Αισθητήρες χωρίς επαφή για τη θέση των μηχανισμών

Σε αυτό το άρθρο θα μιλήσουμε για αισθητήρες θέσης μηχανισμών. Βασικά, η κύρια λειτουργία οποιουδήποτε αισθητήρα είναι να δίνει ένα σήμα όταν συμβαίνει ένα συγκεκριμένο γεγονός. Δηλαδή, όταν συμβαίνει ένα συμβάν ενεργοποίησης, ο αισθητήρας ενεργοποιείται και παράγει ένα σήμα, το οποίο μπορεί να είναι αναλογικό ή διακριτό, ψηφιακό.

Οι αισθητήρες ορίων έχουν χρησιμοποιηθεί ως αισθητήρες θέσης εδώ και πολλές δεκαετίες. διακόπτες. Αποτελούνται από ηλεκτρικές επαφές που ανοίγουν ή κλείνουν μηχανικά όταν κάποια μεταβλητή (θέση) φτάσει σε μια συγκεκριμένη τιμή. Οι περιοριστικοί διακόπτες διαφόρων τύπων αποτελούν σημαντικό μέρος πολλών συστημάτων ελέγχου, η αξιοπιστία των οποίων εξαρτάται από αυτά. τέτοιοι αισθητήρες περιέχουν κινούμενα μηχανικά στοιχεία των οποίων οι πόροι είναι περιορισμένοι.

Οι διακόπτες ορίου αντικαθίστανται επί του παρόντος ενεργά από διάφορους αισθητήρες εγγύτητας. Τις περισσότερες φορές αισθητήρες εγγύτητας των ακόλουθων τύπων: επαγωγικοί, γεννήτριες, μαγνητοχέρκον και φωτοηλεκτρονική. Αυτοί οι αισθητήρες δεν έχουν μηχανική επαφή με το κινούμενο αντικείμενο του οποίου η θέση παρακολουθείται.

Οι αισθητήρες θέσης χωρίς επαφή εξασφαλίζουν υψηλή ταχύτητα και υψηλή συχνότητα ενεργοποίησης του μηχανισμού. Ένα συγκεκριμένο μειονέκτημα αυτών των αισθητήρων είναι η εξάρτηση, η ακρίβειά τους, από αλλαγές στην τάση τροφοδοσίας και τη θερμοκρασία. Ανάλογα με τις απαιτήσεις, η συσκευή εξόδου αυτών των συσκευών μπορεί να είναι η εξής ανεπαφικό στοιχείο λογικήςκαι ηλεκτρικό ρελέ.

Στα συστήματα πέδησης ακριβείας των ηλεκτρικών μηχανισμών κίνησης, οι αισθητήρες προσέγγισης μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για να δώσουν εντολή κατεβάσματος όσο και τελικής διακοπής.

Υπάρχουν πολλοί τύποι αισθητήρων στην αγορά σήμερα, αλλά στο πλαίσιο αυτού του άρθρου θα επισημάνουμε το θέμα άμεσα επαγωγικοί αισθητήρες θέσης, καθώς σε περισσότερο από το 80% των περιπτώσεων είναι επαγωγικοί αισθητήρες που χρησιμεύουν ως αισθητήρες για τη θέση των μηχανισμών.

Ο επαγωγικός αισθητήρας ενεργοποιείται όταν το μέταλλο πλησιάζει τη ζώνη ενεργοποίησης του. Για το λόγο αυτό, οι επαγωγικοί αισθητήρες θέσης ονομάζονται επίσης αισθητήρες παρουσίας, αισθητήρες εγγύτητας ή απλώς επαγωγικοί διακόπτες.

Ας εξετάσουμε τώρα την αρχή λειτουργίας ενός επαγωγικού αισθητήρα. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, όταν το μέταλλο είναι αρκετά κοντά στη ζώνη σκανδάλης, ο αισθητήρας ενεργοποιείται. Το φαινόμενο αυτό συνίσταται στην αλληλεπίδραση των εμπλεκομένων επαγωγείς με το μέταλλο να το πλησιάζει, το οποίο αλλάζει απότομα το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου του πηνίου, το οποίο οδηγεί στην ενεργοποίηση του αισθητήρα, ενεργοποιείται, εμφανίζεται το αντίστοιχο σήμα στην έξοδό του.

