Contactloze sensoren voor de positie van mechanismen

In dit artikel zullen we het hebben over positiesensoren van mechanismen. In principe is de belangrijkste functie van elke sensor het geven van een signaal wanneer een specifieke gebeurtenis plaatsvindt. Dat wil zeggen, wanneer een triggergebeurtenis optreedt, wordt de sensor geactiveerd en genereert een signaal, dat analoog of discreet, digitaal kan zijn.

Grenssensoren worden al vele decennia gebruikt als positiesensoren. schakelaars. Ze bestaan ​​uit elektrische contacten die mechanisch openen of sluiten wanneer een variabele (positie) een bepaalde waarde bereikt. Eindschakelaars van verschillende typen vormen een belangrijk onderdeel van veel besturingssystemen, waarvan de betrouwbaarheid ervan afhangt. dergelijke sensoren bevatten bewegende mechanische elementen waarvan de middelen beperkt zijn.

Eindschakelaars worden momenteel actief vervangen door verschillende naderingssensoren. Meestal naderingssensoren van de volgende typen: inductief, generator, magnetohercon en foto-elektronisch. Deze sensoren hebben geen mechanisch contact met het bewegende object waarvan de positie wordt bewaakt.

Contactloze positiesensoren zorgen voor een hoge snelheid en hoge frequentie van het inschakelen van het mechanisme. Een zeker nadeel van deze sensoren is de afhankelijkheid, hun nauwkeurigheid, van veranderingen in voedingsspanning en temperatuur. Afhankelijk van de vereisten kan het uitvoerapparaat van deze apparaten als volgt zijn contactloos logisch elementEn elektrisch relais.

In precisieremschema's van elektrische aandrijvingen kunnen naderingssensoren worden gebruikt om zowel terug te schakelen als een definitieve stop te geven.

Er zijn tegenwoordig veel soorten sensoren op de markt, maar in het kader van dit artikel zullen we het onderwerp direct inductieve positiesensoren belichten, aangezien het in meer dan 80% van de gevallen inductieve sensoren zijn die dienen als sensoren voor de positie van mechanismen.

De inductieve sensor wordt getriggerd wanneer het metaal zijn triggerzone nadert. Om deze reden worden inductieve positiesensoren ook wel aanwezigheidssensoren, naderingssensoren of kortweg inductieve schakelaars genoemd.

Laten we nu het werkingsprincipe van een inductieve sensor bekijken. Zoals hierboven vermeld, wordt de sensor geactiveerd wanneer het metaal dicht genoeg bij de triggerzone is. Dit fenomeen bestaat uit de interactie van de betrokkenen inductoren met metaal nadert, wat de grootte van het magnetische veld van de spoel scherp verandert, wat leidt tot activering van de sensor, het wordt geactiveerd, het overeenkomstige signaal verschijnt aan de uitgang.

Het elektronische deel van het apparaat bevat een regelcircuit, dat op zijn beurt een relais- of transistorschakelaar aanstuurt. Het bestaat uit de volgende onderdelen:

• Een generator die een elektromagnetisch veld creëert dat nodig is om met een object te interageren.

• Schmitt-trigger zorgt voor schakelhysterese.

• Een versterker om de amplitude van het signaal te vergroten zodat het de vereiste activeringswaarde bereikt.

• LED-indicator informeert over de status van de schakelaar. Het biedt ook prestatiebewaking en configuratie.

• Samenstelling ter bescherming tegen het binnendringen van vaste deeltjes en water.

• Behuizing voor montage van de sensor en bescherming tegen diverse mechanische invloeden.Het is gemaakt van messing of polyamide en is afgewerkt met bevestigingsmiddelen.

Inductieve positiesensoren worden veel gebruikt in industriële automatiseringssystemen waar het nodig is om periodiek of constant de positie van een onderdeel van het mechanisme te bepalen. De sensor genereert een signaal dat naar de omvormer wordt gestuurd. Een starter, controller, relais, frequentieomvormer, enz. kunnen fungeren als uitvoerend mechanisme. Het belangrijkste is dat de parameters van de sensor overeenkomen met de parameters van de aandrijving in termen van spanning en stroom.

De meeste sensoren zijn geen vermogensapparaten, het zijn voornamelijk signaleringsapparaten, daarom schakelt de sensor zelf in de regel niets krachtigs, maar regelt alleen, geeft een besturingssignaal af, fungeert als een actie-initiatie-apparaat dat al kan worden aangesloten om te schakelen.

Moderne inductieve positiesensoren worden meestal gevonden in twee versies van plastic of metalen behuizingen: rechthoekig of cilindrisch. De diameter van de sensor met een ronde doorsnede kan van 4 tot 30 mm zijn, maar de meest gebruikte diameters zijn 18 en 12 mm.

