란 광원을매체로 전기량을 광량으로 변환․방사하여 방사된 빛이 피 검출체에 따라서 차광 되기도 하고 반사, 흡수, 투과하기도 하여 변화를 받는데 그 변화를 받는 빛을 수광소자로 받아서 광전 변환하고 변화량으로 어느 정도 증폭, 제어를 가하여 최종적인 제어 출력으로서 ON-OFF의 스위칭 출력을 얻는 것을 말한다. - 광원을 가지지 않고 피 검출물체 자체가 방사하는 빛의 변화량으로 동작시키는 것이나 제어출력이 스위칭 신호가 아닌 아나로그인 전압․전류 등의 것도 있으며 이들을 포함하여 보통 광전 스위치라 부른다.

21 광전스위치는 물체의 유무,통과여부,정위치등의 검출에서 부터 물체의 대소 및 색상의 차이 판별 등 고도의 정밀 검출 기능까지 행할 수 있기 때문에 자동제어, 계측, 품질관리등의 여러 산업분야에서도 폭 넓게 이용. 명칭에는 포토 스위치, 포토 센서, 빔 스위치등 여러가지 이름으로 불리고 있으나, 광전 스위치 혹은 광전 센서가 가장 일반적인 명칭.

22 ○ 광전스위치의 장점 ① 비접촉식이므로 물체에 손상이나 영향을 주지 않는다. ②물체의 표면반사 투과광등 빛의 변화를 감지해 검출하기 때문에 투명 유리,금속,플라스틱,나무, 액체, 기체 등 모든 물체가 검출대상이 된다. ③ 검출 스위치 중에서 가장 검출거리가 길다 (반사형 : 0.5m. 투과형 : 0～1㎞) ④ 물체의 표면 상태(색, 광택, 요철 등)를 검출할 수 있다. ⑤ 무소음, 저소비전력(0.5～1W)으로 동작한다.

23 ⑥사람의 눈으로는 판별하기 어려운 고속검출이 가능.(응답속도) : (0.1～20㎳정도)
⑦ 자기 및 진동의 영향을 받지 않음. ⑧빛은 직진성이 뛰어나며 파장이 짧아 판별력이 높음. ⑨광학재료(렌즈,반사경등)에 의해 비교적 간단히 집광,확산굴절이 가능함.

24 ○광전 스위치의 단점 ①물, 기름 등을 항상 사용하는 장소에서는 물이나 기름의 침입방지 타입 이어도 렌즈면을 오염시키면 반사형에서는 물이나 기름도 검출하여 버린다. ②외란광에는 충분히 연구가 이루어져10만룩스 정도까지는 사용상 문제가 없지만 특수한 조건에서 램프식 등은 주의할 필요가 있다.

25 초고속 응답을 필요로 한 경우나, 검출거리가 짧고
다. 광원에 사용되는 빛의 종류 (1) 직류광 초고속 응답을 필요로 한 경우나, 검출거리가 짧고 외광의 영향을 받지 않음.

26 (3) 맥류광 (2) 변조광 일정한 시간마다 일정한 변조 폭의 빛을 방사하는 것.
다른 외란광과 구별하기 쉽고 백열전구를 사용할 경우 방사 조도가 높고 분해능이 뛰어나기 때문에 고성능, 고속응답이 필요한 곳에 사용됨.

27 (1)검출 방식에 의한 분류 ① 투과형 그림 처럼 투광기와 수광기가 분리된 형태로 구성되어 있으며 광축이 일치하도록 일직선상에 마주 향하게 설치하여 사용 한다.

28 광축이 일치하여 있기 때문에 투광기로부터 나온 빛은 항상 수광기에 입사하도록 되어 있고, 검출 물체가 접근하여 빛을 차단하면 검출 신호가 발생한다.
이처럼 투광기와 수광기를 마주 향하게 설치한 방식을 “투과형”이라 한다.

29 ② 미러 반사형 미러 반사형은 리플렉터형(Reflector Type)이라고도 하며 그림같이 투광기와 수광기가 하나의 케이스에서 광축이 거의 평행으로 되어있다. 수광기와 투광기의 간격은 접근이 되어 있으며 투광기로부터 나온 광선은 반사경에 반사되어 수광기로 입사되며 검출 물체가 접근하여 광선을 차단하면 검출 신호가 발생된다.

30 이러한 검출 방법을 “미러 반사형” 이라 한다. 직접 반사형에 비해서 설정 거리도 5～10배 정도 길고 광축 맞춤도 훨씬 간편하지만 검출 물체의 표면에 광택이 있으면 오동작을 일으키는 경우가 있으므로 검출 물체의 반사율에 주의할 필요가 있다.

31 ③ 직접 반사형 미러 반사형처럼 투광기와 수광기가 일체형으로 되어 있으며 투광기로 부터 나온 광선은 검출 물체에 직접 부딪혀 반사하고 수광기는 그 반사광을 받아 출력 신호를 낸다. 이런 검출 방법을 “직접 반사형” 이라 하고 검출 영역을 넓게 검출할 수 있고, 좁은 공간에도 쉽게 설치할 수 있는 것이 특징이다.

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33 (2) 구성에 의한 분류 ①앰프 내장형 앰프내장형광센서는 투광기(발광 다이오드)와 수광기(포토 트랜지스터)를 동작시키는 회로의 전부 혹은 일부가 투광기, 수광기 내에 조립되어있는 타입으로 스위치부의 형태는 앰프 분리형 보다 크게 되어있다.

34 직류 전원을 가하면 ON-OFF 출력을 얻을 수 있으며
특징은,투․수광기가 증폭기와 일체형으로 되어 있기 때문에 주위 온도, 조도, 노이즈 등의 영향을 받지않고, 수명부품을 내장하고 있지 않으므로 신뢰도가 높은 등 잇점이 있다. 콘트롤 유니트는 반드시 필요하지 않고 시스템 전원과 외부 릴레이를 증설하는 것만으로 사용이 가능하므로 최근에는 간편성 때문에 앰프 내장형이 많이 사용.

35 ② 앰프 분리형 투․수광 소자만을 앰프로부터 분리하여 검출부가 소형이며, 감도 조정을 먼 장소에서도 할 수 있다.
투․수광부로 부터 앰프까지 배선 해야 하므로 앰프내장형에 비해 노이즈에 약하며 전용 앰프 유니트가 필요하다. 검출헤드가 초소형이므로 공간적인 제약이 있는 곳에 적용하는 경우가 많다.

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37 ③ 전원 내장형 앰프, 전원, 출력 릴레이, 투,수광 소자 등 동작에 필요한 모든 부분을 모두 내장한 타입이다.
상용 전원만으로 릴레이 접점 출력이 얻어지므로 사용상 매우 간편하다. 그러나 외형이 크고, 검출 정도가 낮기 때문에 단순한“유무”,“통과”등의 검출에 적합하다. 또한 릴레이 내장형의 제품은 릴레이 수명에 주의해야 한다.

