Princip činnosti indukčního senzoru (poloha, rychlost otáčení, posunutí a přiblížení)

Konstrukční vlastnosti hlavních ovládacích prvků (vinutí cívek a kovových částí) činí většinu indukčních snímačů mimořádně spolehlivými. Vzhledem k jejich solidní pověsti je nasnadě otázka: “Proč se indukční senzory nepoužívají častěji?” Důvodem je, že jejich fyzická síla je jejich výhodou i nevýhodou. Indukční snímače jsou přesné, spolehlivé a stabilní, ale jsou také velké, objemné a těžké. Vysoká spotřeba materiálu a nutnost pečlivého navíjení cívek prodražuje výrobu snímačů, zejména vysoce přesných zařízení vyžadujících přesné navíjení. Kromě jednoduchých bezkontaktních snímačů jsou složitější indukční snímače příliš drahé na to, aby je bylo možné použít v rozšířených komerčních nebo průmyslových aplikacích.
Dalším důvodem jejich relativně vzácného použití jsou potíže konstruktérů při sestavování specifikací. To je způsobeno skutečností, že obvody generování střídavého proudu a zpracování signálu pro každý senzor je nutné vypočítat a zakoupit samostatně. To obvykle vyžaduje hluboké dovednosti a znalosti analogové elektroniky. Jelikož se mladí inženýři snaží zaměřit na digitální elektroniku, považují studium takových oborů za zbytečnou kvalifikaci, které je třeba se vyhnout.

Symbol senzoru přiblížení

Ve schématech zapojení jsou indukční snímače (snímače přiblížení) označeny čtvercem se dvěma čarami, otočenými o 45°. Příklad na obr. 3.

V horním diagramu je normálně otevřený (NO) kontakt (konvenčně označovaný PNP tranzistor). Druhý obvod je normálně uzavřen a třetí obvod jsou oba kontakty v jednom pouzdře.

Indukční senzory nové generace

V posledních letech se však na trhu objevila nová generace indukčních senzorů, které jsou stále populárnější nejen v tradičních aplikacích, ale také v průmyslovém, automobilovém, lékařském, utilitním, vědeckém a ropném a plynárenském sektoru. Tyto indukční senzory nové generace využívají stejné základní fyzikální zákony jako tradiční zařízení, ale používají desky s plošnými spoji a pokročilou digitální elektroniku spíše než objemné konstrukce transformátorů a analogovou elektroniku. Tento elegantní přístup také umožňuje použití těchto technologií ve 2D a 3D senzorech, lineárních zařízeních se zkrácenými (

Společnost Zettlex vyvinula inovativní technologii, která tvoří základ této nové generace indukční metody a která byla v posledních letech výrazně vylepšena díky úspěšným konstrukčním řešením. Použití desek plošných spojů umožňuje tisk senzorů na tenké a flexibilní substráty, což také eliminuje potřebu tradičních kabelů a konektorů. Hlavní výhodou nového přístupu je jeho flexibilita (jak v doslovném smyslu teak, tak ve smyslu ochoty vyvíjet vlastní designy pro OEM). Tato technologie poskytuje spolehlivé a přesné měření podobné tradiční metodě za nepříznivých provozních podmínek. Má také následující důležité výhody:

Čtěte také: Zařízení pro řezání kovů plynem řady Termit

• nižší náklady;
• zvýšená přesnost;
• snížená hmotnost;
• zjednodušený design (žádná ložiska, těsnění nebo pouzdra);
• kompaktní velikost – zejména s ohledem na délku zdvihu ve srovnání s tradičními LVDT;
• zjednodušené elektrické rozhraní – typicky obsahuje stejnosměrný zdroj a absolutní digitální signál.

Barevné kódování vodičů snímače

K dispozici je standardní systém označování senzorů. Všichni výrobci ho v současnosti dodržují.

• Modrá – minus výkon.
• Hnědá – plus výživa.
• Černá – výstup.
• Bílá – druhý výstup nebo řídicí vstup.

Bezprostředně před instalací by však bylo užitečné ujistit se, že připojení je správné, podle návodu k připojení (pokynů). Kromě toho jsou zpravidla barvy vodičů uvedeny na samotném snímači, pokud to jeho velikost umožňuje.

Výměna senzorů

Jak jsem již psal, existují v zásadě 4 typy snímačů s tranzistorovým výstupem, které se dělí podle vnitřní struktury a spínacího obvodu:

Všechny tyto typy snímačů lze mezi sebou vyměnit, tzn. jsou zaměnitelné.

