Бесконтактные датчики положения механизмов

Бесконтактные датчики положения механизмов

Более всераспространены бесконтактные датчики положения последующих типов: индуктивные, генераторные, магнитогерконовые и фотоэлектронные. Обозначенные датчики не имеют механического контакта с подвижным

объектом, положение которого контролируется.

Бесконтактные датчики положения обеспечивают высочайшее быстродействие и огромную частоту включений механизма. Определенным недочетом этих датчиков является зависимость, их точности от конфигурации напряжения питания и температуры.

Зависимо от требований выходным аппаратом этих устройств может быть как бесконтактны логический элемент, так и электронное реле.

В схемах четкой остановки электроприводов бесконтактные датчики могут употребляться как для подачи команды на переход к пониженной частоте вращения, так и для конечной остановки.

Индуктивные датчики положения ИКВ-22

Индуктивные датчики ИКВ-22. Работа этих датчиков базирована на принципе конфигурации индуктивного сопротивления катушек со железным сердечником при изменении зазора в магнитной цепи.

На металлической плите 1 установлен магнитопровод 2 с 2-мя катушками 3, закрытый пластмассовой крышкой 4. С нижней стороны к плите крепятся два конденсатора 5 типа МБГП (один емкостью 15 мкФ, 200 В, 2-ой —10 мкФ, 400 В). Конденсаторы закрыты крышкой 6.

Подключение кабеля делается через сальниковый ввод 7. На механизме устанавливается магнитный шунт 8, размеры которого должны быть более: толщина 2 мм, ширина 80 мм, длина 140 мм. Зазор меж магнитопроводом и шунтом равен 6±4 мм.

Схема включения индуктивного датчика ИД и выходного реле

Выходное реле нормально включено и отключается в момент прохождений магнитного шунта над датчиком, когда из-за конфигурации индуктивного сопротивления катушки наступает резонанс токов и ток через обмотку реле падает.

Данные реле Р: тип МКУ-48, 12 В переменного тока, ток втягивания менее 0,45 А, ток отпадания более 0,1 А. Напряжение питания цепи датчик — реле 24 В переменного тока.

Схема четкой остановки устройств с внедрением индуктивных датчиков
положения

Индуктивные датчики положения ИД-5

В металлургических цехах употребляют индуктивные датчики типа ИД-5, рассчитанные для работы при температуре среды до +80 °С и влажности до 100%. Допустимо присутствие токопроводящей пыли и окалины. В комплекте с датчиком используют выходной полупроводниковый усилитель типа УИД-10.

Выходная мощность усилителя (25 Вт) достаточна для включения обширно всераспространенных реле РЭВ-800, контакторов КП21, МК-1 и т. д.

Зазор меж датчиком и контролируемым ферромагнитным объектом может достигать 30 мм.

Размеры датчика ИД-5 187х170х70 мм, напряжение питания 220 В± ±15%, 50 Гц.

Бесконтактные компактные путные тумблеры БСП

На металлорежущих станках находят применение компактные путные тумблеры БСП-2 (с бесконтактным выходом, на логический элемент) и БРП (с выходом

на реле ПЭ-21, 24 В, 16 Ом).

Тумблер БСП-2 состоит из дифференциально-трансформаторного датчика и полупроводникового триггера. Магнитная система первой катушки датчика зашунтирована металлической пластинкой, а 2-ая 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 всем этом на выходе триггера возникает напряжение более 2,5 В, достаточное для срабатывания логического элемента.

При отсутствии якоря над датчиком на триггер подается напряжение, возвращающее его в начальное состояние. Выходной сигнал тумблера при всем этом

равен нулю.

Принцип деяния тумблера БРП почти во всем аналогичен БСП-2. Снутри корпуса смонтированы индуктивный датчик (по схеме дифференциального трансформатора), триггер и усилитель.

Вторичные катушки, имеющие различное число витков, включены встречно.

По мере перекрытия якорем магнитной системы датчика сигнал миниатюризируется, а после конфигурации его фазы переключается триггер и срабатывает наружное выходное реле (ПЭ-21, 24 В, 16 Ом).

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

Высокочастотные индуктивные датчики ВКБ

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

Выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора подается на дифференциальную измерительную схему, а потом 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 превосходит 0,4 мм.