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39 광전 스위치의 출력 형태는 무접점 출력이 일반적이다.
출력 형태는 직류형에서는 물체를 검출한 상태에서 출력이 OFF되는 N.C(normal close)형과 물체를 검출한 상태에서 출력이 ON되는 N.O(normal open)형이 있으므로 제어 회로측과 매칭되는 것을 선정해야 한다. 교류형에도 역시 N.O형 과 N.C형이 있으며 부하의 구동방식에 따라서는 2선식과 3선식이 있다. 2선식은 배선에는 편리하지만 반드시 부하를 직렬로 접속하여 사용하지 않으면 파괴되므로 주의해야 한다.

40 마. 광전 스위치에 관한 용어 설명 (1) 검출 거리 투과형과 미러반사형에서는 제품의 오차, 온도 변화 등을 고려하여 최저한 보장되어 있는 설정 가능한 거리를 말하며, 직접 반사형에서는 표준 검출 물체(일정한 크기의 정사각형 백색 용지)에 반사시켜 검출 가능한 거리를 말한다.

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42 (2) 지향각 투과형 및 미러 반사형의 광전 스위치에서 동작 가능한 각도 범위를 뜻 한다.

43 (3) 응차 거리 직접 반사형의 검출 거리에 있어 동작과 복귀의 거리 차를 응차 거리라고 하며 일반적인 정격검출 거리에 대한 비율로 표시한다.

44 (4) 불감대 직접 반사형 광전 스위치에서 렌즈면 바로 앞 부분의 투광 에리어와 수광 에리어가 중첩되는 부분으로 이 부분에서는 검출이 불가능하다.

45 (5) 차광 동작(Dark On) 수광기에 들어가는 광을 차단 혹은 감소되었을 때 출력이 나타나는 것을 말한다.

46 (6) 입광 동작(Light On) 수광기에 광이 입사 되거나 입사 광이 증가할 때 출력이 나오는 것을 말한다.

47 (7) 응답 시간 광 입력이 단속적으로 계속될 때 제어 출력이 동작 혹은 복귀하는데 까지의 지연 시간을 말하며 광 센서에서는 동작 시간(T-ON)과 복귀 시간(T-OFF)은 비슷하게 일치한다.

48 (8) 표준 검출체 반사형 광 센서를 제외한 검출 거리 측정에 사용하고 규정된 치수, 색, 반사율을 존재하는 반사판으로 통상 반사율 85%의 백색 무광택지를 사용한다. (9) 최소 검출 물체 검출 물체에 표준 검출체(반사율85%의 백색 무광택지)를 사용해 검출 할 수 있는 최소 검출물체의 치수를 말하며 이 치수 이하의 검출 물체는 검출이 불가능하다. 또한 반사율이 작은 물체일수록 보다 큰 치수의 물체를 사용하여야 한다.

49 아. 상호 간섭 2조 이상의 광 센서를 병렬로 설치할 경우 설치방법에 따라서는 인접한 광선을 수광 하여 불안정한 동작이 발생하는 수가 있다. (가) 투과형 ① 가능한 지향성이 좋고 협지향 타입의 기종을 선택하면 수광기의 감도를 약간 낮추어 주는 것이 좋다.

50 ② 그림과 같이 투광기 옆에는 수광기 즉 투광기와 수광기를 교대로 설치한다
② 그림과 같이 투광기 옆에는 수광기 즉 투광기와 수광기를 교대로 설치한다. 단, 투광기로부터 빛이 검출 물체의 표면에 반사하여 그 반사광이 옆의 수광기에 입사하여 간섭이 발생할 수 있으므로 투광기와 검출 물체의 거리를 가능한 한 길게 한다.

51 (나) 미러 반사형 투과형처럼 미러반사형 광전 센서도 여러대 병렬로 설치할 경우 미러로부터 옆의 투․수광기에 입사하여 상호 간섭을 일으킬 수 있다. 투과형에서처럼 투광기와 수광기를 교대로 설치하여 상호간섭을 해소 시켰으나 투․수광기가 붙어 있는 미러반사형에는 아무런 효과가 없다. 그 대책으로 미러 반사형은 투광기와 수광기가 같이 붙어있기 때문에 그림같이 검출거리(ℓ)에 있어서 투․수광기를 평행 이동시켜 수광 한계위치를 찾아 그 폭(A)를 구하여, (A)의 거리가 판명되면 인접한 투․수광기와 거리 (B)는 (A)의 2배 이상이 되어야 한다.

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53 (다) 직접 반사형 직접 반사형의 광전 센서는 인접해 있는 다른 광전 센서등의 영향을 받을 수 있으므로 여러 대를 설치할 경우에는 검출 물체의 크기나 종류, 통과 위치,투광기와 수광기의 동작 영역 특성 등을 고려하여 적당한 간격을 두고 설치 사용한다.

54 자. 검출 물체 (가) 투과형 렌즈를 사용한 투과형 광센서는 투광기 및 수광기에 출입하는 광선의 폭은 렌즈의 구경과 동일하여야 하며 광센서가 동작하기 위해서는 수광기에 들어오는 빛을 완전 차단 시켜야 하므로 일반적으로 검출 거리가 긴 광 센서는 큰 구경의 렌즈를 사용하며. 장거리용에서 검출 물체의 크기도 크게 사용하여야 한다.

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56 미러 반사형 ① 투과형 광센서에서 최소 검출 물체의 지름은 대체로 렌즈 지름과 동일하며, 렌즈 근처의 검출 물체 크기는 렌즈 지름과 같게 하고 미러 근처에서는 미러크기(반사면적)이상으로 하여 사용한다. ② 일반적으로 미러 반사형 광 센서에 있어서 검출 물체의 지름을 작게 한 경우는 미러를 작게 함과 동시에 검출 물체의 통과 위치를 가능한 렌즈쪽으로 하는 것이 좋다. 미러를 작게 할 경우 검출 거리는 짧게 되고, 또 어느 정도 렌즈 근처에 검출 물체를 통과시켜도 렌즈 지름보다 작게 하여야 한다.

57 (다) 직접 반사형 ① 직접 반사형 광센서에는 빛을 좁힌 협지향 타입과 그렇지 않은 광지향성 타입이 효과적이다. ② 검출 물체에 요면이 있거나 지나가는 방향이 일정하지 않게 변하는 경우에는광지향 타입의 기종이 적합하다

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59 차. 광센서 선정법

60 (1) 전원에 의한 선택 (가) DC형 DC형은 10～30[V]까지 동작하며, DC형은 AC형에 비하여 응답 주파수가 빠르지만 경우에 따라서 전원을 따로 공급해야 하는 단점이 있다. (나) AC형 AC형은 DC12～240[V], AC 24～240[V]까지 동작하는 Free Voltage방식이다. AC형은 릴레이 출력 형태이므로 DC형에 비하여 응답 주파수가 지연 된다. 

