Датчик индуктивный бесконтактный ИУХХ-NO-PNP(ПФ) купить в Челябинске — СКБ Индукция

Достоинства и преимущества индуктивных датчиков положения IFM

• В конструкции ИД нет подвижных деталей, что повышает чёткость и надежность работы;
• Низкий процент износа, так как индуктивные датчики положения IFM не подвержены воздействиям окружающей среды: высокой влажности, критичным температурам, вибрации. Отсюда высокий полезный ресурс;
• Удобство и простота монтажа индуктивных датчиков;
• Быстрое срабатывание, высокая чувствительность и точность.

Принцип работы индуктивных датчиков положения IFM

Индуктивный датчик работает благодаря явлению электромагнитной индукции.

Срабатывание датчика происходит в контрольных точках (на определенных расстояниях). При расположении чувствительного элемента датчика рядом с металлическим объектом в активной зоне, где более всего сконцентрировано магнитное поле, его контакты замкнуты. Когда расстояние между датчиком и контролируемым объектом увеличивается, происходит размыкание контактов, что приводит к переключению датчика. Поэтому индуктивные датчики еще классифицируют как датчики приближения.

Применение индуктивных датчиков положения IFM

Индуктивные датчики применяются:

• В качестве средств контроля в составе систем блокировки агрегатов, создающих локальные и распределенные системы противоаварийной защиты и сигнализации промышленного оборудования;
• Для мониторинга положения подвижных элементов технологических агрегатов и выдачи электрического сигнала при достижении элементом контролируемого положения, т.е. выполнения функции конечного бесконтактного выключателя в решениях АСУ ТП;
• Для подсчёта количества деталей.

Ограничения составляет только работа с металлическими объектами и с чувствительными к магнитам материалами, попадающими в область контроля датчика, что делает эти сенсоры еще и своего рода своеобразными детекторами металла.

Бюджетная стоимость индуктивных датчиков IFM обусловлена широкой линейкой производителя IFM и унифицированностью изделий.

Технические характеристики индуктивных датчиков положения IFM

Номенклатурный ряд индуктивных датчиков IFM electronic разнообразен. Общие для всех исполнений технические характеристики:

Тип корпуса: Цилиндрический гладкий

• Размер корпуса: от Ø4 до Ø164 мм
• Расстояние срабатывания: от 0,8 до 120 мм
• Тип монтажа: заподлицо/незаподлицо
• Рабочее напряжение: 10…36В DC , 10…55В DC, 20…250В AC/DC, 90…250В AC
• Типы выходных сигналов: НО/НЗ, 2-х или 3-х проводные схемы подключения
• Температура окружающей среды: -0…100°C

Тип корпуса: Цилиндрический с внешней резьбой

• Размер корпуса: от М5 до М50 мм
• Расстояние срабатывания: от 0,8 до 30 мм
• Тип монтажа: заподлицо/незаподлицо
• Рабочее напряжение: 10…36В DC , 10…55В DC, 20…250В AC/DC, 90…250В AC
• Типы выходных сигналов: НО/НЗ, 2-х или 3-х проводные схемы подключения
• Температура окружающей среды: -0…100°C

Тип корпуса: Прямоугольный

• Расстояние срабатывания: от 0,8 до 60 мм
• Тип монтажа: заподлицо/незаподлицо
• Рабочее напряжение: 10…36В DC , 10…55В DC, 20…250В AC/DC, 90…250В AC
• Типы выходных сигналов: НО/НЗ, 2-х или 3-х проводные схемы подключения
• Температура окружающей среды: -0…100°C

Тип корпуса: Щелевой

• Глубина установки (со стороны): 5…7 мм
• Ширина щели: 3,5 мм
• Рабочее напряжение: 5…25В DC
• Тип выходных сигналов: НЗ,2-пров. NAMUR
• Рабочая температура: -40…100°C

Тип корпуса: Трубный

• Максимальная скорость детали: 35 м/с
• Рабочее напряжение: 10…35В DC
• Тип выходных сигналов: НО, 3-пров. PNP
• Рабочая температура: -25…70°C

Тип корпуса: Кольцевой

• Диапазон срабатывания (диаметр шара): 0,6…6 мм
• Максимальная скорость детали: 35 м/с
• Рабочее напряжение: 8,2В DC, 10…35В DC
• Тип выходных сигналов: НЗ/НО, 3-пров.,2-пров, NAMUR, PNP, NPN
• Рабочая температура: -25…100°C

Недостатки

Точность срабатывания зависит от питающего напряжения, поэтому необходимо тщательно подойти к вопросу стабилизации рабочей сети питания для датчика с рабочим напряжением в диапазоне 5…36В постоянного тока в зависимости от конкретной модели индуктивного датчика положения IFM. Необходимо учитывать материал, из которого изготовлен объект, чьё положение и должен сигнализировать датчик. Только зная поправочный коэффициент рабочего зазора между чувствительным элементом датчика и измерительной пластинкой из различных металлов, например, стали, алюминия, меди, чугуна и др. , можно обеспечить качественную работу датчика.

Чтобы избежать постоянных сбоев в работе оборудования, лучше довериться проверенным производителям. Из нашей ассортиментной линейки инженеры подберут индуктивный датчик IFM, подходящий для решения именно Вашей проблемы.

В этой статье поговорим о датчиках положения механизмов. Вообще, принципиальная функция любого датчика — дать сигнал с наступлением какого-то конкретного события. То есть датчик при наступлении события срабатывания активируется, и подает сигнал, который может быть как аналоговым, так и дискретным, цифровым.

В качестве датчиков положения в течение многих десятилетий используются концевые
выключатели. Они состоят из электрических контактов, которые механически
размыкаются или замыкаются, когда какая-либо переменная (положение)
достигает определенного значения. Концевые выключатели различных типов являются важной частью многих систем управления, надежность которых существенно зависит именно от них, т. такие датчики содержат подвижные механические элементы ресурс которых ограничен.

В настоящее время концевые выключатели активно вытесняются различными бесконтактными датчиками. Наиболее распространены бесконтактные датчики положения следующих типов: индуктивные, генераторные, магнитогерконовые и фотоэлектронные. Указанные датчики не имеют механического контакта с подвижным объектом, положение которого контролируется.

