Bezdotykové snímače polohy mechanismů

V tomto článku budeme hovořit o polohových snímačích mechanismů. V zásadě je hlavní funkcí jakéhokoli senzoru dát signál, když nastane určitá událost. To znamená, že když nastane spouštěcí událost, senzor se aktivuje a generuje signál, který může být analogový nebo diskrétní, digitální.

Limitní snímače se používají jako snímače polohy po mnoho desetiletí. přepínače. Skládají se z elektrických kontaktů, které se mechanicky otevřou nebo sepnou, když nějaká proměnná (poloha) dosáhne určité hodnoty. Koncové spínače různých typů jsou důležitou součástí mnoha řídicích systémů, na kterých závisí spolehlivost. takové senzory obsahují pohyblivé mechanické prvky, jejichž zdroje jsou omezené.

Koncové spínače jsou v současné době aktivně nahrazovány různými senzory přiblížení. Nejčastěji senzory přiblížení typu: indukční, generátorové, magnetoherkon a fotoelektronické. Tyto senzory nemají žádný mechanický kontakt s pohybujícím se objektem, jehož poloha je sledována.

Bezdotykové snímače polohy zajišťují vysokou rychlost a vysokou frekvenci zapínání mechanismu. Určitou nevýhodou těchto snímačů je závislost, jejich přesnost, na změnách napájecího napětí a teploty. V závislosti na požadavcích může být výstupní zařízení těchto zařízení následující bezkontaktní logický prveka elektrické relé.

Ve schématech přesného brzdění elektrických pohonů lze senzory přiblížení použít jak k podřazení, tak ke konečnému zastavení.

V dnešní době je na trhu mnoho typů snímačů, ale v rámci tohoto článku upozorníme na téma přímo indukční snímače polohy, jelikož ve více než 80 % případů slouží jako snímače polohy mechanismů právě indukční snímače.

Indukční snímač se spustí, když se kov přiblíží do spouštěcí zóny. Z tohoto důvodu se indukční snímače polohy také nazývají snímače přítomnosti, snímače přiblížení nebo jednoduše indukční spínače.

Podívejme se nyní na princip činnosti indukčního snímače. Jak bylo uvedeno výše, když je kov dostatečně blízko spouštěcí zóně, senzor se aktivuje. Tento jev spočívá v interakci zúčastněných induktory s přibližujícím se kovem, který prudce mění velikost magnetického pole cívky, což vede k aktivaci snímače, se spustí, na jeho výstupu se objeví odpovídající signál.

Elektronická část zařízení obsahuje řídicí obvod, který zase ovládá reléový nebo tranzistorový spínač. Skládá se z následujících částí:

• Generátor, který vytváří elektromagnetické pole potřebné k interakci s předmětem.

• Schmittova spoušť zajišťující spínací hysterezi.

• Zesilovač pro zvýšení amplitudy signálu tak, aby dosáhl požadované akční hodnoty.

• LED indikátor informující o stavu spínače. Poskytuje také monitorování a konfiguraci výkonu.

• Směs na ochranu proti pronikání pevných částic a vody.

• Pouzdro pro montáž snímače a ochranu před různými mechanickými vlivy je vyrobeno z mosazi nebo polyamidu a je zakončeno spojovacími prvky.

Indukční snímače polohy jsou široce používány v systémech průmyslové automatizace, kde je nutné periodicky nebo neustále určovat polohu jakékoli části mechanismu. Senzor generuje signál, který je odeslán do měniče. Startér, regulátor, relé, frekvenční měnič atd. mohou fungovat jako výkonný mechanismus. Hlavní je, aby parametry snímače odpovídaly parametrům pohonu z hlediska napětí a proudu.

Většina snímačů nejsou výkonová zařízení, jsou to především signalizační zařízení, proto snímač sám zpravidla nic výkonného nespíná, ale pouze řídí, dává řídicí signál, funguje jako již připojitelné zařízení pro spouštění akce k přepínání napájení.

Moderní indukční snímače polohy se nejčastěji vyskytují ve dvou verzích plastových nebo kovových pouzder: obdélníkové nebo válcové. Průměr snímače s kruhovým průřezem může být od 4 do 30 mm, nejčastěji se však používají průměry 18 a 12 mm.

Když je snímač namontován na zařízení, je mezi kovovou deskou a aktivační zónou snímače nastavena mezera, obvykle tato vzdálenost nepřesahuje průměr snímače a zpravidla se ukazuje, že je 2-3krát menší než jeho průměr.

Podle způsobu připojení mohou být indukční snímače polohy dvouvodičové, třívodičové, čtyřvodičové a pětivodičové.

Dvoudrátové přímo spínají zátěž, jako např startovací cívka, to znamená, že fungují jako konvenční spínač. Dvouvodičové snímače vyžadují odolnost vůči zátěži, takže nejsou vždy vhodné jako spolehlivý nástroj, ale neztrácejí svůj význam.