To je implementováno následujícími způsoby:

• Změna iniciačního zařízení – mechanicky se mění konstrukce.
• Změna stávajícího obvodu připojení snímače.
• Přepínání typu výstupu snímače (pokud jsou takové přepínače na těle snímače).
• Přeprogramování programu – změna aktivní úrovně daného vstupu, změna algoritmu programu.

Níže je uveden příklad, jak můžete vyměnit snímač PNP za snímač NPN změnou schématu připojení:

Schémata zaměnitelnosti PNP-NPN. Vlevo je původní schéma, vpravo upravené.

Pochopení činnosti těchto obvodů vám pomůže pochopit skutečnost, že tranzistor je klíčovým prvkem, který může být reprezentován běžnými reléovými kontakty (příklady jsou uvedeny níže v notaci).

Barevné kódování vodičů snímače

K dispozici je standardní systém označování senzorů. Všichni výrobci jej v současnosti dodržují.

Před instalací je však dobré se přesvědčit o správnosti zapojení podle návodu k připojení (pokynů). Kromě toho jsou zpravidla barvy vodičů uvedeny na samotném snímači, pokud to jeho velikost umožňuje.

Toto je označení.

• Modrá – minus výkon
• Hnědá – plus
• Černá – výstup
• Bílá – druhý výstup nebo ovládací vstup, musíte se podívat na návod.

Skutečné senzory

Je obtížné koupit senzory, produkt je specifický a elektrikáři je v obchodech neprodávají. Případně je můžete koupit v Číně na AliExpress.

Zde jsou typy optických senzorů, se kterými se při své práci setkávám.

Děkuji všem za pozornost, těším se na dotazy ohledně připojení senzorů v komentářích!

Čtěte také: Chcete si koupit vakuový tvářecí stroj v Rusku?

Varianta č. 1: použijte speciální převodník, např. zařízení pro přizpůsobení signálu USM, které je prezentováno v našem sortimentu, nebo podobný.

Možnost číslo 2: pokud vám alespoň minimálně vyhovuje páječka, vyrobte si převodník sami.

Pokud máte snímač s výstupem PNP, ale potřebujete NPN, sestavíme následující obvod:

Tranzistor Q1 je jakýkoli vhodný NPN, například 2SC495, BC445, BD237.

Pokud máte snímač s výstupem NPN, ale potřebujete PNP, použijte následující obvod:

Tranzistor Q1 – jakýkoli vhodný PNP, například 2N5401, KT502D.

Co je nového ve skupině VK SamElectric.ru?

Přihlaste se k odběru a přečtěte si článek dále:

Takže tady je schéma vlevo. Předpokládejme, že typ snímače je NE. Poté (bez ohledu na typ tranzistoru na výstupu), když snímač není aktivní, jsou jeho výstupní „kontakty“ otevřené a neprotéká jimi žádný proud. Když je senzor aktivní, kontakty jsou sepnuté se všemi z toho vyplývajícími důsledky. Přesněji s proudem procházejícím těmito kontakty)). Procházející proud vytváří úbytek napětí na zátěži.

Vnitřní zatížení je z nějakého důvodu zobrazeno tečkovanou čarou. Tento odpor existuje, ale jeho přítomnost nezaručuje stabilní provoz snímače, snímač musí být připojen ke vstupu regulátoru nebo jiné zátěži. Odpor tohoto vstupu je hlavní zátěží.

Pokud ve snímači není žádné vnitřní zatížení a kolektor „visí ve vzduchu“, nazývá se to „okruh s otevřeným kolektorem“. Tento obvod funguje POUZE s připojenou zátěží.

Takže v obvodu s výstupem PNP, když je aktivován, je napětí (+V) přivedeno na vstup regulátoru přes otevřený tranzistor a je aktivováno. Jak můžeme dosáhnout stejného s výstupem NPN?

Jsou situace, kdy požadovaný senzor není po ruce a stroj musí pracovat „hned“.

Podíváme se na změny v diagramu vpravo. V první řadě je zajištěn pracovní režim výstupního tranzistoru snímače. K tomu je do obvodu přidán další rezistor, jehož odpor je obvykle asi 5,1 – 10 kOhm. Nyní, když senzor není aktivní, je na vstup regulátoru přivedeno napětí (+V) přes přídavný odpor a vstup regulátoru je aktivován. Když je senzor aktivní, je na vstupu regulátoru diskrétní „0“, protože vstup regulátoru je přerušen otevřeným tranzistorem NPN a téměř veškerý přídavný odporový proud prochází tímto tranzistorem.