Бесконтактные датчики положения обеспечивают высокое быстродействие и большую частоту включений механизма. Определенным недостатком этих датчиков является зависимость, их точности от изменения напряжения питания и температуры. В зависимости от требований выходным аппаратом этих устройств может быть как бесконтактный логический элемент, так и электрическое реле.

В схемах точной остановки электроприводов бесконтактные датчики могут использоваться как для подачи команды на переход к пониженной частоте вращения, так и для окончательной остановки.

Типов датчиков сегодня на рынке множество, однако, в рамках данной статьи осветим тему непосредственно индуктивных датчиков положения, ибо в более чем 80% случаев, в качестве датчиков положения механизмов служат именно индуктивные датчики.

Срабатывание индуктивного датчика происходит в момент приближения металла в его зону срабатывания. По этой причине индуктивные датчики положения еще называют датчиками присутствия, датчиками приближения или просто индуктивными выключателями.

Рассмотрим теперь принцип срабатывания индуктивного датчика. Как говорилось выше, когда металл достаточно сближается с зоной срабатывания, датчик активируется. Явление это заключается во взаимодействии включенной катушки индуктивности с приближающимся к ней металлом, который резко изменяет величину магнитного поля катушки, что и приводит к активации датчика, он срабатывает, на его выходе появляется соответствующий сигнал.

Электронная часть устройства содержит схему управления, которая в свою очередь управляет реле либо транзисторным ключом. Она состоит из следующих частей:

• Генератор, создающий электромагнитное поле, необходимое для взаимодействия с объектом.
• Триггер Шмитта, обеспечивающий гистерезис, когда происходит переключение.
• Усилитель для увеличения амплитуды сигнала, чтобы он достиг необходимого для срабатывания значения.
• Светодиодный индикатор, информирующий о состоянии выключателя. Также с его помощью обеспечивается контроль работоспособности и настройка.
• Компаунд для защиты от попадания вовнутрь твердых частиц и воды.
• Корпус для обеспечения монтажа датчика и его защиты от различных механических воздействий. Изготавливается из латуни или полиамида и комплектуется крепежными изделиями.

Индуктивные датчики положения широко применяются в системах промышленной автоматизации, где необходимо время от времени или постоянно определять положение какой-нибудь части механизма. Датчик подает сигнал, который поступает на исполнительное устройство. В качестве исполнительного устройства может выступать пускатель, контроллер, реле, частотный преобразователь и т. Главное, чтобы параметры датчика соответствовали параметрам исполнительного устройства по напряжению и току.

Датчики в большинстве своем не являются силовыми устройствами, это главным образом сигнальные устройства, по этой причине сам датчик, как правило, ничего мощного не коммутирует, а только управляет, подает сигнал управления, выступает в качестве устройства инициирования того или иного действия, которое уже может быть связано с силовой коммутацией.

Современные индуктивные датчики положения чаще всего встречаются в двух вариантах исполнения пластикового или металлического корпуса: прямоугольной или цилиндрической формы. Диаметр датчика круглого сечения может быть от 4 до 30 мм, но чаще всего применяют диаметры 18 и 12 мм.

При монтаже датчика на оборудование, выставляют зазор между металлической пластиной и зоной срабатывания датчика, обычно это расстояние не превышает диаметра датчика, и как правило, оказывается в 2-3 раза меньше его диаметра.

По способу подключения индуктивные датчики положения бывают двухпроводными, трехпроводными, четырехпроводными и пятипроводными.

Двухпроводные непосредственно коммутируют нагрузку, такую как катушка пускателя, то есть они работают подобно обычному выключателю. Двухпроводные датчики требовательны к сопротивлению нагрузки, поэтому не всегда подходят в качестве надежного инструмента, однако актуальности своей не теряют.

Нагрузка просто подключается последовательно с датчиком, если применяется постоянное напряжение, то важно соблюсти полярность, если переменное — полярность не важна, главное — коммутируемая мощность и ток.

Трехпроводные датчики имеют третий провод для питания самого датчика, и это наиболее популярное решение. Четырехпроводные и пятипроводные датчики имеют транзисторные либо релейные выходы для подключения нагрузки, а пятый провод позволяет выбрать режим работы датчика, исходное состояние выходов.

Поскольку выходы могут быть как релейными, так и транзисторными, то датчики, соответственно, подразделяются на три типа по устройству выходов: релейные, npn и pnp.

Датчики с релейным выходом

Датчик с релейным выходом имеет гальваническую развязку цепи питания от коммутируемой цепи. Коммутирует один провод, и напряжение в коммутируемой цепи не является особо критичным. Поскольку схема питания датчика гальванически развязана, это можно считать достоинством релейного датчика. Датчики данного типа, как правило, крупногабаритны.

Датчики с pnp-транзисторным выходом

Датчик имеет на выходе pnp-транзистор, который осуществляет коммутацию плюсового провода с нагрузкой. В коллекторную цепь выходного pnp-транзистора включается нагрузка, которая вторым своим проводом соединена постоянно с минусом.

Датчики с npn-транзисторным выходом

Датчик имеет на выходе npn-транзистор, который осуществляет коммутацию минусового провода с нагрузкой. В коллекторную цепь выходного npn-транзистора включается нагрузка, которая вторым своим проводом соединена постоянно с плюсовым проводом.

По исходному состоянию выходов, индуктивные датчики положения могут быть с нормально замкнутыми или с нормально разомкнутыми контактами. Исходное состояние обозначает, что это состояние в тот момент времени, когда датчик еще не сработал, то есть не активирован.

Если выходные контакты нормально замкнуты, то нагрузка подключена в неактивное время, если нормально разомкнуты, то пока датчик не сработает, нагрузка будет отключена, и на исполнительный прибор (например контактор) питание подано не будет. Обозначение нормально замкнутых контактов в англоязычном формате — N. (Normal Closed), нормально разомкнутых — N. (Normal Open).

Таким образом, датчики с транзисторными выходами бывают четырех разновидностей: два вида по проводимости (pnp или npn), и два вида по исходному состоянию выходов. Также может быть предусмотрена задержка включения или выключения.

В зависимости от вида исполнительного устройства, которое подключается к датчику, а также от способа его запитки, логика работы датчика может быть положительной или отрицательной. Это связано с уровнем напряжения, которое активизирует вход устройства.

