Безконтактні датчики положення. Проблеми вибору і практика застосування

1. Класифікація і загальна схема вибору датчиків положення
2. Рекомендації по вибору і заміни індуктивних датчиків положення
3. Нестандартні індуктивні датчики
4. висновок
5. Інші статті на цю тему:

2007

Розробники і співробітники служб експлуатації на практиці стикаються з двома видами проблем при роботі з датчиками положення: вибір датчика при конструюванні обладнання і підбір датчика для заміни вийшов з ладу. Підприємство «Сенсор» вже більше 16 років займається розробкою і виробництвом безконтактних датчиків положення. Поради та рекомендації наших фахівців, пропоновані в даному циклі статей, допоможуть у вирішенні цих проблем.

Класифікація і загальна схема вибору датчиків положення

Безконтактні датчики положення (часто їх називають просто датчики положення або безконтактні вимикачі) прийшли на зміну традиційним кінцевим вимикачів понад 20 років тому, і тепер вони широко застосовуються у всіх галузях промисловості для визначення положення механізмів, рахунки і позиціонування продукції.

Датчики положення є первинними джерелами інформації для систем автоматики, як на основі релейних або логічних схем, так і на базі програмованих контролерів. Надійність всієї системи визначається надійністю елемента, найбільш схильного до впливу дестабілізуючих чинників.

Саме безконтактні датчики положення часто розташовуються в зоні впливу вібрації, пилу, води, агресивних рідин, граничних температур, електромагнітних завад, і надійність їх роботи визначає надійність роботи всієї системи управління.

Технічні характеристики безконтактних вимикачів нормуються діючими стандартами, зокрема ГОСТ Р 50030.5.2 99, що відповідає стандарту МЕК IEC 60947-5 2.

Підприємство «Сенсор» за допомогою сертифікованої системи управління якістю забезпечує виконання вимог ГОСТу, а значить і МЕК, що дозволяє виробляти успішну заміну дорогих імпортних датчиків положення на датчики «Сенсор».

Безконтактні датчики положення класифікуються за такими основними параметрами:

1. Принцип дії чутливого елемента - індуктивний, оптичний, ємнісний та ін.
2. Вид корпусу - циліндричний, фланцеве, щілинний і ін.
3. Відстань спрацьовування датчика і відповідні йому розміри корпусу.
4. Індуктивні датчики розрізняються за умовами установки в конструкцію - Утапливаем і неутапліваемого виконання, останнім необхідна наявність навколо чутливого елемента датчика зони, вільної від металу.
5. Напруга харчування та схема підключення - 220 В АС, 12-24 В DC; дво- і трипровідні схеми підключення.
6. Функція комутаційного елемента - «АЛЕ», «НЗ», функція «АБО», програмована функція.
7. Спосіб підключення (електричний монтаж) - вбудований кабель, вбудована клемна коробка, роз'єм.
8. Вид захисту вихідного каскаду від аварійних режимів (перевантажень по струму, перенапруги, помилки полярності).
9. Модифікація, що визначає зміну окремих серійних параметрів або можливість застосування датчика в конкретних умовах експлуатації. Нормальні умови експлуатації серійних індуктивних датчиків «Сенсор»: IP67; -45 ... + 80 ° С; вибростойкость 8 g при 10-100 Гц; ЕМС по ГОСТ Р 51317.

Параметри пунктів 1-4 і 9 визначають конструктивне виконання датчика і його конструктивну сумісність з обладнанням та умовами експлуатації. Інші параметри визначають сумісність датчика зі схемою електроавтоматики.

Більш детально класифікація і значення параметрів відображені в каталозі «Сенсор» або на сайті підприємства: www.sensor-com.ru.

Вибір за видом чутливого елемента проводиться в першу чергу, як при розробці, так і при заміні датчика.

При розробці нового обладнання наведений в класифікації порядок проходження параметрів, як правило, відповідає порядку покрокового вибору параметрів необхідного датчика.

При заміні вийшов з ладу датчика електричну схему устаткування змінити неможливо або недоцільно, і пріоритетно розглядається ряд датчиків з відповідним напругою живлення і схемою підключення (п. 5).