Το ηλεκτρονικό μέρος της συσκευής περιέχει ένα κύκλωμα ελέγχου, το οποίο με τη σειρά του ελέγχει έναν διακόπτη ρελέ ή τρανζίστορ. Αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:

• Μια γεννήτρια που δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που απαιτείται για την αλληλεπίδραση με ένα αντικείμενο.

• Σκανδάλη Schmitt που παρέχει υστέρηση μεταγωγής.

• Ενισχυτής για την αύξηση του πλάτους του σήματος ώστε να φτάσει την απαιτούμενη τιμή ενεργοποίησης.

• Ένδειξη LED που ενημερώνει για την κατάσταση του διακόπτη. Παρέχει επίσης παρακολούθηση και διαμόρφωση απόδοσης.

• Σύνθεση για προστασία από τη διείσδυση στερεών σωματιδίων και νερού.

• Κέλυφος για την τοποθέτηση του αισθητήρα και προστασία από διάφορες μηχανικές επιδράσεις.Είναι κατασκευασμένο από ορείχαλκο ή πολυαμίδιο και είναι φινιρισμένο με συνδετήρες.

Οι επαγωγικοί αισθητήρες θέσης χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα βιομηχανικού αυτοματισμού όπου είναι απαραίτητο να προσδιορίζεται περιοδικά ή συνεχώς η θέση οποιουδήποτε τμήματος του μηχανισμού. Ο αισθητήρας παράγει ένα σήμα που αποστέλλεται στη μονάδα δίσκου. Ένας εκκινητής, ελεγκτής, ρελέ, μετατροπέας συχνότητας κ.λπ. μπορούν να λειτουργήσουν ως εκτελεστικός μηχανισμός. Το κύριο πράγμα είναι ότι οι παράμετροι του αισθητήρα αντιστοιχούν στις παραμέτρους της μονάδας κίνησης όσον αφορά την τάση και το ρεύμα.

Οι περισσότεροι αισθητήρες δεν είναι συσκευές ισχύος, είναι κυρίως συσκευές σηματοδότησης, επομένως ο ίδιος ο αισθητήρας, κατά κανόνα, δεν αλλάζει τίποτα ισχυρό, αλλά μόνο ελέγχει, δίνει ένα σήμα ελέγχου, λειτουργεί ως συσκευή εκκίνησης δράσης που μπορεί ήδη να συνδεθεί στη μεταγωγή ρεύματος.

Οι σύγχρονοι επαγωγικοί αισθητήρες θέσης βρίσκονται πιο συχνά σε δύο εκδόσεις πλαστικών ή μεταλλικών περιβλημάτων: ορθογώνια ή κυλινδρικά. Η διάμετρος του αισθητήρα με κυκλική διατομή μπορεί να είναι από 4 έως 30 mm, αλλά οι διαμέτρους που χρησιμοποιούνται πιο συχνά είναι 18 και 12 mm.

Όταν ο αισθητήρας είναι τοποθετημένος σε εξοπλισμό, τίθεται ένα κενό μεταξύ της μεταλλικής πλάκας και της ζώνης ενεργοποίησης του αισθητήρα, συνήθως αυτή η απόσταση δεν υπερβαίνει τη διάμετρο του αισθητήρα και, κατά κανόνα, αποδεικνύεται ότι είναι 2-3 φορές μικρότερη από η διάμετρός του.

Σύμφωνα με τη μέθοδο σύνδεσης, οι επαγωγικοί αισθητήρες θέσης μπορούν να είναι δύο συρμάτων, τριών συρμάτων, τεσσάρων συρμάτων και πέντε καλωδίων.

