Бесконтактные датчики положения механизмов

Параметры индуктивных датчиков

Бесконтактные датчики положения механизмов
Индуктивные датчики с различными характеристиками Помимо диапазона срабатывания или чувствительности индуктивный датчик характеризуется следующими рабочими показателями:

  • Размер (диаметр) посадочной резьбы, у различных образцов принимающий значения от 8-ми до 30-ти мм.
  • Номинальное напряжение питания при температуре плюс 20 градусов, до 90 Вольт постоянного и до 230 Вольт – переменного токов.
  • Общая длина корпуса — ее значение зависит от рабочего напряжения.

Последний показатель у различных образцов может варьироваться в значительных пределах.

Для чувствительной или активной зоны прибора вводится еще один параметр, называемый гарантированным пределом срабатывания. Его нижняя граница равна нулю, а верхняя составляет 80 процентов от номинального значения. Этот показатель иногда называют поправочным коэффициентом рабочего зазора.

Не менее важный показатель функциональности чувствительного прибора – количество соединительных проводов в разъеме. Обычно их насчитывается два или три: два питающих и один для активации схемы. Однако возможны варианты подключения, при обустройстве которых используются четыре или пять контактных точек. Подобные образцы кроме двух питающих проводников содержат два выхода на нагрузку. При этом пятый проводник используется для выбора режима работы самого устройства.

Потенциометр – популярный компонент датчика

Наиболее часто используемым компонентом для всех «датчиков положения», как правило, является потенциометр. Приоритет использования потенциометра очевиден, так как конструкция является недорогим и удобным для применения в датчиках положения.

Потенциометр имеет скользящий контакт, связанный механически с валом. Конструкция контактного движения допустима как угловая (вращательная), так и линейная (ползунковая).

Главное требование — вызвать изменение значения сопротивления между контактами ползуна и двумя концевыми соединениями.

Таким способом формируется электрический сигнал, имеющий пропорциональное соотношение между фактическим состоянием ползуна резистивной дорожки потенциометра и значением сопротивления потенциометра. Другими словами – значение сопротивления пропорционально положению.

Структурная схема прибора по принципу потенциометра: 1 – ползунок потенциометра; 2 – кондуктивный или резистивный трек; 3, 7 – питание «плюс»; 4 – выходной сигнал; 5 – угловое перемещение вала; 6, 8 – питание «минус»; 9 – линейный выход

Потенциометры поставляются в широком диапазоне конструкций и размеров. Широко распространены круглые и длинные, плоские линейные потенциометры.

При использовании в качестве датчика положения, подвижный объект подключается непосредственно к вращающемуся валу или ползунку потенциометра.

Опорное напряжение постоянного тока подается через два внешних неподвижных соединения, образующих резистивный элемент. Сигнал выходного напряжения берётся от клеммы скользящего контакта, как показано ниже.

Такая конфигурация создаёт выходное напряжение (делитель напряжения), пропорциональное положению вала. Например, на резистивный элемент потенциометра подаётся напряжение 10 вольт.

Тогда на скользящем контакте максимальное выходное напряжение будет равно напряжению питания 10 вольт, а минимальное выходное напряжение, соответственно, 0 вольт.

Если ползунок потенциометра установить в центральной точке полного пути прохождения, на выходе, соответственно, получится половина питающего напряжения, то есть — 5 вольт.

Пример простой позиционной измерительной цепи:

1 – сенсор; 2 – питание «плюс»; 3, 4 – выходной усиленный сигнал; R1, R2, R3, R4 – электронные компоненты схемы усилителя; ОУ – операционный усилитель

Преимущества и недостатки датчиков-потенциометров

Резистивные датчики положения по типу потенциометра имеют массу преимуществ:

  • низкая цена,
  • экономичная технология,
  • простота использования и т. д.,

Однако датчикам положения присущи также много недостатков:

  • износ движущихся частей,
  • невысокая степень точности,
  • слабая повторяемость,
  • ограниченная частотная характеристика.

Главным недостатком считается использование потенциометра в качестве позиционного датчика.

Диапазон перемещения ползунка в этом случае (следовательно, получение выходного сигнала) ограничивается физическим размером используемого потенциометра.

Например, однооборотный поворотный потенциометр обычно имеет фиксированное механическое вращение в диапазоне 0º — 240º, максимум — 330º.

Тем не менее, доступны к применению многооборотные потенциометры с диапазоном вплоть до 3600º (10×360º) механического вращения.

