Beskontaktni senzori položaja mehanizama

U ovom ćemo članku govoriti o senzorima položaja mehanizama. U osnovi, glavna funkcija svakog senzora je dati signal kada se dogodi određeni događaj. Odnosno, kada se dogodi događaj okidača, senzor se aktivira i generira signal, koji može biti analogni ili diskretni, digitalni.

Granični senzori se desetljećima koriste kao senzori položaja. sklopke. Sastoje se od električnih kontakata koji se mehanički otvaraju ili zatvaraju kada neka varijabla (položaj) dosegne određenu vrijednost. Granični prekidači raznih vrsta važan su dio mnogih upravljačkih sustava, čija pouzdanost ovisi o njima. takvi senzori sadrže pokretne mehaničke elemente čiji su resursi ograničeni.

Trenutno se granični prekidači aktivno zamjenjuju raznim senzorima blizine. Najčešće senzori blizine sljedećih vrsta: induktivni, generatorski, magnetoherkon i fotoelektronički. Ovi senzori nemaju mehanički kontakt s pokretnim objektom čiji se položaj prati.

Beskontaktni senzori položaja osiguravaju veliku brzinu i visoku frekvenciju uključivanja mehanizma. Određeni nedostatak ovih senzora je ovisnost, njihova točnost, o promjenama napona napajanja i temperature. Ovisno o zahtjevima, izlazni uređaj ovih uređaja može biti sljedeći beskontaktni logički elementi električni relej.

U shemama preciznog kočenja električnih pogona, senzori blizine mogu se koristiti i za naredbu prebacivanja u niži stupanj prijenosa i konačnog zaustavljanja.

Danas na tržištu postoje mnoge vrste senzora, ali u okviru ovog članka ćemo istaknuti temu direktno induktivni senzori položaja, jer u više od 80% slučajeva upravo induktivni senzori služe kao senzori položaja mehanizama.

Induktivni senzor se aktivira kada se metal približi zoni okidanja. Zbog toga se induktivni senzori položaja nazivaju i senzori prisutnosti, senzori blizine ili jednostavno induktivni prekidači.

Razmotrimo sada princip rada induktivnog senzora. Kao što je gore spomenuto, kada je metal dovoljno blizu zoni okidača, senzor se aktivira. Ovaj fenomen se sastoji u interakciji uključenih induktori s metalom koji mu se približava, što oštro mijenja veličinu magnetskog polja zavojnice, što dovodi do aktivacije senzora, aktivira se, na njegovom izlazu pojavljuje se odgovarajući signal.

Elektronički dio uređaja sadrži upravljački krug, koji zauzvrat kontrolira relej ili tranzistorsku sklopku. Sastoji se od sljedećih dijelova:

• Generator koji stvara elektromagnetsko polje potrebno za interakciju s objektom.

• Schmittov okidač koji osigurava histerezu preklapanja.

• Pojačalo za povećanje amplitude signala tako da dosegne potrebnu vrijednost aktiviranja.

• LED indikator koji obavještava o statusu prekidača. Također omogućuje praćenje performansi i konfiguraciju.

• Smjesa za zaštitu od prodora čvrstih čestica i vode.

• Kućište za montažu senzora i zaštitu od raznih mehaničkih utjecaja.Izrađeno je od mesinga ili poliamida i završeno sa pričvrsnicama.

Induktivni senzori položaja naširoko se koriste u industrijskim sustavima automatizacije gdje je potrebno povremeno ili stalno određivati ​​položaj bilo kojeg dijela mehanizma. Senzor generira signal koji se šalje pogonu. Starter, regulator, relej, pretvarač frekvencije itd. mogu djelovati kao izvršni mehanizam. Glavna stvar je da parametri senzora odgovaraju parametrima pogona u smislu napona i struje.

Većina senzora nisu energetski uređaji, oni su prvenstveno signalni uređaji, stoga sam senzor, u pravilu, ne prebacuje ništa snažno, već samo upravlja, daje upravljački signal, djeluje kao uređaj za pokretanje akcije koji se već može spojiti na prebacivanje napajanja .

Suvremeni induktivni senzori položaja najčešće se nalaze u dvije izvedbe plastičnog ili metalnog kućišta: pravokutno ili cilindrično. Promjer senzora kružnog presjeka može biti od 4 do 30 mm, ali najčešće se koriste promjeri 18 i 12 mm.

Kada se senzor montira na opremu, postavlja se razmak između metalne ploče i zone aktiviranja senzora, obično ta udaljenost ne prelazi promjer senzora i, u pravilu, ispada da je 2-3 puta manja od njegov promjer.

Prema načinu spajanja induktivni senzori položaja mogu biti dvožilni, trožilni, četverožični i peterožilni.

Dvožilni izravno prebacite opterećenje, kao što je zavojnica startera, odnosno rade kao konvencionalni prekidač. Dvožilni senzori zahtijevaju otpornost na opterećenje, tako da nisu uvijek prikladni kao pouzdan alat, ali ne gube svoju važnost.