Если вход активируется при подключении минусового провода исполнительного устройства к земле, к минусу, то логика называется отрицательной, такое подключение свойственно датчикам с транзисторными выходами npn-типа.

Положительная логика соответствует подключению при активации плюсового провода исполнительного устройства к плюсу питания, такая логика свойственна датчикам, имеющим транзисторные выходы pnp-типа. Чаще всего встречается положительная логика работы индуктивных датчиков положения механизмов.

Старые наиболее часто используемые типы индуктивных датчиков положения

Индуктивные датчики положения ИКВ-22

Индуктивные датчики ИКВ-22. Работа этих датчиков основана на принципе изменения индуктивного сопротивления катушек со стальным сердечником при изменении воздушного зазора в магнитной цепи.

На стальной плите установлен магнитопровод с двумя катушками, закрытый пластмассовой крышкой. С нижней стороны к плите крепятся два конденсатора типа МБГП (один емкостью 15 мкФ, 200 В, второй —10 мкФ, 400 В). Конденсаторы закрыты крышкой. Подключение кабеля производится через сальниковый ввод. На механизме устанавливается магнитный шунт, размеры которого должны быть не менее: толщина 2 мм, ширина 80 мм, длина 140 мм. Воздушный зазор между магнитопроводом и шунтом равен 6±4 мм.

Выходное реле нормально включено и отключается в момент прохождений магнитного шунта над датчиком, когда из-за изменения индуктивного сопротивления катушки наступает резонанс токов и ток через обмотку реле падает. Данные реле: тип МКУ-48, 12 В переменного тока, ток втягивания не более 0,45 А, ток отпадания не менее 0,1 А. Напряжение питания цепи датчик — реле 24 В переменного тока.

В металлургических цехах используют индуктивные датчики типа ИД-5, рассчитанные для работы при температуре окружающей среды до +80 °С и влажности до 100%. Допустимо присутствие токопроводящей пыли и окалины. В комплекте с датчиком применяют выходной полупроводниковый усилитель типа УИД-10. Выходная мощность усилителя (25 Вт) достаточна для включения широко распространенных реле РЭВ-800, контакторов КП21, МК-1 и т.

Воздушный зазор между датчиком и контролируемым ферромагнитным объектом может достигать 30 мм. Размеры датчика ИД-5 187х170х70 мм, напряжение питания 220 В± ±15%, 50 Гц.

Бесконтактные малогабаритные путевые переключатели БСП

На металлорежущих станках находят применение малогабаритные путевые переключатели БСП-2 (с бесконтактным выходом, на логический элемент) и БРП (с выходом на реле ПЭ-21, 24 В, 16 Ом).

Переключатель БСП-2 состоит из дифференциально-трансформаторного датчика и полупроводникового триггера. Магнитная система первой катушки датчика зашунтирована стальной пластиной, а вторая катушка шунтируется при перемещении над ее магнитной системой связанного с механизмом плоского якоря. Катушки включены встречно.

Если якорь находится над датчиком, индуктивные сопротивления катушек равны и выходной сигнал дифференциально-трансформаторного датчика равен нулю. При этом на выходе триггера появляется напряжение не менее 2,5 В, достаточное для срабатывания логического элемента.

При отсутствии якоря над датчиком на триггер подается напряжение, возвращающее его в исходное состояние. Выходной сигнал переключателя при этом равен нулю.

Принцип действия переключателя БРП во многом аналогичен БСП-2. Внутри корпуса смонтированы индуктивный датчик (по схеме дифференциального трансформатора), триггер и усилитель. Вторичные катушки, имеющие разное число витков, включены встречно. По мере перекрытия якорем магнитной системы датчика сигнал уменьшается, а после изменения его фазы переключается триггер и срабатывает внешнее выходное реле (ПЭ-21, 24 В, 16 Ом).

Якорь, закрепленный на механизме, имеет размеры 80х15х3 мм. Зазор между якорем и датчиком 4 мм. Точность выключателей в номинальном режиме составляет ±0,5 мм, дифференциал срабатывания — не более 5 мм. При. колебаниях напряжения питания и температуры погрешность переключателей БСП-2 и БРП может достигать ± (2,5-f-3,0) мм.

Высокочастотные индуктивные датчики ВКБ

Для автоматизации металлорежущих станков используют также высокоточные индуктивные датчики типа ВКБ с П-образным или плоским якорем. Полюсы встроенного трансформатора образуют разомкнутую электромагнитную систему. Рабочий воздушный зазор равен 0,1—0,15 мм.

Выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора подается на дифференциальную измерительную схему, а затем на транзисторный усилитель. Суммарная погрешность датчика при колебаниях температуры от 5 до 40 °С и напряжения от 85 до 110% номинального значения составляет ±(0,064-0,15) мм, дифференциал срабатывания не превышает 0,4 мм. Максимальная скорость движения механизма равна 10 м/мм. Размеры датчика 62х34х24 мм. Напряжение питания 12 В.

Специальные типы станочных прецизионных индуктивных датчиков с дифференциальной схемой имеют погрешность менее ±0,01 мм. К таким датчикам относится путевой бесконтактный выключатель типа ВПБ12, состоящий из блока датчика электронного блока. В блок датчика входят индуктивный рабочий датчик, индуктивный компенсационный датчик и печатные платы. На механизме устанавливается: управляющий ферритовый элемент. Напряжение питания 12 В постоянного тока. Максимальное расстояние воздействия — не более 0,12 мм. На выходе датчика могут быть включено реле типа РПУ-0. Максимальный ток нагрузки выходного аппарата 0,16 А.

Генераторные датчики положения

Датчики этого типа отличаются компактностью и высокой точностью. Хорошо зарекомендовали себя генераторные датчики серий КВД-6М и КВД-25 (щелевые), КВП-8 и КВП-16 (плоскостные). Они пригодны для использования при повышенной концентрации влаги и пыли. В корпусе из ударопрочного полистирола размещены элементы транзисторной схемы датчика (генератор и триггер). Герметизация выполнена компаундом холодного отвердения. Интервал рабочих температур — от — 30 до +50 °С.

Датчик КВД выдает сигнал дискретной формы, когда через щель проходит металлическая пластина («флажок»), вызывающая срыв генерации и переключение триггера. Ширина щели равна 6 мм у датчика КВД-6М и 25 мм у датчика КВД-25.