Systém označení pro indukční snímače

Typ snímače je indikován číslicově abecedním kódem, který kóduje hlavní parametry snímače. Níže je uveden systém označování oblíbených senzorů Autonics. / Katalog senzorů přiblížení Omron, pdf, 1.14 MB, staženo: 1247 krát./

/ Jak lze vyměnit snímače TEKO, pdf, 179.92 kB, staženo: 1004x./

/ Senzory od společnosti Turck, pdf, 4.13 MB, staženo: 1336 krát./

Čtěte také: Chameleonový světelný filtr pro svářečskou masku – jak si vybrat, co potřebujete vědět?

/ Schéma připojení čidel pomocí schémat PNP a NPN v programu Splan/ Zdrojový soubor., rar, 2.18 kB, staženo: 2163x./

Indukční snímače slouží k převodu úhlového nebo lineárního mechanického pohybu na střídavé elektrické napětí [11]. Princip činnosti takovýchto snímačů je založen na změně indukčnosti cívky s feromagnetickým jádrem (samotné indukční snímače) nebo vzájemné indukčnosti soustavy takových cívek (transformátorové indukční snímače) při změně velikosti měřeného posuvu. . Indukční snímače patří mezi parametrické převodníky signálu a podle principu činnosti vyžadují napájení ze zdroje střídavého proudu.

Nejjednodušší indukční snímač s proměnnými hodnotami vzduchové mezery (obr. 2.24, а

) je cívka
1
, umístěný na jádru
2
vyrobeno z feromagnetického materiálu a zapojeno do obvodu střídavého proudu v sérii se zátěžovým odporem
R
n. Kotva snímače
3
připojený ke zdroji měřeného pohybu a může se pohybovat translačně vzhledem k jádru
2
.

Rýže. 2.24. Nejjednodušší indukční senzor:
а
– schematický diagram;
б
– závislost indukčnosti vinutí snímače na velikosti vzduchové mezery;
в
– statická charakteristika snímače (
1
– ideální;
2
– skutečný)

Indukčnost L

cívky
1
s magnetickým jádrem
2
v přítomnosti vzduchové mezery se δ rovná:

počet závitů cívky;
R
m.st =
l
m/(μ
S
m), Rd = 2/ (u0
S
d) – magnetický odpor ocelového magnetického jádra a vzduchové mezery, Gn-1;
l
m – průměrná délka ocelového magnetického obvodu, m; d – délka vzduchové mezery, m; μ, μ0 – magnetické permeability ocelového magnetického jádra a vzduchu, Gn/m;
S
m
S
d
–
plocha průřezu ocelového magnetického jádra a vzduchové mezery, m2.

Neochota R

Obvod je určen odporem ocelového magnetického obvodu (jádro a kotva)
R
m.st a dvě vzduchové mezery
R
d,t. E.
R
m =
R
m.st +
R
d. Protože
R
d >>
R
m.st, pak indukčnost cívky (obr. 2.24,
б
)

Indukčnost cívky je tedy nepřímo úměrná velikosti vzduchové mezery. V tomto případě napětí na výstupu snímače

ki ω
L
– aktivní a indukční odpor cívky;
R
н
–
aktivní zátěžový odpor.

>>
R
j. Za předpokladu, že odpor zátěže je malý ve srovnání s odporem cívky, může být výraz (2.30) reprezentován jako:

kde je koeficient prostupu (citlivost) indukčního snímače.

Tedy za přijatých předpokladů statická charakteristika U

výstup = φ(δ) indukčního snímače bude lineární (přímka 1, obr. 2.24,
в
Skutečná charakteristika bude mít nelineární úseky v malých a velkých mezerách d (křivka
2
,rýže. 2.24,
в
). Při malém δ odpor ovlivňuje
R
m.st a při velkém d se zvětšují rozptylové toky, které nejsou brány v úvahu při vyjádření (2.31).

Čtěte také: Chrániče a rukojeti nožů svépomocí. Nůž svépomocí (26 fotografií)

Indukční snímače s proměnnou vzduchovou mezerou slouží k měření posuvů v rozsahu 0,01 ¸ 1 mm. Při velkých hodnotách se statická charakteristika snímače stává nelineární.

Protože indukční snímač je amplitudový modulátor, volí se frekvence napájecího napětí na základě poměru, ve kterém wmax označuje maximální možnou frekvenci změny měřeného posuvu. V automatických řídicích systémech maximální frekvence změny vstupního signálu

K napájení indukčních snímačů se proto obvykle používají vysokofrekvenční napěťové zdroje (400, 500, 1000 Hz), což také umožňuje výrazně zmenšit snímače.