Δύο καλώδια αλλάζουν απευθείας το φορτίο, όπως π.χ πηνίο εκκίνησης, δηλαδή λειτουργούν σαν ένας συμβατικός διακόπτης. Οι αισθητήρες δύο καλωδίων απαιτούν αντίσταση φορτίου, επομένως δεν είναι πάντα κατάλληλοι ως αξιόπιστο εργαλείο, αλλά δεν χάνουν τη σημασία τους.

Το φορτίο συνδέεται απλώς σε σειρά με τον αισθητήρα, εάν χρησιμοποιείται σταθερή τάση, τότε είναι σημαντικό να παρατηρήσετε την πολικότητα, εάν η εναλλασσόμενη πολικότητα δεν είναι σημαντική, το κύριο πράγμα είναι η ισχύς και το ρεύμα μεταγωγής.

Οι αισθητήρες τριών συρμάτων διαθέτουν ένα τρίτο καλώδιο για την τροφοδοσία του ίδιου του αισθητήρα και αυτή είναι η πιο δημοφιλής λύση. Οι αισθητήρες τεσσάρων και πέντε καλωδίων έχουν έξοδο τρανζίστορ ή ρελέ για τη σύνδεση του φορτίου και το πέμπτο καλώδιο σάς επιτρέπει να επιλέξετε τον τρόπο λειτουργίας του αισθητήρα, την αρχική κατάσταση των εξόδων.

Δεδομένου ότι οι έξοδοι μπορούν να είναι τόσο ρελέ όσο και τρανζίστορ, οι αισθητήρες χωρίζονται ανάλογα σε τρεις τύπους ανάλογα με τη συσκευή των εξόδων: ρελέ, npn και pnp.

Αισθητήρες με έξοδο ρελέ

Ένας αισθητήρας με έξοδο ρελέ έχει γαλβανική απομόνωση του κυκλώματος τροφοδοσίας από το περιλαμβανόμενο κύκλωμα. Εναλλάσσει ένα καλώδιο και η τάση στο κύκλωμα μεταγωγής δεν είναι ιδιαίτερα κρίσιμη. Δεδομένου ότι το κύκλωμα τροφοδοσίας του αισθητήρα είναι γαλβανικά απομονωμένο, αυτό μπορεί να θεωρηθεί πλεονέκτημα του αισθητήρα ρελέ. Οι αισθητήρες αυτού του τύπου είναι συνήθως μεγάλοι.

Αισθητήρες με έξοδο τρανζίστορ pnp

Ο αισθητήρας έχει ένα τρανζίστορ pnp στην έξοδο που μετατρέπει το θετικό καλώδιο με το φορτίο. Ένα φορτίο συνδέεται στο κύκλωμα συλλέκτη του τρανζίστορ εξόδου pnp, το οποίο συνδέεται μόνιμα στο αρνητικό μέσω του δεύτερου καλωδίου του.

Αισθητήρες με έξοδο τρανζίστορ npn

Ο αισθητήρας έχει ένα τρανζίστορ NPN στην έξοδο που μετατρέπει το αρνητικό καλώδιο με το φορτίο. Ένα φορτίο συνδέεται στο κύκλωμα συλλέκτη του τρανζίστορ εξόδου npn, το οποίο συνδέεται μόνιμα με το δεύτερο καλώδιο του στο θετικό καλώδιο.

Σύμφωνα με την αρχική κατάσταση των εξόδων, οι επαγωγικοί αισθητήρες θέσης μπορούν να είναι κανονικά κλειστές ή κανονικά ανοιχτές επαφές. Η αρχική κατάσταση σημαίνει ότι αυτή η κατάσταση είναι τη στιγμή που ο αισθητήρας δεν έχει ακόμη ενεργοποιηθεί, δηλαδή δεν έχει ενεργοποιηθεί.

Εάν οι επαφές εξόδου είναι κανονικά κλειστές, τότε το φορτίο συνδέεται στο ρελαντί, εάν είναι κανονικά ανοιχτό, τότε μέχρι να ενεργοποιηθεί ο αισθητήρας, το φορτίο θα διακοπεί και δεν θα τροφοδοτηθεί ρεύμα στον ηλεκτροκινητήρα (π.χ. επαφέας). Οι κανονικά κλειστές επαφές ορίζονται σε αγγλική μορφή — N.C. (Κανονικά κλειστό), Κανονικά ανοιχτό — N.O. (Κανονικά ανοιχτό).