Датчики КВП-8 и КВП-16 срабатывают при прохождении мимо них металлической пластины на максимальном расстоянии соответственно 8 и 16 мм.

Как устроен датчик индуктивности и принцип его работы

По принципу действия индуктивные датчики относятся к активным, то есть, для работы им требуется внешний генератор. Он обеспечивает подачу на катушку индуктивности сигнала с заданной частотой и амплитудой.

Ток, проходящий через витки катушки, создает магнитное поле. Если в магнитное поле попадает токопроводящий предмет, параметры катушки изменяются. Остается только зафиксировать это изменение.

Простые бесконтактные датчики реагируют на появление металлических объектов в ближней зоне обмотки. При этом изменяется импеданс катушки, это изменение надо преобразовать в электрический сигнал, усилить и (или) зафиксировать прохождение порога с помощью схемы сравнения.

Датчики другого типа реагируют на изменение продольного положения объекта, который служит сердечником катушки. При изменении положения объекта он вдвигается или выдвигается из катушки, тем самым изменяя её индуктивность. Это изменение можно преобразовать в электрический сигнал и измерить. Другой вариант исполнения такого датчика – когда объект надвигается на катушку снаружи. Это вызывает уменьшение индуктивности вследствие экранного эффекта.

Ещё один вариант исполнения индуктивного датчика перемещения – линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT). Он представляет собой составную катушку, выполненную в следующем порядке:

• вторичная обмотка 1;
• первичная обмотка;
• вторичная обмотка 2.

Сигнал с генератора подается на первичную обмотку. Магнитное поле, создаваемое средней катушкой, наводит ЭДС в каждой из вторичных (принцип трансформатора). Сердечник при его перемещении изменяет взаимную связь между катушками, изменяя электродвижущую силу в каждой из обмоток. Это изменение можно зафиксировать схемой измерения. Так как длина сердечника меньше общей длины составной катушки, то по соотношению ЭДС во вторичных обмотках можно однозначно определить положение объекта.

На этом же принципе – изменение индуктивной связи между обмотками – построен датчик поворота. Он состоит из двух соосных катушек. Сигнал подаётся на одну из обмоток, ЭДС во второй зависит от взаимного угла поворота.

Из принципа действия очевидно, что индуктивные датчики, независимо от исполнения, относятся к бесконтактным. Они работают на расстоянии, и непосредственного касания контролируемого объекта не требуют.

Достоинства и недостатки индуктивных датчиков

К плюсам датчиков индуктивного типа в первую очередь относят:

• надежность конструкции;
• отсутствие контактных соединений;
• большую выходную мощность, что снижает влияние шумов и упрощает схему управления;
• высокая чувствительность;
• возможность работы от источников переменного напряжения промышленной частоты.

К основному недостатку датчиков индуктивного типа можно отнести их размеры, вес и сложность изготовления. Для намотки катушек с заданными параметрами требуется специальное оборудование. Также минусом считается необходимость точного поддержания амплитуды сигнала с задающего генератора. При её изменении меняется и область чувствительности. Так как датчики работают только на переменном токе, поддержание амплитуды становится определенной технической проблемой. Напрямую (или через понижающий трансформатор) в бытовую или производственную сеть включить датчик не получится – в ней колебания напряжения по амплитуде или частоте могут даже в нормальном режиме достигать 10%, что делает точность измерения неприемлемой.

Также на точность измерения могут влиять:

• сторонние магнитные поля (экранировка датчика невозможна исходя из принципа его действия);
• сторонние наводки ЭДС в питающих и измерительных кабелях;
• погрешности при изготовлении;
• погрешность характеристики датчика;
• люфты или деформации в месте установки датчика, не влияющие на общую работоспособность;
• зависимость точности от температуры (изменяются параметры намоточного провода, включая его сопротивление).

Неспособность датчиков индуктивности реагировать на появление в их магнитном поле диэлектрических предметов можно отнести как к достоинствам, так и к недостаткам. С одной стороны, это ограничивает область их применения. С другой – делает нечувствительными к наличию на контролируемых объектах грязи, жиров, песка и т.

Знание недостатков и возможных ограничений при работе индуктивных датчиков позволяют рационально использовать их достоинства.

Область применения индуктивных датчиков

Индуктивные бесконтактные датчики часто применяют в качестве концевых выключателей. Такие устройства получили распространение:

• в охранных системах, как датчики несанкционированного открытия окон и дверей;
• в системах телемеханики, как датчики конечного положения узлов и механизмов;
• в быту в схемах индикации закрытого положения дверей, створок;
• для подсчета предметов (например, движущихся по ленте транспортера);
• для определения частоты вращения зубчатых колес (каждый зубец, проходя мимо датчика, создает импульс);
• в прочих ситуациях.

Датчики углового положения могут применяться для определения углов поворота валов, шестерней и других вращающихся узлов, а также в качестве абсолютных энкодеров. Также такие устройства могут использоваться в станочном оборудовании и в робототехнических устройствах наряду с датчиками линейного положения. Там, где надо точно знать положение узлов механизмов.

Практические примеры реализации индуктивных датчиков

На практике конструкции индуктивных датчиков могут быть реализованы по-разному. Самое простое исполнение и включение у двухпроводного одинарного датчика, который контролирует наличие металлических предметов в своей зоне чувствительности. Такие устройства часто делаются на основе Ш-образного сердечника, но это непринципиальный момент. Подобное исполнение проще в производстве.

При изменении сопротивления катушки меняется ток в цепи и падение напряжения на нагрузке. Эти изменения можно зафиксировать. Проблема в том, что сопротивление нагрузки становится критичным. Если оно слишком большое, то изменения тока при появлении металлического предмета будут относительно небольшими. Это снижает чувствительность и помехоустойчивость системы. Если оно мало, то ток в цепи будет велик, потребуется более стойкий датчик.

Поэтому существуют конструкции, у которых схема измерения встроена в корпус датчика. Генератор формирует импульсы, которые питают катушку индуктивности. При достижении определенного уровня срабатывает триггер, перебрасываясь из состояния 0 в 1 или обратно. Буферный усилитель усиливает сигнал по мощности и (или) напряжению, зажигает (гасит) светодиод и выдает дискретный сигнал для внешней схемы.