Наибольшая скорость движения механизма равна 10 м/мм. Размеры датчика 62х34х24 мм.. Напряжение питания 12 В.Особые типы станочных прецизионных индуктивных датчиков с дифференциальной схемой имеют погрешность наименее ±0,01 мм. К таким датчикам относится путной бесконтактный выключатель типа ВПБ12, состоящий из блока датчика электрического блока.

В блок датчика входят индуктивный рабочий датчик, индуктивный компенсационный датчик и печатные платы. На механизме устанавливается: управляющий ферритовый элемент. Напряжение питания 12 В неизменного тока. Наибольшее расстояние воздействия — менее 0,12 мм.  На выходе датчика могут быть включено реле типа РПУ-0.

Наибольший ток нагрузки выходного

аппарата 0,16 А.

Генераторные датчики положения

Датчики этого типа отличаются компактностью и высочайшей точностью. Отлично зарекомендовали себя генераторные датчики серий КВД-6М и КВД-25 (щелевые), КВП-8 и КВП-16 (плоскостные). Они применимы для использования при завышенной концентрации воды и пыли.

В корпусе из ударопрочного полистирола расположены элементы транзисторной схемы датчика (генератор и триггер). Герметизация выполнена компаундом прохладного отвердения. Интервал рабочих температур — от — 30 до +50 °С.

Датчик КВД выдает сигнал дискретной формы, когда через щель проходит железная пластинка («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 их железной пластинки на наивысшем расстоянии соответственно 8 и 16 мм.

Cхемы подключения логических частей и выходных реле к датчику КВД-6М:

а — при напряжении питания 12 В; б — при напряжении питания 24 В.

Большая (практически энциклопедическая)

статья про датчики

Сильно много принципиального и полезного содержит
справочник
электрика

А скачать журнальчик
Я электрик можно тут

Источник: http://elektrica.info/beskontaktny-e-datchiki-polozheniya-mehanizmov/

Бесконтактные датчики: обзор, принцип действия, назначение. Сенсорный выключатель :

Нередко в электронике находит свое применение такой радиоэлемент, как геркон. Его особенность состоит в способности замыкания контактов при облучении магнитным полем.

Что это означает? Взяв простой магнит или разместив недалеко от геркона электромагнит, можно легко производить замыкание и размыкание контактов этого радиоэлемента.

По своей сути он и является своеобразным бесконтактным датчиком.

Определение понятия

Что же такое бесконтактный датчик? Под ним понимают такой электронный прибор, который регистрирует присутствие определенного объекта в зоне своего действия и срабатывает без каких-либо механических или любых других воздействий.

Бесконтактные датчики применяются в самых различных сферах. Это создание бытовых приборов и системы охраны объектов, промышленные технологии и автомобилестроение. Кстати, в народе данный элемент называют «бесконтактным выключателем».

Преимущества

Среди основных достоинств бесконтактных датчиков выделяют их:

— компактные размеры;

— высокую степень герметичности;

— долговечность и надежность;

— небольшой вес;

— разнообразие вариантов установки;

— отсутствие контакта с объектом и обратного воздействия.

Классификация

Существуют различные типы бесконтактных датчиков. Они классифицируются по принципу действия и бывают:

— емкостными;

— оптическими;

— индуктивными;

— ультразвуковыми;

— магниточувствительными;

— пирометрическими.

Рассмотрим каждый из этих видов приборов отдельно.

Емкостные датчики

В основе этих приборов находится измерение электроконденсаторов. В их диэлектрике и находится тот объект, который подлежит регистрации.

Назначение бесконтактных датчиков такого типа заключается в работе со множеством приложений. Это, например, распознавание жестов. Емкостными выпускают автомобильные датчики дождя.

Такие приборы дистанционно измеряют уровень жидкости в процессе обработки различных материалов и т. д.

Емкостной бесконтактный датчик представляет собой аналоговую систему, работающую на расстоянии до семидесяти сантиметров. В отличие от других типов подобных приборов, он обладает большей точностью и чувствительностью. Ведь изменение в нем емкости происходит всего лишь в несколько пикофарад.

Схема бесконтактного датчика данного типа включает в себя пластины, состоящие из проводящей печатной платы, а также зарядку. В этом случае происходит формирование конденсатора. Причем это будет происходить в любое время либо в проводящем заземленном элементе, либо в каком-то объекте, диэлектрическая проницаемость которого отлична от воздуха.