Έτσι, οι αισθητήρες με έξοδο τρανζίστορ είναι τεσσάρων τύπων: δύο τύπων ανάλογα με την αγωγιμότητα (pnp ή npn) και δύο τύποι ανάλογα με την αρχική κατάσταση των εξόδων. Μπορεί επίσης να υπάρξει καθυστέρηση κατά την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση.

Ανάλογα με τον τύπο της μονάδας που είναι συνδεδεμένος στον αισθητήρα, καθώς και με τη μέθοδο τροφοδοσίας, η λογική του αισθητήρα μπορεί να είναι θετική ή αρνητική. Αυτό οφείλεται στο επίπεδο τάσης που ενεργοποιεί την είσοδο της συσκευής.

Εάν η είσοδος ενεργοποιείται όταν το αρνητικό καλώδιο του ενεργοποιητή είναι συνδεδεμένο στη γείωση, στο μείον, τότε η λογική ονομάζεται αρνητική, μια τέτοια σύνδεση είναι χαρακτηριστική των αισθητήρων με έξοδο τρανζίστορ τύπου npn.

Η θετική λογική αντιστοιχεί στη σύνδεση του θετικού καλωδίου της μονάδας με το θετικό τροφοδοτικό όταν ενεργοποιείται, αυτή η λογική είναι τυπική για αισθητήρες με έξοδο τρανζίστορ pnp. Τις περισσότερες φορές, υπάρχει μια θετική λογική στη λειτουργία των επαγωγικών αισθητήρων για τη θέση των μηχανισμών.

Παλαιότεροι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι επαγωγικών αισθητήρων θέσης

Επαγωγικοί αισθητήρες θέσης IKV-22

Επαγωγικοί αισθητήρες IKV-22. Η λειτουργία αυτών των αισθητήρων βασίζεται στην αρχή της αλλαγής της επαγωγικής αντίστασης των πηνίων με χαλύβδινο πυρήνα όταν αλλάζει το διάκενο αέρα στο μαγνητικό κύκλωμα.

Ένα μαγνητικό κύκλωμα με δύο πηνία είναι τοποθετημένο σε μια χαλύβδινη πλάκα, κλειστή με πλαστικό κάλυμμα. Δύο πυκνωτές MBGP (ο ένας με χωρητικότητα 15 μF, 200 V, ο άλλος με χωρητικότητα 10 μF, 400 V) είναι προσαρτημένοι στην πλάκα από την κάτω πλευρά. Οι πυκνωτές καλύπτονται με κάλυμμα. Το καλώδιο συνδέεται μέσω της τσιμούχας. Στον μηχανισμό είναι εγκατεστημένο μαγνητικό παρακλάδι, οι διαστάσεις του οποίου πρέπει να είναι τουλάχιστον: πάχος 2 mm, πλάτος 80 mm, μήκος 140 mm. Το διάκενο αέρα μεταξύ του μαγνητικού κυκλώματος και της διακλάδωσης είναι 6 ± 4 mm.

Το ρελέ εξόδου συνήθως ενεργοποιείται και απενεργοποιείται τη στιγμή που η μαγνητική διακλάδωση διέρχεται από τον αισθητήρα, όταν λόγω αλλαγής στην επαγωγική αντίσταση του πηνίου, εμφανίζεται συντονισμός ρεύματος και πέφτει το ρεύμα μέσω του πηνίου του ρελέ. Αυτοί οι ηλεκτρονόμοι: τύπου MKU-48, 12 V AC, αντλούν ρεύμα όχι περισσότερο από 0,45 A, ρεύμα πτώσης όχι μικρότερο από 0,1 A.Η τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος αισθητήρα είναι ρελέ AC 24 V.