Выходной сигнал может формироваться:

• посредством электромагнитного или – уровень напряжения нуля или единицы;
• «сухой контакт» электромагнитного реле;
• открытым коллектором транзистора (структуры n-p-n или p-n-p).

В этом случае для подключения датчика потребуется три провода:

• питание;
• общий провод (0 вольт);
• сигнальный провод.

Такие датчики могут питаться и от постоянного напряжения. Импульсы на индуктивность у них формируются посредством внутреннего генератора.

Для контроля положения используются дифференциальные датчики. Если контролируемый объект находится симметрично относительно обеих катушек, ток через них одинаков. При смещении в сторону поля любой обмотки происходит разбаланс, суммарный ток перестает быть равным нулю, что может быть зафиксировано индикатором со стрелкой посередине шкалы. По индикатору можно определить как величину смещения, так и его направление. Вместо стрелочного прибора можно применить схему управления, которая при получении информации об изменении положения выдаст сигнал, примет меры по выравниванию объекта, внесет коррективы в технологический процесс и т.

Датчики, выполненные по принципу линейно-регулируемых дифференциальных трансформаторов, выпускаются в виде законченных конструкций, представляющих собой каркас с первичной и вторичными обмотками и штоком, перемещающимся внутри (он бывает подпружиненным). Наружу выведены провода для подачи сигнала с генератора и съёма ЭДС со вторичных обмоток. К штоку механическим путём может быть присоединен контролируемый объект. Он может быть изготовлен и из диэлектрика – для измерения имеет значение лишь положение штока.

Несмотря на определенные врожденные недостатки, индуктивный датчик закрывает многие направления, связанные с бесконтактным определением предметов в пространстве. Несмотря на постоянное развитие технологий, такой тип устройств в обозримом будущем не уйдет с рынка измерительных устройств, ведь его действие основано на фундаментальных законах физики.

Концевой индуктивный датчик приближения SN04-N.

Принцип действия индуктивного датчика основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика.

Индуктивные датчики успешно и широко используются для решения многих задач автоматизации процессов в производстве, на конвейерах, станках ЧПУ. Датчик должен быть установлен чувствительным элементом в сторону зоны измерения. Датчик герметичен, потому может быть установлен в агрессивной среде. На датчике установлен красный светодиод, который загорается при нахождении в зоне срабатывания металлического объекта.

Активный концевой датчик, индуктивного типа, герметичный.

Датчик имеет транзисторный выход NPN полярности и нормально открытое состояние выхода.

Срабатывает на расстоянии 5 мм от стали, алюминия, меди, бронзы, свинца и т.

• Модель: SN04-N
• Напряжение питания: DC 10-30 В постоянного тока
• Тип выхода: NPN, NO
• Ток нагрузки максимальный: 200 мА
• Дистанция срабатывания: 5 мм ±10%
• Частота срабатывания: 500 Гц
• Индикация срабатывания: светодиодная
• Размер: 36 x 18 x 18 мм
• Монтаж: выступающий
• Длина соединительного провода: 110 см
• Вес: 75 гр.

Принцип работы индуктивного датчика приближения

Индуктивные датчики приближения используют принцип электромагнитной индукции для обнаружения наличия / отсутствия металлических предметов. Эти датчики очень похожи на емкостные датчики приближения по размеру. Ниже показано ALJ8A3-1-Z / N1 индуктивный бесконтактный переключатель OMCH

Давайте попробуем разобраться в принципе работы индуктивных датчиков приближения, начав с метода обнаружения, электромагнитная индукция и вихревые токи.

Принцип электромагнитной индукции

Когда к проводнику (т. К проводу) подается постоянный ток, он создает магнитное поле вокруг проводника. Это называется «статическим магнитным полем», потому что оно создается постоянным током.

Если источником тока является переменное напряжение, создаваемое магнитное поле начинает «колебаться» взад и вперед.

Если металлический объект, такой как кусок проволоки, помещается в это магнитное поле, это колеблющееся магнитное поле заставляет электрический ток генерироваться внутри этого второго проводника. Этот принцип известен как «электромагнитная индукция». Это принцип, который можно найти и в электрических трансформаторах.

То же явление можно наблюдать, когда магнитное поле статично и проводник движется через магнитное поле.

Вихревые токи

Когда металлический объект попадает в электромагнитное поле, это поле создает электрический ток внутри проводника в соответствии с принципом электромагнитной индукции. Иногда этот эффект становится нежелательным. Вихревые токи — это тип индуцированных токов, которые начинают циркулировать / заморачиваться внутри металлического объекта.

Вихревые токи не выходят из объекта в виде электрического тока. Вихревые токи также нарушают существующее магнитное поле. Это явление, которое индуктивные датчики приближения используют для обнаружения объектов.

Как индуктивный датчик приближения обнаруживает металлические предметы?

Индуктивные датчики приближения используют тот же принцип, что и вихревые токи, для обнаружения металлических объектов. Они измеряют изменение вихревых токов, наведенных в присутствующем объекте, и соответственно выдают сигнал.

Однако измерение вихревых токов в близлежащем объекте — сложная задача. Следовательно, индуктивные датчики приближения также имеют внутри сложную схему для обработки сигналов и обеспечения приличного выходного сигнала.

При активации датчик создает колеблющееся магнитное поле на чувствительной поверхности. Это магнитное поле создается с помощью LC генератор, состоящий из конденсатора и катушки.

Специальная схема поддерживает постоянную частоту колебаний. Для датчиков переменного тока эта частота составляет от 10 до 20 Гц, а датчики постоянного тока работают в диапазоне от 500 Гц до 5 кГц.

Когда металлический объект попадает в генерируемое магнитное поле, поле индуцирует электрический ток внутри объекта. Это также вызывает циркуляцию вихревых токов внутри объекта.

Как упоминалось ранее, вихревые токи нарушают магнитное поле, создаваемое датчиком.

Это нарушение гасит собственные колебания в контуре генератора. Это также известно как ‘магнитное демпфирование’. Магнитное демпфирование увеличивает нагрузку на колебания. В свою очередь, это уменьшает амплитуду колебательного сигнала.

