Beröringsfria sensorer för placering av mekanismer

I den här artikeln kommer vi att prata om positionssensorer för mekanismer. I grund och botten är huvudfunktionen för alla sensorer att ge en signal när en specifik händelse inträffar. Det vill säga när en triggerhändelse inträffar, aktiveras sensorn och genererar en signal, som kan vara analog eller diskret, digital.

Gränssensorer har använts som positionssensorer i många decennier. växlar. De består av elektriska kontakter som mekaniskt öppnar eller stänger när någon variabel (position) når ett visst värde. Gränslägesbrytare av olika slag är en viktig del av många styrsystem, vars tillförlitlighet beror på dem. sådana sensorer innehåller rörliga mekaniska element vars resurser är begränsade.

Gränslägesbrytare ersätts för närvarande aktivt av olika närhetssensorer. Oftast närhetssensorer av följande typer: induktiv, generator, magnetohercon och fotoelektroniska. Dessa sensorer har ingen mekanisk kontakt med det rörliga föremålet vars position övervakas.

Beröringsfria positionssensorer säkerställer hög hastighet och hög frekvens för att slå på mekanismen. En viss nackdel med dessa sensorer är beroendet, deras noggrannhet, av förändringar i matningsspänning och temperatur. Beroende på kraven kan utgångsenheten för dessa enheter vara som följer kontaktlöst logikelementoch elektriskt relä.

I precisionsbromsningssystem för elektriska drivningar kan närhetssensorer användas både för att beordra en nedväxling och ett slutstopp.

Det finns många typer av sensorer på marknaden idag, men inom ramen för denna artikel kommer vi att belysa ämnet direkt induktiva positionssensorer, eftersom det i mer än 80% av fallen är induktiva sensorer som fungerar som sensorer för positionering av mekanismer.

Den induktiva sensorn utlöses när metallen närmar sig sin utlösningszon. Av denna anledning kallas induktiva positionssensorer även närvarosensorer, närhetssensorer eller helt enkelt induktiva omkopplare.

Låt oss nu överväga principen för driften av en induktiv sensor. Som nämnts ovan, när metallen är tillräckligt nära triggerzonen, aktiveras sensorn. Detta fenomen består i interaktionen mellan de inblandade induktorer med metall som närmar sig det, vilket kraftigt ändrar storleken på spolens magnetfält, vilket leder till aktivering av sensorn, utlöses den, motsvarande signal visas vid dess utgång.

Den elektroniska delen av enheten innehåller en styrkrets, som i sin tur styr ett relä- eller transistoromkopplare. Den består av följande delar:

• En generator som skapar ett elektromagnetiskt fält som behövs för att interagera med ett föremål.

• Schmitt-trigger ger växlingshysteres.

• En förstärkare för att öka signalens amplitud så att den når det erforderliga aktiveringsvärdet.

• LED-indikator som informerar om strömbrytarens status. Det ger också prestandaövervakning och konfiguration.

• Förening för att skydda mot penetrering av fasta partiklar och vatten.

• Hus för montering av sensorn och skydd mot olika mekaniska påverkningar.Den är gjord av mässing eller polyamid och är avslutad med fästelement.

Induktiva positionssensorer används ofta i industriella automationssystem där det är nödvändigt att periodiskt eller ständigt bestämma positionen för någon del av mekanismen. Sensorn genererar en signal som skickas till frekvensomriktaren. En startmotor, styrenhet, relä, frekvensomvandlare etc. kan fungera som en verkställande mekanism. Huvudsaken är att sensorns parametrar motsvarar frekvensomriktarens parametrar vad gäller spänning och ström.

De flesta av sensorerna är inte kraftenheter, de är i första hand signalenheter, därför växlar sensorn själv som regel inte något kraftfullt, utan bara styr, ger en kontrollsignal, fungerar som en åtgärdsinitieringsenhet som redan kan anslutas till strömbrytning.

Moderna induktiva positionssensorer finns oftast i två versioner av plast- eller metallhöljen: rektangulära eller cylindriska. Sensorns diameter med cirkulärt tvärsnitt kan vara från 4 till 30 mm, men de vanligaste diametrarna är 18 och 12 mm.

När sensorn är monterad på utrustning sätts ett gap mellan metallplattan och sensorns aktiveringszon, vanligtvis överstiger detta avstånd inte sensorns diameter och visar sig som regel vara 2-3 gånger mindre än dess diameter.

Enligt anslutningsmetoden kan induktiva positionssensorer vara tvåtrådiga, tretrådiga, fyrtrådiga och femtrådiga.

Tvåtrådsomkopplar belastningen direkt, som t.ex startspolen, det vill säga de fungerar som en konventionell switch. Tvåtrådssensorer kräver belastningsmotstånd, så de är inte alltid lämpliga som ett pålitligt verktyg, men de förlorar inte sin relevans.

