Brezkontaktni senzorji za položaj mehanizmov

V tem članku bomo govorili o senzorjih položaja mehanizmov. V bistvu je glavna funkcija katerega koli senzorja dajanje signala, ko se zgodi določen dogodek. Se pravi, ko pride do prožilnega dogodka, se senzor aktivira in generira signal, ki je lahko analogen ali diskreten, digitalen.

Mejni senzorji se že več desetletij uporabljajo kot senzorji položaja. stikala. Sestavljeni so iz električnih kontaktov, ki se mehansko odprejo ali zaprejo, ko neka spremenljivka (položaj) doseže določeno vrednost. Končna stikala različnih vrst so pomemben del številnih krmilnih sistemov, katerih zanesljivost je odvisna od njih. takšni senzorji vsebujejo gibljive mehanske elemente, katerih viri so omejeni.

Končna stikala se trenutno aktivno nadomeščajo z različnimi senzorji bližine. Najpogosteje senzorji bližine naslednjih vrst: induktivni, generatorski, magnetoherkon in fotoelektronski. Ti senzorji nimajo mehanskega stika s premikajočim se predmetom, katerega položaj spremljamo.

Brezkontaktni senzorji položaja zagotavljajo visoko hitrost in visoko frekvenco vklopa mehanizma. Določena pomanjkljivost teh senzorjev je odvisnost, njihova natančnost, od sprememb napajalne napetosti in temperature. Odvisno od zahtev je lahko izhodna naprava teh naprav naslednja brezkontaktni logični elementin električni rele.

V natančnih zavornih shemah električnih pogonov se lahko senzorji bližine uporabljajo tako za ukaz prestavljanja navzdol kot za končno zaustavitev.

Danes je na trgu veliko vrst senzorjev, vendar bomo v okviru tega članka izpostavili temo neposredno indukcijskih senzorjev položaja, saj v več kot 80% primerov prav induktivni senzorji služijo kot senzorji položaja mehanizmov.

Induktivni senzor se sproži, ko se kovina približa območju sprožitve. Zaradi tega se induktivni senzorji položaja imenujejo tudi senzorji prisotnosti, senzorji bližine ali preprosto induktivna stikala.

Oglejmo si zdaj načelo delovanja induktivnega senzorja. Kot je navedeno zgoraj, se senzor aktivira, ko je kovina dovolj blizu sprožilnega območja. Ta pojav je sestavljen iz interakcije vpletenih induktorji s približevanjem kovine, ki močno spremeni velikost magnetnega polja tuljave, kar vodi do aktiviranja senzorja, se sproži, na njegovem izhodu se pojavi ustrezen signal.

Elektronski del naprave vsebuje krmilno vezje, ki nato krmili rele ali tranzistorsko stikalo. Sestavljen je iz naslednjih delov:

• Generator, ki ustvarja elektromagnetno polje, potrebno za interakcijo s predmetom.

• Schmittov sprožilec, ki zagotavlja preklopno histerezo.

• Ojačevalnik za povečanje amplitude signala, tako da doseže zahtevano vrednost aktiviranja.

• LED indikator, ki obvešča o statusu stikala. Omogoča tudi spremljanje delovanja in konfiguracijo.

• Zmes za zaščito pred vdorom trdnih delcev in vode.

• Ohišje za montažo senzorja in zaščito pred različnimi mehanskimi vplivi Izdelano je iz medenine ali poliamida in je zaključeno s pritrdilnimi elementi.

Induktivni senzorji položaja se pogosto uporabljajo v sistemih industrijske avtomatizacije, kjer je potrebno občasno ali nenehno določati položaj katerega koli dela mehanizma. Senzor ustvari signal, ki se pošlje pogonu. Kot izvršilni mehanizem lahko deluje zaganjalnik, krmilnik, rele, frekvenčni pretvornik itd. Glavna stvar je, da parametri senzorja ustrezajo parametrom pogona glede napetosti in toka.

Večina senzorjev ni močnostnih naprav, so predvsem signalne naprave, zato sam senzor praviloma ne preklopi ničesar močnega, ampak samo krmili, daje krmilni signal, deluje kot naprava za sprožitev delovanja, ki jo je mogoče že priključiti. na preklop moči.

Sodobne induktivne senzorje položaja najpogosteje najdemo v dveh izvedbah plastičnih ali kovinskih ohišij: pravokotnem ali cilindričnem. Premer senzorja s krožnim prerezom je lahko od 4 do 30 mm, najpogosteje uporabljena pa sta premera 18 in 12 mm.

Ko je senzor nameščen na opremi, je med kovinsko ploščo in območjem aktiviranja senzorja nastavljena reža, običajno ta razdalja ne presega premera senzorja in se praviloma izkaže, da je 2-3 krat manjša od njegov premer.

Glede na način povezave so lahko induktivni senzorji položaja dvožilni, trižilni, štirižilni in petžični.

Dvožilni neposredno preklopi obremenitev, kot je npr tuljava zaganjalnika, to pomeni, da delujejo kot običajno stikalo. Dvožilni senzorji zahtevajo odpornost na obremenitev, zato niso vedno primerni kot zanesljivo orodje, vendar ne izgubijo svoje pomembnosti.

