وهي تستخدم لاكتشاف وجود أجسام أمام المفتاح من دون أن يحدث هناك تلامس بين المفتاح والجسم. وتشمل هذه المفاتيح عدة أنواع منها الحثية والسعوية والضوئية والمغناطيسية، وتلك التي تعمل على الترددات فوق الصوتية وغيرها. وسنتطرق هنا إلى:

• المجسات (المفاتيح) التقاربية الحثية (Inductive Proximity Sensors):

تستخدم هذه المجسات لاكتشاف وجود أجسام معدنية أمام المجس، حيث لا يقوم المجس باكتشاف وجود الأجسام غير المعدنية. يبين الشكل (13) أحد الأشكال الشائعة للمجس التقاربي الحثي.

شكل (13)

ويتكون هذا المجس من منظم جهد وملف ومذبذب وقادح شميت ودارة الخرج.

شكل (14)

ويعمل هذا المجس كما يلي:

1- يقوم منظم الجهد بالحفاظ على قيمة الجهد اللازم لعمل الدارات الإلكترونية داخل المجس ثابتة بغض النظر عن التغيرات في جهد الدخل (تعمل بعض المجسات على V_dc 30–10).

2- يقوم المذبذب المكون من ملف (يقع عند وجه المجس) ملفوف على قلب ومواسع الذي يعمل على ترددات عالية (RF) بتوليد مجال كهرومغناطيسي ينفذ من سطح وجه المجس. وتكون التغذية الراجعة الموجبة، التي تقوم بتشغيل المذبذب بالقدر اللازم للحفاظ على حالة التذبذب فقط.

3- عند وجود جسم معدني أمام المجس بحيث يقع ضمن المجال الكهرومغناطيسي الخارج من سطح المجس، فإنه يتولد داخل الجسم المعدني تيارات إعصارية تمثل حملاً كهربائياً على دارة المذبذب، مما يتسبب في انخفاض اتساع موجة المذبذب أو توقف المذبذب عن العمل.

4- تقوم دارة قادح شميت باكتشاف انخفاض اتساع الموجة الناتجة عن المذبذب عن حد معين فتعطي اشارة بذلك تأخذ إحدى حالتين (1.0).

5- تصل إشارة خرج دارة القادح إلى دارة الخرج التي تقوم بتشغيل ترانزستور الخرج الذي يقوم بتشغيل الحمل (مرحل مثلا).

6- عند ابتعاد الجسم المعدني من أمام المجس يعود وضع خرج المجس إلى الوضع العادي. وهناك من هذه المجسات ما يعمل على مقررات جهد متغير (AC) أو جهد مباشر (DC) وضمن مدى جهد واسع. مثل (V_DC 10-30) وهو أشهر الأنواع، أو (V_AC 265-20)، (V_DC 65-10) وغيرها.

وتوجد المجسات التقاربية الحثية بأشكال مختلفة وبأقطار مختلفة بالنسبة للنوع الأسطواني. وتتراوح مسافة عمل المجس بين بضع ميليمترات وبضع عشرات من الميليمترات.

يعتمد مدى العمل (حساسية المجس) الذي يقوم ضمنه المجس باكتشاف وجود الأجسام المعدنية على:

• نوع المعدن: حيث يكون أكبر ما يمكن للمواد المغناطيسية مثل الحديد الطري، ويقل مع المعادن الأخرى كالنحاس والألمنيوم.
• حجم الجسم وشكله: حيث يقل مدى العمل بنقصان حجم الجسم (عن حد معين). يبين الشكل (15) بعض التطبيقات لهذا المجس.

شكل (15)

• المجس التقاربي السعوي (Capacitive Proximity Sensor):

يقوم هذا المجس باكتشاف وجود الأجسام سواء كانت معدنية أو غير معدنية صلبة أو سائلة وذلك بالاعتماد على مبدأ تغير السعة الكهربائية عند وجود الأجسام ضمن منطقة الجس. وهو يشبه في شكله وحجمه وطريقة عمله المجس التقاربي الحثي أعلاه. ويبين الشكل (16) تركيب هذا المجس.

