חיישנים ללא מגע למיקום מנגנונים

במאמר זה נדבר על חיישני מיקום של מנגנונים. בעיקרון, התפקיד העיקרי של כל חיישן הוא לתת אות כאשר מתרחש אירוע מסוים. כלומר, כאשר מתרחש אירוע טריגר, החיישן מופעל ומייצר אות, שיכול להיות אנלוגי או דיסקרטי, דיגיטלי.

חיישני גבול שימשו כחיישני מיקום במשך עשורים רבים. מתגים. הם מורכבים ממגעים חשמליים הנפתחים או נסגרים באופן מכני כאשר משתנה (מיקום) כלשהו מגיע לערך מסוים. מתגי גבול מסוגים שונים הם חלק חשוב ממערכות בקרה רבות, שאמינותן תלויה בהן. חיישנים כאלה מכילים אלמנטים מכניים נעים שהמשאבים שלהם מוגבלים.

מתגי הגבול מוחלפים כעת באופן פעיל בחיישני קרבה שונים. לרוב חיישני קרבה מהסוגים הבאים: אינדוקטיבי, גנרטור, magnetohercon ופוטואלקטרוניקה. לחיישנים אלו אין מגע מכני עם העצם הנע שמיקומו מנוטר.

חיישני מיקום ללא מגע מבטיחים מהירות גבוהה ותדירות גבוהה של הפעלת המנגנון. חיסרון מסוים של חיישנים אלה הוא התלות, הדיוק שלהם, בשינויים במתח האספקה ​​והטמפרטורה. בהתאם לדרישות, התקן הפלט של התקנים אלה יכול להיות כדלקמן אלמנט לוגי ללא מגעו ממסר חשמלי.

בסכימות בלימה מדויקות של כוננים חשמליים, חיישני קרבה יכולים לשמש הן לפקודה על הורדת הילוך והן על עצירה סופית.

קיימים היום בשוק הרבה סוגים של חיישנים, אך במסגרת מאמר זה נדגיש את הנושא חיישני מיקום אינדוקטיביים, שכן בלמעלה מ-80% מהמקרים מדובר בחיישנים אינדוקטיביים המשמשים כחיישנים למיקום מנגנונים.

החיישן האינדוקטיבי מופעל כאשר המתכת מתקרבת לאזור ההדק שלה. מסיבה זו, חיישני מיקום אינדוקטיביים נקראים גם חיישני נוכחות, חיישני קרבה או פשוט מתגים אינדוקטיביים.

הבה נבחן כעת את עקרון הפעולה של חיישן אינדוקטיבי. כפי שהוזכר לעיל, כאשר המתכת קרובה מספיק לאזור ההדק, החיישן מופעל. תופעה זו מורכבת מאינטראקציה של המעורבים משרנים כאשר מתכת מתקרבת אליו, אשר משנה בחדות את גודל השדה המגנטי של הסליל, מה שמוביל להפעלת החיישן, היא מופעלת, האות המתאים מופיע בפלט שלו.

החלק האלקטרוני של המכשיר מכיל מעגל בקרה, אשר בתורו שולט על מתג ממסר או טרנזיסטור. הוא מורכב מהחלקים הבאים:

• גנרטור שיוצר שדה אלקטרומגנטי הדרוש לאינטראקציה עם עצם.

• הדק של שמיט מספק היסטרזיס מיתוג.

• מגבר להגדלת משרעת האות כך שיגיע לערך ההפעלה הנדרש.

• מחוון LED המודיע על מצב המתג. זה גם מספק ניטור ותצורה של ביצועים.

• תרכובת להגנה מפני חדירת חלקיקים מוצקים ומים.

• מארז להרכבת החיישן והגנה מפני השפעות מכניות שונות עשוי פליז או פוליאמיד וגימור עם מחברים.

חיישני מיקום אינדוקטיביים נמצאים בשימוש נרחב במערכות אוטומציה תעשייתיות שבהן יש צורך לקבוע מעת לעת או כל הזמן את המיקום של כל חלק במנגנון. החיישן יוצר אות שנשלח לכונן. מתנע, בקר, ממסר, ממיר תדרים וכו' יכולים לשמש כמנגנון ביצוע. העיקר הוא שהפרמטרים של החיישן תואמים לפרמטרים של הכונן במונחים של מתח וזרם.