Mezi nevýhody nejjednodušších indukčních snímačů patří přítomnost proudu naprázdno a následně i napětí U

ost na výstupu při d = 0, stejně jako nízká citlivost při malých pohybech. Tyto snímače jsou navíc jednostranné a nereagují tedy na změny znaménka vstupní veličiny.

Zmíněné nevýhody chybí u push-pull (reverzibilních) indukčních snímačů, obvykle připojených přes diferenciální nebo můstkové obvody.

Napájecí napětí je přivedeno na jednu úhlopříčku můstku U

napájení a druhá úhlopříčka zahrnuje zátěžový odpor. Parametry obvodu jsou voleny tak, že když je kotva ve střední poloze, můstek je vyvážený a výstupní napětí snímače
U
out = 0. Tato poloha kotvy snímače je brána jako nula naměřené hodnoty posunutí (obr. 2.25, Obr.
а
). Při vychýlení kotvy ze střední polohy se naruší rovnováha můstku a na zatěžovacím odporu se objeví napětí, jehož velikost závisí na velikosti měřeného posuvu.
lx
a při změně znaménka se fáze změní o 180°
lx
.

Výhodou diferenciálních snímačů je také nižší (ve srovnání s jednocyklovými obvody) citlivost snímače na kolísání okolní teploty díky tomu, že změny odporu vinutí umístěných ve dvou sousedních ramenech můstku nezpůsobí jeho nerovnováha.

Rýže. 2.25. Diferenční indukční snímač: а

– schematický diagram;
б
– statická charakteristika

Všimněte si, že kdy lx

= 0, výstupní napětí diferenciálního snímače je nulové pouze v ideálním případě, za přítomnosti úplné elektrické a magnetické symetrie obou ramen snímače. Reálné snímače mají vzhledem k neidentickým parametrům magnetických jader a vinutí vždy nějaké zbytkové napětí (řádově jednotky a desítky milivoltů).

Pro měření velkých pohybů (jednotky a desítky milimetrů) se používají diferenciální indukční snímače typu solenoidu (obr. 2.26). Tyto senzory se skládají ze dvou cívek 1

и
2
, uzavřený ve společném pouzdře a zahrnutý v můstkovém obvodu.

Měřenou veličinou je pohyb feromagnetického jádra 3, společný pro obě cívky. Princip činnosti snímače je podobný principu činnosti snímače znázorněného na Obr. 2.25, а

a nevyžaduje žádné vysvětlení.

Pro zajištění normálního provozu motoru se používá mnoho mechanismů a regulátorů určených k provádění různých funkcí. Jedním z těchto zařízení je indukční senzor. Co je to za regulátor, jaký je jeho princip fungování a jaké typy zařízení existují? O tom si povíme níže.

Charakteristiky indukčních měničů

Indukční senzor nebo bezkontaktní zapalovací systém je bezkontaktní zařízení určené k řízení polohy kovového předmětu. To je důležité, protože zařízení může být citlivé pouze na kov.

Funkce a princip činnosti

Princip činnosti zařízení je založen na změně amplitudy kmitů generátoru zabudovaného v regulátoru, když je do aktivní zóny vložen určitý kovový předmět. Použití zařízení je tedy možné pouze s těmito typy předmětů. Když je na koncový spínač, který se nachází v zóně citlivosti, přivedeno napětí, vzniká magnetické pole. Toto pole přispívá ke vzniku vířivých proudů, jejichž vliv se projevuje ve změně amplitudy kmitů generátoru. V důsledku toho tyto transformace přispívají ke vzniku analogového výstupního impulsu, jehož hodnota se může lišit v závislosti na vzdálenosti mezi regulátorem a předmětem. Indukční snímač posunu hraje velmi důležitou roli pro jednotky, které se používají ke sledování změn v umístění kovových předmětů. Díky regulátoru se určí, zda je daný předmět správně umístěn, či nikoli. V případě, že se předmět nenachází tam, kde by měl být, bude muset řídicí systém podniknout veškeré nezbytné kroky k zajištění normálního provozu zařízení. Pokud jde o regulátor, skládá se z následujících prvků:

1. Generátorová jednotka určená k generování elektromagnetického pole, které se následně používá k vytvoření aktivní zóny s objektem.
2. Zesilovač. Používá se ke zvýšení amplitudy impulsu tak, aby signál dosáhl požadovaného parametru.
3. Schmittova spoušť. Tento prvek je navržen tak, aby poskytoval hysterezi při přepínání zařízení.
4. Diodový prvek, který indikuje stav regulátoru. LED dioda také umožňuje nejoptimálnější ovládání provozu zařízení a indikuje rychlost nastavení.
5. Dalším prvkem je směs. Jeho účelem je chránit zařízení před vlhkostí, která se dostane dovnitř pouzdra, a také před nečistotami a prachem, což může vést k jeho poruše.
6. Samotné pouzdro. Pouzdro regulátoru je navrženo tak, aby zajistilo instalaci zařízení a také jeho ochranu před všemi druhy mechanického poškození. Pouzdro je zpravidla vyrobeno z mosazi nebo polyamidu a je také vybaveno všemi potřebnými spojovacími prvky pro upevnění (autor videa – Lty D channel).