Такой прибор сработает и в случае появления в зоне действия устройства человека или части его тела, которая будет аналогична потенциалу земли. По мере приближения, например, пальца, изменится емкость конденсатора.

И даже учитывая то, что система является нелинейной, обнаружить возникший в просматриваемых границах посторонний объект для нее не составит никакого труда.

Схема подключения такого бесконтактного датчика может быть усложнена. В устройстве могут быть задействованы сразу несколько независимых друг от друга элементов в направлениях влево/вправо, а также вниз/вверх. Это позволит расширить возможности прибора.

Оптические датчики

Такие бесконтактные выключатели на сегодняшний день находят свое широкое применение во многих отраслях человеческой деятельности, где работает оборудование, необходимое для обнаружения объектов.

При подключении бесконтактного датчика используется кодирование. Это позволяет не допустить ложного срабатывания устройства при постороннем влиянии источников света. Работают подобные датчики и при низких температурах.

В этих условиях на них надевают термокожухи.

Что представляют собой оптические бесконтрольные датчики? Это электронная схема, реагирующая на изменение того светового потока, который падает на приемник. Подобный принцип действия позволяет зафиксировать наличие или же отсутствие объекта в той или иной пространственной области.

В конструкции оптических бесконтактных датчиков имеется два основных блока. Один из них – источник излучения, а второй – приемник. Они могут находиться как в одном, так и в различных корпусах.

При рассмотрении принципа действия бесконтактного датчика можно выделить три типа оптических устройств:

  1. Барьерный. Работа оптических выключателей такого типа (Т) осуществляется на прямом луче. При этом приборы состоят из двух отдельных частей – передатчика и приемника, располагающихся соосно друг относительно друга. Тот поток излучения, который испускается излучателем, должен быть направлен точно в приемник. При прерывании луча объектом выключатель срабатывает. Такие датчики имеют хорошую помехозащищенность. Кроме этого, им не страшны ни капли дождя, ни пыль и т. д.
  2. Диффузный. Работа оптических выключателей типа D основана на использовании отраженного от объекта луча. Приемник и передатчик такого устройства располагают в одном корпусе. Излучателем направляется поток на объект. Луч, отражаясь от его поверхности, распределяется в различных направлениях. При этом часть потока возвращается назад, где и улавливается приемником. В результате выключатель срабатывает.
  3. Рефлекторный. Такие оптические бесконтактные датчики относятся к типу R. В них используется луч, отраженный от рефлектора. Приемник и излучатель такого устройства также располагаются в одном корпусе. При попадании на рефлектор луч отражается, оказывается в зоне приемника, в результате чего и происходит срабатывание устройства. Такие приборы действуют при расстоянии до объекта не более 10 метров. Возможно, их применение для фиксации полупрозрачных предметов.
Читайте также:  Плавка гололеда на проводах линий электропередачи напряжением 6 - 10 кв

Индуктивные датчики

В основе работы данного прибора лежит принцип учета изменений индуктивности основных его составляющих – катушки и сердечника. Отсюда пошло и само название такого датчика.

Изменения индукции свидетельствуют о том, что в магнитном поле катушки появился металлический предмет, который изменил его и, соответственно, всю схему подключения, основная функция в которой возложена на компаратор. При этом происходит подача сигнала на реле и отключение электрического тока.

Исходя из этого можно говорить об основном предназначении такого прибора. Его используют для измерения перемещений части оборудования, которое должно быть отключено, если превышены пределы проходимости. Сами датчики имеют границы движения, варьируемые в пределах от одного микрона до двадцати миллиметров. В связи с этим такой прибор называют еще и индуктивным выключателем положения.

Обзор бесконтактных датчиков подобного типа позволяет выделить из них несколько разновидностей. Подобная классификация основана на различном количестве проводов подключения:

  1. Двухпроводные. Такие индуктивные датчики подключают непосредственно в цепь. Это наиболее простой, но при этом достаточно капризный вариант. Он требует номинального сопротивления нагрузке. При снижении или увеличении данного показателя работа прибора становится некорректной.
  2. Трехпроводные. Подобный вид индукционного датчика является самым распространенным. В таких схемах два провода следует подключить к напряжению, а один – непосредственно к нагрузке.
  3. Четырех- и пятипроводные. В этих датчиках два провода подключают к нагрузке, а пятый используют для возможности выбора необходимого режима работы.