شكل (16)

يتكون السطح الحساس من هذا المجس من أقطاب مجمعة بحيث تكون مجالاً كهروستاتيكياً أمام وجه المجس الحساس. عند دخول الأجسام ضمن هذا المجال فإن السعة الكهربائية ستزيد وذلك حسب مسافة الجسم عن المجس وحجم الجسم وثابت العزل للجسم. فإذا زادت السعة بالمقدار الكافي فإن المذبذب يبدأ في العمل. وعند وصول اتساع موجة المذبذب إلى مستوى معين تقوم دارة القادح بإعطاء إشارة إلى دارة الخرج لتقوم بتشغيل ترانزستور الذي يقوم بدوره بتشغيل الحمل. عند ابتعاد الجسم الخارجي من أمام المفتاح فإن اتساع الموجة تنخفض أو يتوقف المذبذب عن العمل، مما يسبب عودة خرج الدارة إلى الوضع العادي.

وتعتمد استجابة هذا المجس على ثابت العزل للمادة التي تقع أمام وجه المجس، فكلما زاد ثابت العزل للمادة فإن المجس يكتشفها أو يستجيب لها بشكل أفضل. ولما كان الماء من المواد ذات ثابت العزل العالي (80) فإن هذا المجس يستخدم بكفاءة في التطبيقات المتعلقة باكتشاف مستوى السوائل وتعبئة المواد. ويمكن ضبط حساسية هذا المجس بواسطة مقاومة متغيرة مما يعطي امكانيات أكبر في التحكم؛ حيث يمكن في هذه الحالة جعل المجس يعمل عند كون العبوات مملوءة ولا يعمل عند كونها فارغة.

ويجب الانتباه إلى استخدام هذا المجس في البيئة الجافة أو ذات مستوى ثابت من الرطوبة، حيث أن وجود الماء على سطح المجس قد يتسبب في عمله. يبين الشكل (17) بعض التطبيقات لهذا المجس.

شكل (17)

• مميزات المجسات التقاربية

1- سهولة التركيب.

2- يمكن استخدامها في البيئات الصناعية الصعبة (وجود الغبار، والغازات المشتعلة . . . . . . .).

3- لا تحتاج إلى الاتصال الميكانيكي مع الأجسام.

4- تعمل على سرعات تشغيل (ترددات) عالية.

• توصيل المجسات التقاربية

توجد المجسات التقاربية بسلكين، 3 أسلاك أو أكثر. ففي حالة المجس ذي السلكين فإنه يتم توصيل المجس على التوالي مع الحمل والمصدر. حيث يتم توصيل احد طرفي المجس مع الطرف المناسب للمصدر، فيما يتم توصيل الطرف الآخر للمجس مع أحد أطراف الحمل والطرف الآخر للحمل مع الطرف الثاني للمصدر. أما المجسات ذات الثلاثة أسلاك فهي على نوعين:

النوع الأول يسمى (النوع PNP) أو (منبع التيار) (Current Sourcing)، ويوضح الشكل (18) كيفية توصيل هذا النوع مع المصدر والحمل.

شكل (18)

في هذا النوع يتم توصيل الحمل بين طرف مخرج المجس (A) والطرف السالب لمصدر الجهد الذي يقوم بتشغيل المجس.

أما النوع الثاني فيسمى (النوع NPN) أو (مصرف التيار) (Current Sinking) ويوضح الشكل (19) كيفية توصيل هذا النوع مع المصدر والحمل.

شكل (19)

هذا النوع يتم توصيل الحمل بين طرف مخرج المجس (A) والطرف الموجب لمصدر الجهد الذي يقوم بتشغيل المجس.

ويوجد أنواع تحتوي على أربعة أطراف، حيث تحتوي على مخرجين متعاكسين. وكذلك يوجد بعض الأنواع التي يمكن توصيلها لتعمل كمجس نوع (PNP) أو (NPN).