Obremenitev je preprosto zaporedno povezana s senzorjem, če se uporablja konstantna napetost, je pomembno upoštevati polarnost, če izmenična polarnost ni pomembna, je glavna stvar preklopna moč in tok.

Trižilni senzorji imajo tretjo žico za napajanje samega senzorja in to je najbolj priljubljena rešitev. Štirižilni in petžilni senzorji imajo tranzistorske ali relejne izhode za priključitev bremena, peta žica pa vam omogoča izbiro načina delovanja senzorja, začetnega stanja izhodov.

Ker so izhodi lahko relejni in tranzistorski, so senzorji glede na napravo izhodov razdeljeni v tri vrste: relejni, npn in pnp.

Senzorji z relejnim izhodom

Senzor z relejnim izhodom ima galvansko ločitev napajalnega tokokroga od vključenega tokokroga. Preklopi eno žico in napetost v preklopljenem vezju ni posebej kritična. Ker je napajalni krog senzorja galvansko ločen, lahko to štejemo za prednost relejnega senzorja. Senzorji te vrste so običajno veliki.

Senzorji s pnp tranzistorskim izhodom

Senzor ima na izhodu pnp tranzistor, ki komutira pozitivno žico z bremenom. Breme je priključeno na kolektorsko vezje izhodnega pnp tranzistorja, ki je preko svojega drugega vodnika trajno priključen na negativ.

Senzorji z npn tranzistorskim izhodom

Senzor ima na izhodu NPN tranzistor, ki komutira negativno žico z bremenom. Breme je priključeno na kolektorsko vezje izhodnega npn tranzistorja, ki je s svojim drugim vodnikom trajno povezan s pozitivnim vodnikom.

Glede na začetno stanje izhodov so lahko induktivni senzorji položaja normalno zaprti ali normalno odprti kontakti. Začetno stanje pomeni, da je to stanje v trenutku, ko senzor še ni sprožen, torej ni aktiviran.

Če so izhodni kontakti normalno zaprti, je obremenitev priključena v času mirovanja, če je normalno odprta, potem dokler se senzor ne sproži, bo obremenitev prekinjena in pogon (npr. Kontaktor) ne bo imel napajanja. Običajno zaprti stiki so označeni v angleškem formatu - N.C. (normalno zaprto), normalno odprto — N.O. (Normalno odprto).

Senzorji s tranzistorskimi izhodi so torej štiri vrste: dve vrsti glede na prevodnost (pnp ali npn) in dve vrsti glede na začetno stanje izhodov. Pri vklopu ali izklopu lahko pride tudi do zakasnitve.

Glede na vrsto pogona, ki je priključen na senzor, kot tudi način napajanja, je lahko logika senzorja pozitivna ali negativna. To je posledica nivoja napetosti, ki aktivira vhod naprave.

Če je vhod aktiviran, ko je negativna žica aktuatorja povezana z maso, z minusom, potem se logika imenuje negativna, takšna povezava je značilna za senzorje s tranzistorskimi izhodi tipa npn.

Pozitivna logika ustreza priključitvi pozitivne žice pogona na pozitivno napajanje, ko je aktivirana, ta logika je značilna za senzorje z izhodi pnp tranzistorjev. Najpogosteje obstaja pozitivna logika delovanja induktivnih senzorjev za položaj mehanizmov.

Starejše najpogosteje uporabljene vrste induktivnih senzorjev položaja

Induktivni senzorji položaja IKV-22

Induktivni senzorji IKV-22. Delovanje teh senzorjev temelji na principu spreminjanja induktivnega upora tuljav z jeklenim jedrom, ko se spremeni zračna reža v magnetnem vezju.

Magnetno vezje z dvema tuljavama je nameščeno na jekleni plošči, zaprto s plastičnim pokrovom. Na ploščo sta s spodnje strani pritrjena dva MBGP kondenzatorja (eden s kapaciteto 15 μF, 200 V, drugi s kapaciteto 10 μF, 400 V). Kondenzatorji so pokriti s pokrovom. Kabel je priključen skozi tesnilo. Na mehanizem je nameščen magnetni shunt, katerega dimenzije morajo biti najmanj: debelina 2 mm, širina 80 mm, dolžina 140 mm. Zračna reža med magnetnim krogom in šantom je 6 ± 4 mm.

Izhodni rele se običajno vklopi in izklopi v trenutku, ko magnetni shunt prehaja skozi senzor, ko zaradi spremembe induktivnega upora tuljave pride do tokovne resonance in tok skozi tuljavo releja pade. Ti releji: tip MKU-48, 12 V AC, vlečni tok ne več kot 0,45 A, padni tok ne manj kot 0,1 A.Napajalna napetost tokokroga senzorja je 24 V AC releja.

Induktivni senzorji položaja ID-5

V metalurških delavnicah se uporabljajo induktivni senzorji tipa ID-5, zasnovani za delovanje pri temperaturah okolja do + 80 ° C in vlažnosti do 100%. Prevodni prah in vodni kamen sta sprejemljiva. S senzorjem se uporablja polprevodniški izhodni ojačevalnik tipa UID-10. Izhodna moč ojačevalnika (25 W) zadostuje za vklop razširjenih relejev REV-800, kontaktorjev KP21, MK-1 itd.