Belastningen är helt enkelt ansluten i serie med sensorn, om konstant spänning används är det viktigt att observera polariteten, om växelpolaritet inte är viktigt är det viktigaste den omkopplade effekten och strömmen.

Tretrådssensorer har en tredje tråd för att driva själva sensorn, och detta är den mest populära lösningen. Fyrtråds- och femtrådssensorer har transistor- eller reläutgångar för anslutning av lasten, och den femte tråden låter dig välja sensorns driftläge, utgångarnas initiala tillstånd.

Eftersom utgångarna kan vara både relä och transistor, är sensorerna därför indelade i tre typer beroende på enheten för utgångarna: relä, npn och pnp.

Givare med reläutgång

En givare med reläutgång har galvanisk isolering av matningskretsen från den medföljande kretsen. Den växlar en tråd och spänningen i den switchade kretsen är inte särskilt kritisk. Eftersom sensorns strömförsörjningskrets är galvaniskt isolerad kan detta anses vara en fördel med reläsensorn. Sensorer av denna typ är vanligtvis stora.

Sensorer med pnp transistorutgång

Sensorn har en pnp-transistor vid utgången som kommuterar den positiva ledningen med lasten. En last är ansluten till kollektorkretsen på utgångs-pnp-transistorn, som är permanent ansluten till negativ genom sin andra ledning.

Givare med npn transistorutgång

Sensorn har en NPN-transistor vid utgången som kommuterar den negativa ledningen med lasten. En last är ansluten till kollektorkretsen för utgångs-npn-transistorn, som är permanent ansluten med sin andra ledning till den positiva ledningen.

Beroende på utgångsläget kan induktiva lägesgivare vara normalt slutna eller normalt öppna kontakter. Det initiala tillståndet innebär att detta tillstånd är i det ögonblick då sensorn ännu inte är utlöst, det vill säga den är inte aktiverad.

Om utgångskontakterna är normalt slutna, så kopplas lasten vid tomgång, om den är normalt öppen, tills sensorn utlöses, kommer lasten att stängas av och ingen ström tillförs frekvensomriktaren (t.ex. kontaktor). Normalt slutna kontakter betecknas i engelskt format — N.C. (Normalt stängt), Normalt öppet — N.O. (Normalt öppet).

Således är sensorer med transistorutgångar av fyra typer: två typer enligt konduktiviteten (pnp eller npn) och två typer enligt utgångarnas initiala tillstånd. Det kan också bli en fördröjning när du slår på eller av.

Beroende på vilken typ av frekvensomriktare som är ansluten till sensorn, såväl som strömförsörjningsmetoden, kan sensorns logik vara positiv eller negativ. Detta beror på spänningsnivån som aktiverar enhetens ingång.

Om ingången aktiveras när ställdonets negativa ledning är ansluten till marken, till minus, kallas logiken negativ, en sådan anslutning är karakteristisk för sensorer med transistorutgångar av npn-typ.

Positiv logik motsvarar att ansluta frekvensomriktarens positiva tråd till den positiva strömförsörjningen när den är aktiverad, denna logik är typisk för sensorer med pnp-transistorutgångar. Oftast finns det en positiv logik för driften av induktiva sensorer för mekanismernas position.

Äldre mest använda typer av induktiva lägesgivare

Induktiva lägesgivare IKV-22

Induktiva givare IKV-22. Driften av dessa sensorer är baserad på principen att ändra det induktiva motståndet hos spolar med en stålkärna när luftgapet i den magnetiska kretsen ändras.

En magnetisk krets med två spolar är monterad på en stålplåt, stängd med ett plastlock. Två MBGP-kondensatorer (en med en kapacitet på 15 μF, 200 V, den andra med en kapacitet på 10 μF, 400 V) är fästa på plattan från undersidan. Kondensatorerna är täckta med ett lock. Kabeln ansluts genom tätningen. En magnetisk shunt är installerad på mekanismen, vars dimensioner måste vara minst: tjocklek 2 mm, bredd 80 mm, längd 140 mm. Luftgapet mellan magnetkretsen och shunten är 6 ± 4 mm.

Utgångsreläet slås vanligtvis på och av i det ögonblick då den magnetiska shunten passerar genom sensorn, då på grund av en förändring i spolens induktiva resistans uppstår strömresonans och strömmen genom reläspolen sjunker. Dessa reläer: typ MKU-48, 12 V AC, dragström inte mer än 0,45 A, sänkström inte mindre än 0,1 A.Givarkretsens matningsspänning är 24 V AC relä.

Induktiva lägesgivare ID-5

I metallurgiska verkstäder används induktiva sensorer av ID-5-typ, utformade för att fungera vid omgivningstemperaturer upp till + 80 ° C och luftfuktighet upp till 100 %. Ledande damm och avlagringar är acceptabla. En halvledarutgångsförstärkare av UID-10-typ används med sensorn. Förstärkarens uteffekt (25 W) är tillräcklig för att slå på de utbredda REV-800-reläerna, kontaktorerna KP21, MK-1, etc.