61 (2) 검출 형태에 의한 선택 (가) 투과형 서로 마주보는 투광부, 수광부 간의 광을 검출 물체가 차단했을 때 검출하는 방식이며, 검출 거리와 검출 정도가 높고 작업 환경에도 강하나 투명 물체를 검출하는 데에 어려움이 있다. (나) 미러 반사형 투광기에서 보내어진 광을 미러에 반사되어 돌아와 수광기에 감지되고 여기에 미러보다 반사율이 낮은 물체를 센서와 미러간의 광을 차단함으로서 검출하는 방식이다. 광축 맞춤은 쉬우나 반사율이 높은 물체는 검출하는데 어려움이 있다.

62 (다) 직접 반사형 ① 확산 반사형 미러 반사형과 달리 투광부에서 검출 물체에 광을 비추어 물체에서의 반사광을 수광부에서 받아 검출하는 방식으로 광축 조정 및 설치가 용이하나 검출 거리가 짧다. ② 협시계 반사형 렌즈의 특수 효과로 검출면이 매우 협소하여 매우 작은 물체를 검출할 수 있으나 설정 거리가 짧다.

63 (3) 구성에 의한 선택 (가) 앰프 분리형 투․수광 소자만을 앰프 유니트로 부터 분리하였으므로 검출부를 작게 할 수 있고,감도 조정을 먼 장소로부터 할 수 있다. 헤드로부터의 신호를 배선으로 앰프 까지 연결해야 하므로 앰프 내장형에 비하여 노이즈에 약하며 전용 앰프 유니트가 필요하다.

64 (나) 앰프 내장형 앰프 분리형에 비해 노이즈에 강하고, 비교적 부피가 작고 수명 부품을 내장하지 않았으므로 신뢰성이 높다. 콘트롤 유니트는 반드시 필요하지 않고 시스템 전원과 외부 릴레이를 증설하는 것만으로 사용이 가능하므로 경제적으로 유리하다. (다) 전원 내장형 빔 센서에 필요한 기능을 전부 내장하고 있으므로 상용 전원만으로 제어 출력을 얻을 수 있으며, 릴레이 내장형의 제품은 릴레이 수명에 주의하고, 외형이 큰 것이 단점이다.

65 (4) 출력 형태에 의한 선택 (가) DC TYPE (나) AC TYPE
DC형의 경우 유니버샬(전압.전류)NPN PNP출력형과,Open Collector출력형이 있고, BL시리즈인 경우 Dark On, Light On을 스위치에 의하여 출력을 선택 할 수 있다. (나) AC TYPE AC형의 경우 릴레이 출력을 얻을 수 있고,Dark On,Light On을 스위치 의하여 출력을 선택할 수 있다.

66 카. 검출 방법에서의 주의점 (1) 광축 조정 (가) 투광형의 경우
ㄷ자형을 제외한 일반적인 투과형광센서에서 제일 중요한 조정은 투광기와 수광기의 광축을 일치시키는 것이다.

67 ① 투과형은 기본적으로 투광기에서 나온 빛을 차단한 것에 따라 검출한다.
투광기로부터 나온 빛이 수광기에 있는 수광소자에 입사할 필요가 있으며 이러기 위해 투광기와 수광기의 광축이 일치하지 않으면 안된다. ② 실제의 투광기와 수광기의 지향성은 어느 정도 넓게 되어 있다. 이것은 사용 중에 다소의 광축이 엇갈림이 있어도 사용이 불가능한 상태를 막기 위해 지향성은 어느 정도 넓게 하고 이런 특성을 유지시키기 위해 될 수 있는 한 최대로 정밀하게 조정해 광축의 중심에 맞도록 하여야 한다. 투광기와 수광기의 광축이 일치한 포토 스위치는 충분한 특성상의 여유를 가지며 다소 광축의 엇갈림이나 렌즈 면에 먼지가 있어도 안전하게 동작하게 되어 있다.

68 ③ 광축 조정의 순서 ㉠ 투광기와 수광기를 마주보게 설치한다. ㉡ 수광기를 상하,좌우로 움직여 동작 표시등 또는 입사광 표시등이 있는 기종은 그 점멸 상태를 확인하고 수광 범위의 중심부를 찾아 고정하여야 한다. ㉢ 투광기를 위와 동일하게 조작하여 고정시킨다. ㉣ 수광기와 투광기가 일치하면 설치는 완료되었다.

69 광축의 조정

70 (나) 미러 반사형의 경우 ① 미러 반사형은 투광기와 수광기가 같이 있어 반사 미러를 사용하기 때문에 비교하여 조정은 간단하며
반사 미러는 양 직선에 대해 ±15～20°의 각도로 입사하는 빛을 반사하는 것으로 광축 조정에 발생하는 투광기와 수광기 또는 반사 미러의 부착 각도는 정확성을 요구하지 않고, 러프(Rough)한 설정에도 광축이 일치한다.

71 ② 미러 반사형의 검출 거리 표시는 지정한 반사 미러를 사용할 경우이고,
혹은 지정한 반사 미러 외의 반사 미러를 사용할 경우는 반사 면적,형태,종류 등 에따라 반사 효율이나 특성이 크게 다르고, 검출 거리도 변하므로 직접 테스트를 하여 여유도가 있는 것을 사용하여야 한다.

72 (2) 반사파의 주의 (가) 투과형의 경우 ① 부착 장소 이외에 광축으로 평행한 바닥이나, 벽등의 평면이 있으면 그 면에 반사한 빛이 수광기에 입사할 경우 광축상에서 차광해도 검출이 되지 않을 수가 있다. ② 광축에 평행한 면에서의 반사 영향은 도금된 금속판, 스텐레스판, 타일 등 표면반사율이 높은 것이 있을 경우 쉽게 발생하므로 지향성이 좁은 것을 선택하고 수광기의 감도를 낮게 하거나 그림에서 같이 반사광 방지장치(스트레이트)를 사용하여야 한다.

73 투과형의 반사파 방지 장치

74 (나) 미러 반사형의 경우 표면이 광택도가 높은 물체를 검출할 경우 투광기 수광기가 하나로 된 미러 반사형의 구성상 검출 물체부터의 반사광이 직접 수광부에 입사하여 오동작이 일어날 수 있다. 그림과 같이 검출 물체로부터 정반사광의 영향을 피하기 위해 검출 물체와 정면 설치를 피하고 상하 또는 좌우의 적당한 각도를 주어 센서를 설치하여 사용한다.

75 미러 반사형의 반사광 방지

76 (다) 직접 반사형의 경우 ① 부착면으로 부터의 반사(난 반사) 그림 처럼 바로 붙이거나 부착 면이 요(凹)면 일 경우 불필요한 반사광이 수광부에 입사되면 불안정한 동작이 일어날 수 있으므로 별도의 부착대를 설치하여 투광기 및 수광부의 부착면을 높여주거나 부착각도 및 부착면을 바꾸어 주어야 한다.

77 ② 배경 물체로부터 반사 직접 반사형 광센서에 있어서 배경 물체가 오동작의 원인이 되므로 이동할 수 있는 배경 물체는 가능한 떼어 주고,
배경 물체가 이동하지 않으면 검출 물체와 배경 물체의 거리를 될 수 있는 한 멀게 하고, 배경 물체 표면을 흑색으로 하여 반사율을 저하하거나, 검출면의 표면과 배경면 사이에 각도를 주어 설치, 사용한다.