Opterećenje je jednostavno spojeno u seriju sa senzorom, ako se koristi konstantni napon, važno je promatrati polaritet, ako izmjenični polaritet nije važan, glavna stvar je uključena snaga i struja.

Trožilni senzori imaju treću žicu za napajanje samog senzora i to je najpopularnije rješenje. Četverožilni i petožilni senzori imaju tranzistorske ili relejne izlaze za povezivanje opterećenja, a peta žica omogućuje odabir načina rada senzora, početnog stanja izlaza.

Budući da izlazi mogu biti i relejni i tranzistorski, senzori se sukladno tome dijele u tri vrste prema uređaju izlaza: relejni, npn i pnp.

Senzori s relejnim izlazom

Senzor s relejnim izlazom ima galvansku izolaciju kruga napajanja od uključenog kruga. Prebacuje jednu žicu i napon u sklopljenom krugu nije osobito kritičan. Budući da je krug napajanja senzora galvanski odvojen, to se može smatrati prednošću relejnog senzora. Senzori ovog tipa obično su veliki.

Senzori s pnp tranzistorskim izlazom

Senzor ima pnp tranzistor na izlazu koji komutira pozitivnu žicu s opterećenjem. Opterećenje je spojeno na kolektorski krug izlaznog pnp tranzistora, koji je trajno spojen na minus preko svog drugog voda.

Senzori s npn tranzistorskim izlazom

Senzor ima NPN tranzistor na izlazu koji komutira negativnu žicu s opterećenjem. Opterećenje je spojeno na kolektorski krug izlaznog npn tranzistora, koji je svojim drugim izvodom trajno povezan s pozitivnim izvodom.

Prema početnom stanju izlaza, induktivni senzori položaja mogu biti normalno zatvoreni ili normalno otvoreni kontakti. Početno stanje znači da je to stanje u trenutku kada senzor još nije aktiviran, odnosno nije aktiviran.

Ako su izlazni kontakti normalno zatvoreni, tada je opterećenje spojeno u praznom hodu, ako je normalno otvoreno, tada dok se senzor ne aktivira, opterećenje će biti odsječeno i neće se napajati pogon (npr. kontaktor). Normalno zatvoreni kontakti označeni su u engleskom formatu — N.C. (Normalno zatvoren), normalno otvoren — N.O. (Normalno otvoren).

Dakle, senzori s tranzistorskim izlazima su četiri tipa: dva tipa prema vodljivosti (pnp ili npn) i dva tipa prema početnom stanju izlaza. Također može doći do kašnjenja prilikom uključivanja ili isključivanja.

Ovisno o vrsti pogona koji je spojen na senzor, kao i načinu napajanja, logika senzora može biti pozitivna ili negativna. To je zbog razine napona koja aktivira ulaz uređaja.

Ako je ulaz aktiviran kada je negativna žica aktuatora spojena na masu, na minus, tada se logika naziva negativna, takva veza je karakteristična za senzore s tranzistorskim izlazima tipa npn.

Pozitivna logika odgovara povezivanju pozitivne žice pogona s pozitivnim napajanjem kada je aktivirana, ova je logika tipična za senzore s pnp tranzistorskim izlazima. Najčešće postoji pozitivna logika rada induktivnih senzora za položaj mehanizama.

Stariji najčešće korišteni tipovi induktivnih senzora položaja

Induktivni senzori položaja IKV-22

Induktivni senzori IKV-22. Rad ovih senzora temelji se na principu promjene induktivnog otpora zavojnica s čeličnom jezgrom kada se promijeni zračni raspor u magnetskom krugu.

Magnetski krug s dvije zavojnice postavljen je na čeličnu ploču, zatvorenu plastičnim poklopcem. Na ploču su s donje strane pričvršćena dva MBGP kondenzatora (jedan kapaciteta 15 μF, 200 V, drugi kapaciteta 10 μF, 400 V). Kondenzatori su prekriveni poklopcem. Kabel je spojen kroz brtvu. Na mehanizam je ugrađen magnetski shunt čije dimenzije moraju biti najmanje: debljina 2 mm, širina 80 mm, duljina 140 mm. Zračni raspor između magnetskog kruga i šanta je 6 ± 4 mm.

Izlazni relej obično se uključuje i isključuje u trenutku kada magnetski shunt prolazi kroz senzor, kada zbog promjene induktivnog otpora zavojnice dolazi do rezonancije struje i pada struje kroz zavojnicu releja. Ovi releji: tip MKU-48, 12 V AC, struja vuče ne više od 0,45 A, struja pada ne manje od 0,1 A.Napon napajanja kruga senzora je 24 V AC relej.

Induktivni senzori položaja ID-5

U metalurškim radionicama koriste se induktivni senzori tipa ID-5, dizajnirani za rad na temperaturama okoline do + 80 ° C i vlažnosti do 100%. Vodljiva prašina i kamenac su prihvatljivi. Sa senzorom se koristi poluvodičko izlazno pojačalo tipa UID-10. Izlazna snaga pojačala (25 W) dovoljna je za uključivanje rasprostranjenih releja REV-800, kontaktora KP21, MK-1 itd.