רוב החיישנים אינם מכשירי כוח, הם בעיקר מכשירי איתות, לכן החיישן עצמו, ככלל, אינו מחליף שום דבר חזק, אלא רק שולט, נותן אות בקרה, פועל כמכשיר ייזום פעולה שכבר ניתן לחבר להחלפת חשמל.

חיישני מיקום אינדוקטיביים מודרניים נמצאים לרוב בשתי גרסאות של בתי פלסטיק או מתכת: מלבני או גלילי. קוטר החיישן עם חתך עגול יכול להיות בין 4 ל-30 מ"מ, אך הקטרים ​​הנפוצים ביותר הם 18 ו-12 מ"מ.

כאשר החיישן מותקן על ציוד, נקבע מרווח בין לוחית המתכת לאזור ההפעלה של החיישן, בדרך כלל מרחק זה אינו חורג מקוטר החיישן, וככלל, מתברר שהוא קטן פי 2-3 מ הקוטר שלו.

על פי שיטת החיבור, חיישני מיקום אינדוקטיביים יכולים להיות שני חוטים, שלושה חוטים, ארבעה חוטים וחמישה חוטים.

שני חוטים להעביר ישירות את העומס, כגון סליל מתנעכלומר, הם פועלים כמו מתג רגיל. חיישני שני חוטים דורשים התנגדות לעומס, ולכן הם לא תמיד מתאימים ככלי אמין, אבל הם לא מאבדים את הרלוונטיות שלהם.

העומס פשוט מחובר בסדרה עם החיישן, אם משתמשים במתח קבוע אז חשוב להקפיד על הקוטביות, אם הקוטביות המתחלפת אינה חשובה, העיקר הוא הכוח והזרם המתחלפים.

לחיישנים עם שלושה חוטים יש חוט שלישי להפעלת החיישן עצמו, וזהו הפתרון הפופולרי ביותר. חיישני ארבעה חוטים וחמישה חוטים יש יציאות טרנזיסטור או ממסר לחיבור העומס, והחוט החמישי מאפשר לך לבחור את מצב הפעולה של החיישן, המצב ההתחלתי של היציאות.

מכיוון שהיציאות יכולות להיות גם ממסר וגם טרנזיסטור, החיישנים מחולקים בהתאם לשלושה סוגים לפי התקן היציאות: ממסר, npn ו-pnp.

חיישנים עם יציאת ממסר

לחיישן עם יציאת ממסר יש בידוד גלווני של מעגל האספקה ​​מהמעגל הכלול. הוא מחליף חוט אחד והמתח במעגל המתחלף אינו קריטי במיוחד. מכיוון שמעגל אספקת הכוח של החיישן מבודד באופן גלווני, זה יכול להיחשב ליתרון של חיישן הממסר. חיישנים מסוג זה הם בדרך כלל גדולים.

חיישנים עם פלט טרנזיסטור pnp

לחיישן יש טרנזיסטור pnp במוצא אשר מעביר את החוט החיובי עם העומס. עומס מחובר למעגל האספן של טרנזיסטור הפלט pnp, המחובר באופן קבוע לשלילי דרך ההובלה השנייה שלו.

חיישנים עם פלט טרנזיסטור npn

לחיישן יש טרנזיסטור NPN במוצא אשר מעביר את החוט השלילי עם העומס. עומס מחובר למעגל האספנים של טרנזיסטור הפלט npn, המחובר באופן קבוע על ידי ההובלה השנייה שלו למוליך החיובי.

על פי המצב ההתחלתי של היציאות, חיישני מיקום אינדוקטיביים יכולים להיות מגעים סגורים או פתוחים בדרך כלל. המצב ההתחלתי אומר שמצב זה נמצא ברגע בו החיישן עדיין לא מופעל, כלומר אינו מופעל.

אם מגעי המוצא סגורים בדרך כלל, אז העומס מחובר בזמן סרק, אם הוא פתוח בדרך כלל, אז עד שהחיישן יופעל, העומס ינותק ולא יסופק חשמל לכונן (למשל מגע). אנשי קשר סגורים בדרך כלל מיועדים בפורמט אנגלית - N.C. (סגור בדרך כלל), פתוח בדרך כלל - N.O. (בדרך כלל פתוח).

לפיכך, חיישנים עם יציאות טרנזיסטור הם מארבעה סוגים: שני סוגים לפי המוליכות (pnp או npn) ושני סוגים לפי המצב ההתחלתי של היציאות. ייתכן גם עיכוב בעת הפעלה או כיבוי.