78 직접 반사형의 난 방사광 방지 직접 반사형의 배경 물체로 부터 반사광 방지

79 타. 사용상의 주의 사항 (가) 조작 전원 ① 상용 전원 자가 전원을 사용할 경우 노이즈, 서어지, 전압 변동이 작은 전원을 사용하고, 강전회로(고압선,동력선)와 동력원에서 사용은 피하여 사용한다. ② 고압선이나 동력선이 광센서의 케이블 가까이 통과할 때는 오동작이나 파손을 방지하기 위해 단독 금속배관을 하여 사용한다. ③ DC전용은 반드시 절연 트랜스를 사용하여 정류 후 필터 회로를 사용하여 리플을 저하시켜 전류 변동율을 ±10%이내에서 사용한다.

80 ④ 스위칭 레규레이타를 사용할 경우 펄스성의 노이즈를 차단하여 부착과 동시에 반드시 접지 하여 사용
레규레이타 방식의 정전압 전원에는 광센서의 출력으로 릴레이를 구동할 경우, 릴레이 서어지 흡수가 완전하지않으므로 정전압 전류의 크게 변동하는 것도 있기 때문에 주의하여 사용한다.

81 전원 사용시 주의 사항

82 (나) 전원 투입시의 주의 ① 광원이 끊겨서 연속적으로 입사되는 것은 피한다.
② 광센서는 조작 전원을 투입 후 부터 안전 동작을 얻을 때까지의 통상 시간을 수 10㎳가 필요로 한다 ③ 광원 지연 회로가 구성되어 있지 않는 경우 전원 투입 직후의 신호를 이용하는 것을 피하여 사용한다. ④ 렌즈를 사용하는 광센서에 기름이나 먼지 등의 방해되는 이물질에 대한 적절한 대책과 정기적인 점검을 하여야 한다

83 (다) 부착시 주의 ① 광축 조정이나 감도 조정이 필요한 경우는 순서에 따라 조정한 후 고정하여야 한다.
② 검출 물체나 그 외의 물체에 의해 광센서가 파손의 가능성이 있을 때에도 별도 보호 카바 설치 등 광센서를 보호하여 사용한다. ③ 외란광이나 상호 간섭을 받지 않도록 설치하여야 한다. ④ 초음파 용접기 등의 고주파 기기에 사용될 때는 유도전류에 의한 오동작을 피하기 위해 반드시 수지의 부착 판을 사용하여 절연되도록 한다.

84 ⑤ 케이블을 연장할 때는 되도록 굵은 선(0.3㎟ 이상)을 사용하여 전압 강하에 주의한다.
⑥ 광센서는 통상, 기계나 설비에 부착되는 경우가 많고, 진동 또는 충격이 증가하는 것은 배제할 수 없지만 일반적인 경우에는 광센서의 부착 받침대는 진동 충격에 흔들리지 않도록 강한 것을 사용하고,고정용 브라켓, 볼트는 확실히 조여 주며,투광기 또는 수광기에 검출물체 등이 충돌하지 않도록 부착하여 사용한다

85 3. 광화이버 센서 가. 광화이버센서의 개요 광전 스위치와 광화이버를 조합 시킨 것으로 광화이버의 유연성을 이하여 공간적으로 제약을 받지 않고 검출할 수 있는 광센서이다. 일반적으로 광 스위치와 사용 목적은 같지만 광화이버의 유연성 때문에 복잡하고 미세한 분부에 접근할 수 있고, 나쁜 환경에서도 높은 신뢰성을 얻을 수 있기 때문에 최근에 자동화용 센서로 널리 사용되고 있다. 코어에 빛이 입사하면 피복과 경계면에서 전반사가 반복해서 일어나면 빛은 앞으로 진행한다. 광화이버 내를 통과하여 다른 쪽 끝에 도달한 빛은 약60°의 각도로 넓게 검출체에 조사된다.

86 광화이버 센서

87 나. 광 화이버 센서의 분류 및 특징 광화이버 센서는 광화이버의 재질에 따라 플라스틱 광화이버와 유리 광화이버로 분류한다.
플라스틱 광화이버는 아크릴계 수지로 되어 있고 Φ0.25～1 단선으로 된 것과 복수계로 된 것이 있으며 폴리에틸렌계의 피복으로 쌓여 있어 경량이고 잘 부러지지 않으며, 저가이므로 많이 사용되고 있으나 반면 광 투과율이 적고 열에 약한 단점이 있다. 유리 광화이버의 코어는 글라스 화이버로 되어 있고 스텐리스 피복으로 쌓여 광의 투과율이 좋고, 열에 강한 특성이 있으나 무겁고 굴절이 많으며, 가격이 비싼 것이 단점이다.

88 광화이버 센서의 특징 (1) 유연성이 우수하다. 좁은 장소나 설치하기 곤란한 장소에서도 자유롭게 설치할 수 있고, 센서본체의 취부는 검출물체와 무관하게 설치할 수 있다. (2) 소형 물체의 검출이 용이하다. 검출 선단부가 매우 소형이기 때문에 소형의 검출 물체(Φ가 작고 미세한 물체)을 검출할 수 있으며, 검출물체에 가까이 부착할 수 있다.

89 (3) 고온의 환경에서도 사용 가능하다. 유리형 화이버 센서를 사용하면주위온도가 높은 장소에서도 검출이 가능하다. (4) 내환경성이 우수하다. 검출 선단부를 포함하며 광 화이버에는 전류가 흐르지 않으므로 전기적인 스파크가 없기 때문에 방폭용으로 사용이 가능하며, 전기적 노이즈 유도에 대하여 전혀 영향을 받지 않는다.

90 광화이버부의 사용환경 ① 광화이버의 선단으로 부터 투과되는 광은 약 60°의 원추형으로 퍼지기 때문에 검출거리를 길게 하면 수광레벨이 낮아지므로 될 수 있는 한 검출물체 가까이 부착해야 하며, 광화이버 단면에 물체가 닿지 않도록 해야 한다.(흠집이 생길 경우 검출성능이 저하될 수 있다.)

91 ② 플라스틱형은(-30～70)℃것과(-30～115)℃의 범위에서 사용할 수 있으나, 0℃보다 낮게 되면 유연성이 나빠지고 또 고온에서는 수축현상이 일어나 광투과율이 낮아진다.
유리 광 화이버는 선단의 주위 온도가 (-60～360)℃라고 하는 저온에서부터 고온의 넓은 범위에서 사용할 수 있으나 0℃ 이하에서 유리 섬유간에 포함되어 있는 수분이 결빙되어 굴절하게 되며 또 사양 범위를 넘는 고온에서 사용하면 성능상 화이버의 단면이 변색하며 성능이 저하 되므로 주의 해야 한다.

92 ③ 신나 등의 유기용제의 환경에서는 사용해서는 않된다.
④ 광화이버 단면에 액체가 묻으면 검출특성에 영향을 받으므로 액체가 직접 닿는 장소에는 사용해서는 않된다. ⑤ 강한 외란광이 직접 수광면에 닿지(쬐이지)않도록 해야 한다. ⑥ 광화이버에 무리한 힘으로 광화이버를 구부리면 신호량이 감쇄하므로 주의 한다.