Отдельная схема компаратора отслеживает этот колебательный сигнал. Когда амплитуда сигнала достигает значения ниже или выше определенного порога, схема активирует выход. Для цифрового датчика это логический выходной сигнал ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ. Для аналогового датчика выходной сигнал представляет собой сигнал тока или напряжения.

Постройте цепь индуктивного датчика приближения

Есть готовые датчики, доступные для покупки у разных производителей. Мы можем использовать их в любых приложениях промышленной автоматизации, где требуется обнаружение металлов. Как и другие типы датчиков, индуктивные датчики приближения также имеют разные типы выходов: PNP и NPN.

Также доступны 2-проводные индуктивные датчики приближения.

Схема индуктивного датчика приближения с использованием промышленного датчика

Давайте посмотрим на пример, когда зуммер срабатывает, когда датчик обнаруживает металлический объект. В этом примере используется индуктивный датчик приближения типа PNP.

В соответствии с типичными обозначениями проводки коричневый провод датчика является положительной клеммой источника питания. Напряжение питания может варьироваться от 6В до 36ВДВ. Синий провод подключен к земле.

Выход датчика (черный провод) подключается к базе NPN-транзистора общего назначения. Поскольку это датчик PNP, выходной сигнал будет около 0 В, когда объект не обнаружен. Когда он обнаруживает объект, выходной контакт выдает напряжение, близкое к напряжению питания, подаваемому на коричневый провод датчика.

Индуктивные датчики могут выдавать только меньшую величину тока. Следовательно, подключение выхода напрямую к зуммеру может повредить датчик. Использование транзистора в качестве переключателя позволяет датчику выводить сигнал напряжения и управлять сильноточной нагрузкой, такой как зуммер.

Когда на цепь подается питание и перед ней нет металлических предметов, индуктивный датчик приближения PNP выдает НИЗКОЕ напряжение (близкое к 0 В). Это обратное смещение транзистора, что означает, что ток не течет через зуммер. В этот момент зуммер выключен.

Когда металлический объект попадает в зону обнаружения датчика, он выдает логический ВЫСОКИЙ сигнал. Этот сигнал включает транзистор NPN. Поскольку транзистор работает как переключатель, теперь он включает зуммер.

Специальная схема индуктивного датчика приближения

Хотя индуктивные датчики приближения имеются в продаже, может быть случай, когда вам потребуется встроить датчик приближения в печатную плату. Это может быть связано с ограниченным пространством и отсутствием датчика подходящего размера.

TCA505 ИС переключателя индуктивного датчика приближения от Infineon Technologies — это ИС специального назначения, предназначенная для использования в таких приложениях. В него встроены все этапы обработки сигналов, и для создания автономного индуктивного бесконтактного переключателя требуется всего несколько внешних компонентов.

Electronics-lab. com есть пример приложения TCA505. Схема, показанная здесь, может обнаруживать металлические предметы на расстоянии 5-10 мм от печатной платы. Резонансный контур LC этого контура основан на открытый ферритовый сердечник.

Эта схема может работать от 12 В до 42 В и имеет два светодиода, D1 и D2. D2 остается включенным, когда объект отсутствует, в то время как D1 остается выключенным. Когда объект присутствует, D1 загорается, а D2 выключается. Чувствительность / расстояние срабатывания схемы можно регулировать с помощью потенциометра PR1.

Изображение, показанное ниже, является окончательной печатной платой, разработанной Electronics-lab. com.

Внутренние схемы индуктивного датчика приближения

Теперь, когда мы знаем, как работает индуктивный датчик приближения, давайте подробнее рассмотрим, что заставляет их «тикать».

Как мы теперь знаем, индуктивный датчик приближения имеет внутри корпуса сложную схему. Схема имеет 4 основных функциональных блока. А именно,

• Ступень осциллятора
• Демодуляторный каскад
• Триггерный этап
• Выходной этап

Давайте обсудим функциональную блок-схему индуктивного датчика приближения от считывания до вывода.

Ступень осциллятора

Каскад генератора состоит из сенсорной головки, которая образует Контур резервуара LC. Эта часть состоит из конденсатора и индуктора, который представляет собой чувствительную катушку, которая генерирует магнитное поле. Операционный усилитель помогает поддерживать колебания и поддерживать постоянную частоту. Выходной сигнал каскада генератора напоминает синусоидальную волну.

Демодуляторный каскад

Выход каскада генератора подключен к каскаду демодулятора. Этот каскад принимает синусоидальную волну и выпрямляет ее с помощью полумостового выпрямителя. Конденсатор C2 дополнительно сглаживает напряжение. Затем каскад демодулятора подает свой выход на каскад триггера.

Триггерный этап

Триггерный каскад состоит из специального типа ИС, называемого ‘триггер Шмитта’. Триггеры Шмитта обладают особой характеристикой, называемой «гистерезисом». Например, триггер Шмитта может установить свой выход на ВЫСОКИЙ, когда входное напряжение выше 2. 5 В. Но он снова установит свой выходной сигнал LOW только тогда, когда входное напряжение упадет ниже 2. 0 В.

Выходной этап

Выходной каскад — это последний каскад, который управляет выходным сигналом датчика. В основном он состоит из транзистора. Тип этого транзистора определяет тип выхода датчика.

Если транзистор типа NPN, датчик называется «датчик приближения NPN». Этот конкретный датчик представляет собой датчик типа PNP, в выходном каскаде которого имеется транзистор PNP.

Выход защищен резистивным датчиком температуры (RTD), который защищает выходной каскад в случае короткого замыкания коричневого провода на 0 В. Диод D2 обеспечивает защиту от обратной полярности, а R5 действует как понижающий резистор для выхода. Стабилитрон D1 защищает датчик от перенапряжения.

Индуктивные датчики приближения и емкостные датчики приближения

Индуктивные и емкостные датчики — две из самых популярных технологий среди датчиков приближения.

Индуктивные датчики приближения используют принцип электромагнетизма и вихревых токов для обнаружения металлических объектов. Когда металлический объект приближается к датчику, амплитуда колебаний внутри цепи датчика затухает. Увеличение или уменьшение амплитуды определяет выходное состояние датчика.