Zátěž se jednoduše zapojí do série se snímačem, pokud je použito konstantní napětí pak je důležité dodržet polaritu, pokud není důležitá střídavá polarita, hlavní je spínaný výkon a proud.

Třívodičové snímače mají třetí vodič pro napájení samotného snímače a toto je nejoblíbenější řešení. Čtyřvodičové a pětivodičové snímače mají tranzistorové nebo reléové výstupy pro připojení zátěže a pátý vodič umožňuje zvolit provozní režim snímače, výchozí stav výstupů.

Protože výstupy mohou být jak reléové, tak tranzistorové, jsou senzory rozděleny do tří typů podle zařízení výstupů: relé, npn a pnp.

Senzory s reléovým výstupem

Snímač s reléovým výstupem má galvanické oddělení napájecího obvodu od přiloženého obvodu. Spíná jeden vodič a napětí ve spínaném obvodu není nijak zvlášť kritické. Vzhledem k tomu, že napájecí obvod snímače je galvanicky oddělený, lze to považovat za výhodu reléového snímače. Senzory tohoto typu jsou obvykle velké.

Senzory s pnp tranzistorovým výstupem

Snímač má na výstupu pnp tranzistor, který komutuje kladný vodič se zátěží. Ke kolektorovému obvodu výstupního pnp tranzistoru je připojena zátěž, která je svým druhým vývodem trvale připojena k zápornému pólu.

Senzory s npn tranzistorovým výstupem

Snímač má na výstupu NPN tranzistor, který komutuje záporný vodič se zátěží. Na kolektorový obvod výstupního npn tranzistoru je připojena zátěž, která je svým druhým vývodem trvale spojena s kladným vývodem.

Podle výchozího stavu výstupů mohou být indukční snímače polohy normálně sepnuté nebo normálně otevřené. Počáteční stav znamená, že tento stav je v okamžiku, kdy snímač ještě není spuštěn, tedy není aktivován.

Pokud jsou výstupní kontakty normálně sepnuté, pak je zátěž připojena v době nečinnosti, pokud je normálně otevřená, pak dokud se senzor nespustí, zátěž bude odpojena a do měniče nebude přiváděno žádné napájení (např. Normálně sepnuté kontakty jsou označeny v anglickém formátu — N.C. (Normally Closed), Normally Open — N.O. (Normálně otevřeno).

Čidla s tranzistorovými výstupy jsou tedy čtyř typů: dva typy podle vodivosti (pnp nebo npn) a dva typy podle výchozího stavu výstupů. Může také dojít ke zpoždění při zapnutí nebo vypnutí.

V závislosti na typu pohonu, který je ke snímači připojen, a také na způsobu napájení může být logika snímače kladná nebo záporná. To je způsobeno úrovní napětí, která aktivuje vstup zařízení.

Pokud je vstup aktivován, když je záporný vodič akčního členu připojen k zemi, na mínus, pak se logika nazývá záporná, takové zapojení je charakteristické pro snímače s tranzistorovými výstupy typu npn.

Kladná logika odpovídá připojení kladného vodiče měniče ke kladnému napájecímu zdroji při aktivaci, tato logika je typická pro snímače s pnp tranzistorovými výstupy. Nejčastěji existuje pozitivní logika činnosti indukčních snímačů pro polohu mechanismů.

Starší nejčastěji používané typy indukčních snímačů polohy

Indukční snímače polohy IKV-22

Indukční snímače IKV-22. Činnost těchto snímačů je založena na principu změny indukčního odporu cívek s ocelovým jádrem při změně vzduchové mezery v magnetickém obvodu.

Magnetický obvod se dvěma cívkami je upevněn na ocelové desce, uzavřené plastovým krytem. K desce jsou ze spodní strany připevněny dva kondenzátory MBGP (jeden o kapacitě 15 μF, 200 V, druhý o kapacitě 10 μF, 400 V). Kondenzátory jsou zakryty krytem. Kabel je připojen přes těsnění. Na mechanismu je instalován magnetický bočník, jehož rozměry musí být minimálně: tloušťka 2 mm, šířka 80 mm, délka 140 mm. Vzduchová mezera mezi magnetickým obvodem a bočníkem je 6 ± 4 mm.

Výstupní relé je obvykle sepnuto a vypnuto v okamžiku, kdy magnetický bočník prochází snímačem, kdy vlivem změny indukčního odporu cívky dochází k proudové rezonanci a dochází k poklesu proudu cívkou relé. Tato relé: typ MKU-48, 12 V AC, odběr proudu ne více než 0,45 A, poklesový proud ne méně než 0,1 A.Napájecí napětí obvodu snímače je 24 V AC relé.