93 ※위험한 장소에서의 광섬유 포토 스위치의 사용법
광 화이버식 포토 스위치의 화이버 후드는 위험한 장소에, 앰프 후드는 비위험 장소에 설치한다. 위험 장소에서의 광화이버 센서 사용법

94 제 3 절 직선 위치 센서 1. 직선위치 센서의 개요 직선 위치 센서에는 단지 위치를 검출할 수 있는 위치 센서와 그 좌표를 읽을 수 있는 좌표 위치 센서로 나눌 수 있다. 위치 센서는 검출 신호가 ON/OFF형으로 출력되는 것이 일반적이다. 이들의 검출정도는 고정도(㎛단위)에서 저정도(㎜)단위까지 이고, 검출방식도 접촉식의 리미트 스위치, 터치 스위치와 비접촉식의 근접 스위치, 광전 스위치 등의 종류가 있다.

95 좌표 위치 센서는 직선형과 회전형 위치 검출로 대별되며,
출력 형태에 따라 아나로그형과 디지탈형으로 나누어지는데 디지탈형이 검출신호의 처리와 표시가 용이하기 때문에 많이 사용되고 있다. 아나로그형은 검출 범위(거리)가 좁고, 데이터를 디지탈화해야 할 필요가 있으므로 사용이 한정된다.

96 직선 위치 센서

97 2. 근접 스위치 근접 스위치란 종래의 마이크로 스위치 및 리미트 스위치의 기계적인 스위치를 무접촉하여 검출 대상물의 유무를 무접촉으로 검출하는 검출기(스위치)이다.

98 1. 근접 센서의 특징   근접 스위치에는 다음과 같은 특징이 있다. ① 출력을 생성시킬 때 접촉시킬 필요가 없고, 힘을 가할 필요가 없다. ② 외부충격에 오동작이 없다. ③ 내부에는 반도체 소자로 구성되어 있어 가동 부분이 없고 수명이 길며 보수가 불필요하다. ④ 주위 환경(먼지, 진동, 기름 등)의 영향을 받지 않는다.

99 가. 근접 스위치의개요 근접 스위치(PROS : Proximity Switch)는 마이크로 스위치 및 리미트 스위치 등과 같은 기계적인 스위치와는 달리 비접촉으로 물체가 접근한 것을 검출하는 검출기(스위치)이다. 종래의 기계적인 스위치에 비교하면 고속화, 긴 수명, 고신뢰성 등의 잇점이 있고, 그 동작 원리에는 고주파발진형, 정전용량 등의 종류로 분류되며 많은 종류의 근접스위치가 있다.

100 (1) 근접 스위치의 특징 근접 스위치에는 다음과 같은 특징이 있다.
① 비접촉으로 검출하므로 검출 물체나 센서에 영향을 주지 않는다. ② 무접점 출력(전기적 접점)이므로 수명이 길고 보수가 불필요하다. ③ 주위 환경(먼지, 진동, 기름등)의 영향을 받지 않는다. ④ 응답 속도가 빠르다. ⑤ 내부에는 반도체 소자로 구성되어 있어 가동 부분이 없고 수명이 길며, 보수가 불필요하다.

101 (2) 근접 스위치의 응용 분야 ① 수송과 콘베어 시스템 ② 자동 창고 및 물류 시스템 ③ 포장 기계 ④ 자동화 산업 ⑤ 플라스틱 가공 기계 ⑥ 제어 및 자동화 제어장치 ⑦ 섬유 기계 ⑧ 공작 기계 ⑨ 목공기계 ⑩ 엘리베이터

102 나. 근접 스위치의 분류 (1) 형상에 의한 분류 근접 스위치는 일반적으로 검출 원리에 따라 분류한다. 그러나 검출하고자 하는 물체의 형상이나 센서의 부착 방법 등을 고려하여 센서의 형상에 따라 분류하는 법도 있다.

103 근접 스위치의 형상에 의한 분류

104 (2) 검출 방식에 의한 분류 ① 고주파 발진형 근접 스위치
고주파 발진형 근접 스위치의 검출회로는 그림 과 같다.이 회로에서는 발진회로의 발진코일을 검출헤드로 사용한다. 이 헤드 가까이에 금속체가 없을 때는 항상 발진 상태에 있고 금속체가 접근 혹은 존재하면 발진 코일의 자력선을 받아 유도 작용으로 인해 근접 금속체 내에 와전류가 발생하여 발진 코일의 저항분이 커져서 발진이 정지하고 이것이 출력이 된다. 또한 구성에 따라 그림과 같이 앰프 내장형과 앰프 분리형의 2가지종류가 있다.

105 고주파 발진형의 검출회로 (a) 앰프 내장형 (b) 앰프 분리형

106 근접 스위치의 하우징 내에는 수지를 충전하고 있으므로 방수,내진성이 우수하고 먼지와 티끌, 다습한 장소에서의 사용도 가능하다.
동작거리는 발진형에서는 일반적으로 수 mm～25mm 정도이며 최고1200mm정도가 한도이다. 고주파형 근접 스위치의 사용상 특히 주의해야 할 사항은 근접 스위치의 크기나 재질에 따라 동작거리가 크게 변화하는 것이다. 또, 발진 코일에서 방사되는 자력선은 넓이를 가지기 때문에 검출체 이외의 금속체가 헤드 부근에 있을 때나 다른 근접 스위치를 접근 하여 설치 하면 상호유도 때문에 오동작이 발생하는 경우가 있으므로 주의해야 한다.

107 ② 정전 용량형 근접 스위치 정전 용량형 근접 스위치는 그림과 같이 고주파형 근접 스위치와 거의 같은 회로 구성으로 되어 있다. 고주파형의 경우는 코일 부분에 발생시킨 수십㎑의 자력선을 이용하지만 용량형은 수백㎑～수㎒의 고주파 발진회로의 일부를 검출 전극판에 인출하여 전극판에서 고주파 전계를 발생시키고있다.

108 정전용량형의 검출회로

109 이 전계 중에 물체를 접근시키면 물체 표면과 검출 전극판 표면에서 분극 현상이 일어나 정전 용량이 증가한다.
그 때문에 발진조건이 조장되고 발진 진폭이 증가하여 출력이 나온다. 검출물체는 금속체를 포함한 나무, 종이, 플라스틱,물이며 공기와 스치로폴을 제외한 모든 물체의 검출이 가능하다. 검출 거리는 10～25㎜ 정도이고 이들의 검출 거리는 접지한 금속판을 기준으로 하고 있으며 검출체의 크기나 재질,수분의 함유량에 따라서 현저하게 달라진다. 그 검출 재질의 특성은 다음 같다.

