Senzori fără contact pentru poziția mecanismelor

În acest articol vom vorbi despre senzorii de poziție ai mecanismelor. Practic, funcția principală a oricărui senzor este de a da un semnal atunci când are loc un anumit eveniment. Adică, atunci când are loc un eveniment de declanșare, senzorul este activat și generează un semnal, care poate fi analog sau discret, digital.

Senzorii de limită au fost utilizați ca senzori de poziție de multe decenii. întrerupătoare. Ele constau din contacte electrice care se deschid sau se închid mecanic atunci când o variabilă (poziție) atinge o anumită valoare. Întrerupătoarele de limită de diferite tipuri sunt o parte importantă a multor sisteme de control, a căror fiabilitate depinde de ele. astfel de senzori conțin elemente mecanice în mișcare ale căror resurse sunt limitate.

Întrerupătoarele de limită sunt în prezent înlocuite activ de diverși senzori de proximitate. Cel mai adesea senzori de proximitate de următoarele tipuri: inductivi, generatori, magnetohercon și fotoelectronice. Acești senzori nu au contact mecanic cu obiectul în mișcare a cărui poziție este monitorizată.

Senzorii de poziție fără contact asigură viteză mare și frecvență mare de pornire a mecanismului. Un anumit dezavantaj al acestor senzori este dependența, precizia lor, de modificările tensiunii de alimentare și ale temperaturii. În funcție de cerințe, dispozitivul de ieșire al acestor dispozitive poate fi după cum urmează element logic fără contactși releu electric.

În schemele de frânare de precizie ale acționărilor electrice, senzorii de proximitate pot fi utilizați atât pentru a comanda o schimbare în treaptă inferioară, cât și o oprire finală.

Există multe tipuri de senzori pe piață astăzi, dar în cadrul acestui articol vom evidenția subiectul senzori de poziție direct inductivi, deoarece în mai mult de 80% din cazuri sunt senzori inductivi care servesc ca senzori pentru poziția mecanismelor.

Senzorul inductiv este declanșat atunci când metalul se apropie de zona sa de declanșare. Din acest motiv, senzorii de poziție inductivi sunt numiți și senzori de prezență, senzori de proximitate sau pur și simplu comutatoare inductive.

Să luăm acum în considerare principiul de funcționare al unui senzor inductiv. După cum sa menționat mai sus, atunci când metalul este suficient de aproape de zona de declanșare, senzorul este activat. Acest fenomen constă în interacțiunea celor implicați inductori cu metalul apropiindu-se, ceea ce modifică brusc mărimea câmpului magnetic al bobinei, ceea ce duce la activarea senzorului, este declanșat, semnalul corespunzător apare la ieșire.

Partea electronică a dispozitivului conține un circuit de control, care, la rândul său, controlează un releu sau un comutator tranzistor. Este format din următoarele părți:

• Un generator care creează un câmp electromagnetic necesar pentru a interacționa cu un obiect.

• Declanșator Schmitt care oferă histerezis de comutare.

• Un amplificator pentru a crește amplitudinea semnalului astfel încât să atingă valoarea de acționare necesară.

• Indicator LED care informează despre starea comutatorului. De asemenea, oferă monitorizarea și configurarea performanței.

• Compus pentru a proteja împotriva pătrunderii particulelor solide și a apei.

• Carcasa pentru montarea senzorului si protectie impotriva diverselor influente mecanice.Este din alama sau poliamida si este finisata cu elemente de fixare.

Senzorii de poziție inductivi sunt utilizați pe scară largă în sistemele de automatizare industriale unde este necesară determinarea periodică sau constantă a poziției oricărei părți a mecanismului. Senzorul generează un semnal care este trimis către unitate. Un demaror, un controler, un releu, un convertor de frecvență etc. pot acționa ca un mecanism executiv. Principalul lucru este că parametrii senzorului corespund parametrilor unității în ceea ce privește tensiunea și curentul.