Ультразвуковые датчики

Эти устройства находят свое широкое применение в самых различных сферах производства, решая множество задач по автоматизации технологических циклов. Ультразвуковые бесконтактные датчики используются для определения местонахождения и удаленности различных объектов.

Например, они служат для обнаружения этикеток, причем даже и прозрачных, для измерения расстояния и осуществления контроля над передвижением объекта. С их помощью определяют уровень жидкости. Необходимость в этом возникает, например, для учета расхода топлива при выполнении транспортных работ. И это только некоторые из большого количества применений выключателей ультразвукового типа.

Такие датчики довольно компактны. Их отличает качественная конструкция и отсутствие различных подвижных деталей. Это оборудование не боится загрязнений, что достаточно актуально в условиях производств, а также почти не требует обслуживания.

В составе ультразвукового датчика находится пьезоэлектрический обогреватель, являющийся одновременно и излучателем, и приемником.

Данная конструктивная деталь воспроизводит поток звуковых импульсов, принимая его и преобразуя полученный сигнал в напряжение.

Далее оно подается на контроллер, который производит обработку данных и вычисляет то расстояние, на котором находится объект. Подобная технология называется эхолокационной.

Активный диапазон ультразвукового датчика является рабочим диапазоном обнаружения. Это то расстояние, в пределах которого ультразвуковой прибор может «увидеть» объект, и неважно, приближается ли тот к чувствительному элементу в осевом направлении или движется поперек звукового конуса.

В зависимости от принципа работы выделяют ультразвуковые датчики:

  1. Положения. Такие устройства используют для исчисления временного промежутка, необходимого для прохождения звука от прибора к тому или иному объекту и назад. Бесконтактные ультразвуковые датчики положения применяют для контроля местоположения и наличия разнообразных механизмов, а также для их подсчета. Используются такие приборы и в качестве сигнализатора уровня различных жидкостей или сыпучих материалов.
  2. Расстояния и перемещения. Принцип работы подобных приборов аналогичен тому, который используется в описанном выше устройстве. Разница имеется только в типе того сигнала, который присутствует на выходе. Он аналоговый, а не дискретный. Датчики подобного типа применяются для преобразования имеющихся показателей расстояния до объекта в определенные электрические сигналы.

Магниточувствительные датчики

Эти выключатели применяются для осуществления контроля положения. Датчики срабатывают при приближении магнита, который расположен на движущейся части механизма. Такие устройства обладают расширенным температурным диапазоном (от -60 до +125 градусов по Цельсию). Подобная функциональность позволяет автоматизировать большое количество сложных производственных процессов.

Бесконтактный датчик температуры магниточувствительного типа применяют:

— на химических и металлургических производствах;

— в районах Крайнего Севера;

— на подвижном составе;

— в холодильных установках;

— на автокранах;

— в бульдозерах;

— в снегоуборочных машинах и т. д.

Свое применение они находят в охранных системах зданий, а также для автоматического открывания окон и входных дверей.

Самыми современными и быстродействующими являются магниточувствительные датчики, работающие на эффекте Холла. Они не подвержены механическому износу, так как обладают электронным выходным ключом.

Ресурс таких датчиков практически неограничен.

В связи с этим их применение является выгодным и практичным решением задач по измерению числа оборотов вала, фиксации расположения быстро движущихся объектов и т. д.

При измерении уровня жидкостей широко применяют поплавковые магниточувствительные датчики. Они являются оптимальным вариантом для определения необходимых показателей из-за недорогой цены и простоты конструкции.

Микроволновые датчики

Подобная разновидность бесконтактных выключателей является наиболее универсальным вариантом конструкции, чего позволяет добиться непрерывное сканирование обслуживаемой зоны. При этом стоит иметь в виду, что они находятся в более высокой ценовой категории, чем, например, ультразвуковые аналоги.

Функционирование подобного прибора происходит благодаря излучению электромагнитных волн, имеющих высокую частоту, значение которой несколько отличается в устройствах различных производителей.

Микроволновые датчики настроены на сканирование и приемку отраженных волн. Это позволяет аппарату фиксировать даже самые малейшие изменения электромагнитного фона.

Если это происходит, то сразу же срабатывает система оповещения, подключенная к датчику, в виде сигнализации, освещения и т. д.

Микроволновые приборы обладают повышенной точностью срабатывания и чувствительностью. Для них не являются преградами кирпичные стены, двери и предметы мебели. Данный факт следует учесть при установке системы. Уровень чувствительности прибора может быть изменен с помощью настройки датчика движения.

