Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  

 

Статьи на разные темы, Электрические аппараты

Бесконтактные датчики положения механизмов

 

Бесконтактные датчики положения механизмовВ этой статье поговорим о датчиках положения механизмов. Вообще, принципиальная функция любого датчика — дать сигнал с наступлением какого-то конкретного события. То есть датчик при наступлении события срабатывания активируется, и подает сигнал, который может быть как аналоговым, так и дискретным, цифровым.

Наиболее распространены бесконтактные датчики положения следующих типов: индуктивные, генераторные, магнитогерконовые и фотоэлектронные. Указанные датчики не имеют механического контакта с подвижным объектом, положение которого контролируется.

Бесконтактные датчики положения обеспечивают высокое быстродействие и большую частоту включений механизма. Определенным недостатком этих датчиков является зависимость, их точности от изменения напряжения питания и температуры. В зависимости от требований выходным аппаратом этих устройств может быть как бесконтактный логический элемент, так и электрическое реле.

В схемах точной остановки электроприводов бесконтактные датчики могут использоваться как для подачи команды на переход к пониженной частоте вращения, так и для окончательной остановки.

Типов датчиков сегодня на рынке множество, однако, в рамках данной статьи осветим тему непосредственно индуктивных датчиков положения, ибо в более чем 80% случаев, в качестве датчиков положения механизмов служат именно индуктивные датчики.

Бесконтактный индуктивный датчик

Срабатывание индуктивного датчика происходит в момент приближения металла в его зону срабатывания. По этой причине индуктивные датчики положения еще называют датчиками присутствия, датчиками приближения или просто индуктивными выключателями.

Принцип работы бесконтактного индуктивного датчика положения

Рассмотрим теперь принцип срабатывания индуктивного датчика. Как говорилось выше, когда металл достаточно сближается с зоной срабатывания, датчик активируется. Явление это заключается во взаимодействии включенной катушки индуктивности с приближающимся к ней металлом, который резко изменяет величину магнитного поля катушки, что и приводит к активации датчика, он срабатывает, на его выходе появляется соответствующий сигнал.

Устройство бесконтактного индуктивного датчика положения

Электронная часть устройства содержит схему управления, которая в свою очередь управляет реле либо транзисторным ключом. Она состоит из следующих частей:

  • Генератор, создающий электромагнитное поле, необходимое для взаимодействия с объектом.

  • Триггер Шмитта, обеспечивающий гистерезис, когда происходит переключение.

  • Усилитель для увеличения амплитуды сигнала, чтобы он достиг необходимого для срабатывания значения.

  • Светодиодный индикатор, информирующий о состоянии выключателя. Также с его помощью обеспечивается контроль работоспособности и настройка.

  • Компаунд для защиты от попадания вовнутрь твердых частиц и воды.

  • Корпус для обеспечения монтажа датчика и его защиты от различных механических воздействий. Изготавливается из латуни или полиамида и комплектуется крепежными изделиями.

Индуктивные датчики положения широко применяются в системах промышленной автоматизации, где необходимо время от времени или постоянно определять положение какой-нибудь части механизма. Датчик подает сигнал, который поступает на исполнительное устройство. В качестве исполнительного устройства может выступать пускатель, контроллер, реле, частотный преобразователь и т. п. Главное, чтобы параметры датчика соответствовали параметрам исполнительного устройства по напряжению и току.

Датчики в большинстве своем не являются силовыми устройствами, это главным образом сигнальные устройства, по этой причине сам датчик, как правило, ничего мощного не коммутирует, а только управляет, подает сигнал управления, выступает в качестве устройства инициирования того или иного действия, которое уже может быть связано с силовой коммутацией.

Современные индуктивные датчики положения чаще всего встречаются в двух вариантах исполнения пластикового или металлического корпуса: прямоугольной или цилиндрической формы. Диаметр датчика круглого сечения может быть от 4 до 30 мм, но чаще всего применяют диаметры 18 и 12 мм.

При монтаже датчика на оборудование, выставляют зазор между металлической пластиной и зоной срабатывания датчика, обычно это расстояние не превышает диаметра датчика, и как правило, оказывается в 2-3 раза меньше его диаметра.

Схема подключения индуктивного датчика положения

По способу подключения индуктивные датчики положения бывают двухпроводными, трехпроводными, четырехпроводными и пятипроводными.

Двухпроводные непосредственно коммутируют нагрузку, такую как катушка пускателя, то есть они работают подобно обычному выключателю. Двухпроводные датчики требовательны к сопротивлению нагрузки, поэтому не всегда подходят в качестве надежного инструмента, однако актуальности своей не теряют.

Нагрузка просто подключается последовательно с датчиком, если применяется постоянное напряжение, то важно соблюсти полярность, если переменное — полярность не важна, главное — коммутируемая мощность и ток.