Luftgapet mellan sensorn och det observerade ferromagnetiska föremålet kan vara upp till 30 mm. Dimensionerna på ID-5-sensorn är 187x170x70 mm, matningsspänningen är 220 V ± 15%, 50 Hz.

Liten BSP kontaktlösa strömbrytare

Små rörelseomkopplare BSP-2 (med beröringsfri utgång, till logikelement) och BRP (med utgång till relä PE-21, 24 V, 16 Ohm) används på metallskärmaskiner.

BSP-2-omkopplaren består av en differentialtransformatorsensor och en halvledartrigger. Det magnetiska systemet i den första sensorspolen förflyttas av en stålplåt, och den andra spolen manipuleras när den rör sig över sitt magnetiska system som är anslutet till den platta ankarmekanismen. Spolarna slås på i motsatt riktning.

Om ankaret är ovanför sensorn är spolarnas induktiva reaktanser lika och differentialtransformatorns sensorutgång är noll. I det här fallet visas en spänning på minst 2,5 V vid utgången av avtryckaren, vilket är tillräckligt för att det logiska elementet ska fungera.

I frånvaro av en armatur ovanför sensorn appliceras en spänning på avtryckaren, som återställer den till sitt ursprungliga tillstånd. Då är omkopplarens utsignal noll.

Funktionsprincipen för BRP-omkopplaren liknar på många sätt den för BSP-2. En induktiv sensor (enligt differentialtransformatorns krets), en trigger och en förstärkare är installerade inuti lådan. Sekundärspolar med olika antal varv slås på i motsatt riktning. När ankaret överlappar sensorns magnetiska system minskar signalen och efter fasbyte kopplas avtryckaren och ett externt utgångsrelä (PE-21, 24 V, 16 Ohm) aktiveras.

Ankaret som är fäst vid mekanismen har måtten 80x15x3 mm. Avståndet mellan ankaret och sensorn är 4 mm. Omkopplarnas noggrannhet i nominellt läge är ± 0,5 mm, aktiveringsskillnaden är inte mer än 5 mm. På. fluktuationer i matningsspänning och temperatur, felet hos BSP-2- och BRP-omkopplare kan nå ± (2,5-f-3,0) mm.

Högfrekventa induktiva sensorer VKB

Induktiva högprecisionsgivare av VKB-typ med U-formad eller platt ankare används också för automatisering av metallskärmaskiner. Polerna på den inbyggda transformatorn bildar ett öppet elektromagnetiskt system. Arbetsluftspalten är 0,1-0,15 mm.

Utspänningen från transformatorns sekundärlindning matas till en differentialmätkrets och sedan till en transistorförstärkare. Det totala felet för sensorn med temperaturfluktuationer från 5 till 40 ° C och spänning från 85 till 110% av det nominella värdet är ± (0,064-0,15) mm, skillnaden i svar överstiger inte 0,4 mm. Mekanismens maximala rörelsehastighet är 10 m / mm. Givarmått 62x34x24 mm. Matningsspänning 12 V.

Speciella typer av precisionsinduktiva sensorer för metallskärmaskiner med differentialkrets har ett fel på mindre än ± 0,01 mm.Sådana sensorer inkluderar en beröringsfri rörelseomkopplare av typen VPB12, bestående av en sensorenhet på en elektronisk enhet. Sensorenheten inkluderar en induktiv arbetssensor, en induktiv kompensationssensor och kretskort. Mekanismen är monterad: styr ferritelement. Matningsspänning 12 V DC. Det maximala exponeringsavståndet är inte mer än 0,12 mm. Ett relä av RPU-0-typ kan anslutas till sensorutgången. Den maximala belastningsströmmen för utenheten är 0,16 A.

Generatorpositionssensorer

Sensorer av denna typ är kompakta och mycket exakta. Sensorgeneratorer i serierna KVD-6M och KVD-25 (med slots), KVP-8 och KVP-16 (flygplan) har visat sig väl. De är lämpliga för användning i höga koncentrationer av fukt och damm. Elementen i sensorns transistorkrets (generator och trigger) är placerade i ett hölje av stöttålig polystyren. Tätning görs med en kallhärdande massa. Drifttemperaturområdet är från - 30 till +50 ° C.

HPC-sensorn genererar en diskret signal när en metallplatta («flagga») passerar genom spåret, vilket orsakar ett haveri i genereringen och bytet av avtryckaren. Spårets bredd är 6 mm för KVD-6M-sensorn och 25 mm för KVD-25-sensorn.

Sensorerna KVP-8 och KVP-16 aktiveras när en metallplatta passerar förbi dem på ett maximalt avstånd av 8 respektive 16 mm.