Majoritatea senzorilor nu sunt dispozitive de alimentare, sunt în primul rând dispozitive de semnalizare, prin urmare senzorul în sine, de regulă, nu comută nimic puternic, ci doar controlează, dă un semnal de control, acționează ca un dispozitiv de inițiere a acțiunii care poate fi deja conectat. la comutarea puterii.

Senzorii moderni de poziție inductivi se găsesc cel mai adesea în două versiuni de carcase din plastic sau metal: dreptunghiulare sau cilindrice. Diametrul senzorului cu secțiune transversală circulară poate fi de la 4 la 30 mm, dar cele mai frecvent utilizate diametre sunt 18 și 12 mm.

Când senzorul este montat pe echipament, se stabilește un spațiu între placa metalică și zona de acționare a senzorului, de obicei această distanță nu depășește diametrul senzorului și, de regulă, se dovedește a fi de 2-3 ori mai mică decât diametrul acestuia.

Conform metodei de conectare, senzorii de poziție inductivi pot fi cu două fire, trei fire, patru fire și cinci fire.

Două fire comută direct sarcina, cum ar fi bobina de pornire, adică funcționează ca un comutator convențional. Senzorii cu două fire necesită rezistență la sarcină, așa că nu sunt întotdeauna potriviți ca instrument de încredere, dar nu își pierd relevanța.

Sarcina este pur și simplu conectată în serie cu senzorul, dacă se folosește tensiune constantă, atunci este important să se respecte polaritatea, dacă polaritatea alternativă nu este importantă, principalul lucru este puterea și curentul comutați.

Senzorii cu trei fire au un al treilea fir pentru a alimenta senzorul în sine, iar aceasta este cea mai populară soluție. Senzorii cu patru și cinci fire au ieșiri de tranzistor sau releu pentru conectarea sarcinii, iar al cincilea fir vă permite să selectați modul de funcționare al senzorului, starea inițială a ieșirilor.

Deoarece ieșirile pot fi atât releu, cât și tranzistori, senzorii sunt împărțiți în mod corespunzător în trei tipuri în funcție de dispozitivul de ieșiri: releu, npn și pnp.

Senzori cu iesire releu

Un senzor cu ieșire releu are izolarea galvanică a circuitului de alimentare de circuitul inclus. Comută un fir, iar tensiunea din circuitul comutat nu este deosebit de critică. Deoarece circuitul de alimentare al senzorului este izolat galvanic, acest lucru poate fi considerat un avantaj al senzorului releu. Senzorii de acest tip sunt de obicei mari.

Senzori cu ieșire tranzistor pnp

Senzorul are un tranzistor pnp la ieșire care comută firul pozitiv cu sarcina. O sarcină este conectată la circuitul colector al tranzistorului pnp de ieșire, care este conectat permanent la negativ prin al doilea conductor.

Senzori cu ieșire tranzistor npn

Senzorul are un tranzistor NPN la ieșire care comută firul negativ cu sarcina. O sarcină este conectată la circuitul colector al tranzistorului npn de ieșire, care este conectat permanent prin al doilea conductor la conductorul pozitiv.

În funcție de starea inițială a ieșirilor, senzorii de poziție inductivi pot fi contacte normal închise sau normal deschise. Starea inițială înseamnă că această stare este în momentul în care senzorul nu este încă declanșat, adică nu este activat.

Dacă contactele de ieșire sunt în mod normal închise, atunci sarcina este conectată la timpul inactiv, dacă este în mod normal deschisă, atunci până când senzorul este declanșat, sarcina va fi întreruptă și nu va fi furnizată energie la convertizor (de exemplu, contactor). Contactele în mod normal închise sunt desemnate în format englez – N.C. (Normal închis), Normal deschis - N.A. (în mod normal deschis).

Astfel, senzorii cu iesiri tranzistoare sunt de patru tipuri: doua tipuri in functie de conductivitate (pnp sau npn) si doua tipuri in functie de starea initiala a iesirilor. De asemenea, poate exista o întârziere la pornire sau oprire.