Применяют микроволновые выключатели для управления внутренним и наружным освещением, устройствами сигнализации, электроприборами и т. д.

Пирометрические датчики

Для организма любого живого существа характерно наличие теплового излучения, которое является пучком электромагнитных волн разной длины. При повышении температуры тела увеличивается и объем излучаемой им энергии.

На основе фиксации теплового излучения работают датчики, которые называются пирометрическими сенсорами. Они бывают:

— суммарного излучения, измеряющими полную тепловую энергию тела;

— частичного излучения, измеряющие энергию ограниченного приемником участка;

— спектрального отношения, выдающие показатель отношения энергии определенных участков спектра.

Бесконтактные датчики-сенсоры чаще всего применяются в приборах, фиксирующих движение объектов.

Сенсорные выключатели

Развивающиеся технологии затронули практически все сферы жизнедеятельности человека. Не обошли они стороной и вопросы обустройства дома. Одним из ярких примеров тому является сенсорный выключатель. Это устройство позволяет управлять освещением помещения с помощью легкого прикосновения.

Сенсорный выключатель сразу же срабатывает даже при самом слабом прикосновении к кнопке. В его конструкцию входит три основных элемента. Среди них:

  1. Блок управления, обрабатывающий поступивший сигнал и передающий его нужным элементам.
  2. Устройство коммутации. Эта деталь смыкает и размыкает цепь, а также изменяет силу тока, потребляемую светильником.
  3. Управляющая (сенсорная) панель. С помощью этой детали выключатель воспринимает сигналы с пульта ДУ или от касания. Самые современные устройства срабатывают при проведении рядом с ними рукой.

Стандартные модели могут:

— включать и выключать свет;

— регулировать яркость;

— контролировать работу отопительных приборов, сообщая об изменениях температуры;

— открывать и закрывать жалюзи;

— включать и выключать бытовые устройства.

Сенсорные выключатели производят различных видов. Конкретная модель выбирается в зависимости от потребностей офиса или жилого дома. Например, желание приобрести и установить сенсорное устройство может возникнуть из-за расположения стационарного выключателя в неудобном месте с невозможностью его переноса.

А может, в доме или в квартире живет человек, подвижность которого ограничена. Порой стационарные выключатели находятся на такой высоте, что недоступны для детей. Решение проблемы потребует выбора определенной модели.

Некоторые хозяева предпочитают устанавливать сенсорные выключатели для изменения яркости света не вставая с кровати и т. д.

Источник: https://www.syl.ru/article/370804/beskontaktnyie-datchiki-obzor-printsip-deystviya-naznachenie-sensornyiy-vyiklyuchatel

Датчики положения и перемещения

Датчики положения и перемещения – незаменимые устройства для следящих систем с механическими элементами. Датчики перемещения и положения широко применяются для поддержания работоспособности машин и повышения их экономичности.

Области применения датчиков положения и перемещения

Сфера применения таких устройств очень обширна:

  • Строительство, машиностроение (машины сборки/тестирования, упаковка/сварка/заклепка)
  • Контрольно-измерительная аппаратура
  • Автомобильная техника и транспортная промышленность, подвижная техника (рулевое управление, клапана, педали, подкапотные системы, системы управления зеркалами, креслами, откидными крышами и т.п.)
  • Робототехника, сфера науки и образования
  • Медицинская техника
  • Сельское хозяйство и спецтехника
  • Дерево- и металлообработка (металлорежущее оборудование, проволочное производство, прокатные станы, станки с ПУ, машины для литья под давлением)
  • Системы слежения и позиционирования (различного рода приводы, антенны, панели и т.п.)
  • Охранные системы
  • Гидравлические/пневматические системы
  • Весовое оборудование

Назначение датчиков положения и перемещения

Датчики могут решать очень разные задачи:

  • Измерение положения и перемещения (углового, линейного) рабочих органов машин или механизмов, а также иных объектов + передача данных о состоянии далее в систему
  • Реализация в качестве звена обратной связи в разного рода АСУ, робототехнике, следящих системах:
    • Информирование о степени открытия/закрытия регулирующих элементов (клапана, заслонки, задвижки, муфты, насосные системы и т.п.)
    • Регулирование направляющих шкивов
    • Электропривод (шаговые двигатели, системы для ворот и т.д.)
  • Получение точных данных о расстоянии до объектов без жесткой привязки к ним (модели с возвратной пружиной и измерительными наконечниками)
  • Диагностика и проверка работоспособности механизмов в лабораториях, проведение испытаний
  • Мониторинг положения цилиндров в пневматических и гидравлических системах
  • Измерения в контрольно-измерительной технике (тригонометрические данные)