Трехпроводные датчики имеют третий провод для питания самого датчика, и это наиболее популярное решение. Четырехпроводные и пятипроводные датчики имеют транзисторные либо релейные выходы для подключения нагрузки, а пятый провод позволяет выбрать режим работы датчика, исходное состояние выходов.

Поскольку выходы могут быть как релейными, так и транзисторными, то датчики, соответственно, подразделяются на три типа по устройству выходов: релейные, npn и pnp.

Датчики с релейным выходом

Датчик с релейным выходом имеет гальваническую развязку цепи питания от коммутируемой цепи. Коммутирует один провод, и напряжение в коммутируемой цепи не является особо критичным. Поскольку схема питания датчика гальванически развязана, это можно считать достоинством релейного датчика. Датчики данного типа, как правило, крупногабаритны.

Датчики с pnp-транзисторным выходом

Датчик имеет на выходе pnp-транзистор, который осуществляет коммутацию плюсового провода с нагрузкой. В коллекторную цепь выходного pnp-транзистора включается нагрузка, которая вторым своим проводом соединена постоянно с минусом.

Датчики с npn-транзисторным выходом

Датчик имеет на выходе npn-транзистор, который осуществляет коммутацию минусового провода с нагрузкой. В коллекторную цепь выходного npn-транзистора включается нагрузка, которая вторым своим проводом соединена постоянно с плюсовым проводом.

По исходному состоянию выходов, индуктивные датчики положения могут быть с нормально замкнутыми или с нормально разомкнутыми контактами. Исходное состояние обозначает, что это состояние в тот момент времени, когда датчик еще не сработал, то есть не активирован.

Если выходные контакты нормально замкнуты, то нагрузка подключена в неактивное время, если нормально разомкнуты, то пока датчик не сработает, нагрузка будет отключена, и на исполнительный прибор (например контактор) питание подано не будет. Обозначение нормально замкнутых контактов в англоязычном формате — N.C. (Normal Closed), нормально разомкнутых — N.O. (Normal Open).

Таким образом, датчики с транзисторными выходами бывают четырех разновидностей: два вида по проводимости (pnp или npn), и два вида по исходному состоянию выходов. Также может быть предусмотрена задержка включения или выключения.

Бесконтактный датчик

В зависимости от вида исполнительного устройства, которое подключается к датчику, а также от способа его запитки, логика работы датчика может быть положительной или отрицательной. Это связано с уровнем напряжения, которое активизирует вход устройства.

Если вход активируется при подключении минусового провода исполнительного устройства к земле, к минусу, то логика называется отрицательной, такое подключение свойственно датчикам с транзисторными выходами npn-типа.

Положительная логика соответствует подключению при активации плюсового провода исполнительного устройства к плюсу питания, такая логика свойственна датчикам, имеющим транзисторные выходы pnp-типа. Чаще всего встречается положительная логика работы индуктивных датчиков положения механизмов.

Старые наиболее часто используемые типы индуктивных датчиков положения

Индуктивные датчики положения ИКВ-22

Индуктивные датчики ИКВ-22. Работа этих датчиков основана на принципе изменения индуктивного сопротивления катушек со стальным сердечником при изменении воздушного зазора в магнитной цепи.

На стальной плите установлен магнитопровод с двумя катушками, закрытый пластмассовой крышкой. С нижней стороны к плите крепятся два конденсатора типа МБГП (один емкостью 15 мкФ, 200 В, второй —10 мкФ, 400 В). Конденсаторы закрыты крышкой. Подключение кабеля производится через сальниковый ввод. На механизме устанавливается магнитный шунт, размеры которого должны быть не менее: толщина 2 мм, ширина 80 мм, длина 140 мм. Воздушный зазор между магнитопроводом и шунтом равен 6±4 мм.

Выходное реле нормально включено и отключается в момент прохождений магнитного шунта над датчиком, когда из-за изменения индуктивного сопротивления катушки наступает резонанс токов и ток через обмотку реле падает. Данные реле: тип МКУ-48, 12 В переменного тока, ток втягивания не более 0,45 А, ток отпадания не менее 0,1 А. Напряжение питания цепи датчик — реле 24 В переменного тока.

Индуктивные датчики положения ИД-5

В металлургических цехах используют индуктивные датчики типа ИД-5, рассчитанные для работы при температуре окружающей среды до +80 °С и влажности до 100%. Допустимо присутствие токопроводящей пыли и окалины. В комплекте с датчиком применяют выходной полупроводниковый усилитель типа УИД-10. Выходная мощность усилителя (25 Вт) достаточна для включения широко распространенных реле РЭВ-800, контакторов КП21, МК-1 и т. д.

Воздушный зазор между датчиком и контролируемым ферромагнитным объектом может достигать 30 мм. Размеры датчика ИД-5 187х170х70 мм, напряжение питания 220 В± ±15%, 50 Гц.