Typy ovladačů

Systémy s indukčním senzorem mohou používat různá zařízení, která se od sebe liší v následujících parametrech:

1. Konstrukce zařízení, stejně jako typ pouzdra, které může být obdélníkové nebo válcové. Pokud jde o materiál, ze kterého je samotné pouzdro vyrobeno, může být buď kovové, nebo plastové.
2. Pokud mluvíme o válcových součástech, mohou mít různé velikosti pouzder. Průměry pouzder jsou zpravidla 12 a 18 mm, ale můžete se setkat i s jinými zařízeními – 4, 8, 22 mm atd.
3. Dalším parametrem je pracovní vůle zařízení, což je vzdálenost od ocelové desky regulátoru. U regulátorů malých rozměrů je tento ukazatel od 0 do 2 mm, u regulátorů s průměrem 12 a 18 mm by pracovní vůle měla být 4 a 8 mm.
4. Počet vodičů pro připojení k palubní síti. Dvouvodičová zařízení jsou z hlediska instalace pohodlnější, ale jsou citlivá na zátěž – pokud je odpor příliš vysoký nebo příliš nízký, může být jejich provoz narušen. Třívodičové komponenty jsou dnes považovány za nejběžnější, v tomto případě se dva kontakty používají pro napájení a další pro zátěž. Existují také pětivodičové a čtyřvodičové regulátory, u kterých se pátý kontakt používá k výběru provozního režimu.
5. Dalším parametrem, kterým se zařízení mohou lišit, je rozdíl v polaritě. Reléové senzory umožňují přepínat požadovanou hodnotu napětí nebo jeden z napájecích kontaktů. U tranzistorových senzorů typu PNP je na výstupu instalován speciální tranzistorový prvek, který umožňuje přepínat kladný výstup. Pokud jde o mínus, v tomto případě je připojen trvale. Existují také tranzistorová NPN zařízení, v tomto případě je plus trvale napájen a mínus je přepínán tranzistorovým prvkem.

Fotogalerie “Schémata zapojení”

Výhody a nevýhody

Indukční snímač rychlosti (například DPKV) nebo jiný typ, stejně jako jakékoli zařízení, může mít své výhody a nevýhody. Doporučujeme vám se s nimi seznámit.

1. Za prvé, takové regulátory se vyznačují poměrně jednoduchou konstrukcí, která zajišťuje vysokou spolehlivost jejich provozu. Konstrukčně prvek nemá posuvné kontakty, což zajišťuje spolehlivý provoz senzoru, protože kontakty se neopotřebovávají ani neselhávají.
2. V případě potřeby lze takový regulátor ručně připojit k elektrické síti s průmyslovou frekvencí.
3. Zvýšená citlivost regulátoru, která zajišťuje jeho nejefektivnější a nepřerušovaný provoz.
4. V případě potřeby mohou taková zařízení pracovat za podmínek vysokého výstupního výkonu.

Pokud jde o nevýhody:

1. Nelineární hodnoty mohou vést k chybám v důsledku použití principu indukční transformace.
2. Správný provoz součásti je možný při určité teplotě. Pokud teplota neodpovídá standardnímu rozsahu, může to vést k výskytu velkých chyb.
3. Vznik elektromagnetického pole vně senzoru může také přispět k výskytu chyb.

Cena otázka

Cena produktu závisí na mnoha charakteristikách, zejména na oblasti použití. V průměru začínají ceny indukčních regulátorů od 500 rublů výše.

Video „Jak připojit indukční regulátor?“

Vizuální instrukce na příkladu připojení regulátoru v motocyklu Jupiter je uvedena ve videu níže (autor – Vadim Karamov).

• Co je to senzor světla nebo svítivosti v autě a jaké jsou výhody tohoto ovladače?
• Naučte se, jak sami vyměnit zpětný senzor
• Jak si mohu sám zkontrolovat a opravit snímač rychlosti?