Далі наводяться рекомендації щодо вибору індуктивних датчиків. Рекомендації по вибору і застосуванню інших датчиків положення будуть приведені в наступних публікаціях.

Рекомендації по вибору і заміни індуктивних датчиків положення

Індуктивні датчики спрацьовують при наближенні до їх чутливого елемента металевої пластини або конструкції (рис. 1).

Мал. 1. Функціональна схема індуктивного датчика положення

Ці пристрої застосовуються повсюдно, завдяки їх працездатності в широкому діапазоні температур і надійності в важких промислових умовах.

При розробці обладнання ми рекомендуємо використовувати найбільш застосовувані датчики, вони дешевші, технічно досконаліший, легше замінюються.

Найбільш часто застосовуються індуктивні датчики, що мають циліндричний корпус із зовнішнім різьбленням і двома гайками (рис. 2). Під пластиковим ковпачком з одного торця корпусу знаходиться чутливий елемент. Цей корпус дозволяє легко забезпечити установку і регулювання положення датчика щодо об'єкта впливу.

Мал. 2. Види корпусів індуктивних датчиків

Відносна простота конструкції робить індуктивні датчики найбільш дешевими серед інших видів. Ціна найбільш вживаних індуктивних датчиків «Сенсор» становить 300-500 руб.

Функціональні параметри індуктивного датчика визначають характеристики його чутливого і напівпровідникового комутаційного елементів.

Номінальна відстань спрацьовування (Sn) - основний параметр датчика, нормований для даного типорозміру при номінальній напрузі живлення і температурі. Відстань спрацьовування збільшується зі зростанням габаритів чутливого елемента і, відповідно, з ростом габаритів датчика.

Згідно ГОСТ Р 50030.5.2-99 індуктивний датчик повинен спрацьовувати в гарантованому інтервалі спрацьовування, а саме в діапазоні від 0 (тобто від поверхні чутливої ​​головки датчика) до 81% від заявленого Sn для стандартизованого сталевого об'єкта впливу.

Інтервал спрацьовування датчиків об'єктивно залежить від температури навколишнього середовища.

У порівнянні з виробами інших фірм серійні індуктивні датчики «Сенсор» відрізняються стабільністю відстані спрацьовування в діапазоні температур від -45 до +80 ° С, що значно перевищує вимоги ГОСТу. Випускаються також холодостійких датчики (-55 ° С) і датчики для роботи при підвищеній температурі.

Як правило, датчик встановлюється так, щоб об'єкт впливу (рухливий елемент конструкції) рухався паралельно чутливої ​​поверхні пристрою.

Вибір номінального відстані спрацьовування, а отже і розміру датчика, визначається люфтами рухомих елементів конструкції, переміщення яких контролює цей пристрій. Люфт об'єкта впливу, або амплітуда переміщень об'єкта впливу, в площині, перпендикулярній активної поверхні чутливого елемента, не повинен перевищувати гарантований інтервал спрацьовування, інакше, навіть при правильному регулюванні, об'єкт може не викликати спрацьовування датчика або зіткнутися з його чутливою голівкою. На практиці, для надійної роботи люфт повинен бути в 2-3 рази менше гарантованого інтервалу спрацьовування.

Якщо об'єкт впливу переміщається з люфтом, то точка спрацьовування датчика при інших рівних умовах може змінюватися, що призводить, зокрема, до зміни точки зупину механізму (рис. 3).

Мал. 3. Кордон спрацьовування безконтактного індуктивного датчика

Для підвищення точності позиціювання контрольованих об'єктів на станочном та іншому обладнанні можуть бути рекомендовані датчики положення в корпусі щілинного типу. Датчики в такому корпусі мають меншу залежність точки спрацьовування від люфту, але при люфт більше 1-3 мм застосування їх небажано, так як, маючи паз для об'єкта впливу шириною 6-25 мм, вони можуть бути пошкоджені при регулюванні або експлуатації.