Большинство типов потенциометров используют углеродную пленку под формирование резистивной дорожки. Но такой тип часто проявляет дефект электрических шумов (к примеру, регулятор громкости радиосигнала). Механический ресурс таких резисторов ограничен.

Сенсоры на основе проволочных реостатов

Другой тип — проволочные реостаты, изготовленные по форме проводника с прямой проволокой, либо в образе катушки, намотанной спиралью. Однако проволочные реостаты обладают проблемой, связанной с переходом по сегментам проволоки.

Это сопровождается логарифмическим результатом по выходу, что приводит к искажению выходного сигнала. Также проволочные реостаты дают электрические помехи.

Для высокоточных малошумных применений в настоящее время доступны потенциометры на основе полимерного сопротивления.

Такие конструкции имеют гладкую электрическую линейную резиновую дорожку с низким коэффициентом трения.

Конструкция дорожки обеспечивает:

  • низкий уровень шума,
  • длительный срок службы,
  • хорошее свойство дискретности.

Подобная технология доступна как для многооборотных, так и для однооборотных устройств. Типичное применение этого типа высокоточного датчика положения:

  • джойстик компьютерных игр,
  • рулевые колёса,
  • промышленные и роботизированные разработки.
Популярные статьи  Источники питания 24 и 12 Вольт

Фотоэлектрические датчики

Производитель утверждает, что фотоэлектрические датчики трех серий характеризуются уникальными возможностями, часто недоступными для традиционных фотоэлектрических датчиков. Так, FARS Series — это стандартный 18-мм цилиндрический диффузный датчик в неметаллическом корпусе, работающий на основе технологии подавления фона, которая позволяет значительно снизить ложное считывание за границами заданного расстояния. Расстояние считывания для этого датчика составляет 30 — 130 мм, а регулирующий потенциометр увеличивает точность устройства в пределах диапазона. MQ Series — это линейка диффузных фотоэлектрических датчиков переменного тока с уникальным 90° оптическим корпусом, что позволяет устанавливать его на стандартном 18-мм монтажном кронштейне или в отверстии в условиях, когда пространства ограничено. Он оснащен разъемным соединением M12 и обеспечивает подавление фона на расстоянии от 50 до 100 мм. HEE/HER Series — это пары датчиков для приема просвечивающего излучения в миниатюрном 8 -мм цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали с классом защиты IP67. Максимальная частота переключения этого датчика — 10 кГц, что позволяет использовать его в приложениях для высокоскоростного подсчета и управления движением.www.automationdirect.comAutomationDirect

Мониторинг паропроводов

LOCA (утечка охладителя) описавает аварию с утечкой охлаждающей жидкости в реакторе, причина которой может заключаться в нарушении трубопроводной системы. В худшем случае, можно предположить, что оба конца трубы отрезаны и утечка происходит через двойное сечение трубопровода. Соответственно рассичтывается аварийная охлаждающая система и размер резервной емкости реактора. Дублирующие системы должны быть доступны, поврежденные трубопроводы должны быть перекрыты аварийными клапанами за короткий промежуток времени. Причины аварии могут быть разными, например, землетрясение, крушение самолета или цунами.

Другое возможное явление — это гидроудар, который может произойти в горячих паропроводах при конденсации части насыщенного пара и накопления в трубе из-за недостаточного дренирования, так что неожиданно на определенных участках трубы все поперечное сечение оказывается заполнено водой. Водяной столб ускоряется давлением пара, и происходит удар, похожий на работу поршня цилиндра. Последующие изгибы трубопровода представляют препятствие водяному столбу и его массовой инерции. Давление в сети трубопроводов быстро возрастает и в несколько раз превышает максимальное давление пара и может исчерпать запас проектный прочности трубопровода, приводя к деформации или разрыву трубы.

Бесконтактные датчики положения механизмов

Мониторинг трубопроводов электростанций

В обоих авариях, LOCA (утечка охладителя) и гидроудар, важно постоянно контролировать важные для безопасности станции элементы, такие как трубопроводы охлаждения и паропроводы перегретого пара, а также, если необходимо, немедленно их перекрывать при помощи аварийных клапанов. Функции берут на себя дублирующие системы

Эффективное предохранительное устройство состоит из установленных датчиков перемещений трубопроводов, построенных по принципу полного индуктивного моста (LVDT). Индуктивный датчик перемещений передает данные о положении трубопровода в виде сигнала на пульт управления. Кроме того, низкочастотные вибрации трубопроводов могут служить сигналом о возможной аварии. Положение трубопроводов в нескольких различных точках отображается на пульте управления станции. Если результат измерений выходит за предварительно заданные пороговые значения с учетом возможных расчетных перемещений и амплитуды вибраций, подается сигнал тревоги и выполняется установленная аварийная процедура.