Επαγωγικοί αισθητήρες θέσης ID-5

Σε μεταλλουργικά εργαστήρια, χρησιμοποιούνται επαγωγικοί αισθητήρες τύπου ID-5, σχεδιασμένοι να λειτουργούν σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος έως + 80 ° C και υγρασία έως 100%. Η αγώγιμη σκόνη και τα άλατα είναι αποδεκτά. Ένας ενισχυτής εξόδου ημιαγωγού τύπου UID-10 χρησιμοποιείται με τον αισθητήρα. Η ισχύς εξόδου του ενισχυτή (25 W) είναι επαρκής για την ενεργοποίηση των ευρέως διαδεδομένων ρελέ REV-800, των επαφών KP21, MK-1 κ.λπ.

Το διάκενο αέρα μεταξύ του αισθητήρα και του παρατηρούμενου σιδηρομαγνητικού αντικειμένου μπορεί να είναι έως και 30 mm. Οι διαστάσεις του αισθητήρα ID-5 είναι 187x170x70 mm, η τάση τροφοδοσίας είναι 220 V ± 15%, 50 Hz.

Ανεπαφικοί διακόπτες BSP μικρού μεγέθους

Μικροί διακόπτες κίνησης BSP-2 (με έξοδο χωρίς επαφή, προς λογικό στοιχείο) και BRP (με έξοδο σε ρελέ PE-21, 24 V, 16 Ohm) χρησιμοποιούνται σε μηχανές κοπής μετάλλων.

Ο διακόπτης BSP-2 αποτελείται από έναν αισθητήρα διαφορικού μετασχηματιστή και μια σκανδάλη ημιαγωγού. Το μαγνητικό σύστημα του πρώτου πηνίου αισθητήρα μετακινείται από μια χαλύβδινη πλάκα και το δεύτερο πηνίο χειρίζεται καθώς κινείται πάνω από το μαγνητικό του σύστημα που είναι συνδεδεμένο με τον επίπεδο μηχανισμό οπλισμού. Τα πηνία ενεργοποιούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Εάν ο οπλισμός βρίσκεται πάνω από τον αισθητήρα, οι επαγωγικές αντιδράσεις των πηνίων είναι ίσες και η έξοδος του αισθητήρα του διαφορικού μετασχηματιστή είναι μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται μια τάση τουλάχιστον 2,5 V στην έξοδο της σκανδάλης, η οποία είναι αρκετή για να λειτουργήσει το λογικό στοιχείο.

Ελλείψει οπλισμού πάνω από τον αισθητήρα, εφαρμόζεται τάση στη σκανδάλη, η οποία την επαναφέρει στην αρχική της κατάσταση. Τότε το σήμα εξόδου του διακόπτη είναι μηδέν.

Η αρχή λειτουργίας του διακόπτη BRP είναι από πολλές απόψεις παρόμοια με αυτή του BSP-2. Ένας επαγωγικός αισθητήρας (σύμφωνα με το κύκλωμα του διαφορικού μετασχηματιστή), μια σκανδάλη και ένας ενισχυτής είναι εγκατεστημένοι μέσα στο κουτί. Τα δευτερεύοντα πηνία με διαφορετικό αριθμό στροφών ενεργοποιούνται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Καθώς ο οπλισμός επικαλύπτει το μαγνητικό σύστημα του αισθητήρα, το σήμα μειώνεται και μετά την αλλαγή της φάσης, ενεργοποιείται η σκανδάλη και ενεργοποιείται ένα εξωτερικό ρελέ εξόδου (PE-21, 24 V, 16 Ohm).

Η άγκυρα που στερεώνεται στον μηχανισμό έχει διαστάσεις 80x15x3 mm. Το κενό μεταξύ της άγκυρας και του αισθητήρα είναι 4 mm. Η ακρίβεια των διακοπτών στην ονομαστική λειτουργία είναι ± 0,5 mm, η διαφορά ενεργοποίησης δεν είναι μεγαλύτερη από 5 mm. Στο. διακυμάνσεις στην τάση τροφοδοσίας και στη θερμοκρασία, το σφάλμα των διακοπτών BSP-2 και BRP μπορεί να φτάσει τα ± ± (2,5-f-3,0) mm.

