근접 센서 종류 — 유도형·용량형·광전형 선정 기준

근접 센서는 종류를 고를 때마다 한 번씩 고민하게 됩니다.
금속이면 유도형이라고 배웠는데 막상 스테인리스는 잘 안 잡히고, 플라스틱 용기는 용량형이라고 하고, 거리가 멀면 광전형이라는데 광전형 안에서도 또 갈리죠.
오늘은 유도형·용량형·광전형·초음파형 네 가지의 원리와 감지 대상, 검출 거리, 선정 기준을 하나씩 짚어보겠습니다.

근접 센서란? — 비접촉으로 물체를 감지하는 센서

근접 센서(Proximity Sensor)는 물체에 직접 닿지 않고 일정 거리 안에 들어온 대상을 감지해 ON/OFF 신호를 내보내는 센서입니다.
실린더 전·후진 끝단 확인, 부품 유무 판별, 회전체 카운트처럼 자동화 설비에서 가장 기본이 되는 검출 소자죠.
접점이 닳지 않아 수명이 길고 응답이 빠른 게 장점입니다.

감지하는 대상과 원리에 따라 종류가 갈립니다.
금속만 잡는 유도형, 비금속까지 잡는 용량형, 빛으로 멀리까지 보는 광전형, 거리를 재는 초음파형이 대표적입니다.
같은 ‘근접 센서’라도 대상물 재질과 거리에 따라 맞는 종류가 다르니, 아래에서 하나씩 비교해보겠습니다.

유도형(Inductive) 근접 센서

유도형 근접 센서는 금속에만 반응합니다.
코일에 고주파 전류를 흘려 전자기장을 형성하고, 금속이 가까이 오면 와전류(맴돌이 전류)가 발생해 코일의 임피던스가 변하는 것을 감지합니다.

감지 특성과 검출 거리

유도형의 가장 중요한 특성은 감지 대상 금속에 따라 검출 거리(감도)가 달라진다는 점입니다.
센서 카탈로그에 표시된 정격 검출 거리는 보통 연강(일반 철판) 기준입니다.
스테인리스, 알루미늄, 구리 등 비자성 금속이나 비철 금속은 그보다 검출 거리가 짧아집니다.

현장에서 알루미늄 소재 지그나 SUS 배관의 위치를 감지하려면 카탈로그 정격 거리 대비 절반 이하로 여유를 두고 설치해야 합니다. 여유 없이 정격 거리에 맞추면 온도나 오염 상황에 따라 검출 불안정이 생깁니다.

Flush형 vs Non-flush형

유도형 센서는 케이스 매립 방식에 따라 두 가지로 나뉩니다.
Flush형(매립형)은 금속 브래킷에 완전히 매립해 설치할 수 있고, 측면 간섭이 없습니다.
Non-flush형(돌출형)은 매립 설치 시 측면에 금속이 있으면 오동작하지만 검출 거리가 더 깁니다.
공간이 제한된 금형 안이나 좁은 브래킷에는 Flush형, 검출 거리가 중요한 경우에는 Non-flush형을 선택합니다.

용량형(Capacitive) 근접 센서

용량형 근접 센서는 금속과 비금속 모두 감지할 수 있습니다.
센서 전면에 형성된 전기장(정전 용량)이 감지 대상이 가까이 오면 변하는 것을 이용합니다.

용량형의 주요 용도

플라스틱 용기 내부의 액체 수위 감지, 분체·곡물류의 유무 감지, 유리·세라믹 재질 감지 등 유도형이 반응하지 않는 비금속 재질에 씁니다.
용기 벽면을 통해 내부 액체를 감지할 수 있어 식품·의약·화학 설비에 많이 쓰입니다.

용량형의 단점: 주변 환경 영향

용량형은 습기, 결로, 먼지, 오염에 민감합니다.
센서 전면이 오염되거나 습기가 맺히면 오감지가 발생할 수 있습니다.
감도 조절 트리머가 달려 있어 현장에서 감도를 맞춰야 하는 경우가 많습니다.
이물질이 많은 환경에서는 용량형보다 광전형이나 초음파형이 더 안정적입니다.

광전형(Photoelectric) 센서

광전형 센서는 빛(주로 적외선)을 이용해 대상물의 유무·위치를 감지합니다.
감지 거리가 길고 비접촉이어서 적용 범위가 가장 넓습니다. 방식에 따라 3가지로 나뉩니다.