Бесконтактные датчики положения механизмов

Установка индуктивного датчика линейных перемещений для мониторинга паропроводов (измерение положения трубы)

Используются диапазоны измерений индуктивных датчиков линейных перемещений от 100 до 300 мм. Сами датчики должны выдерживать экстремальные условия эксплуатации без ущерба, например, максимальную температуру 180°C, паро-воздушную смесь 100% (относительная влажность) и конденсат 0,5 кг/м³ при температуре 125°C. Датчики eddylab, предназначенные для этой задачи, состоят из цилиндрического корпуса и подвижного штока. Корпус крепится к неподвижной конструкции при помощи струбцин, шток соединяется с трубопроводом. Если паропровод движется вместе со штоком относительно корпуса датчика, выходной сигнал изменяется. Результаты мониторинга в виде непрерывного сигнала положения передаются в систему управления станции.

Внутри датчик состоит из системы катушек (первичная и вторичная) в герметичном корпусе с кольцевыми уплотнениями Viton. Электроника IMCA питает первичную катушку LVDT сигналом на несущей частоте 3 кГц и анализирует дифференциальное напряжение на вторичной катушке по амплитуде и фазе. Преимуществом данной системы является возможность использования длинного кабеля между датчиком и электроникой, так что электроника может находиться в безопасном месте на удалении 100 м и более, в то время как датчик может подвергаться экстремальным условиям на месте установки без проблем.

Виды выходов и способы подключения

Для оценки действия чувствительного прибора вводится особая характеристика, оцениваемая по состоянию полярности его выходных параметров. В соответствии с общепринятым обозначением полупроводниковых элементов (транзисторов), входящих в состав электронной схемы датчика, эти выходы называются «PNP» и «NPN».

Отличие этих наименований состоит в том, что они обозначают различные полярности (полюса) источника питания чувствительных приборов. PNP транзисторы коммутируют его положительный выход, а NPN – отрицательный. Нагрузкой выходных схем чаще всего является управляющий микропроцессор.

Бесконтактные датчики положения механизмовОсновные виды подключений разных индуктивных датчиков

Вариант с NPN транзистором – наиболее распространенный способ включения датчика, поскольку согласно стандартным схемным решениям отрицательный провод делается общим для всех компонентов. В этом случае входы микропроцессоров и других контролирующих устройств активируются положительным напряжением.

Популярные статьи  Электрический ток – что это такое

Пирометрические датчики

Для организма любого живого существа характерно наличие теплового излучения, которое является пучком электромагнитных волн разной длины. При повышении температуры тела увеличивается и объем излучаемой им энергии.

На основе фиксации теплового излучения работают датчики, которые называются пирометрическими сенсорами. Они бывают:

— суммарного излучения, измеряющими полную тепловую энергию тела;

— частичного излучения, измеряющие энергию ограниченного приемником участка;

— спектрального отношения, выдающие показатель отношения энергии определенных участков спектра.

Бесконтактные датчики-сенсоры чаще всего применяются в приборах, фиксирующих движение объектов.

Возможно, вам также будет интересно

Специалисты Schneider Electric постоянно работают над выпуском новых решений, которые позволяют партнерам экономить собственные производственные ресурсы, снижая тем самым итоговые затраты на разработку. Одним из таких инструментов является обновленная концепция MachineStruxure, целевая аудитория которой — производители промышленных установок и компании, работающие в области малой и средней авто…

В статье рассмотрены актуальные проблемы автоматизации предприятий пищевой отрасли, направленные на повышение качества пищевых продуктов. Дан анализ пищевых производств как сложной структуры управления. Отмечено многообразие видов и форм аппаратурно-технологических процессов, протекающих в непрерывных, непрерывно-дискретных и дискретных режимах. Предложен способ внесения регулирующих воздействи…

Siemens Automation and Drives (A&D) расширил спектр своей продукции Simatic Safety Integrated более надежными центральным процессором с высокоскоростным интерфейсом Profinet: S7-315F-2PN/DP. При этом изменения в надежности более заметны на средних мощностях. Центральный процессор располагает также дополнительно высокоскоростной шиной Profibus для одновременного подключения обоих систем шин. Простая и прозрачная миграция между одной из имеющихся систем высокоскоростных шин Profibus и новой системой высокоскоростного интерфейса Profinet осуществляется через IE/PB Link PN IO. Для техники …