110

111 ③ 자기형 근접 스위치 자기형 근접 스위치는 자성체 또는 발진원인 영구자석 밖에 검출할 수 없다.
검출 소자에는 리드 스위치, 홀소자․자기저항 소자, 자기 코일 등이 있으나 리드 스위치 방식이 널리 사용되고 있다. 리드 스위치는 그림 같이 접점이 유리관 내에 불활성 가스와 함께 봉입되어 있어 외기와 직접 접촉하지 않으므로 신뢰성이 높다.

112 (가)리드 스위치의 종류 ①일반 마그네틱형 일반 마그네틱형 리드스위치는 프라스틱내에 리드스위치가 몰드 내장되어 있어 자석이 검지 범위 내에 접근하면 가스로 밀봉된 유리관의 두 접점 중 이자력에 이끌려 ON 되는 비접촉식 근접 스위치이다. ② 평형 철판감지형 리드 스위치철판 감지형 리드스위치는 센서내에 자석과 분리된 상태로 내장되어 있어 철판 감지물이 접근 하면 철판의 일부가 자화되어 입력신호를 발생한다.

113 ③ 플로우트 레벨형 리드스위치 플로우트 레벨형은 플로우트 볼 내부에 자석이 내장되어 있어 액면의 상승으로 볼이 보유하며 리드스위치 내부의 접점을 ON 시킨다.

114 리드 스위치의 구조

115 라. 근접 스위치에 관한 용어설명 (1) 검출거리 표준 검출 물체를 이동시켰을 때 기준 위치(기준면)에서 검출 동작이 일어나는 곳까지의 거리를 말한다. (2) 표준 검출 물체 기본 성능을 측정하기 위해 기준으로 되는 검출 물체의 형태, 치수, 재질을 정한 규격을 의미한다.

116 검출거리 표준 검출 물체

117 (3) 설정 거리 근접 스위치와 검출 물체의 충돌을 피하기 위해 통상의 사용법은 검출면에 대해서 수직이 아니라 가로 방향에서 검출면에 수평으로 검출 물체를 접근시키는 방법을 쓰고 있다. 온도, 전압 등의 영향을 포함하여 오동작 없이 실용 가능한 검출 물체에서 검출면까지의 거리를 설정 거리라 한다. 설정거리의 최대값은 공칭 동작 거리의 70～80%로서 검출 위치 정밀도를 양호하게 하고자 할 경우는 공칭값의 50%로 잡는 것이 좋다 . (4) 응차 거리 표준 검출 물체를 이동시켰을 때 동작하는데 까지의 거리와 복귀하는데 까지 거리의 절대치이다.

118 설정 거리 응차 거리

119 (5) 응답 시간 ㉮ :검출물체가 동작영역 내에 들어와 근접스위치가 동작하는 상태가 되는 때부터 출력이 표시되는데 까지의 시간을 나타낸다. ㉯ :동작영역으로부터 출력이 소멸하는데 까지의 시간이다. (6) 응답 주파수 검출 물체를 반복하여 접근 시켰을 때, 이것에 따른 출력을 내도록 하는 매초 당 추종(ON, OFF) 가능한 횟수를 말한다.

120 응답 시간 응답 주파수

121 (7) N.O형(Normal Open) (8) N. C형 (Normal Close)
스위치(출력 트랜지스터)가 검출 물체가 없을 때 스위칭 접점을 열어 놓고 있다가(OFF)검출 물체가 가까이 접근하면 스위칭하는(ON) 출력 동작을 말한다. (8) N. C형 (Normal Close) N.O형과 반대로 검출 물체가 설정 거리보다 멀리 있을 때 출력하고 설정 거리 안에 들어 왔을 때 스위칭을 끊어 주는 출력 동작을 한다.

122 마. 근접 스위치의 출력 형식 유니버샬 출력은 부하가 연결되지 않았을 경우 출력부의 백색(OUT PUT)단자와 적색(NPN형),흑색(PNP형)단자 사이에 부하 개폐가 가능하며, 출력 전압 사용도 가능하다. 즉, 유니버샬 NPN출력인 경우 TR이 부동작 상태일 때 OUTPUT(백색) 단자에는 “H”(High)상태가 되고,TR의 동작 상태는 “L”(LOW)상태가 되어 논리 판별이 가능하다.

123 (1) 직류형 근접 스위치 (가)유니버샬NPN형(정동작(NormalOpen):N,(NormalClose) :N2)

124 ① 정동작(NormalOpen)상태 주회로(근접 스위치)에서 검출물체를 감지하면TR의B(Base)로 ”H”(High)신호를 보내며 NPN형TR의 특성에 의해 C 에서 E로 전류가 흐르므로 부하에 전류가 흘러 동작을 한다. 유니버샬 NPN형 정동작 상태

125 ②역동작(NormalClose)상태는
비 검출시 TR의 B(Base)에 “H”(High)상태가 되어 TR은 도통상태에 있어 부하가 작동을 하고있으나, 주회로가 검출물체를 감지하면TR의B(Base)가“L”상태신호를 보내어 C(Collector)와E(Emitter)사이의 전류를 차단시켜 부하에 전류를 못 흐르게 하여 부하의 동작을 멈추게 한다. 유니버샬 NPN형의 역 동작 상태

126 (나)유니버샬 PNP형 직류 유니버샬 PNP형 출력은 그림과 같은 회로로 구성되어 있다. ①정동작(Normalopen)상태는 비검출시 TR의B(base)에“H”(High) 상태신호를 보내어 TR은 부동작 상태이므로 부하가 동작하지 않으나 주회로에 검출물체를 감지하면 B에 “L”(Low)신호를 보내어 PNP형 TR의 특성에 의해 E에서 C전류가 흘러TR은 도통상태가 되므로 부하가 동작하게 된다.

127 유니버샬 PNP형의 회로 구성 유니버샬 PNP형의 정동작 상태

128 (다) 개폐 출력 (Open Collecter)
전류를 사용할 때 개폐 동작은 유니버샬 NPN형 출력,PNP형 출력과 같은 역할을 한다. 그러나, 부하가 연결되지 않을 경우 백색(OUTPUT) 단자와 흑색단자(GND)사이에서 TR이 절연 상태이면 OUTPUT단자는 0[V]가되고,도통 상태가 되어도 전류가 흐르지 않으므로 0[V]가 되어 전압 사용은 하지 못한다.

129 개폐 출력형 회로 구성

130 (2) 교류형 근접 스위치(정동작; Normal Open, 역동작; Normal Close)
교류 출력형 근접 스위치는 그림과 같이 SCR 반도체를 이용한 회로로 구성 되어있다. (가)정동작(Normal open)상태는 비검출시 SCR의 게이트(G)에 “L”(Low) 상태가 되어 SCR은 부동작 상태이므로 부하는 동작하지않는다.그러나 주회로에 검출물체가 감지되면 SCR의 게이트 (G)에 “H”(High)신호를 보내어 A(Anode)에서 K(Cathode)로 전류가 흘러 부하가 동작을 한다.