În funcție de tipul de unitate care este conectat la senzor, precum și de metoda de alimentare, logica senzorului poate fi pozitivă sau negativă. Acest lucru se datorează nivelului de tensiune care activează intrarea dispozitivului.

Dacă intrarea este activată atunci când firul negativ al actuatorului este conectat la pământ, la minus, atunci logica se numește negativă, o astfel de conexiune este caracteristică senzorilor cu ieșiri de tranzistor de tip npn.

Logica pozitivă corespunde conectării firului pozitiv al unității la sursa de alimentare pozitivă atunci când este activată, această logică este tipică senzorilor cu ieșiri de tranzistor pnp. Cel mai adesea, există o logică pozitivă pentru funcționarea senzorilor inductivi pentru poziția mecanismelor.

Tipurile mai vechi de senzori de poziție inductivi, cele mai frecvent utilizate

Senzori de poziție inductivi IKV-22

Senzori inductivi IKV-22. Funcționarea acestor senzori se bazează pe principiul modificării rezistenței inductive a bobinelor cu miez de oțel atunci când întrefierul din circuitul magnetic se modifică.

Un circuit magnetic cu două bobine este montat pe o placă de oțel, închisă cu un capac din plastic. Două condensatoare MBGP (unul cu o capacitate de 15 μF, 200 V, celălalt cu o capacitate de 10 μF, 400 V) sunt atașați la placă din partea inferioară. Condensatorii sunt acoperiți cu un capac. Cablul este conectat prin garnitură. Pe mecanism este instalat un șunt magnetic, ale cărui dimensiuni trebuie să fie de cel puțin: grosime 2 mm, lățime 80 mm, lungime 140 mm. Spațiul de aer dintre circuitul magnetic și șunt este de 6 ± 4 mm.

Releul de ieșire este de obicei pornit și oprit în momentul în care șuntul magnetic trece prin senzor, când din cauza unei modificări a rezistenței inductive a bobinei, are loc rezonanța curentului și curentul prin bobina releului scade. Aceste relee: tip MKU-48, 12 V AC, consum de curent nu mai mult de 0,45 A, curent de cădere nu mai puțin de 0,1 A.Tensiunea de alimentare a circuitului senzorului este 24 V AC releu.

Senzori de poziție inductivi ID-5

În atelierele metalurgice se folosesc senzori inductivi de tip ID-5, proiectați să funcționeze la temperaturi ambientale de până la + 80 ° C și umiditate până la 100%. Praful conductiv și calcarul sunt acceptabile. Cu senzorul este utilizat un amplificator de ieșire cu semiconductor de tip UID-10. Puterea de ieșire a amplificatorului (25 W) este suficientă pentru a porni releele larg răspândite REV-800, contactoarele KP21, MK-1 etc.

Spațiul de aer dintre senzor și obiectul feromagnetic observat poate fi de până la 30 mm. Dimensiunile senzorului ID-5 sunt 187x170x70 mm, tensiunea de alimentare este de 220 V ± 15%, 50 Hz.

Întrerupătoare fără contact BSP de dimensiuni mici

Întrerupătoarele mici de mișcare BSP-2 (cu ieșire fără contact, către elementul logic) și BRP (cu ieșire către releul PE-21, 24 V, 16 Ohm) sunt utilizate pe mașinile de tăiat metal.

Comutatorul BSP-2 constă dintr-un senzor de transformator diferențial și un declanșator cu semiconductor. Sistemul magnetic al primei bobine de senzor este deplasat de o placă de oțel, iar a doua bobină este manipulată în timp ce se deplasează peste sistemul său magnetic conectat la mecanismul de armătură plat. Bobinele sunt pornite în direcția opusă.

Dacă armătura este deasupra senzorului, reactanțele inductive ale bobinelor sunt egale, iar ieșirea senzorului transformatorului diferențial este zero. În acest caz, la ieșirea declanșatorului apare o tensiune de cel puțin 2,5 V, ceea ce este suficient pentru ca elementul logic să funcționeze.