Открытая или закрытая

Идил полагает, что «системы управления создаются с целью автоматизации технологических процессов, и есть много хороших примеров высокопроизводительных систем, которые практически или вообще не требуют обратной связи. Однако в случае изменения структуры системы (установки) или входных условий (требование или помеха) обратная связь необходима для того, чтобы справиться с непредвиденными изменениями. С точки зрения технологического процесса точность – как статическая, так и динамическая – важна для качества конечного изделия, а стабильность и повторяемость (устойчивость) важны для производительности механизма».

Например, в задачах машинной обработки или литья под давлением обратная связь по положению инструмента, пресс-формы или ползуна очень важна для окончательных размеров изготовленной детали. За редким исключением точность изготовления детали никогда не будет выше точности датчика положения. Аналогичным образом полоса пропускания (скорость отклика) датчика может наряду с ограниченным быстродействием исполнительных устройств ограничить скорость производства продукции.

Наконец, датчик, который точен только в узком диапазоне условий эксплуатации, не будет эффективно работать в условиях, где обычным явлением являются значительные удары, вибрация и сильные колебания температуры».

Бесконтактные датчики положения механизмов

В линейном преобразователе Turck.s R10 (в виде стержня), представляющем один из вариантов программируемых бесконтактных преобразователей линейного перемещения (LDTs) линии EZ-track, для контроля за положением магнита по ходу стержня используется магнитострикционная технология, это не вызывает износа элементов датчика.

Творческий подход, экономичность

Бесконтактные датчики положения механизмов

Оптоволоконные датчики близости World-Beam Expert QS18E от Banner Engineering оснащены кнопкой установки режима обучения и многофункциональным светодиодным индикатором с углом обзора 360 градусов.

Сэм Хэммонд, главный инженер компании Innoventor (Сент-Льюис, Монтана), системного интегратора, полагает, что цель приложения должна определять подбор датчиков положения, а измерения и обратная связь не должны быть сложными. «Творческий подход к разработке может обеспечить простые, экономичные решения», – говорит он. Так, например, для выполнения последовательности операций во многих случаях могут быть полезны датчики близости.

Новый способ применения датчика включает автоматически управляемое транспортное средство (AGV), показанное на первом изображении, а также следующее:

  • в автомате для герметизации упаковок с чаем датчики близости и датчики, работающие на просвет, определяют положение поступающих упаковок. Изображения системы технического зрения National Instruments обрабатываются с целью определения местонахождения штрих-кода на приклеенной этикетке, а затем даются соответствующие команды двигателю достичь нужного положения для наклейки этикетки одного из 125 видов. Датчик близости индуктивного типа осуществляет контроль состояния автомата, проверяя, находятся ли различные подвижные части автомата в нужном положении для осуществления движения. Камера также служила в качестве датчика положения, ее выбор обусловлен многофункциональностью, способностью находить объекты и считывать штрих-коды;
  • станок последовательной штамповки управляется с помощью замкнутого контура с линейным датчиком близости в цепи обратной связи. В фазе изгиба положение штампа корректируется серводвигателем. Линейный датчик близости был выбран для получения размерных показаний при выполнении операции штамповки;
  • лазерный дистанционный измеритель применяется для определения гладкости поверхности детали. Датчик измеряет отклонение в отраженных лучах, показывая различные неровности размером до 10 мкм. Энкодер здесь бы не сработал, так как расстояние было более 1 м. Лазерное измерение выбрано благодаря бесконтактности и очень высокому разрешению на поверхности и по дальности.
Популярные статьи  кВт в ЛС — как правильно перевести

Система сборки ключа и замка автомобиля использует датчик близости для определения готовности корпуса для сборки. Лазерный датчик профиля, установленный на роботе, измеряет профиль ключа.

Бесконтактные датчики положения механизмов

Датчик R-Series от MTS Sensors имеет гибкий (радиочастотный) чувствительный элемент. Устройство подключено к сети и может заменить множество концевых переключателей или линейных датчиков на общей оси.