Бесконтактные малогабаритные путевые переключатели БСП

На металлорежущих станках находят применение малогабаритные путевые переключатели БСП-2 (с бесконтактным выходом, на логический элемент) и БРП (с выходом на реле ПЭ-21, 24 В, 16 Ом).

Переключатель БСП-2 состоит из дифференциально-трансформаторного датчика и полупроводникового триггера. Магнитная система первой катушки датчика зашунтирована стальной пластиной, а вторая катушка шунтируется при перемещении над ее магнитной системой связанного с механизмом плоского якоря. Катушки включены встречно.

Если якорь находится над датчиком, индуктивные сопротивления катушек равны и выходной сигнал дифференциально-трансформаторного датчика равен нулю. При этом на выходе триггера появляется напряжение не менее 2,5 В, достаточное для срабатывания логического элемента.

При отсутствии якоря над датчиком на триггер подается напряжение, возвращающее его в исходное состояние. Выходной сигнал переключателя при этом равен нулю.

Принцип действия переключателя БРП во многом аналогичен БСП-2. Внутри корпуса смонтированы индуктивный датчик (по схеме дифференциального трансформатора), триггер и усилитель. Вторичные катушки, имеющие разное число витков, включены встречно. По мере перекрытия якорем магнитной системы датчика сигнал уменьшается, а после изменения его фазы переключается триггер и срабатывает внешнее выходное реле (ПЭ-21, 24 В, 16 Ом).

Якорь, закрепленный на механизме, имеет размеры 80х15х3 мм. Зазор между якорем и датчиком 4 мм. Точность выключателей в номинальном режиме составляет ±0,5 мм, дифференциал срабатывания — не более 5 мм. При. колебаниях напряжения питания и температуры погрешность переключателей БСП-2 и БРП может достигать ± (2,5-f-3,0) мм.

Высокочастотные индуктивные датчики ВКБ

Для автоматизации металлорежущих станков используют также высокоточные индуктивные датчики типа ВКБ с П-образным или плоским якорем. Полюсы встроенного трансформатора образуют разомкнутую электромагнитную систему. Рабочий воздушный зазор равен 0,1—0,15 мм.

Выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора подается на дифференциальную измерительную схему, а затем на транзисторный усилитель. Суммарная погрешность датчика при колебаниях температуры от 5 до 40 °С и напряжения от 85 до 110% номинального значения составляет ±(0,064-0,15) мм, дифференциал срабатывания не превышает 0,4 мм. Максимальная скорость движения механизма равна 10 м/мм. Размеры датчика 62х34х24 мм.. Напряжение питания 12 В.

Специальные типы станочных прецизионных индуктивных датчиков с дифференциальной схемой имеют погрешность менее ±0,01 мм. К таким датчикам относится путевой бесконтактный выключатель типа ВПБ12, состоящий из блока датчика электронного блока. В блок датчика входят индуктивный рабочий датчик, индуктивный компенсационный датчик и печатные платы. На механизме устанавливается: управляющий ферритовый элемент. Напряжение питания 12 В постоянного тока. Максимальное расстояние воздействия - не более 0,12 мм. На выходе датчика могут быть включено реле типа РПУ-0. Максимальный ток нагрузки выходного аппарата 0,16 А.

Генераторные датчики положения

Датчики этого типа отличаются компактностью и высокой точностью. Хорошо зарекомендовали себя генераторные датчики серий КВД-6М и КВД-25 (щелевые), КВП-8 и КВП-16 (плоскостные). Они пригодны для использования при повышенной концентрации влаги и пыли. В корпусе из ударопрочного полистирола размещены элементы транзисторной схемы датчика (генератор и триггер). Герметизация выполнена компаундом холодного отвердения. Интервал рабочих температур — от - 30 до +50 °С.

Датчик КВД выдает сигнал дискретной формы, когда через щель проходит металлическая пластина («флажок»), вызывающая срыв генерации и переключение триггера. Ширина щели равна 6 мм у датчика КВД-6М и 25 мм у датчика КВД-25.

Датчики КВП-8 и КВП-16 срабатывают при прохождении мимо них металлической пластины на максимальном расстоянии соответственно 8 и 16 мм.




Статьи близкие по теме:
  • Индуктивные датчики
  • Схемы управления шаговым движением механизмов
  • Датчики уровня
  • Современные поплавковые датчики уровня
  • Кондуктометрические датчики уровня - устройство и принцип работы



  • Внимание! Перепечатка (полная или частичная) материалов сайта "Школа для электрика", включая распространение на бумажных носителях, без письменного разрешения администратора сайта запрещена.

    Школа для электрика | Основы электротехники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электромонтажные работы | Пусконаладочные работы | Эксплуатация электрооборудования

    Моя профессия электрик

    Школа для электрика - сайт для электриков, людей, имеющих электротехническое образование, стремящихся к знаниям и желающих совершенствоваться и развиваться в своей профессии.
    Электроэнергетика и электротехника, промышленное электрооборудование.

    Кабельные муфты IEK