Виды приборов

Датчики положения и перемещения можно поделить на такие группы исходя из принципов работы:

  1. Датчики линейного перемещения. Измеряют перемещение объекта в определенных пределах по прямой (от пары см до нескольких метров). Бывают:
    • Потенциометрические. Имеют простую конструкцию, устойчивы к магнитным помехам
    • Бесконтактные. Отличаются высокой износостойкостью, скоростью, повторяемостью. Применяются в сложных эксплуатационных условиях
  2. Датчики углового перемещения (поворотные). Измеряют угловое положение объекта. Могут быть одно- (360°) и многооборотными. Разделяются на:
    • Потенциометрические. Отличаются простой конструкцией, устойчивостью к электрическим помехам, а также точностью измерений. Монтаж более удобный, возможна гибкая установка и скленивание
    • Бесконтактные. Применяются там, где в приоритете высокая надежность и долговечность, а также стандартизированные выходные сигналы
    • Без прикосновения. Выполнены в раздельном корпусе. Маркер и чувствительный элемент не имеют прямого контакта. Лучше подходят для применений в условиях вибрации и нестабильном позиционировании валов

Отдельно стоит отметить аксессуары, в частности линейные и ротационные маркеры положения. 

Источник: https://RusAutomation.ru/promavtomatika/datchiki-polozheniya-i-peremesheniya

Бесконтактные датчики

В настоящее время бесконтактные датчики используются в современной промышленной электронике. Принцип их работы очень важен, так как почти вся промышленная электроника от самого простого станка до ЧПУ станка имеет в своем составе хотя бы один датчик.

Читайте также:  Как устроены мощные промышленные ветрогенераторы

Думаю, вы знаете, что такое геркон . Да, этот радиоэлемент до сих пор используется в  радиоэлектронике, а также в электротехнике. Но чем же он так хорош? Его контакты замыкаются, если  его «облучить» магнитным полем.

Это значит, что с помощью простого магнитика или электромагнита (принцип электромагнетизма мы рассматривали в статье Принцип работы реле ) можно запросто управлять замыканием и размыканием контактов геркона.

По сути дела, геркон является первым бесконтактным датчиком.

Бесконтактный датчик — это такой датчик,  к которому не надо прикасаться механически или как-нибудь еще. Бесконтактные датчики работают через электрическое и магнитное поле,  а также широко используются  и оптические датчики.

В этой статье мы с вами  разберем все три типа датчиков:  оптические, емкостные и индуктивные, а также в конце проделаем опыт с индуктивным датчиком.

  Кстати,  в народе бесконтактные датчики называют также и бесконтактными выключателями, так что не бойтесь, если увидите такое название ;-).

Итак, пару слов об оптических датчиках… Принцип срабатывания оптических датчиков показан  на рисунке ниже

Помните какие-нибудь кадры из фильмов, где главным героям приходилось пройти через оптические лучи и не задеть ни один из них? Если луч задевался какой-либо частью тела, срабатывала сигнализация.

Луч излучается посредством какого-либо источника.  А также есть  «лучеприемник», то есть та штучка, которая принимает  луч.

Как только  луча не будет на лучепримнике, то сразу же в нем включится или выключится контакт, который будет уже непосредственно управлять сигнализацией или еще чем-нибудь по вашему усмотрению.

В основном источник  луча и лучеприемник, называется лучеприемник  правильно «фотоприемник», идут в паре.

Очень большой популярностью в России пользуются оптические датчики перемещений фирмы СКБ ИС

В этих типах датчиков есть и источник света и фотоприемник. Они находятся прямо в  корпусе этих датчиков. Каждый тип датчиков представляет из себя законченную конструкцию и используется в ряде станков, где нужна повышенная точность обработки, вплоть до 1 микрометра.

В основном это станки с системой Числового Программного Управления (ЧПУ), которые  работают по программе и требуют минимального вмешательства человека в работе таких станков.