① 투과형 (Through-beam)

투광기와 수광기를 마주 보게 설치하고, 대상물이 빛을 차단할 때 감지합니다.
감지 거리가 가장 길고(수 미터~수십 미터), 먼지·오염에 강합니다.
단점은 투광기와 수광기를 서로 마주보게 배선해야 하므로 설치 공수가 두 배입니다.

② 반사형 (Retroreflective)

투광기와 수광기가 한 몸체에 있고, 반대편에 반사판(리플렉터)을 설치합니다.
대상물이 반사판과 센서 사이를 통과하면 감지합니다.
배선이 한쪽에만 필요하고 감지 거리도 수 미터 이상 가능합니다.
투명하거나 반짝이는 대상물은 반사판 대신 대상물 자체가 빛을 반사해 오감지를 일으킬 수 있습니다. 이 경우 편광 필터가 달린 반사형을 씁니다.

③ 확산 반사형 (Diffuse Reflective)

투광기와 수광기가 한 몸체이고, 대상물 자체에서 반사된 빛을 수신합니다.
반사판이 필요 없어 설치가 가장 간편합니다. 단점은 대상물의 색상·표면 반사율에 따라 감지 거리가 크게 달라집니다. 검은색 무광 표면은 반사율이 낮아 감지 거리가 크게 짧아집니다.

초음파형(Ultrasonic) 센서

초음파형 센서는 초음파를 발사하고 대상물에서 반사되어 돌아오는 시간으로 거리를 측정합니다.
색상·투명도·반사율에 무관하게 감지할 수 있고, 아날로그 출력으로 거리 값을 연속적으로 출력할 수 있습니다.

초음파 센서의 장점과 한계

가장 큰 장점은 유리·투명 필름·물 등 광전형이 감지하기 어려운 투명 대상물도 감지할 수 있다는 점입니다. 액체 수위 측정, 재고 높이 측정, 투명 용기 감지에 씁니다.

초음파 센서의 두 가지 한계는 아래와 같습니다.
첫째, 흡음성이 높은 섬유·스펀지·발포 재질은 초음파를 흡수해 반사가 약해 감지가 불안정합니다.
둘째, 최소 감지 거리(Blind Zone) 이내에서는 측정이 불가능합니다. 센서에 따라 다르지만 보통 수 cm~30cm의 불감 영역이 있습니다.

4가지 근접 센서 비교표: 용도별 선정 가이드

에어 실린더의 전진·후진 위치 감지에는 유도형보다 자기 근접 센서(Reed 스위치 또는 홀 센서)가 적합합니다. 실린더 피스톤에 내장된 자석을 바깥쪽 슬롯에 장착한 센서로 감지합니다. 에어 실린더 선정과 구조는 에어 실린더 종류 및 구조 글을 참고하세요.

근접 센서 배선: NPN·PNP 선택과 3선식 연결

근접 센서는 대부분 3선식(전원+, 전원−, 신호선)입니다. 신호 출력 방식이 NPN(싱크)인지 PNP(소스)인지에 따라 PLC 입력 모듈 배선이 달라집니다.

NPN(싱크) 출력

신호선이 ON일 때 0V(GND)로 연결됩니다. PLC 입력 모듈의 COM 단자를 +24V에 연결합니다.
국내 현장에서 가장 많이 쓰이는 방식입니다. 배선: 갈색(+24V) — 파란색(0V) — 검은색(신호, PLC 입력 단자).

PNP(소스) 출력

신호선이 ON일 때 +24V로 연결됩니다. PLC 입력 모듈의 COM 단자를 0V에 연결합니다.
유럽산 장비에서 많이 쓰이며, 국내에서도 SMC·Festo 제품 중 PNP 타입이 많습니다.

NPN과 PNP 배선 원리는 솔레노이드 밸브와 PLC 출력 배선 글에서 출력 측 관점과 함께 확인할 수 있습니다.

센서 배선 시 주의사항

• 극성 역접속 주의: 갈색(+)과 파란색(−)을 바꿔 연결하면 센서 파손 또는 무동작. 대부분의 센서는 역극성 보호 회로를 내장하지만, 보호 없는 저가형은 즉시 파손됩니다.
• 부하 저항 확인: 일부 NPN 센서는 신호선에 부하(저항)가 없으면 ON/OFF 인식이 안 될 수 있습니다. PLC 입력 임피던스가 너무 높으면 외부 풀-업/풀-다운 저항이 필요합니다.
• 케이블 길이와 노이즈: 인버터·모터 동력선 근처에 센서 케이블을 같은 덕트에 배선하면 노이즈 오동작이 발생합니다. 최소 20cm 이상 이격하거나 실드 케이블을 씁니다.