Однако они не могут обнаружить диэлектрический материал, такой как пластик, дерево или зерно. Иногда это является преимуществом, потому что мы можем использовать индуктивные датчики для обнаружения металлических предметов внутри бумажного или пластикового пакета. По большей части индуктивные датчики используются в машинах для определения положения движущихся частей.

Емкостные датчики приближения используют принцип емкости для обнаружения объектов. Размещение объекта перед чувствительной поверхностью вызывает колебание внутри цепи датчика. Это контролируется другой подсхемой, которая управляет выходом.

Эти датчики могут обнаруживать как металлические объекты, такие как черные металлы, алюминий, так и неметаллические объекты, такие как вода, бумага, стекло и даже порошки. Емкостные датчики используются для контроля уровня жидкости, определения состояния наполнения / пустоты контейнеров, таких как бутылки и т.

Индуктивные датчики имеют относительно меньший диапазон обнаружения (как расстояние, так и поле зрения), чем емкостные датчики. Рабочее расстояние обоих датчиков зависит от размера, формы и состава материала.

Использование индуктивных датчиков приближения с Arduino

Иногда в проекте DIY может потребоваться обнаружение металлических предметов. Давайте посмотрим, как использовать индуктивный датчик приближения с Arduino и как получить от него показания. Марк Репетитор есть очень информативное видео на его канале по этому поводу.

В этом уроке используется датчик LJ12A3-4-Z / B Индуктивный датчик приближения NPN. Этот датчик может работать с источником питания 6-36 В постоянного тока. Он имеет диапазон обнаружения 4 мм и может обнаруживать сплавы железа и стали.

Коричневый провод датчика подключен к источнику питания 6-36 В, а синий провод подключен к 0 В (земля). Контакт 1 оптопары PC817 подключен к тому же источнику 6–36 В постоянного тока. Выходной сигнал датчика подключается к контакту 817 PC2 через резистор 1 кОм. Этот резистор ограничивает ток, протекающий через оптрон.

На выходной стороне оптопары контакт 4 подключен к 5 В через резистор 10 кОм для ограничения тока. Контакт 3 подключен к земле. Два основания можно связать вместе или оставить разделенными. Контакт 4 также подключен к контакту 13 Arduino. Это может быть любой цифровой / аналоговый вывод Arduino.

Функциональность схемы

Когда на схему подано питание и никаких объектов нет, датчик NPN выдает логический ВЫСОКИЙ сигнал. Это означает, что оптопара PC817 не работает.

В этот момент транзистор внутри оптопары не активирован. Следовательно, напряжение на выводе 4 близко к 5В. Arduino считает это логическим ВЫСОКИМ входом.

Когда металлический объект помещается перед датчиком, выход датчика подключается к 0 В. Это заставляет ток течь через светодиод (контакт 1 — контакт 2 оптопары) и включает оптопару.

При активации транзистор начинает проводить ток от контакта 4 к контакту 3. В этот момент контакт 4 оптопары имеет напряжение, близкое к 0 В. Arduino рассматривает это как логический НИЗКИЙ вход.

Пояснение кода Arduino

Код начинается с определения контакта и установки контакта 13 в качестве входа. Внутри функции цикла Arduino непрерывно проверяет состояние контакта 13. Каждый раз, когда вход контакта 13 переходит с HIGH в LOW или из LOW в HIGH, выполняется условие if.

Если состояние вывода LOW (что означает наличие объекта), выводится сообщение «(0) Target Hit!» на серийный монитор. Если вывод ВЫСОКИЙ, Arduino печатает «(1) None» на последовательном мониторе.

Эту схему можно легко изменить для работы с датчиком PNP, подключив черный провод датчика PNP к контакту 1 оптопары и подключив контакт 2 к земле через резистор 1 кОм.

Индуктивный датчик приближения Цена

Цена индуктивных датчиков приближения в первую очередь зависит от их размера, дальности обнаружения и типа выхода. Типичный датчик с рабочим напряжением 10–30 В и диапазоном обнаружения 8 мм может стоить от 30 до 100 долларов США.

Датчики, к которым уже подключены провода, обычно стоят дороже, поскольку они герметичны и более устойчивы к пыли и воде.

Индуктивные бесконтактные датчики переменного тока, которые имеют контакты SPST, стоят около 80 долларов и обычно имеют Защита от проникновения (IP) рейтинг 67 или выше.

Символ индуктивного датчика приближения

Обозначение индуктивного датчика приближения выглядит следующим образом, как определено Международная электротехническая комиссия (МЭК). Он состоит из 4-х основных символов, обозначающих тип датчика.

Для всех индуктивных датчиков приближения верхний левый и нижний символы идентичны. В зависимости от типа выхода (PNP / NPN / SPST) верхний правый символ может изменяться.

Нижний правый символ указывает на нормально разомкнутое (NO) или нормально замкнутое (NC) состояние датчика. Это указывает, является ли выходной сигнал ВЫСОКИМ или НИЗКИМ при отсутствии объекта.

Engineershub. co объясняет все комбинации проводки (2-проводной и 3-проводной) для индуктивных датчиков приближения и дает иллюстрации для двух символов.

Где используются индуктивные датчики приближения?

Индуктивные датчики приближения находят большинство применений в промышленных средах и тяжелом машиностроении. Одним из наиболее популярных приложений является определение положения, в котором датчики используются для обнаружения движения машин, таких как вилочные погрузчики и гидравлические приводы.

Бесконтактное определение скорости вращения колеса также является еще одним применением индуктивных датчиков. Колесо с прорезями / зубьями используется для подсчета количества импульсов, считываемых датчиком в секунду, для определения скорости вращения колеса. Это обычное применение в автомобилях и конвейерных лентах.

Диапазон индуктивного датчика приближения

В отличие от емкостных датчиков приближения, индуктивные датчики приближения имеют более узкий диапазон срабатывания.

Однако они могут обнаруживать объекты в диапазоне от 1 мм до 60 мм. Датчики специального назначения также могут иметь увеличенное расстояние срабатывания.

На этой диаграмме мы можем определить некоторые параметры, которые используются для определения характеристик датчика. Sn номинальное расстояние срабатывания. Это расстояние, на которое рассчитан датчик. Этот диапазон не учитывает никаких отклонений.

Sr это реальное расстояние срабатывания. Это расстояние определяется при номинальном напряжении и номинальной температуре окружающей среды. Su это полезное расстояние срабатывания. Su определяет область, в которой оно составляет от 90% до 110% реального расстояния срабатывания.