בהתאם לסוג הכונן המחובר לחיישן, כמו גם שיטת אספקת החשמל, ההיגיון של החיישן יכול להיות חיובי או שלילי. זה נובע מרמת המתח המפעילה את הקלט של המכשיר.

אם הקלט מופעל כאשר החוט השלילי של המפעיל מחובר לאדמה, למינוס, אז ההיגיון נקרא שלילי, חיבור כזה אופייני לחיישנים עם יציאות טרנזיסטור מסוג npn.

לוגיקה חיובית מתאימה לחיבור החוט החיובי של הכונן לאספקת הכוח החיובי כאשר היא מופעלת, לוגיקה זו אופיינית לחיישנים עם יציאות טרנזיסטור pnp. לרוב, יש היגיון חיובי לפעולת חיישנים אינדוקטיביים למיקום המנגנונים.

סוגים ישנים יותר בשימוש של חיישני מיקום אינדוקטיביים

חיישני מיקום אינדוקטיביים IKV-22

חיישנים אינדוקטיביים IKV-22. פעולתם של חיישנים אלו מבוססת על העיקרון של שינוי ההתנגדות האינדוקטיבית של סלילים עם ליבת פלדה כאשר פער האוויר במעגל המגנטי משתנה.

מעגל מגנטי עם שני סלילים מותקן על לוח פלדה, סגור בכיסוי פלסטיק. שני קבלים MBGP (אחד עם קיבולת של 15 μF, 200 V, השני עם קיבולת של 10 μF, 400 V) מחוברים לצלחת מהצד התחתון. הקבלים מכוסים בכיסוי. הכבל מחובר דרך החותם. על המנגנון מותקן shunt מגנטי שמידותיו חייבות להיות לפחות: עובי 2 מ"מ, רוחב 80 מ"מ, אורך 140 מ"מ. מרווח האוויר בין המעגל המגנטי לשאנט הוא 6 ± 4 מ"מ.

ממסר המוצא מופעל ומכבה בדרך כלל ברגע שהשאנט המגנטי עובר דרך החיישן, כאשר עקב שינוי בהתנגדות האינדוקטיבית של הסליל, נוצרת תהודה זרם והזרם דרך סליל הממסר יורד. ממסרים אלה: סוג MKU-48, 12 V AC, שואב זרם לא יותר מ-0.45 A, ירידה בזרם לא פחות מ-0.1 A.מתח האספקה ​​של מעגל החיישן הוא ממסר AC 24V.

חיישני מיקום אינדוקטיביים ID-5

בבתי מלאכה מתכות משתמשים בחיישנים אינדוקטיביים מסוג ID-5 המיועדים לעבוד בטמפרטורות סביבה של עד +80 מעלות צלזיוס ולחות עד 100%. אבק מוליך ואבנית מקובלים. עם החיישן נעשה שימוש במגבר פלט מוליכים למחצה מסוג UID-10. הספק המוצא של המגבר (25 W) מספיק כדי להפעיל את ממסרי REV-800 הנפוצים, מגע KP21, MK-1 וכו'.

מרווח האוויר בין החיישן לאובייקט הפרומגנטי הנצפה יכול להיות עד 30 מ"מ. מידות החיישן ID-5 הן 187x170x70 מ"מ, מתח האספקה ​​הוא 220 V ± 15%, 50 הרץ.

מתגי BSP ללא מגע בגודל קטן

מתגי תנועה קטנים BSP-2 (עם פלט ללא מגע, לאלמנט לוגי) ו-BRP (עם פלט לממסר PE-21, 24 V, 16 אוהם) משמשים במכונות חיתוך מתכת.

מתג BSP-2 מורכב מחישן שנאי דיפרנציאלי וטריגר מוליכים למחצה. המערכת המגנטית של סליל החיישן הראשון מזיזה על ידי לוחית פלדה, והסליל השני עובר מניפולציה תוך כדי תנועה על המערכת המגנטית שלו המחוברת למנגנון האבזור השטוח. הסלילים מופעלים בכיוון ההפוך.

אם האבזור נמצא מעל החיישן, התגובות האינדוקטיביות של הסלילים שוות ותפוקת החיישן של השנאי הדיפרנציאלי היא אפס. במקרה זה, מתח של לפחות 2.5 וולט מופיע במוצא הדק, וזה מספיק כדי שהאלמנט הלוגי יפעל.

בהיעדר אבזור מעל החיישן, מופעל מתח על ההדק, המחזיר אותו למצבו המקורי. אז אות הפלט של המתג הוא אפס.

עקרון הפעולה של מתג BRP דומה במובנים רבים לזה של BSP-2. בתוך הקופסה מותקנים חיישן אינדוקטיבי (לפי מעגל השנאי הדיפרנציאלי), טריגר ומגבר. סלילים משניים עם מספר שונה של סיבובים מופעלים בכיוון ההפוך. כאשר האבזור חופף למערכת המגנטית של החיישן, האות פוחת ולאחר שינוי הפאזה, הדק עובר הפעלה ומופעל ממסר מוצא חיצוני (PE-21, 24 V, 16 אוהם).

לעוגן הקבוע למנגנון מידות של 80x15x3 מ"מ. הרווח בין העוגן לחיישן הוא 4 מ"מ. הדיוק של המתגים במצב הנומינלי הוא ± 0.5 מ"מ, הפרש ההפעלה הוא לא יותר מ-5 מ"מ. בְּ. תנודות במתח ובטמפרטורה, השגיאה של מתגי BSP-2 ו-BRP יכולה להגיע ל-± (2.5-f-3.0) מ"מ.

חיישנים אינדוקטיביים בתדר גבוה VKB

חיישנים אינדוקטיביים בעלי דיוק גבוה מסוג VKB עם אבזור בצורת U או שטוח משמשים גם לאוטומציה של מכונות חיתוך מתכת. הקטבים של השנאי המובנה יוצרים מערכת אלקטרומגנטית פתוחה. מרווח האוויר בעבודה הוא 0.1-0.15 מ"מ.

מתח המוצא מהפיתול המשני של השנאי מוזן למעגל מדידה דיפרנציאלי ולאחר מכן למגבר טרנזיסטור. השגיאה הכוללת של החיישן עם תנודות טמפרטורה מ-5 עד 40 מעלות צלזיוס ומתח מ-85 עד 110% מהערך הנומינלי היא ± (0.064-0.15) מ"מ, ההבדל בתגובה אינו עולה על 0.4 מ"מ. מהירות התנועה המרבית של המנגנון היא 10 מ'/מ"מ. מידות חיישן 62x34x24 מ"מ. מתח אספקה ​​12V.

סוגים מיוחדים של חיישנים אינדוקטיביים מדויקים עבור מכונות חיתוך מתכת עם מעגל דיפרנציאלי יש שגיאה של פחות מ ± 0.01 מ"מ.חיישנים כאלה כוללים מתג תנועה ללא מגע מסוג VPB12, המורכב מיחידת חיישן על יחידה אלקטרונית. יחידת החיישן כוללת חיישן עבודה אינדוקטיבי, חיישן פיצוי אינדוקטיבי ומעגלים מודפסים. המנגנון מותקן: אלמנט פריט שליטה. מתח אספקה ​​12 V DC. מרחק החשיפה המרבי אינו עולה על 0.12 מ"מ. ניתן לחבר ממסר מסוג RPU-0 לפלט החיישן. זרם העומס המרבי של התקן הפלט הוא 0.16 A.

חיישני מיקום גנרטור

חיישנים מסוג זה הם קומפקטיים ומדויקים מאוד. מחוללי חיישנים מסדרות KVD-6M ו-KVD-25 (עם חריצים), KVP-8 ו-KVP-16 (מטוסים) הוכיחו את עצמם היטב. הם מתאימים לשימוש בריכוז גבוה של לחות ואבק. האלמנטים של מעגל הטרנזיסטור של החיישן (גנרטור והדק) ממוקמים בבית עשוי פוליסטירן עמיד בפני זעזועים. האיטום נעשה בתרכובת התקשות קרה. טווח טמפרטורת ההפעלה הוא בין - 30 ל +50 מעלות צלזיוס.

חיישן HPC יוצר אות בדיד כאשר לוחית מתכת ("דגל") עוברת דרך החריץ, וגורמת לתקלה ביצירת והחלפת ההדק. רוחב החריץ הוא 6 מ"מ לחיישן KVD-6M ו-25 מ"מ לחיישן KVD-25.

חיישני KVP-8 ו-KVP-16 מופעלים כאשר לוחית מתכת עוברת לידם במרחק מקסימלי של 8 ו-16 מ"מ, בהתאמה.