Indukční snímače polohy ID-5

V hutních dílnách se používají indukční snímače typu ID-5, určené pro práci při okolní teplotě do + 80 °C a vlhkosti do 100 %. Vodivý prach a vodní kámen jsou přijatelné. Se snímačem je použit polovodičový výstupní zesilovač typu UID-10. Výstupní výkon zesilovače (25 W) je dostatečný pro sepnutí rozšířených relé REV-800, stykačů KP21, MK-1 atd.

Vzduchová mezera mezi snímačem a pozorovaným feromagnetickým předmětem může být až 30 mm. Rozměry snímače ID-5 jsou 187x170x70 mm, napájecí napětí je 220 V ± 15 %, 50 Hz.

Malé bezkontaktní spínače BSP

Malé pohybové spínače BSP-2 (s bezkontaktním výstupem, na logický prvek) a BRP (s výstupem na relé PE-21, 24 V, 16 Ohm) se používají na obráběcích strojích.

Přepínač BSP-2 se skládá ze snímače diferenciálního transformátoru a polovodičové spouště. Magnetický systém první cívky snímače je posouván ocelovou deskou a s druhou cívkou se manipuluje, když se pohybuje po jejím magnetickém systému spojeném s mechanismem ploché kotvy. Cívky jsou zapnuty v opačném směru.

Pokud je kotva nad snímačem, jsou indukční reaktance cívek stejné a výstup snímače diferenciálního transformátoru je nulový. V tomto případě se na výstupu spouště objeví napětí minimálně 2,5 V, což stačí pro fungování logického prvku.

Při absenci kotvy nad snímačem se na spoušť přivede napětí, které ji vrátí do původního stavu. Potom je výstupní signál spínače nulový.

Princip činnosti spínače BRP je v mnoha ohledech podobný jako u BSP-2.Uvnitř krabice je instalován indukční snímač (podle obvodu diferenciálního transformátoru), spoušť a zesilovač. Sekundární cívky s různým počtem závitů se zapínají v opačném směru. Při překrytí kotvy přes magnetický systém snímače se signál snižuje a po změně fáze se sepne spoušť a sepne externí výstupní relé (PE-21, 24 V, 16 Ohm).

Kotva připevněná k mechanismu má rozměry 80x15x3 mm. Mezera mezi kotvou a snímačem je 4 mm. Přesnost spínačů v nominálním režimu je ± 0,5 mm, spínací diference není větší než 5 mm. Na. kolísání napájecího napětí a teploty může chyba spínačů BSP-2 a BRP dosáhnout ± (2,5-f-3,0) mm.

Vysokofrekvenční indukční snímače VKB

Vysoce přesné indukční snímače typu VKB s kotvou ve tvaru U nebo ploché se používají také pro automatizaci obráběcích strojů. Póly vestavěného transformátoru tvoří otevřený elektromagnetický systém. Pracovní vzduchová mezera je 0,1-0,15 mm.

Výstupní napětí ze sekundárního vinutí transformátoru je přivedeno do diferenciálního měřicího obvodu a poté do tranzistorového zesilovače. Celková chyba snímače při kolísání teploty od 5 do 40 °C a napětí od 85 do 110 % jmenovité hodnoty je ± (0,064-0,15) mm, rozdíl odezvy nepřesahuje 0,4 mm. Maximální rychlost pohybu mechanismu je 10 m / mm. Rozměry snímače 62x34x24 mm. Napájecí napětí 12V.

Speciální typy přesných indukčních snímačů pro obráběcí stroje s diferenciálním obvodem mají chybu menší než ± 0,01 mm.Mezi takové snímače patří bezkontaktní pohybový spínač typu VPB12 sestávající ze snímačové jednotky na elektronické jednotce. Senzorová jednotka obsahuje indukční pracovní senzor, indukční kompenzační senzor a desky plošných spojů. Mechanismus je namontován: ovládací feritový prvek. Napájecí napětí 12 V DC. Maximální expoziční vzdálenost není větší než 0,12 mm. K výstupu snímače lze připojit relé typu RPU-0. Maximální zatěžovací proud výstupního zařízení je 0,16 A.

Senzory polohy generátoru

Senzory tohoto typu jsou kompaktní a velmi přesné. Senzorové generátory řady KVD-6M a KVD-25 (se sloty), KVP-8 a KVP-16 (letadlové) se dobře osvědčily. Jsou vhodné pro použití ve vysokých koncentracích vlhkosti a prachu. Prvky tranzistorového obvodu snímače (generátor a spoušť) jsou umístěny v pouzdře z nárazuvzdorného polystyrenu. Utěsnění se provádí za studena tvrdnoucí směsí. Rozsah provozních teplot je od —30 do +50 °C.

Senzor HPC generuje diskrétní signál, když kovová destička ("vlajka") projde štěrbinou, což způsobí poruchu generování a sepnutí spouště. Šířka štěrbiny je 6 mm pro snímač KVD-6M a 25 mm pro snímač KVD-25.

Senzory KVP-8 a KVP-16 se aktivují, když kolem nich projde kovová deska ve vzdálenosti maximálně 8 a 16 mm.