Самый важный параметр — это Sa, гарантированное рабочее расстояние. Это от 0% до 81% номинального расстояния срабатывания, и датчик гарантированно обнаружит любой обнаруживаемый объект в этой области.

Из чего сделаны индуктивные датчики?

Чувствительная поверхность индуктивного датчика может быть изготовлена ​​из керамики или полиэфирэфиркетона (PEEK). Это зависит от приложения.

Корпус датчика изготовлен из различных материалов. Это может быть нержавеющая сталь, PPS, PBTB, никелированная латунь или латунь с тефлоновым покрытием.

Для применений, где важна гигиена, таких как пищевая промышленность, нержавеющая сталь соответствует стандартам. PPS используется для создания корпусов, в которых датчик будет подвергаться воздействию высоких температур. Чтобы противостоять истиранию и экстремальным температурам и холоду, используется PBTB.

Как подключить индуктивный датчик приближения

В основном доступны 3 типа схем подключения. 4-проводные датчики не получили широкого распространения, но наиболее популярны двух- и трехпроводные датчики.

Вот как классифицируются датчики в зависимости от их напряжения питания и типов выходов:

• Источник переменного или постоянного тока
  Определяет, работают ли датчики с источником питания 220 В переменного тока или 24 В постоянного тока.
• Определяет, работают ли датчики с источником питания 220 В переменного тока или 24 В постоянного тока.
• Тип выхода
  Транзисторный выход (3-х проводный)
  Датчики с транзисторным выходом могут быть NPN или PNP. Для обоих этих типов доступны варианты вывода NO (нормально открытый) и NC (нормально закрытый). Некоторые датчики могут поддерживать и то, и другое. (NO + NC).
  Релейный выход (2-х или 3-х проводный)
• Транзисторный выход (3-х проводный)
  Датчики с транзисторным выходом могут быть NPN или PNP. Для обоих этих типов доступны варианты вывода NO (нормально открытый) и NC (нормально закрытый). Некоторые датчики могут поддерживать и то, и другое. (NO + NC).
• Датчики с транзисторным выходом могут быть NPN или PNP. Для обоих этих типов доступны варианты вывода NO (нормально открытый) и NC (нормально закрытый). Некоторые датчики могут поддерживать и то, и другое. (NO + NC).
• Релейный выход (2-х или 3-х проводный)

2-проводные и 3-проводные датчики переменного тока всегда имеют релейный выход. Датчики постоянного тока могут быть с релейным или транзисторным выходом. Датчики с релейным выходом также имеют варианты NO, NC и NO + NC.

Вот OMCH. coАссортимент емкостных датчиков приближения и варианты проводки, которые они предоставляют:

Ниже приведены схемы подключения датчиков приближения к системам автоматизации.

Какой тип материала обнаруживает индуктивный датчик приближения?

Индуктивные датчики приближения могут обнаруживать присутствие только металлических целей. Они не могут обнаруживать неметаллические предметы, такие как керамика, пластик, дерево, бумага и жидкости.

Тем не менее, они могут «видеть сквозь» неметаллические предметы, чтобы обнаруживать металлические предметы. Например, индуктивные датчики приближения могут обнаруживать металлические предметы за непрозрачным пластиковым листом.

Как проверить индуктивный бесконтактный переключатель

Для проверки индуктивного датчика приближения типа PNP можно использовать следующую принципиальную схему. Когда металлический объект приближается к поверхности датчика, загорается подключенный светодиод.

Точно так же следующую схему можно использовать для проверки датчика приближения типа NPN. Для обеих схем сопротивление последовательного резистора со светодиодом должно быть около 2 кОм для защиты светодиода.

Какие материалы уменьшат диапазон индуктивного бесконтактного переключателя?

Индуктивные датчики лучше всего работают со сталью (Fe360). Используя это как ссылку, специальный «поправочный коэффициент» определяется для других типов материалов. Чем ниже коэффициент коррекции, тем меньше становится расстояние обнаружения.

Например, если конкретный датчик приближения может обнаруживать стальной объект на расстоянии 10 мм, он сможет обнаружить латунный объект только тогда, когда он находится примерно на 10 мм * 0. 25 — 10 мм * 0. 45 (2. 5 мм — 4. 5 мм) близко к чувствительной поверхности.

Насколько точны индуктивные датчики приближения?

На этапе производства конструкции индуктивных датчиков проходят тщательную и точную калибровку. Это включает в себя настройку резисторов датчика под лазерным контролем, которые определяют расстояние срабатывания и характеристики.

Даже в этом случае, когда датчик приближения используется в полевых условиях, иногда металлическая пыль или другие частицы могут со временем накапливаться на поверхности датчика. Это со временем снижает чувствительность датчика.

Современные датчики оснащены встроенными микропроцессорами, которые могут обнаруживать эти частицы и соответствующим образом регулировать чувствительность датчика. Следовательно, эти датчики называются «нечувствительными к чипам».

Советы, которые следует учитывать при покупке индуктивного датчика приближения

Прежде чем выбрать индуктивный датчик приближения в качестве опции, может быть полезно ответить на следующие вопросы:

• Какие типы объектов мне нужно обнаруживать?
• Какое относительное расстояние срабатывания требуется?
• Какую форму и размер объекта я хочу обнаружить?

В зависимости от этих факторов, если

• Диапазон менее 80 мм
• Нужно только обнаруживать металлические (черные) предметы
• Датчик должен быть устойчивым к суровым условиям окружающей среды.
• Датчик должен работать с высокоскоростными движущимися частями.

an индуктивный датчик приближения может быть лучшим выбором. Они также относительно дешевле, чем другие технологии, такие как емкостные или ультразвуковые датчики.

Будут ли индукционные датчики приближения работать с алюминием?

Обычным индуктивным датчикам приближения относительно сложно обнаруживать объекты из алюминия. Однако алюминиевую фольгу можно обнаружить с помощью индуктивных датчиков из-за явления, называемого «скин-эффектом», которым обладает алюминий.

Если есть строгие требования к обнаружению алюминиевых объектов, существуют «цельнометаллические» или цветные металлы, которые могут обнаруживать все типы металлов, включая алюминий и медь.