Επαγωγικοί αισθητήρες υψηλής συχνότητας VKB

Επαγωγικοί αισθητήρες υψηλής ακρίβειας τύπου VKB με σχήμα U ή επίπεδο οπλισμό χρησιμοποιούνται επίσης για την αυτοματοποίηση μηχανών κοπής μετάλλων. Οι πόλοι του ενσωματωμένου μετασχηματιστή σχηματίζουν ένα ανοιχτό ηλεκτρομαγνητικό σύστημα. Το διάκενο εργασίας είναι 0,1-0,15 mm.

Η τάση εξόδου από τη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή τροφοδοτείται σε ένα κύκλωμα διαφορικής μέτρησης και στη συνέχεια σε έναν ενισχυτή τρανζίστορ. Το συνολικό σφάλμα του αισθητήρα με διακυμάνσεις θερμοκρασίας από 5 έως 40 ° C και τάση από 85 έως 110% της ονομαστικής τιμής είναι ± (0,064-0,15) mm, η διαφορά στην απόκριση δεν υπερβαίνει τα 0,4 mm. Η μέγιστη ταχύτητα κίνησης του μηχανισμού είναι 10 m / mm. Διαστάσεις αισθητήρα 62x34x24 mm. Τάση τροφοδοσίας 12 V.

Ειδικοί τύποι επαγωγικών αισθητήρων ακριβείας για μηχανές κοπής μετάλλων με διαφορικό κύκλωμα έχουν σφάλμα μικρότερο από ± 0,01 mm.Τέτοιοι αισθητήρες περιλαμβάνουν έναν διακόπτη κίνησης χωρίς επαφή τύπου VPB12, που αποτελείται από μια μονάδα αισθητήρα σε μια ηλεκτρονική μονάδα. Η μονάδα αισθητήρα περιλαμβάνει έναν επαγωγικό αισθητήρα εργασίας, έναν επαγωγικό αισθητήρα αντιστάθμισης και πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων. Ο μηχανισμός είναι τοποθετημένος: στοιχείο ελέγχου φερρίτη. Τάση τροφοδοσίας 12 V DC. Η μέγιστη απόσταση έκθεσης δεν είναι μεγαλύτερη από 0,12 mm. Στην έξοδο του αισθητήρα μπορεί να συνδεθεί ρελέ τύπου RPU-0. Το μέγιστο ρεύμα φορτίου της συσκευής εξόδου είναι 0,16 A.

Αισθητήρες θέσης γεννήτριας

Οι αισθητήρες αυτού του τύπου είναι συμπαγείς και πολύ ακριβείς. Οι γεννήτριες αισθητήρων των σειρών KVD-6M και KVD-25 (με υποδοχές), KVP-8 και KVP-16 (αεροσκάφη) έχουν αποδειχθεί καλά. Είναι κατάλληλα για χρήση σε υψηλές συγκεντρώσεις υγρασίας και σκόνης. Τα στοιχεία του κυκλώματος τρανζίστορ του αισθητήρα (γεννήτρια και σκανδάλη) βρίσκονται σε ένα περίβλημα κατασκευασμένο από ανθεκτικό σε κραδασμούς πολυστυρένιο. Η σφράγιση γίνεται με ένωση ψυχρής σκλήρυνσης. Το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας είναι από - 30 έως +50 ° C.

Ο αισθητήρας HPC παράγει ένα διακριτό σήμα όταν μια μεταλλική πλάκα («σημαία») διέρχεται από την υποδοχή, προκαλώντας βλάβη στη δημιουργία και την εναλλαγή της σκανδάλης. Το πλάτος της υποδοχής είναι 6 mm για τον αισθητήρα KVD-6M και 25 mm για τον αισθητήρα KVD-25.

Οι αισθητήρες KVP-8 και KVP-16 ενεργοποιούνται όταν μια μεταλλική πλάκα περνά δίπλα τους σε μέγιστη απόσταση 8 και 16 mm, αντίστοιχα.