Розрізняються датчики Утапливаем виконання (допускають установку урівень в метал) і неутапліваемого. У другому випадку датчики мають більшу відстань спрацьовування при тому ж розмірі корпусу і при циліндричному корпусі легко впізнаються по виступаючому на 2-15 мм пластмасового ковпачку. Обмеження на розташування щодо металевих конструкцій індуктивних датчиків неутапліваемого виконання приведені в каталозі «Сенсор».

Стандартний ряд відстаней спрацьовування і відповідних габаритів індуктивних датчиків положення наведено в таблиці 1. Датчики проміжних розмірів є нестандартними і не рекомендуються для застосування в нових розробках, оскільки в майбутньому поставка нестандартних виробів може бути припинена.

Таблиця 1. Стандартні розміри і відстані спрацьовування індуктивних датчиків

Наприклад, поширені на старому вітчизняному обладнанні вироби серії БТП 101 ... 104 (діаметр корпусу 24 мм, Sn = 8 мм, харчування 24 В) зняті з виробництва. Для заміни в старому обладнанні можна використовувати їх аналог марки «Сенсор» - ВЛІ-М24-72С-1113-З, але при розробці рекомендується застосовувати ВЛІ-М30-76У-1113-З (діаметр корпусу 30 мм, Sn = 10 мм) або ВЛІ-М18-76У-2113-З (діаметр корпусу 18 мм, Sn = 8 мм).

При виборі електричних параметрів датчиків в першу чергу слід визначити, яким буде напруга живлення і який - схема підключення.

Для мереж постійного струму 12-24 В використовуються датчики з дво- і трехпроводной (чьотирьох) схемою підключення (таблиця 2).

Таблиця 2. Трьох-і чотирипровідні схеми підключення датчиків

У схемах електрообладнання постійного струму з загальним мінусом застосовуються трипровідні (чотирипровідні) датчики із загальним мінусом (PNP-вихід). У схемах електрообладнання із загальним плюсом застосовуються трипровідні (чотирипровідні) датчики із загальним плюсом (NPN-вихід). Назва відповідає типу силового транзистора вихідного каскаду датчика. Навантаження датчика підключається між виходом (виходами) і загальним висновком схеми.

Датчики з різним типом виходу не взаємозамінні.

Найбільше застосування знаходять датчики з напругою живлення 24 В постійного струму з PNP-виходом.

Індуктивні датчики постійного струму з двухпроводной схемою підключення застосовуються рідше. При грамотному монтажі вони більш перешкодостійкі, але не мають захист від перевантажень. Навантаження двопровідних датчиків включається в ланцюг харчування послідовно з датчиком.

Індуктивні датчики змінного струму напругою 20-250 В мають двухпроводную схему підключення. Номінальний струм 250 мА дозволяє використовувати ці датчики для безпосереднього управління пускачем, контактором, золотником і т. П. Застосування індуктивних датчиків змінного струму 220 В дозволяє знизити вартість електрообладнання в простих схемах електроавтоматики за рахунок виключення блоку живлення, проміжних реле і захисних конструкцій для обладнання.

Новинкою фірми «Сенсор» є універсальні двопровідні індуктивні датчики, що мають можливість працювати при напрузі живлення як змінного, так і постійного струму 20-250 В. Що важливо, вони мають захист від перевантажень і КЗ. Приклад типорозміру - ВЛІ-М30-76С-тисяча триста п'ятьдесят-одна-З.

Вибір комутаційної функції датчика допускає трохи більшу свободу.

З точки зору універсальності застосування і оптимізації складських запасів споживача ми рекомендуємо використовувати датчики з функцією комутаційного елемента «АБО» (замикає і розмикає контакти), особливо замість датчиків з функцією «НЗ» (розмикає контакт). За ціною у фірми «Сенсор» вони однакові.

Більшість датчиків положення «Сенсор» мають вбудований захист вихідного каскаду від викидів напруги, помилки в полярності харчування, від перевантажень по струму і короткого замикання навантаження (літери «З» і «С» в позначенні). Саме такі датчики «виживають» в наших умовах експлуатації електрообладнання та відповідно користуються попитом.