Wanneer de sensor op apparatuur is gemonteerd, wordt er een opening gemaakt tussen de metalen plaat en de activeringszone van de sensor, meestal is deze afstand niet groter dan de diameter van de sensor en blijkt deze in de regel 2-3 keer kleiner te zijn dan zijn diameter.

Volgens de aansluitmethode kunnen inductieve positiesensoren tweedraads, driedraads, vierdraads en vijfdraads zijn.

Tweedraads schakelt direct de belasting, zoals startspoel, dat wil zeggen, ze werken als een conventionele schakelaar. Tweedraadssensoren hebben belastingsweerstand nodig, dus ze zijn niet altijd geschikt als betrouwbaar hulpmiddel, maar ze verliezen hun relevantie niet.

De belasting wordt eenvoudig in serie met de sensor geschakeld, als er een constante spanning wordt gebruikt, is het belangrijk om op de polariteit te letten, als wisselende polariteit niet belangrijk is, gaat het vooral om het geschakelde vermogen en de stroom.

Driedraadssensoren hebben een derde draad om de sensor zelf van stroom te voorzien, en dit is de meest populaire oplossing. Vierdraads- en vijfdraadssensoren hebben transistor- of relaisuitgangen voor het aansluiten van de belasting, en met de vijfde draad kunt u de bedrijfsmodus van de sensor selecteren, de beginstatus van de uitgangen.

Aangezien de uitgangen zowel relais als transistor kunnen zijn, zijn de sensoren overeenkomstig het apparaat van de uitgangen onderverdeeld in drie typen: relais, npn en pnp.

Sensoren met relaisuitgang

Een sensor met een relaisuitgang is galvanisch gescheiden van het voedingscircuit van het meegeleverde circuit. Het schakelt één draad en de spanning in het geschakelde circuit is niet bijzonder kritisch. Aangezien het voedingscircuit van de sensor galvanisch gescheiden is, kan dit als een voordeel van de relaissensor worden beschouwd. Sensoren van dit type zijn meestal groot.

Sensoren met pnp-transistoruitgang

De sensor heeft een pnp-transistor aan de uitgang die de positieve draad commuteert met de belasting. Een belasting is aangesloten op het collectorcircuit van de uitgangs-pnp-transistor, die via de tweede kabel permanent met de min is verbonden.

Sensoren met npn-transistoruitgang

De sensor heeft een NPN-transistor aan de uitgang die de negatieve draad met de belasting commuteert. Een belasting is verbonden met het collectorcircuit van de npn-uitgangstransistor, die permanent is verbonden door zijn tweede kabel met de positieve kabel.

Afhankelijk van de begintoestand van de uitgangen kunnen inductieve positiesensoren normaal gesloten of normaal open contacten zijn. De begintoestand houdt in dat deze toestand zich bevindt op het moment dat de sensor nog niet getriggerd is, dat wil zeggen niet geactiveerd is.

Als de uitgangscontacten normaal gesloten zijn, is de belasting aangesloten tijdens inactieve tijd, als deze normaal open is, wordt de belasting uitgeschakeld totdat de sensor wordt geactiveerd en wordt er geen stroom geleverd aan de omvormer (bijv. contactor). Normaal gesloten contacten worden aangeduid in Engels formaat - N.C. (Normaal Gesloten), Normaal Open — N.O. (Normaal geopend).

Er zijn dus vier typen sensoren met transistoruitgangen: twee typen volgens de geleidbaarheid (pnp of npn) en twee typen volgens de begintoestand van de uitgangen. Er kan ook een vertraging optreden bij het in- of uitschakelen.

Afhankelijk van het type aandrijving dat op de sensor is aangesloten, evenals de voedingsmethode, kan de logica van de sensor positief of negatief zijn. Dit komt door het spanningsniveau dat de invoer van het apparaat activeert.

Als de ingang wordt geactiveerd wanneer de negatieve draad van de actuator is verbonden met de aarde, met de min, dan wordt de logica negatief genoemd, een dergelijke verbinding is kenmerkend voor sensoren met transistoruitgangen van het npn-type.

Positieve logica komt overeen met het aansluiten van de positieve draad van de omvormer op de positieve voeding wanneer geactiveerd. Deze logica is typerend voor sensoren met pnp-transistoruitgangen. Meestal is er een positieve logica in de werking van inductieve sensoren voor de positie van de mechanismen.

Oudere meest gebruikte typen inductieve positiesensoren

Inductieve positiesensoren IKV-22

Inductieve sensoren IKV-22. De werking van deze sensoren is gebaseerd op het principe dat de inductieve weerstand van spoelen met een stalen kern verandert wanneer de luchtspleet in het magnetische circuit verandert.