Zračni raspor između senzora i promatranog feromagnetskog objekta može biti do 30 mm. Dimenzije senzora ID-5 su 187x170x70 mm, napon napajanja je 220 V ± 15%, 50 Hz.

BSP beskontaktni prekidači male veličine

Prekidači malih pokreta BSP-2 (s beskontaktnim izlazom, na logički element) i BRP (s izlazom na relej PE-21, 24 V, 16 Ohm) koriste se na strojevima za rezanje metala.

Prekidač BSP-2 sastoji se od senzora diferencijalnog transformatora i poluvodičkog okidača. Magnetski sustav prve zavojnice senzora pomiče čelična ploča, a drugom zavojnicom se manipulira dok se pomiče preko svog magnetskog sustava povezanog s mehanizmom ravne armature. Zavojnice su uključene u suprotnom smjeru.

Ako je armatura iznad senzora, induktivne reaktancije zavojnica su jednake i izlaz senzora diferencijalnog transformatora je nula. U tom slučaju na izlazu okidača pojavljuje se napon od najmanje 2,5 V, što je dovoljno za rad logičkog elementa.

U nedostatku armature iznad senzora, na okidač se dovodi napon koji ga vraća u prvobitno stanje. Tada je izlazni signal sklopke nula.

Načelo rada BRP sklopke na mnogo je načina slično BSP-2.Unutar kutije ugrađen je induktivni senzor (prema krugu diferencijalnog transformatora), okidač i pojačalo. Sekundarne zavojnice s različitim brojem zavoja uključuju se u suprotnom smjeru. Kako armatura prekriva magnetski sustav senzora, signal se smanjuje i nakon promjene faze, okidač se prebacuje i aktivira se vanjski izlazni relej (PE-21, 24 V, 16 Ohm).

Anker fiksiran na mehanizam je dimenzija 80x15x3 mm. Razmak između sidra i senzora je 4 mm. Točnost prekidača u nominalnom načinu rada je ± 0,5 mm, razlika aktiviranja nije veća od 5 mm. Na. fluktuacije napona i temperature napajanja, pogreška prekidača BSP-2 i BRP može doseći ± ​​(2,5-f-3,0) mm.

Visokofrekventni induktivni senzori VKB

Visokoprecizni induktivni senzori tipa VKB s U-oblikom ili ravnom armaturom također se koriste za automatizaciju strojeva za rezanje metala. Polovi ugrađenog transformatora čine otvoreni elektromagnetski sustav. Radni zračni raspor je 0,1-0,15 mm.

Izlazni napon iz sekundarnog namota transformatora dovodi se u diferencijalni mjerni krug, a zatim u tranzistorsko pojačalo. Ukupna pogreška senzora s temperaturnim fluktuacijama od 5 do 40 ° C i naponom od 85 do 110% nominalne vrijednosti je ± (0,064-0,15) mm, razlika u odzivu ne prelazi 0,4 mm. Maksimalna brzina kretanja mehanizma je 10 m / mm. Dimenzije senzora 62x34x24 mm. Napon napajanja 12 V.

Posebni tipovi preciznih induktivnih senzora za strojeve za rezanje metala s diferencijalnim krugom imaju pogrešku manju od ± 0,01 mm.Takvi senzori uključuju beskontaktni prekidač gibanja tipa VPB12, koji se sastoji od senzorske jedinice na elektroničkoj jedinici. Senzorska jedinica uključuje induktivni radni senzor, induktivni kompenzacijski senzor i tiskane pločice. Montiran je mehanizam: kontrolni feritni element. Napon napajanja 12 V DC. Maksimalna udaljenost izloženosti nije veća od 0,12 mm. Na izlaz senzora može se spojiti relej tipa RPU-0. Maksimalna struja opterećenja izlaznog uređaja je 0,16 A.

Senzori položaja generatora

Senzori ove vrste su kompaktni i vrlo precizni. Senzorski generatori serije KVD-6M i KVD-25 (s utorima), KVP-8 i KVP-16 (zrakoplovi) dobro su se pokazali. Prikladni su za korištenje u uvjetima visoke koncentracije vlage i prašine. Elementi tranzistorskog kruga senzora (generator i okidač) nalaze se u kućištu od polistirena otpornog na udarce. Brtvljenje se vrši hladno otvrdnjavajućom masom. Raspon radne temperature je od -30 do +50 ° C.

HPC senzor generira diskretni signal kada metalna ploča ("zastavica") prođe kroz utor, uzrokujući smetnje u generiranju i prebacivanju okidača. Širina utora je 6 mm za senzor KVD-6M i 25 mm za senzor KVD-25.

Senzori KVP-8 i KVP-16 aktiviraju se kada metalna ploča prođe pored njih na maksimalnoj udaljenosti od 8 odnosno 16 mm.