Оптоволоконные лазерные кодовые датчики с пикометровым разрешением

Система с оптоволоконным лазерным кодовым датчиком RLE20 обеспечивает субнанометровую нелинейность и разрешающую способность до 38 пикометров. Это позволяет производителям точных кинематических систем, лабораторных и медицинских инструментов, а также производителям оборудования для полупроводниковой промышленности решать задачи по удовлетворению все более строгих требований. Оптическое волокно подводит свет от одного лазера к двум осям измерения, что исключает необходимость в использовании удаленных светоделительных пластин, отклоняющих устройств и регулируемых штативов. Дифференциальная схема измерения и стабильность частоты лазера 2-Ю»9 гарантирует строжайший контроль точности по осям X-Y. Субна-нометровое разрешение возможно при скоростях до 1 м/с и длине оси до 4 м. Благодаря современной конструкции, регулировка лазера сводится к простым операциям «крепления и набора кода» Для формирования сложной системы позиционирования оси необходима юстировка только двух компонентов. Это позволяет значительно сократить время на установку и габариты оборудования. Оптоволоконный кабель позволяет размещать лазер на удалении до 3 м, благодаря чему экономится рабочее пространство, а нагревание, вызванное лазером, не затрагивает ось измерения вследствие снижения теплового дрейфа. Система выдает позиционные выходные сигналы в дифференциальном числовом формате RS-422 и/или в формате синус/ косинус 1 Vpp. Цифровой выходной сигнал имеет разрешение до 10 нм, в то время как для получения разрешения 0,39 нм и 38 пм соответственно, аналоговый сигнал может использоваться вместе с интерполятором RGE от Renishaw или новым параллельным интерфейсом RP120.www.renishaw.ruRenishaw

Способы подключения

В зависимости от типа устройства, отличаются и способы его подключения, поскольку определенные разновидности имеют разное количество проводов. Двухпроводные считаются наиболее простым, но и самым проблематичным вариантом. Включаются непосредственно в цепь токовой нагрузки. Для правильного проведения манипуляции необходимо номинальное сопротивление нагрузке. В случае его снижения или повышения приспособление начинает функционировать неправильно. Важным моментом будет подключение к сети, при котором необходимо соблюдать полярность.

Трехпроводные считаются наиболее популярными и простыми в подключении. Одни провода подсоединяются к нагрузке, а два других к источнику напряжения. Благодаря этому исключается вероятность реакции прибора на номинальное сопротивление в виде некорректной работы.

Существуют также датчики с четырьмя и пятью проводами. При их установке подключение двух проводов осуществляется к источнику напряжения, два — к нагрузке. Если присутствует пятый шнур, то есть возможность выбора подходящего режима работы.

Обычно провода обозначаются разными цветами с целью облегчения монтажа и последующего обслуживания датчика. Минус и плюс обозначены синим и красным цветом соответственно. Выход всегда маркируется черным цветом. Существуют устройства, в которых два выхода. Второй обычно белый и может служить также для входа. Эти нюансы указаны в инструкции по эксплуатации индуктивного датчика.

Индуктивные датчики положения

Типичным позиционным датчиком, которому не страшен механический износ, является «линейный переменный дифференциальный трансформатор».

Это индуктивный датчик положения, который используется для измерения движения и работает по тому же принципу, что трансформатор переменного тока.

Точное устройство измерения линейного перемещения, выход которого пропорционален положению подвижного сердечника.

Линейный дифференциальный трансформатор (ЛДТ)

Конструкция ЛДТ содержит три катушки, намотанные на полом трубчатом наконечнике. Одна катушка образует первичную обмотку, две другие образуют идентичные вторичные обмотки, соединенные электрически последовательно, но смещённые на 180º по фазе относительно обеих сторон первичной обмотки.

Подвижный мягкий железный ферромагнитный сердечник (именуемый также «арматурой»), соединённый с измеряемым объектом, скользит или перемещается вверх и вниз внутри трубчатого тела ЛДТ.

Небольшой потенциал переменного напряжения «сигнал возбуждения» (2 – 20 вольт среднеквадратичное значение, 2 — 20 кГц) прикладывается к первичной обмотке. В результате наводится сигнал ЭДС в двух соседних вторичных обмотках трансформатора.

Арматура магнитного сердечника на основе мягкого железа изначально находится точно в центре трубки — в «нулевом положении» относительно обмоток.

Индуцированные ЭДС двух вторичных обмоток, в данном случае, обнуляют выход друг друга, так как не совпадают по фазе. Соответственно, выходное напряжение равно нулю.

По мере смещения сердечника в одну или другую сторону от нулевой позиции, индуцированное напряжение внутри одной из вторичных катушек будет увеличиваться по сравнению с другой катушкой. На выходе появится напряжение.

Оцените статью
Добавить комментарии

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: