Berøringsfrie sensorer for plassering av mekanismer

I denne artikkelen vil vi snakke om posisjonssensorer av mekanismer. I utgangspunktet er hovedfunksjonen til enhver sensor å gi et signal når en spesifikk hendelse inntreffer. Det vil si at når en triggerhendelse oppstår, aktiveres sensoren og genererer et signal, som kan være analogt eller diskret, digitalt.

Grensesensorer har blitt brukt som posisjonssensorer i mange tiår. brytere. De består av elektriske kontakter som mekanisk åpnes eller lukkes når en eller annen variabel (posisjon) når en viss verdi. Grensebrytere av ulike typer er en viktig del av mange kontrollsystemer, hvor påliteligheten avhenger av dem. slike sensorer inneholder bevegelige mekaniske elementer hvis ressurser er begrenset.

Grensebrytere blir for tiden aktivt erstattet av ulike nærhetssensorer. Oftest nærhetssensorer av følgende typer: induktive, generator, magnetohercon og fotoelektronisk. Disse sensorene har ingen mekanisk kontakt med det bevegelige objektet hvis posisjon overvåkes.

Berøringsfrie posisjonssensorer sikrer høy hastighet og høy frekvens for å slå på mekanismen. En viss ulempe med disse sensorene er avhengigheten, deres nøyaktighet, av endringer i forsyningsspenning og temperatur. Avhengig av kravene kan utgangsenheten til disse enhetene være som følger kontaktløst logikkelementog elektrisk relé.

I presisjonsbremsingsplaner for elektriske stasjoner kan nærhetssensorer brukes både for å gi kommando nedgiring og sluttstopp.

Det er mange typer sensorer på markedet i dag, men innenfor rammen av denne artikkelen vil vi fremheve emnet direkte induktive posisjonssensorer, siden det i mer enn 80% av tilfellene er induktive sensorer som fungerer som sensorer for posisjonering av mekanismer.

Den induktive sensoren utløses når metallet nærmer seg utløsersonen. Av denne grunn kalles induktive posisjonssensorer også nærværssensorer, nærhetssensorer eller ganske enkelt induktive brytere.

La oss nå vurdere prinsippet om drift av en induktiv sensor. Som nevnt ovenfor, når metallet er nær nok triggersonen, aktiveres sensoren. Dette fenomenet består i samspillet mellom de involverte induktorer med metall som nærmer seg det, noe som kraftig endrer størrelsen på magnetfeltet til spolen, noe som fører til aktivering av sensoren, utløses den, det tilsvarende signalet vises ved utgangen.

Den elektroniske delen av enheten inneholder en kontrollkrets, som igjen styrer et relé- eller transistorbryter. Den består av følgende deler:

• En generator som skaper et elektromagnetisk felt som er nødvendig for å samhandle med et objekt.

• Schmitt-trigger gir byttehysterese.

• En forsterker for å øke amplituden til signalet slik at det når den nødvendige aktiveringsverdien.

• LED-indikator som informerer om statusen til bryteren. Det gir også ytelsesovervåking og konfigurasjon.

• Forbindelse for å beskytte mot penetrering av faste partikler og vann.

• Hus for montering av sensor og beskyttelse mot ulike mekaniske påvirkninger.Den er laget av messing eller polyamid og er ferdig med fester.

Induktive posisjonssensorer er mye brukt i industrielle automasjonssystemer der det er nødvendig å periodisk eller konstant bestemme posisjonen til en hvilken som helst del av mekanismen. Sensoren genererer et signal som sendes til frekvensomformeren. En starter, kontroller, relé, frekvensomformer, etc. kan fungere som en utøvende mekanisme. Det viktigste er at parametrene til sensoren tilsvarer parametrene til stasjonen når det gjelder spenning og strøm.

De fleste av sensorene er ikke strømenheter, de er først og fremst signalenheter, derfor bytter sensoren i seg selv som regel ikke noe kraftig, men kontrollerer bare, gir et kontrollsignal, fungerer som en handlingsinitieringsenhet som allerede kan kobles til til strømbryting.

Moderne induktive posisjonssensorer finnes oftest i to versjoner av plast- eller metallhus: rektangulær eller sylindrisk. Diameteren på sensoren med sirkulært tverrsnitt kan være fra 4 til 30 mm, men de mest brukte diametrene er 18 og 12 mm.

Når sensoren er montert på utstyr, settes et gap mellom metallplaten og sensorens aktiveringssone, vanligvis overskrider ikke denne avstanden sensorens diameter og viser seg som regel å være 2-3 ganger mindre enn dens diameter.

I henhold til tilkoblingsmetoden kan induktive posisjonssensorer være to-leder, tre-leder, fire-leder og fem-leder.

To-tråds direkte bytte lasten, som f.eks startspole, det vil si at de fungerer som en vanlig bryter. To-tråds sensorer krever belastningsmotstand, så de er ikke alltid egnet som et pålitelig verktøy, men de mister ikke sin relevans.

Lasten er ganske enkelt koblet i serie med sensoren, hvis konstant spenning brukes, er det viktig å observere polariteten, hvis vekselpolaritet ikke er viktig, er hovedsaken den svitsjede kraften og strømmen.

Tretrådssensorer har en tredje ledning for å drive selve sensoren, og dette er den mest populære løsningen. Firetråds- og femtrådssensorer har transistor- eller reléutganger for tilkobling av lasten, og den femte ledningen lar deg velge driftsmodusen til sensoren, starttilstanden til utgangene.

Siden utgangene kan være både relé og transistor, er sensorene følgelig delt inn i tre typer i henhold til enheten til utgangene: relé, npn og pnp.

Sensorer med reléutgang

En sensor med reléutgang har galvanisk isolasjon av forsyningskretsen fra den medfølgende kretsen. Den bytter en ledning og spenningen i den svitsjede kretsen er ikke spesielt kritisk. Siden strømforsyningskretsen til sensoren er galvanisk isolert, kan dette betraktes som en fordel med relésensoren. Sensorer av denne typen er vanligvis store.

Sensorer med pnp transistorutgang

Sensoren har en pnp-transistor ved utgangen som kommuterer den positive ledningen med lasten. En last er koblet til kollektorkretsen til utgangs-pnp-transistoren, som er permanent koblet til negativ gjennom sin andre ledning.

Sensorer med npn transistorutgang

Sensoren har en NPN-transistor på utgangen som kommuterer den negative ledningen med lasten. En last er koblet til kollektorkretsen til utgangs-npn-transistoren, som er permanent forbundet med sin andre ledning til den positive ledningen.

I henhold til starttilstanden til utgangene, kan induktive posisjonssensorer være normalt lukkede eller normalt åpne kontakter. Starttilstanden betyr at denne tilstanden er i det øyeblikket sensoren ikke er utløst ennå, det vil si at den ikke er aktivert.

Hvis utgangskontaktene er normalt lukket, kobles belastningen til på tomgang, hvis den er normalt åpen, og inntil sensoren utløses, vil belastningen kuttes og ingen strøm tilføres frekvensomformeren (f.eks. kontaktor). Normalt lukkede kontakter er angitt i engelsk format - N.C. (Normalt stengt), Normalt åpen — N.O. (Vanligvis åpen).

Således er sensorer med transistorutganger av fire typer: to typer i henhold til konduktiviteten (pnp eller npn) og to typer i henhold til starttilstanden til utgangene. Det kan også være en forsinkelse når du slår på eller av.

Avhengig av typen stasjon som er koblet til sensoren, samt strømforsyningsmetoden, kan logikken til sensoren være positiv eller negativ. Dette er på grunn av spenningsnivået som aktiverer inngangen til enheten.

Hvis inngangen aktiveres når den negative ledningen til aktuatoren er koblet til bakken, til minus, kalles logikken negativ, en slik tilkobling er karakteristisk for sensorer med transistorutganger av npn-type.

Positiv logikk tilsvarer å koble frekvensomformerens positive ledning til den positive strømforsyningen når den er aktivert, denne logikken er typisk for sensorer med pnp transistorutganger. Oftest er det en positiv logikk til driften av induktive sensorer for posisjonen til mekanismene.

Eldre mest brukte typer induktive posisjonssensorer

Induktive posisjonssensorer IKV-22

Induktive sensorer IKV-22. Driften av disse sensorene er basert på prinsippet om å endre den induktive motstanden til spoler med en stålkjerne når luftgapet i den magnetiske kretsen endres.

En magnetisk krets med to spoler er montert på en stålplate, lukket med et plastdeksel. To MBGP-kondensatorer (en med en kapasitet på 15 μF, 200 V, den andre med en kapasitet på 10 μF, 400 V) er festet til platen fra undersiden. Kondensatorene er dekket med et deksel. Kabelen kobles gjennom tetningen. En magnetisk shunt er installert på mekanismen, hvis dimensjoner må være minst: tykkelse 2 mm, bredde 80 mm, lengde 140 mm. Luftspalten mellom magnetkretsen og shunten er 6 ± 4 mm.

Utgangsreléet slås vanligvis av og på i det øyeblikket den magnetiske shunten passerer gjennom sensoren, når det på grunn av en endring i spolens induktive motstand oppstår strømresonans og strømmen gjennom reléspolen faller. Disse reléene: type MKU-48, 12 V AC, trekke strøm ikke mer enn 0,45 A, fallstrøm ikke mindre enn 0,1 A.Forsyningsspenningen til sensorkretsen er 24 V AC relé.

Induktive posisjonssensorer ID-5

I metallurgiske verksteder brukes induktive sensorer av ID-5-typen, designet for å fungere ved omgivelsestemperaturer opp til + 80 ° C og fuktighet opptil 100 %. Ledende støv og kalk er akseptable. En halvlederutgangsforsterker av typen UID-10 brukes med sensoren. Utgangseffekten til forsterkeren (25 W) er tilstrekkelig til å slå på de utbredte REV-800-reléene, kontaktorene KP21, MK-1, etc.

