Bezdotykové snímače polohy mechanizmov

V tomto článku budeme hovoriť o snímačoch polohy mechanizmov. Hlavnou funkciou akéhokoľvek senzora je v podstate dať signál, keď nastane konkrétna udalosť. To znamená, že keď nastane spúšťacia udalosť, senzor sa aktivuje a generuje signál, ktorý môže byť analógový alebo diskrétny, digitálny.

Limitné snímače sa používajú ako snímače polohy už mnoho desaťročí. prepínače. Pozostávajú z elektrických kontaktov, ktoré sa mechanicky otvárajú alebo zatvárajú, keď nejaká premenná (poloha) dosiahne určitú hodnotu. Koncové spínače rôznych typov sú dôležitou súčasťou mnohých riadiacich systémov, ktorých spoľahlivosť závisí od nich. takéto snímače obsahujú pohyblivé mechanické prvky, ktorých zdroje sú obmedzené.

Koncové spínače sú v súčasnosti aktívne nahrádzané rôznymi senzormi priblíženia. Najčastejšie snímače priblíženia týchto typov: indukčné, generátorové, magnetohercon a fotoelektronické. Tieto snímače nemajú žiadny mechanický kontakt s pohybujúcim sa objektom, ktorého poloha je monitorovaná.

Bezdotykové snímače polohy zabezpečujú vysokú rýchlosť a vysokú frekvenciu zapínania mechanizmu. Určitou nevýhodou týchto snímačov je závislosť, ich presnosť, na zmenách napájacieho napätia a teploty. V závislosti od požiadaviek môže byť výstupné zariadenie týchto zariadení nasledovné bezkontaktný logický prvoka elektrické relé.

V presných brzdových schémach elektrických pohonov možno senzory priblíženia použiť ako na príkaz podradenia, tak aj na konečné zastavenie.

Dnes je na trhu veľa typov snímačov, no v rámci tohto článku upozorníme na tému priamo indukčné snímače polohy, keďže vo viac ako 80% prípadov slúžia ako snímače polohy mechanizmov práve indukčné snímače.

Indukčný snímač sa spustí, keď sa kov priblíži k svojej spúšťacej zóne. Z tohto dôvodu sa indukčné snímače polohy nazývajú aj snímače prítomnosti, snímače priblíženia alebo jednoducho indukčné spínače.

Uvažujme teraz o princípe fungovania indukčného snímača. Ako bolo uvedené vyššie, keď je kov dostatočne blízko k spúšťacej zóne, senzor sa aktivuje. Tento jav spočíva v interakcii zúčastnených induktory s približujúcim sa kovom, ktorý prudko mení veľkosť magnetického poľa cievky, čo vedie k aktivácii snímača, je spustený, na jeho výstupe sa objaví zodpovedajúci signál.

Elektronická časť zariadenia obsahuje riadiaci obvod, ktorý zase riadi reléový alebo tranzistorový spínač. Pozostáva z nasledujúcich častí:

• Generátor, ktorý vytvára elektromagnetické pole potrebné na interakciu s objektom.

• Schmittova spúšť poskytujúca spínaciu hysterézu.

• Zosilňovač na zvýšenie amplitúdy signálu tak, aby dosiahol požadovanú akčnú hodnotu.

• LED indikátor informujúci o stave spínača. Poskytuje tiež monitorovanie a konfiguráciu výkonu.

• Zmes na ochranu pred prienikom pevných častíc a vody.

• Kryt pre montáž snímača a ochranu pred rôznymi mechanickými vplyvmi je vyrobený z mosadze alebo polyamidu a je zakončený spojovacími prvkami.

Indukčné snímače polohy sú široko používané v systémoch priemyselnej automatizácie, kde je potrebné periodicky alebo neustále určovať polohu ktorejkoľvek časti mechanizmu. Senzor generuje signál, ktorý sa posiela do meniča. Ako výkonný mechanizmus môže pôsobiť štartér, regulátor, relé, frekvenčný menič atď. Hlavná vec je, že parametre snímača zodpovedajú parametrom pohonu z hľadiska napätia a prúdu.