131 교류 근접 스위치의 회로 구성 교류형 근접 스위치의 정동작 상태

132 (나)역동작(NormalClose)상태는 검출 물체의 비검출시SCR의G(게이트)로 “H”(High)신호를 보내어 SCR은 도통 상태가 되어 부하가 동작하다가,검출물체가 감지되면 G(게이트)에 “L”(Low)신호를 보내어SCR은 차단상태가 되므로써A(Anode)에서 K(Kathode)로 전류의 흐름을 차단시켜 부하의 동작을 중지시킨다.

133 교류형 근접 스위치의 역동작 상태

134 바. 근접 스위치의 일반적인 특성 (1) 검출 물체의 위치 설정
근접 스위치의 동작 거리는 검출 물체가 접근하여 근접 스위치가 동작할 때의 검출면과 검출 물체와의 거리를 말한다. 동작 거리는 온도 변화, 전압 변동등 주위 조건의 변화에 따라 다소 변동하기 때문에 근접 스위치를 안정적으로 동작시키기 위해서는 검출 물체의 최대 근접 스위치를 동작 거리보다 짧게 할 필요가 있으며 이것을 설정 거리라고 한다.

135 검출 물체의 위치 설정

136 ① 표준 검출 물체를 사용할 경우 설정 거리는 최대 거리의 70% 이하로 하여야 오동작을 피할 수 있다.
②설정거리는 검출물체에 따라 변화하므로 실제동작을 시켜 그림과 같은 방법으로 정한 뒤 근접스위치를 부착하여 사용해야 한다.

137 (2) 근접 스위치의 부착 방법 (가) 돌출형의 부착
① 돌출형이란 금속 내에 둘러싸여 사용하지 못하고 외부로부터의 자계의 영향을 받기 쉬우나 동작 거리가 매입형보다 긴 거리의 검출 성능을 가지고 있다. ② 주위 금속의 영향도 크게 있기 때문에 그림 처럼(凹)의부에 부착시킬 때는 근접스위치 직경의 3배 이상의 거리를 둔다.

138 돌출형의 부착

139 (나) 매입형의 부착 ① 원주 금속 형태의 매입형은 검출면이 금속 외장과 동일 면이며,돌출형은 검출면이 금속 외장보다 돌출하여 있는 것으로 외견상 용이하게 판별된다. ② 매입형의 근접 스위치는 그림에 표시한 것처럼 부착되어 있다.

140 매입형의 부착

141 (다) 병렬 부착의 간격 ① 근접 스위치를 병렬 부착할 때에는 근접 스위치상호간의 영향(상호 간섭)을 받지 않도록 충분한 거리를 확보하여주고 그림에 표시한 것처럼 매입형은 근접 스위치 직경의 3배 이상,돌출형은 4배 이상의 거리를 둔다. 병렬 부착의 간격 설정

142 ① 정전 용량형 근접 스위치는 주위 물체의 용량 변화에 민감하므로 본체를 가능한 주위 물체로부터 거리 두고 설치하여야 한다.
(라) 정전 용량형 근접 스위치 부착 방법 ① 정전 용량형 근접 스위치는 주위 물체의 용량 변화에 민감하므로 본체를 가능한 주위 물체로부터 거리 두고 설치하여야 한다. 정전 용량형 부착 및 간격 설정

143 ② 정전 용량형 근접 스위치는 수분에 대하여 고감도이므로 고습도 및 직접 물이 있는 장소에는 오동작의 원인이 되므로 물방울 등이 있는 곳에는 그림과 같이 조치를 해야 한다.
정전 용량형 부착법

144 (3) 전원 ①직류출력형 근접스위치는 전파정류전원을 사용하고 NPN형, PNP형, 근접스위치에 공급되는 전원의 리플 함유율은 최대 10% 이하로써 이 허용 오차를 넘었을 경우에는 근접 스위치의 수명을 단축하게 되므로 주의하여야 하며 가능한 안정된 전원을 공급하여야 한다. 전원 공급 회로

145 (4) 케이블 배선 ① 근접 스위치의 케이블을 배선할 경우
근접 스위치의 케이블을 배선할 경우 케이블의 동력선은 고압선과는 다른 전선관으로 하고, 동일 전선관을 사용할 경우는 0.3[mm2] 이상의 케이블을 사용하고,30[㎝]이상 연장할 경우에는 도체 저항 100[Ω/㎞]이하의 케이블을 사용하여야 한다. 또한 고속 응답 시에 케이블을 길게 연장할 경우 출력 파형이 찌그러질 경우가 발생할 수 있으므로 주의 하여야 한다.　

146 케이블 배선

147 (5) 부하 접속 직류출력형 근접스위치의 부하에 콘덴서를 직접 접속하면 안되고, 콘덴서를 사용할 경우에는 전류제한저항을 접속하여 사용하는데 이때전류제한저항R은 피크(Pick)전류가 근접스위치의 부하전류이내의 범위가 되도록 설정한다.

148 (가) 부하와 콘덴서를 병렬 접속할 경우 부하와 콘덴서를 병렬 접속

149 (나) 부하와 콘덴서를 직렬 접속할 경우 부하와 콘덴서를 직렬 접속

150 (다) 유도성부하(릴레이,모터)일 경우 부하와 병렬로 서어지흡수용 다이오드를 역 방향으로 접속하여 사용한다.
유도성 부하와 병렬 접속

151 (6) PLC (ProgrammableLogic Controller)와의 접속
PLC의DC입력모듈(Module)에직류출력형NPN출력의 근접스위치를 직접 접속한 것이된다.근접스위치의 전원은DC24V의 직류 안정화 전원을 사용하여야 한다. PLC 접속

152 사. 근접 스위치의 접속 방법 (1) 직류 출력형 근접 스위치의 접속
직류 개폐형 근접 스위치의 출력 형식에는 NPN형과 PNP형 2가지가 있으며, 직접 파워 릴레이, 솔레노이드, 전자 카운터 등의 직류 구동 부하를 개폐한다.

153 직류 출력형 근접 스위치의 접속

154 (가) AND(직렬접속) 직류 출력형 근접 스위치를 AND(직렬)접속하면 접속된 근접 스위치가 모두 동작하여야 부하가 동작하고,AND(직렬)접속 시 근접 스위치의 설치할 수 있는 수는 근접 스위치가 ON 되었을 때 포화 전압의 합이 근접 스위치의 동작 전압과부하 구동 전압에 영향을 미치지 않는 범위까지 설치(접속)하여야 한다. (단, PNP출력, NPN출력형을 혼합하여 사용할 수는 없다.)

155 AND(직렬) 접속

156 (나) OR (병렬 접속) 직류 출력형 근접 스위치를 OR(병렬) 접속하면 여러 개의 근접 스위치 중 1개만 동작해도 부하가 동작하고,OR(병렬)회로로 접속하여 사용할 수 있는 접속 수는 접속된 근접 스위치의 누설 전류의 합이 부하에 영향을 미치지 않는 정도까지 연결하여 사용할 수 있다. (단, NPN출력,PNP출력형을 혼합해서 사용할 수는 없다.)