Однак в обладнанні з протяжними комунікаціями (прокатні стани і т. П.) Через довгі (з великою ємністю) дроти підключення на датчик впливають кидки струму, які можуть викликати помилкові спрацьовування захисту від перевантажень по струму. У цих випадках ми рекомендуємо використовувати датчики без струмового захисту (буква «Л» в позначенні).

За способом підключення найбільш застосовувана (і мають меншу ціну) датчики з вбудованим кабелем. Але там, де імовірна часта заміна датчика (наприклад, через механічну поломку) або є складність в прокладанні вбудованого кабелю датчика, доцільно використовувати пристрої з підключенням через роз'єм або вбудовану клемник (рис. 4).

Мал. 4. Види роз'ємів і клемних коробок датчиків ВЛІ

Якщо при термінової заміни датчика немає можливості придбати повний його аналог, то можна розглядати інші варіанти, особливо за умовами установки, комутаційної функції і способу підключення. Консультації фахівців «Сенсор» в цьому випадку можуть бути корисні.

Нестандартні індуктивні датчики

Найчастіше, природно, використовуються стандартизовані датчики, але реальні потреби замовників стали підставою для розробки фахівцями компанії «Сенсор» індуктивних датчиків спеціального призначення.

Вони зараз будуть представлені окремими серіями. Знайомство з ними може бути корисно розробникам і працівникам служб експлуатації.

Індуктивні датчики з номінальним відстанню Sn = 150 мм застосовні в обладнанні з великими коливаннями об'єкта впливу, наприклад, в прокатних і трубопрокатних станах, зернових елеваторах і т. П. Розміри датчика 270 × 165 × 110 мм. Найбільш застосовний типорозмір цієї серії ВЛІ-Ф270-110У-ЗА.

Датчик контролю швидкості є індуктивним датчиком з вбудованою схемою контролю частоти імпульсів. Визначаючи частоту обертання об'єкта, він порівнює її із заданою в самому датчику максимальної або мінімальної порогової частотою. У разі перевищення або зниження частоти обертання щодо порогової видається сигнал на систему управління. Зазвичай цей датчик застосовується для контролю зупинки або зниження швидкості обертання (руху) таких пристроїв, як конвеєри, транспортери, барабани, він може застосовуватися для виявлення аварійного прослизання стрічки на транспортері. Застосування ДКС дозволяє в таких випадках «не плодити сутності без потреби» і обійтися без застосування таймерів, лічильників, контролерів. Напруга живлення датчика - 10-30 В DC або 90-250 В АС, ціна цього пристрою невисока. Найбільш застосовуваний типорозмір цієї серії ДКС-М30-81У-1251-ЛА.01.

Для застосування у вибухонебезпечних зонах випускається серія безконтактних індуктивних датчиків вибухозахищеного виконання з номінальним відстанню спрацьовування від 1,5 до 15 мм. Дозвіл на застосування - № РРС 00-19692. Приклад типорозміру - ДВІ-М18-44С-2130-Х.

Індуктивні датчики з аналоговим виходом серії ДПА перетворять значення відстані між активною поверхнею датчика і об'єктом впливу в величину токового сигналу на виході. У певному діапазоні ця залежність лінійна (рис. 5).

Мал. 5. Залежність вихідного струму від відстані в датчиках серії ДПА

Ці пристрої застосовуються як прості і малоінерційні датчики регуляторів положення в системах управління. Найбільше застосування вони знаходять у системах регулювання натягу стрічки, троса, дроту в кабельному виробництві.

висновок

Раціональність, ефективність технічного рішення часто залежать від обсягу тієї технічної інформації, якою володіє фахівець, і його досвіду.

Протягом багатьох років співпраці з замовниками нашої продукції ми мали можливість узагальнити їх досвід експлуатації безконтактних датчиків положення.

Цією інформацією ми поділилися з вами, і сподіваємося, що дана серія статей допоможе приймати грамотні, раціональні рішення у вашій виробничої діяльності.

Завантажити статтю в форматі PDF

Інші статті на цю тему:

повідомити про помилку