Väčšina snímačov nie sú výkonové zariadenia, sú to predovšetkým signalizačné zariadenia, preto samotný snímač spravidla nič výkonovo nespína, ale iba riadi, dáva riadiaci signál, pôsobí ako akčné iniciačné zariadenie, ktoré je už možné pripojiť na prepínanie napájania.

Moderné indukčné snímače polohy sa najčastejšie nachádzajú v dvoch verziách plastových alebo kovových puzdier: pravouhlé alebo valcové. Priemer snímača s kruhovým prierezom môže byť od 4 do 30 mm, no najčastejšie sa používajú priemery 18 a 12 mm.

Keď je snímač namontovaný na zariadení, medzi kovovou doskou a zónou ovládania snímača je nastavená medzera, zvyčajne táto vzdialenosť nepresahuje priemer snímača a spravidla sa ukáže, že je 2-3 krát menšia ako jeho priemer.

Podľa spôsobu pripojenia môžu byť indukčné snímače polohy dvojvodičové, trojvodičové, štvorvodičové a päťvodičové.

Dvojvodičové priame spínanie záťaže, ako napr štartovacia cievka, to znamená, že fungujú ako bežný vypínač. Dvojvodičové snímače vyžadujú odolnosť proti zaťaženiu, takže nie sú vždy vhodné ako spoľahlivý nástroj, ale nestrácajú svoj význam.

Záťaž sa jednoducho zapojí do série so snímačom, ak sa používa konštantné napätie, je dôležité dodržať polaritu, ak nie je dôležitá striedavá polarita, hlavný je spínaný výkon a prúd.

Trojvodičové snímače majú tretí vodič na napájanie samotného snímača a toto je najobľúbenejšie riešenie. Štvorvodičové a päťvodičové snímače majú tranzistorové alebo reléové výstupy na pripojenie záťaže a piaty vodič umožňuje zvoliť prevádzkový režim snímača, počiatočný stav výstupov.

Pretože výstupy môžu byť reléové aj tranzistorové, senzory sú rozdelené do troch typov podľa zariadenia výstupov: relé, npn a pnp.

Senzory s reléovým výstupom

Snímač s reléovým výstupom má galvanické oddelenie napájacieho obvodu od priloženého obvodu. Spína jeden vodič a napätie v spínanom obvode nie je zvlášť kritické. Keďže napájací obvod snímača je galvanicky oddelený, možno to považovať za výhodu reléového snímača. Senzory tohto typu sú zvyčajne veľké.

Senzory s pnp tranzistorovým výstupom

Senzor má na výstupe pnp tranzistor, ktorý komutuje kladný vodič so záťažou. Záťaž je pripojená ku kolektorovému obvodu výstupného pnp tranzistora, ktorý je permanentne pripojený k zápornému pólu cez jeho druhý vodič.

Senzory s npn tranzistorovým výstupom

Senzor má na výstupe NPN tranzistor, ktorý komutuje záporný vodič so záťažou. Na kolektorový obvod výstupného npn tranzistora je pripojená záťaž, ktorá je svojim druhým vývodom trvalo spojená s kladným vývodom.

Podľa počiatočného stavu výstupov môžu byť indukčné snímače polohy normálne zatvorené alebo normálne otvorené. Počiatočný stav znamená, že tento stav je v momente, keď snímač ešte nie je spustený, teda nie je aktivovaný.

Ak sú výstupné kontakty normálne zatvorené, potom je záťaž pripojená v čase nečinnosti, ak je normálne otvorená, potom, kým sa nespustí snímač, záťaž bude odpojená a do pohonu nebude privádzaná žiadna energia (napr. stýkač). Normálne uzavreté kontakty sú označené v anglickom formáte — N.C. (Normally Closed), Normally Open — N.O. (Normálne otvorené).