Эти типы датчиков построены по этому принципу:

Такие типы датчиков обозначаются буквой «T»  и называются барьерными.  Как только оптический луч прервался, датчик сработал. Плюсы барьерных датчиков:

— дальность действия может достигать до 150 метров

— высокая надежность и помехозащищенность

Минусы: при больших расстояниях срабатывания требуется точная настройка фотоприемника на  оптический луч.

Рефлекторный тип датчиков обозначается буквой R . В этих типах датчиков излучатель и приемник расположены в одном корпусе.

Принцип действия можно увидеть на рисунке ниже

Свет от излучателя отражается от какого-либо светоотражателя (рефлектора) и попадает в приемник. Как только луч прерывается каким-либо объектом, то датчик срабатывает.  Очень удобен этот датчик на конвейерных линиях при подсчете продукции.

И последний тип оптических датчиков — диффуззионные  — обозначаются буквой D. Выглядеть могут по разному:

Принцип работы такой же, как и у рефлекторного, но здесь свет уже отражается от предметов. Такие датчики рассчитаны на маленькое расстояние срабатывания и неприхотливы в своей работе.

Оптика оптикой, но самые неприхотливые в своей работе и очень надежные считаются индуктивные и емкостные датчики. Примерно вот так они выглядят

Они очень похожи друг на друга.  Принцип их работы связан с изменением магнитного и электрического поля. Индуктивные датчики срабатывают при поднесении к ним какого-либо металла. На другие материалы они  не «клюют».  Емкостные же  срабатывают почти на любые вещества.

Как говорится, лучше один раз увидеть, чем  сто раз услышать, поэтому проведем небольшой опыт с индуктивным датчиком.

Итак, у нас в гостях индуктивный датчик российского производства

Читаем, что на нем написано

Марка датчика ВБИ бла бла бла бла, S — расстояние срабатывания, здесь оно составляет 2 мм, У1 — исполнение для умеренного климата, IP — 67 — уровень защиты (короче уровень защиты здесь очень крутой), Ub — напряжение,  при котором работает датчик, здесь напряжение может быть в диапазоне от 10 и до 30 Вольт, Iнагр — ток нагрузки, этот датчик может выдать в   нагрузку силу тока до 200 милиАмпер, думаю, это прилично.

На развороте бирки схема подключения этого датчика.

Ну что, заценим работу датчика? Для этого цепляем нагрузку. Нагрузкой у нас будет  светодиод, соединенный последовательно с резистором с номиналом в 1 килоОм. Зачем нам резистор?  Светодиод в момент включения начинает бешено жрать ток и сгорает. Для того чтобы это предотвратить, в цепь ставится последовательно со светодиодом резистор.

На коричневый провод датчика  подаем плюс от Блок питания, а на синий  — минус. Напряжение я взял  15 Вольт.

Наступает момент истины… Подносим  к рабочей зоне датчика металлический предмет, и датчик у нас тут же срабатывает, о чем говорит нам светодиод, встроенный в датчик, а также наш подопытный светодиодик.

На другие материалы, кроме металлов, датчик не реагирует. Баночка канифоли для него ничего не значит :-).

Вместо светодиода может использоваться вход логической схемы, то есть датчик при срабатывании выдает сигнал логической единицы, которая может использоваться в цифровых устройствах.

В мире электроники эти три  типа датчиков находят все более широкое применение. С каждым годом производство этих датчиков растет и растет.  Они используются абсолютно в разных областях промышленности. Автоматизация и роботизация без этих датчиков была бы невозможна.

В этой статье я разобрал только простейшие датчики, которые выдают нам только сигнал «включен-выключен» или, если сказать на профессиональном языке, один бит и нформации.

Более навороченные типы датчиков могут выдавать различные параметры и  даже могут соединяться с компьютерами и другими микроконтроллерными устройствами напрямую.

В нашем радиомагазине индуктивные датчики стоят в 5 раз дороже, чем если бы их заказывать с Китая с Алиэкспресса.

Вот здесь можете глянуть разнообразие индуктивных датчиков.

Источник: https://www.ruselectronic.com/beskontaktnye-datchiki/

Датчики бесконтактные

Сначала давайте определимся для чего, собственно, нужны эти бесконтактные датчики.

Эти датчики выдают один импульс при каждом появлении в их поле измерения, какого либо объекта, присутствие, которого они могут определить. При этом непосредственного контакта между самим датчиком и объектом не происходит. Это в общем случае.