Luftgapet mellom sensoren og det observerte ferromagnetiske objektet kan være opptil 30 mm. Dimensjonene til ID-5-sensoren er 187x170x70 mm, forsyningsspenningen er 220 V ± 15 %, 50 Hz.

Liten størrelse BSP kontaktløse brytere

Små bevegelsesbrytere BSP-2 (med berøringsfri utgang, til logisk element) og BRP (med utgang til relé PE-21, 24 V, 16 Ohm) brukes på metallskjæremaskiner.

BSP-2-bryteren består av en differensialtransformatorsensor og en halvlederutløser. Det magnetiske systemet til den første sensorspolen beveges av en stålplate, og den andre spolen manipuleres når den beveger seg over sitt magnetiske system koblet til den flate ankermekanismen. Spolene slås på i motsatt retning.

Hvis ankeret er over sensoren, er de induktive reaktansene til spolene like og sensorutgangen til differensialtransformatoren er null. I dette tilfellet vises en spenning på minst 2,5 V ved utgangen av utløseren, noe som er nok til at det logiske elementet fungerer.

I fravær av en armatur over sensoren, påføres en spenning på utløseren, som returnerer den til sin opprinnelige tilstand. Da er utgangssignalet til bryteren null.

Driftsprinsippet til BRP-bryteren ligner på mange måter BSP-2. En induktiv sensor (i henhold til kretsen til differensialtransformatoren), en trigger og en forsterker er installert inne i boksen. Sekundærspoler med et annet antall omdreininger slås på i motsatt retning. Ettersom ankeret overlapper det magnetiske systemet til sensoren, avtar signalet og etter endring av fase, kobles utløseren og et eksternt utgangsrelé (PE-21, 24 V, 16 Ohm) aktiveres.

Ankeret festet til mekanismen har dimensjoner på 80x15x3 mm. Avstanden mellom ankeret og sensoren er 4 mm. Nøyaktigheten til bryterne i nominell modus er ± 0,5 mm, aktiveringsforskjellen er ikke mer enn 5 mm. På. svingninger i forsyningsspenning og temperatur, feilen til BSP-2- og BRP-brytere kan nå ± (2,5-f-3,0) mm.

Høyfrekvente induktive sensorer VKB

Høypresisjons induktive sensorer av typen VKB med U-formet eller flat armatur brukes også til automatisering av metallskjæremaskiner. Polene til den innebygde transformatoren danner et åpent elektromagnetisk system. Arbeidsluftspalten er 0,1-0,15 mm.

Utgangsspenningen fra transformatorens sekundærvikling mates til en differensialmålekrets og deretter til en transistorforsterker. Den totale feilen til sensoren med temperatursvingninger fra 5 til 40 ° C og spenning fra 85 til 110% av den nominelle verdien er ± (0,064-0,15) mm, forskjellen i respons overstiger ikke 0,4 mm. Maksimal bevegelseshastighet for mekanismen er 10 m / mm. Sensormål 62x34x24 mm. Forsyningsspenning 12 V.

Spesielle typer presisjonsinduktive sensorer for metallskjæremaskiner med differensialkrets har en feil på mindre enn ± 0,01 mm.Slike sensorer inkluderer en berøringsfri bevegelsesbryter av typen VPB12, bestående av en sensorenhet på en elektronisk enhet. Sensorenheten inkluderer en induktiv arbeidssensor, en induktiv kompensasjonssensor og kretskort. Mekanismen er montert: kontroll ferrittelement. Forsyningsspenning 12 V DC. Maksimal eksponeringsavstand er ikke mer enn 0,12 mm. Et relé av typen RPU-0 kan kobles til sensorutgangen. Den maksimale belastningsstrømmen til utgangsenheten er 0,16 A.

Generatorposisjonssensorer

Sensorer av denne typen er kompakte og svært nøyaktige. Sensorgeneratorer i seriene KVD-6M og KVD-25 (med spor), KVP-8 og KVP-16 (fly) har vist seg godt. De er egnet for bruk i høye konsentrasjoner av fuktighet og støv. Elementene i transistorkretsen til sensoren (generator og trigger) er plassert i et hus laget av støtbestandig polystyren. Forsegling gjøres med en kaldherdende masse. Driftstemperaturområdet er fra - 30 til +50 ° C.

HPC-sensoren genererer et diskret signal når en metallplate («flag») passerer gjennom sporet, noe som forårsaker et sammenbrudd i genereringen og vekslingen av utløseren. Bredden på sporet er 6 mm for KVD-6M-sensoren og 25 mm for KVD-25-sensoren.

KVP-8- og KVP-16-sensorene aktiveres når en metallplate passerer dem med en maksimal avstand på henholdsvis 8 og 16 mm.