Snímače s tranzistorovými výstupmi sú teda štyroch typov: dva typy podľa vodivosti (pnp alebo npn) a dva typy podľa počiatočného stavu výstupov. Môže tiež dôjsť k oneskoreniu pri zapnutí alebo vypnutí.

V závislosti od typu pohonu, ktorý je pripojený k snímaču, ako aj spôsobu napájania, môže byť logika snímača pozitívna alebo negatívna. Je to spôsobené úrovňou napätia, ktorá aktivuje vstup zariadenia.

Ak je vstup aktivovaný, keď je záporný vodič ovládača pripojený k zemi, na mínus, potom sa logika nazýva negatívna, takéto spojenie je charakteristické pre snímače s tranzistorovými výstupmi typu npn.

Kladná logika zodpovedá pripojeniu kladného vodiča meniča ku kladnému napájaciemu zdroju pri aktivácii, táto logika je typická pre snímače s tranzistorovými výstupmi pnp. Najčastejšie existuje pozitívna logika fungovania indukčných snímačov polohy mechanizmov.

Staršie najčastejšie používané typy indukčných snímačov polohy

Indukčné snímače polohy IKV-22

Indukčné snímače IKV-22. Činnosť týchto snímačov je založená na princípe zmeny indukčného odporu cievok s oceľovým jadrom pri zmene vzduchovej medzery v magnetickom obvode.

Magnetický obvod s dvoma cievkami je namontovaný na oceľovej platni, uzavretej plastovým krytom. Zo spodnej strany sú na platničku pripevnené dva kondenzátory MBGP (jeden s kapacitou 15 μF, 200 V, druhý s kapacitou 10 μF, 400 V). Kondenzátory sú zakryté krytom. Kábel je pripojený cez tesnenie. Na mechanizme je inštalovaný magnetický bočník, ktorého rozmery musia byť minimálne: hrúbka 2 mm, šírka 80 mm, dĺžka 140 mm. Vzduchová medzera medzi magnetickým obvodom a bočníkom je 6 ± 4 mm.

Výstupné relé sa zvyčajne zapína a vypína v momente prechodu magnetického bočníka cez snímač, kedy v dôsledku zmeny indukčného odporu cievky dôjde k prúdovej rezonancii a dôjde k poklesu prúdu cievkou relé. Tieto relé: typ MKU-48, 12 V AC, odberový prúd nie väčší ako 0,45 A, poklesový prúd nie menší ako 0,1 A.Napájacie napätie obvodu snímača je 24 V AC relé.

Indukčné snímače polohy ID-5

V hutníckych dielňach sa používajú indukčné snímače typu ID-5, určené na prácu pri teplote okolia do + 80 ° C a vlhkosti do 100 %. Vodivý prach a vodný kameň sú prijateľné. So snímačom je použitý polovodičový výstupný zosilňovač typu UID-10. Výstupný výkon zosilňovača (25 W) je dostatočný na zapnutie rozšírených relé REV-800, stýkačov KP21, MK-1 atď.

Vzduchová medzera medzi snímačom a pozorovaným feromagnetickým objektom môže byť až 30 mm. Rozmery snímača ID-5 sú 187x170x70 mm, napájacie napätie je 220 V ± 15%, 50 Hz.

Malé bezkontaktné spínače BSP

Malé pohybové spínače BSP-2 (s bezkontaktným výstupom, na logický prvok) a BRP (s výstupom na relé PE-21, 24 V, 16 Ohm) sa používajú na obrábacích strojoch.

Prepínač BSP-2 pozostáva z diferenciálneho transformátorového snímača a polovodičovej spúšte. Magnetický systém prvej cievky snímača sa pohybuje pomocou oceľovej dosky a s druhou cievkou sa manipuluje, keď sa pohybuje po svojom magnetickom systéme spojenom s mechanizmom plochej kotvy. Cievky sú zapnuté v opačnom smere.

Ak je kotva nad snímačom, indukčné reaktancie cievok sú rovnaké a výstup snímača diferenciálneho transformátora je nulový. V tomto prípade sa na výstupe spúšte objaví napätie aspoň 2,5 V, čo stačí na to, aby logický prvok fungoval.

Pri absencii kotvy nad snímačom sa na spúšť privedie napätie, ktoré ju vráti do pôvodného stavu. Potom je výstupný signál spínača nulový.

Princíp činnosti spínača BRP je v mnohom podobný ako u BSP-2.Vnútri skrinky je inštalovaný indukčný snímač (podľa obvodu diferenciálneho transformátora), spúšť a zosilňovač. Sekundárne cievky s rôznym počtom závitov sú zapnuté v opačnom smere. Keď kotva prekrýva magnetický systém snímača, signál klesá a po zmene fázy sa prepne spúšť a aktivuje sa externé výstupné relé (PE-21, 24 V, 16 Ohm).

Kotva pripevnená k mechanizmu má rozmery 80x15x3 mm. Medzera medzi kotvou a snímačom je 4 mm. Presnosť spínačov v nominálnom režime je ± 0,5 mm, rozdiel aktivácie nie je väčší ako 5 mm. O. kolísanie napájacieho napätia a teploty môže chyba spínačov BSP-2 a BRP dosiahnuť ± (2,5-f-3,0) mm.

Vysokofrekvenčné indukčné snímače VKB

Pre automatizáciu kovoobrábacích strojov sa používajú aj vysoko presné indukčné snímače typu VKB s kotvou v tvare U alebo plochou. Póly vstavaného transformátora tvoria otvorený elektromagnetický systém. Pracovná vzduchová medzera je 0,1-0,15 mm.

Výstupné napätie zo sekundárneho vinutia transformátora sa privádza do diferenciálneho meracieho obvodu a potom do tranzistorového zosilňovača. Celková chyba snímača s kolísaním teploty od 5 do 40 °C a napätím od 85 do 110 % nominálnej hodnoty je ± (0,064-0,15) mm, rozdiel v odozve nepresahuje 0,4 mm. Maximálna rýchlosť pohybu mechanizmu je 10 m / mm. Rozmery snímača 62x34x24 mm. Napájacie napätie 12V.

Špeciálne typy presných indukčných snímačov pre kovoobrábacie stroje s diferenciálnym obvodom majú chybu menšiu ako ± 0,01 mm.Medzi takéto snímače patrí bezkontaktný pohybový spínač typu VPB12, ktorý pozostáva zo snímačovej jednotky na elektronickej jednotke. Senzorová jednotka obsahuje indukčný pracovný senzor, indukčný kompenzačný senzor a dosky plošných spojov. Mechanizmus je namontovaný: ovládací feritový prvok. Napájacie napätie 12 V DC. Maximálna expozičná vzdialenosť nie je väčšia ako 0,12 mm. Na výstup snímača je možné pripojiť relé typu RPU-0. Maximálny zaťažovací prúd výstupného zariadenia je 0,16 A.

Snímače polohy generátora

Snímače tohto typu sú kompaktné a veľmi presné. Senzorové generátory rady KVD-6M a KVD-25 (so slotmi), KVP-8 a KVP-16 (lietadlá) sa osvedčili. Sú vhodné na použitie vo vysokých koncentráciách vlhkosti a prachu. Prvky tranzistorového obvodu snímača (generátor a spúšť) sú umiestnené v puzdre z nárazuvzdorného polystyrénu. Utesnenie sa vykonáva zmesou vytvrdzujúcou za studena. Rozsah prevádzkových teplôt je od —30 do +50°C.

Senzor HPC generuje diskrétny signál, keď kovová platňa ("vlajka") prejde štrbinou, čo spôsobí poruchu generovania a spínania spúšte. Šírka štrbiny je 6 mm pre snímač KVD-6M a 25 mm pre snímač KVD-25.

Senzory KVP-8 a KVP-16 sa aktivujú, keď okolo nich prejde kovová platňa vo vzdialenosti maximálne 8 a 16 mm.