Есть еще и специфические решения, например датчики меняющие свое сопротивление в зависимости от частоты проходжения измеряемых объектов или датчики, имеющие на выходе аналоговый сигнал 4-20мА в зависимости от расстояния до объекта.

Специфические решения в этой статье мы рассматривать не будем.

По типу измерения бесконтактные датчики разделяются на 4 основные группы:

Индукционные — срабатывают на наличие металлических объектов в поле чувствительности датчика. Имеют высокую частоту и точность срабатывания.

Емкостные — срабатывают на наличие в поле чувствительности датчика непроводящих объектов. Имеют низкую частоту срабатывания.

Оптические —  в зависимости от типа, срабатывают на прерывание луча или на прием отраженного луча. Система, срабатывающая на прерывание луча, состоит из излучателя и принимающего датчика. Система, срабатывающая на прием отраженного луча, излучатель и принимающий датчик содержит в одном корпусе.

Оптические датчики имеют высокую частоту и точность срабатывания. Также к оптическим датчикам относятся, так называемые барьерные датчики, грубо говоря, представляющие собой несколько приемопередающих пар выстроенных в одну линию. Это датчики позволяют сигнализировать глубину проникновения в измеряемое поле.

Ультразвуковые — могут работать практически с любыми, даже прозрачными объектами. Могут служить альтернативой оптическим датчикам в сильно загрязненных, запыленных или задымленных помещениях.

Примеры использования

Индуктивные могут использоваться, как датчики конечного положения (концевики) и как датчики для измерения скорости вращения для тахометров (благодаря высокой частоте измерения). Важно, понимать, что индуктивные датчики срабатывают только на присутствие в поле измерения металлических частей, достаточных по своему размеру для срабатывания этих датчиков.

Емкостные очень часто используются для сигнализации достижения уровня различных диэлектрических сред. Также могут использоваться в качестве концевиков в случае, когда контролируется перемещение диэлектрических объектов, достаточных по объему для срабатывания датчика.

Оптические имеют, наверное, самое широкое распространение. Например, для измерения частоты вращения вала не всегда возможно использовать индуктивный датчик, поскольку не всегда есть возможность вынести отдельного металлического элемента за ось вращения вала.

Но, мы можем наклеить оптическую метку на вал и измерять частоту вращения оптическим датчиком, принимающим отраженный меткой сигнал. Или мы можем измерять количество штучной продукции проходящей через луч оптического датчика.

Сильные  загрязненность, запыленность или задымленность помещения, где установлены оптические датчики, могут вносить существенные ошибки в результаты измерения. В таких условиях лучше использовать ультразвуковые датчики.

Подключение

При подключении важно знать, какой тип сигнала поддерживает ваш вторичный прибор. Если используется сухой контакт, то лучше использовать обычные концевые выключатели или геркон. У большинства бесконтактных датчиков на выходе так называемый «открытый коллектор» PNP или NPN структуры.

Нормально открытый или нормально замкнутый. Определяется при заказе.

Не смотря на то, что большинство современных тахометров или счетчиков импульсов легко перенастраиваются  с PNP на NPN и обратно, необходимо ознакомиться с документацией на ваш вторичный прибор и уже на основе этого сформировать заказ.

Источник: https://kiparis-spb.ru/catalogue/category/109/

Бесконтактные датчики положения механизмов

Главная » Новости

Опубликовано: 03.09.2018

Курс АвтоЭлектроника. Тестер индуктивных датчиков

В 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.

В качестве датчиков положения в течение многих десятилетий используются концевые выключатели. Они состоят из электрических контактов, которые механически размыкаются или замыкаются, когда какая-либо переменная (положение) достигает определенного значения.

Концевые выключатели различных типов являются важной частью многих систем управления, надежность которых существенно зависит именно от них, т.к. такие датчики содержат подвижные механические элементы ресурс которых ограничен.

Установка Датчика Положения Дроссельной Заслонки (ДПДЗ)

В настоящее время концевые выключатели активно вытесняются различными бесконтактными датчиками. 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.

Читайте также:  В чем отличие амперметра постоянного тока от амперметра переменного тока

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.

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.

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.

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.

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.

Источник: http://ostroff34.ru/statya/2011556838-beskontaktnye-datchiki-polozheniya-mehanizmov.html

Ссылка на основную публикацию