În absența unei armături deasupra senzorului, declanșatorului i se aplică o tensiune, care îl readuce la starea inițială. Atunci semnalul de ieșire al comutatorului este zero.

Principiul de funcționare al comutatorului BRP este în multe privințe similar cu cel al BSP-2.În interiorul cutiei sunt instalate un senzor inductiv (conform circuitului transformatorului diferențial), un declanșator și un amplificator. Bobinele secundare cu un număr diferit de spire sunt pornite în sens opus. Pe măsură ce armătura se suprapune cu sistemul magnetic al senzorului, semnalul scade și după schimbarea fazei, declanșatorul este comutat și se activează un releu de ieșire extern (PE-21, 24 V, 16 Ohm).

Ancora fixata pe mecanism are dimensiunile de 80x15x3 mm. Distanța dintre ancoră și senzor este de 4 mm. Precizia comutatoarelor în modul nominal este de ± 0,5 mm, diferența de acționare nu este mai mare de 5 mm. La. fluctuațiile tensiunii de alimentare și ale temperaturii, eroarea comutatoarelor BSP-2 și BRP poate ajunge la ± ​​(2,5-f-3,0) mm.

Senzori inductivi de înaltă frecvență VKB

Pentru automatizarea mașinilor de tăiat metale se folosesc și senzori inductivi de înaltă precizie de tip VKB cu armătură în formă de U sau plată. Polii transformatorului încorporat formează un sistem electromagnetic deschis. Spațiul de aer de lucru este de 0,1-0,15 mm.

Tensiunea de ieșire de la înfășurarea secundară a transformatorului este alimentată la un circuit de măsurare diferențială și apoi la un amplificator cu tranzistor. Eroarea totală a senzorului cu fluctuații de temperatură de la 5 la 40 ° C și tensiune de la 85 la 110% din valoarea nominală este de ± (0,064-0,15) mm, diferența de răspuns nu depășește 0,4 mm. Viteza maximă de mișcare a mecanismului este de 10 m / mm. Dimensiuni senzor 62x34x24 mm. Tensiune de alimentare 12 V.

Tipurile speciale de senzori inductivi de precizie pentru mașinile de tăiat metale cu circuit diferențial au o eroare mai mică de ± 0,01 mm.Astfel de senzori includ un comutator de mișcare fără contact de tip VPB12, constând dintr-o unitate de senzor pe o unitate electronică. Unitatea de senzor include un senzor de lucru inductiv, un senzor de compensare inductivă și plăci de circuite imprimate. Mecanismul este montat: element de ferită de control. Tensiune de alimentare 12 V DC. Distanța maximă de expunere nu este mai mare de 0,12 mm. La ieșirea senzorului poate fi conectat un releu de tip RPU-0. Curentul maxim de sarcină al dispozitivului de ieșire este de 0,16 A.

Senzori de poziție a generatorului

Senzorii de acest tip sunt compacti și foarte precisi. Generatoarele de senzori din seriile KVD-6M și KVD-25 (cu sloturi), KVP-8 și KVP-16 (aeronave) s-au dovedit bine. Sunt potrivite pentru utilizare în concentrații mari de umiditate și praf. Elementele circuitului tranzistor al senzorului (generator și declanșator) sunt amplasate într-o carcasă din polistiren rezistent la șocuri. Etanșarea se face cu un compus de întărire la rece. Intervalul de temperatură de funcționare este de la - 30 la +50 ° C.

Senzorul HPC generează un semnal discret atunci când o placă metalică („steagul”) trece prin fantă, provocând o defecțiune în generarea și comutarea declanșatorului. Lățimea fantei este de 6 mm pentru senzorul KVD-6M și de 25 mm pentru senzorul KVD-25.

Senzorii KVP-8 și KVP-16 sunt activați atunci când o placă metalică trece pe lângă ei la o distanță maximă de 8, respectiv 16 mm.