근접 센서 선정·설치 시 자주 묻는 질문

Q1. 스테인리스 SUS 재질을 유도형 센서로 감지하려면 어떻게 해야 하나요?

SUS304(비자성) 기준 보정 계수가 0.6~0.8이므로, 카탈로그 정격 거리의 60~80%를 실효 거리로 계산하세요. 정격 8mm 센서라면 SUS 기준 4.8~6.4mm 이내에 설치해야 안정 감지가 됩니다. 더 긴 거리가 필요하면 Non-flush형 대구경 센서로 교체하거나, SUS 전용 유도형 센서(All-metal 타입)를 씁니다.

Q2. 투명한 PET 병을 감지해야 하는데 어떤 센서를 써야 하나요?

투명 대상물은 확산 반사형 광전 센서와 반사형 광전 센서로는 감지가 불안정합니다. 투과형 광전 센서 또는 초음파 센서가 적합합니다. 예산이 허락하면 초음파형이 색상·투명도 무관 가장 안정적입니다. 투과형은 설치 공수가 크지만 감지 거리가 길고 신뢰성이 높습니다.

Q3. 센서를 설치했는데 대상물이 없어도 ON으로 뜹니다. 원인이 무엇인가요?

유도형: 브래킷이 금속이고 Flush형이 아닌 Non-flush형을 매립 설치한 경우 측면 금속이 감지됩니다. 용량형: 센서 전면 오염 또는 감도 트리머가 너무 높게 조정된 경우. 광전형: 주변 반사면(밝은 배경)에서 빛이 반사되어 들어오는 경우. 초음파형: 불감 영역(Blind Zone) 이내에 구조물이 있는 경우. 각 원인에 맞는 설치 위치 조정 또는 감도 재조정이 필요합니다.

Q4. NPN과 PNP 중 어느 것을 사야 하나요?

PLC 입력 모듈 사양을 먼저 확인합니다. 모듈이 싱크 입력(COM=+24V)이면 NPN 센서, 소스 입력(COM=0V)이면 PNP 센서를 구매합니다. 두 방식을 모두 지원하는 ‘소스·싱크 겸용’ 모듈이라면 어느 것이든 됩니다. 국내 현장은 일반적으로 NPN이 사용되는 경우가 많지만, 외산 장비와 혼용되는 라인이면 사전에 꼭 확인이 필요합니다.

Q5. 근접 센서 수명은 어느 정도인가요?

접촉 없는 비접촉 센서이므로 기계적 수명은 사실상 없습니다. 실제 수명은 환경 요인에 달려 있습니다. 오염·충격·진동·과전압·역극성 연결이 주요 파손 원인입니다. 제대로 설치된 유도형 센서는 5~10년 이상 무고장으로 동작하는 경우가 많습니다. 주기적인 이물질 제거와 케이블 커넥터 부식 점검이 수명 연장의 핵심입니다.

Q6. 센서 검출 거리와 설치 거리는 어떻게 다른가요?

검출 거리(Sensing Distance)는 카탈로그에 명시된 공칭 감지 거리로, 기준 조건(연강, 20°C)에서 측정한 값입니다. 실제 설치 거리는 검출 거리의 70~80%를 유지하는 것이 기본 원칙입니다. 온도 변화, 진동, 재질 차이로 검출 거리가 변동하므로, 여유를 두지 않으면 환경 변화 시 미감지가 발생합니다.

Q7. 근접 센서 추천 제조사는 어디인가요?

국내 현장에서 가장 많이 쓰이는 제조사는 SMC(일본), Keyence(일본), Autonics(국내), Omron(일본), Sick(독일) 입니다. SMC는 공압과 센서를 함께 조달할 수 있어 공압 설비에 많이 쓰이고, Keyence는 광전·초음파 센서에서 프리미엄 포지션입니다. Autonics는 국내 업체로 A/S가 빠르고 가격 경쟁력이 높습니다. 용도별 제품 상세 사양은 SMC Korea 공식 사이트에서 확인할 수 있습니다. 구매 전 샘플 테스트를 통해 실제 감지 거리와 안정성을 확인하는 것이 좋습니다.

본 글은 일반적인 기술 정보 제공을 목적으로 작성되었으며, 실제 설계 및 시공 시에는 반드시 자격을 갖춘 전문가와 상담하시기 바랍니다. 현장 조건과 법규에 따라 적용 방법이 달라질 수 있습니다.