157 OR(병렬) 접속

158 (2) 교류 출력형 근접 스위치의 접속 (가) AND(직렬) 접속
교류 출력형 근접 스위치는 다수의 AND(직렬)접속으로 하여 사용할 수 없으며, 2개의 근접 스위치를 직렬로 AND(직렬)회로로 하여 사용할 경우에 전원전압AC110V인 경우 블리더저항을 반드시 그림과 같이 접속하고, AC220V의 경우에는 블리더 저항이 필요 없다.

159 AND(직렬) 접속

160 【주】전원 전압 확인 AC110V, 220V 어느쪽의 경우에도 근접스위치가 ON일때 부하의 전압VL=Vs-10[V](개당)로 된다. 그러므로 VL이 부하의 동작 전압이하이면 부하는 동작하지 않으므로 반드시 사전에 확인할 필요가 있다. 전원 전압 계산

161 (나) OR(병렬) 접속 2개 이상의 근접스위치를 OR(병렬)로 하여ⓐ,ⓑ가 동시에 동작하여 부하를 보호 유지시킬 필요가 없을 경우에 한하여 병렬접속으로 사용 한다. 즉 근접스위치가3개 이면 소비전류로 인해 복귀불량이 발생하기 쉽다. OR(병렬) 접속의 복귀 불량

162 그림에서와 같이 ⓐ, ⓑ동시에 동작을 시켜 부하를 보호 유지시킬 경우는 사용할 수 없다.
즉 ⓐ,ⓑ동시에 동작시켜서 부하를 보호 유지시킬 경우, ⓐ가ON되면ⓐ,(ⓑ)양단의 전압이 약10V로 저하되고 부하 전류가ⓐ를 통해 흘러 동작한다. 다음으로 검출 물체가 ⓑ에 접근할 경우 ⓑ양단의 전압은 10V로 낮으므로 ⓑ의 개폐소자를 동작 시키는 일이 일어나지않는다.

163 Ⓐ가 다시 OFF로 되면 ⓐ,(ⓑ)양단의 전압이 전원 전압까지 상승할 경우 각각에 대하여 처음으로 ⓑ가 ON이면 변화하는 것이 일어난다.
이 사이에 ⓐ가 OFF ⓑ도 OFF이면 변하는 시간(약10㎳)이 존재한다. 따라서 부하는 순간적으로 복귀한다. 이 경우에 부하를 보호 유지시킬 경우에는 그림과 같이 릴레이를 삽입하여 사용한다.

164 OR(병렬) 접속

165 아.근접 스위치 선정법 기종의 선정은 사용 목적과 사용 장소에서의 조건 및 제어장치의 연관성을 고려하여 선택한다. (1) 기종 선정 플로우 차트

166 (2) 검출 물체의 재질에 의한 선택 (가) 유도성 자성 금속체 종류를 검출하려면 고주파 발진 유도성 근접스위치를 선택 하여야 하고, 유도성 근접 스위치는 검출면에 오물(비금속)이 묻어도 오동작 하지 않는 장점이 있다. ※자성 금속체 - 철, 니켈, 코발트등 (나) 용량성 유전체 종류를 검출하려면 용량성 근접 스위치를 선택하고, 용량성 근접 스위치는 검출면에 오물이 묻으면 오동작하는 경우가 있으므로 주의하여야 한다. ※유전체- 물, 종이, 나무, 기름, 유리, 돌 등

167 (3) 전원에 의한 선택 (가) DC형 DC형은 10～30V까지 동작하고, 최근에는 PLC등에 DC형이 많이 사용하고 있으며,AC형에 비하여 응답 주파수가 높지만 경우에 따라서 전원을 따로 공급해야 하는 단점이 있다.　 (나) AC형 AC형은 90～250V까지 동작하는 Free-Voltage 근접 스위치가 있고, AC형은2선식이므로 릴레이 또는 마그네트 부하를 직접 연결하여 사용 가능하지만DC형에 비하여 응답 주파수가 낮다.

168 (4) 검출 거리에 의한 선택 사용 목적에 알 맞는 거리를 선택해야 하며, 일반적으로 원주형인 경우에는 근접 스위치 직경의 대략 1/2이 검출 거리가 된다. 검출 거리가 길면 설치상 간편한 점도 있으나 응답 주파수가 떨어지므로 유의 하여야 하며 검출 거리가 길 경우 주위 금속의 영향을 고려하여야 한다.

169 (5) 형상에 의한 선택 (가) 원주형 ① 매입형 : 검출면이 금속 외장과 동일하며 주위 금속의 영향을 적게 받는다. ② 돌출형 : 검출면이 금속 외장보다 돌출하여 사용되며 동일 직경의 매입형보다 검출 거리를 길게 얻을 수 있으나 주위 금속의 영향을 많이 받는 단점이 있다. (나) 사각형 임의의 위치에 자유로이 부착시킬 수 있는 장점이 있다.

170 AC형의 경우SCR제어방식으로서N.O(Normal Open)형,N.C(Normal Close)형이 있다.
(6) 출력 형태에 의한 선택 (가) DC형 DC 형의 경우 유니버샬 NPN형 출력,PNP형 출력이 있으며 접속해야 할 기기와의 연결을 고려하여 사용하여야 한다. (나) AC형 AC형의 경우SCR제어방식으로서N.O(Normal Open)형,N.C(Normal Close)형이 있다.

171 (7) 노이즈 대책에 의한 선택 배선의 길이가 길어질 경우나 설치 라인에 노이즈가 많을 경우 AC형 근접 스위치가 DC형 근접 스위치보다 노이즈에 강한 장점이 있으므로 이 점을 고려 해야 한다.

172 (1) 근접 스위치 뒷면에는 그림과 같이 감도 조정용 나사를 드라이버로 돌려서 조정한다.
자. 근접 스위치의 감도 조정 (1) 근접 스위치 뒷면에는 그림과 같이 감도 조정용 나사를 드라이버로 돌려서 조정한다. 감도 조정

173 (2) 감도 조정 나사를 시계 방향으로 돌리면 검출 거리가 길게 되고 반 시계 방향으로 돌리면 검출 거리가 짧아진다.
조정 나사는 16회전이고, 시계 방향이나, 반시계 방향으로 돌리면 “딱딱”하고 최대 또는 최소 점을 알리면 그 이상 돌려도 파손의 염려는 없다.

174 (가) 검출 물체가 없는 상태에도 감도 조정 나사를 천천히 시계 방향으로 돌리면 ON상태가 된다.(최대 점에서 정지)
(나) 검출 물체를 접근시켜서 감도 조정 나사를 반시계 방향으로 돌려 근접 스위치가 OFF할 시점에서 정지한다. ON 시점에 정지 OFF 시점에 정지

175 (다) ON점과 OFF점과의 감도조정 나사의 조정 회전수가 1. 5회전 이상의 차가 나타나면 안정된 검출이 이루어지고 1
(라) 감도 조정 나사조정은 완료된다. 위치를 ON점과 OFF점의 중간 지점으로 조절하여 정지시키면 감도조정은 완료된다. 안정된 검출 감도 조정 <참고> 근접 스위치와 검출 물체의 간격이 일정하지 않을 경우 OFF점(간격이 제일 긴 위치)에서 조정한다.

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