Zračna reža med senzorjem in opazovanim feromagnetnim predmetom je lahko do 30 mm. Dimenzije senzorja ID-5 so 187x170x70 mm, napajalna napetost je 220 V ± 15 %, 50 Hz.

Majhna brezkontaktna stikala BSP

Na strojih za rezanje kovin se uporabljajo stikala za malo gibanje BSP-2 (z brezkontaktnim izhodom, na logični element) in BRP (z izhodom na rele PE-21, 24 V, 16 Ohm).

Stikalo BSP-2 je sestavljeno iz senzorja diferenčnega transformatorja in polprevodniškega sprožilca. Magnetni sistem prve senzorske tuljave se premika z jekleno ploščo, druga tuljava pa se manipulira, ko se premika po svojem magnetnem sistemu, ki je povezan z mehanizmom ploščate armature. Tuljave so vklopljene v nasprotni smeri.

Če je armatura nad senzorjem, so induktivne reaktanse tuljav enake in izhod senzorja diferenčnega transformatorja je nič. V tem primeru se na izhodu sprožilca pojavi napetost najmanj 2,5 V, kar je dovolj za delovanje logičnega elementa.

V primeru odsotnosti armature nad senzorjem se na sprožilec sproži napetost, ki ga vrne v prvotno stanje. Potem je izhodni signal stikala enak nič.

Načelo delovanja stikala BRP je v mnogih pogledih podobno kot pri BSP-2.V notranjosti škatle je nameščen induktivni senzor (glede na vezje diferenčnega transformatorja), sprožilec in ojačevalnik. Sekundarne tuljave z različnim številom ovojev se vklopijo v nasprotni smeri. Ko armatura prekriva magnetni sistem senzorja, se signal zmanjša in po spremembi faze se preklopi sprožilec in aktivira zunanji izhodni rele (PE-21, 24 V, 16 Ohm).

Sidro pritrjeno na mehanizem ima dimenzije 80x15x3 mm. Razmik med sidrom in senzorjem je 4 mm. Natančnost stikal v nominalnem načinu je ± 0,5 mm, razlika v delovanju ni večja od 5 mm. pri. nihanja napajalne napetosti in temperature lahko napaka stikal BSP-2 in BRP doseže ± ​​(2,5-f-3,0) mm.

Visokofrekvenčni induktivni senzorji VKB

Visoko precizni induktivni senzorji tipa VKB z U-obliko ali ploščato armaturo se uporabljajo tudi za avtomatizacijo strojev za rezanje kovin. Poli vgrajenega transformatorja tvorijo odprt elektromagnetni sistem. Delovna zračna reža je 0,1-0,15 mm.

Izhodna napetost iz sekundarnega navitja transformatorja se napaja v diferencialno merilno vezje in nato v tranzistorski ojačevalnik. Skupna napaka senzorja s temperaturnimi nihanji od 5 do 40 ° C in napetostjo od 85 do 110% nazivne vrednosti je ± (0,064-0,15) mm, razlika v odzivu ne presega 0,4 mm. Največja hitrost gibanja mehanizma je 10 m / mm. Dimenzije senzorja 62x34x24 mm. Napajalna napetost 12 V.

Posebni tipi natančnih induktivnih senzorjev za stroje za rezanje kovin z diferencialnim vezjem imajo napako manjšo od ± 0,01 mm.Takšni senzorji vključujejo brezkontaktno stikalo gibanja tipa VPB12, sestavljeno iz senzorske enote na elektronski enoti. Senzorska enota vključuje induktivni delovni senzor, induktivni kompenzacijski senzor in tiskana vezja. Mehanizem je nameščen: krmilni feritni element. Napajalna napetost 12 V DC. Največja razdalja izpostavljenosti ni večja od 0,12 mm. Na izhod senzorja lahko priključite rele tipa RPU-0. Največji tok obremenitve izhodne naprave je 0,16 A.

Senzorji položaja generatorja

Senzorji te vrste so kompaktni in zelo natančni. Senzorski generatorji serije KVD-6M in KVD-25 (z režami), KVP-8 in KVP-16 (letala) so se dobro izkazali. Primerni so za uporabo pri visokih koncentracijah vlage in prahu. Elementi tranzistorskega vezja senzorja (generator in sprožilec) se nahajajo v ohišju iz polistirena, odpornega na udarce. Tesnjenje se izvede s hladno utrjevalno maso. Temperaturno območje delovanja je od -30 do +50 ° C.

Senzor HPC ustvari diskretni signal, ko kovinska plošča ("zastavica") preide skozi režo, kar povzroči okvaro pri ustvarjanju in preklapljanju sprožilca. Širina reže je 6 mm za senzor KVD-6M in 25 mm za senzor KVD-25.

Senzorja KVP-8 in KVP-16 se aktivirata, ko mimo njih preide kovinska plošča na razdalji največ 8 oziroma 16 mm.