Een magnetisch circuit met twee spoelen is gemonteerd op een stalen plaat, afgesloten met een plastic deksel. Twee MBGP-condensatoren (een met een capaciteit van 15 μF, 200 V, de andere met een capaciteit van 10 μF, 400 V) zijn vanaf de onderkant op de plaat bevestigd. De condensatoren zijn afgedekt met een deksel. De kabel is aangesloten via de verzegeling. Op het mechanisme is een magnetische shunt geïnstalleerd waarvan de afmetingen minimaal moeten zijn: dikte 2 mm, breedte 80 mm, lengte 140 mm. De luchtspleet tussen het magnetische circuit en de shunt is 6 ± 4 mm.

Het uitgangsrelais wordt meestal in- en uitgeschakeld op het moment dat de magnetische shunt door de sensor gaat, wanneer door een verandering in de inductieve weerstand van de spoel stroomresonantie optreedt en de stroom door de relaisspoel daalt. Deze relais: type MKU-48, 12 V AC, trekstroom niet meer dan 0,45 A, valstroom niet minder dan 0,1 A.De voedingsspanning van het sensorcircuit is 24 V AC relais.

Inductieve positiesensoren ID-5

In metallurgische werkplaatsen worden inductieve sensoren van het type ID-5 gebruikt, ontworpen om te werken bij omgevingstemperaturen tot + 80 ° C en vochtigheid tot 100%. Geleidend stof en aanslag zijn acceptabel. Bij de sensor wordt een halfgeleideruitgangsversterker van het type UID-10 gebruikt. Het uitgangsvermogen van de versterker (25 W) is voldoende om de wijdverspreide REV-800-relais, magneetschakelaars KP21, MK-1, enz. In te schakelen.

De luchtspleet tussen de sensor en het waargenomen ferromagnetische object kan tot 30 mm bedragen. De afmetingen van de ID-5 sensor zijn 187x170x70 mm, de voedingsspanning is 220 V ± 15%, 50 Hz.

Klein formaat BSP contactloze schakelaars

Kleine bewegingsschakelaars BSP-2 (met contactloze uitgang, naar logisch element) en BRP (met uitgang naar relais PE-21, 24 V, 16 Ohm) worden gebruikt op metaalsnijmachines.

De BSP-2-schakelaar bestaat uit een differentiële transformatorsensor en een halfgeleidertrigger. Het magnetische systeem van de eerste sensorspoel wordt bewogen door een stalen plaat en de tweede spoel wordt gemanipuleerd terwijl deze over zijn magnetische systeem beweegt dat is verbonden met het platte ankermechanisme. De spoelen worden in de tegenovergestelde richting ingeschakeld.

Als het anker zich boven de sensor bevindt, zijn de inductieve reactanties van de spoelen gelijk en is de sensoruitgang van de differentiaaltransformator nul. In dit geval verschijnt er een spanning van minimaal 2,5 V aan de uitgang van de trigger, wat voldoende is om het logische element te laten werken.

Als er geen armatuur boven de sensor is, wordt er spanning op de trigger gezet, waardoor deze terugkeert naar de oorspronkelijke staat. Dan is het uitgangssignaal van de schakelaar nul.

Het werkingsprincipe van de BRP-schakelaar is in veel opzichten vergelijkbaar met dat van de BSP-2: een inductieve sensor (volgens het circuit van de differentiaaltransformator), een trigger en een versterker zijn in de doos geïnstalleerd. Secundaire spoelen met een verschillend aantal windingen worden in tegengestelde richting ingeschakeld. Omdat het anker het magnetische systeem van de sensor overlapt, neemt het signaal af en na het veranderen van de fase wordt de trigger geschakeld en wordt een extern uitgangsrelais (PE-21, 24 V, 16 Ohm) geactiveerd.

Het anker bevestigd aan het mechanisme heeft afmetingen van 80x15x3 mm. De opening tussen het anker en de sensor is 4 mm. De nauwkeurigheid van de schakelaars in de nominale modus is ± 0,5 mm, het bedieningsverschil is niet meer dan 5 mm. Bij. schommelingen in voedingsspanning en temperatuur, de fout van BSP-2- en BRP-schakelaars kan ± (2,5-f-3,0) mm bedragen.

Hoogfrequente inductieve sensoren VKB

Voor de automatisering van metaalsnijmachines worden ook zeer nauwkeurige inductieve sensoren van het type VKB met een U-vormige of platte armatuur gebruikt. De polen van de ingebouwde transformator vormen een open elektromagnetisch systeem. De werkluchtspleet is 0,1-0,15 mm.

De uitgangsspanning van de secundaire wikkeling van de transformator wordt toegevoerd aan een differentiaalmeetcircuit en vervolgens aan een transistorversterker. De totale fout van de sensor met temperatuurschommelingen van 5 tot 40 ° C en spanning van 85 tot 110% van de nominale waarde is ± (0,064-0,15) mm, het verschil in respons is niet groter dan 0,4 mm. De maximale bewegingssnelheid van het mechanisme is 10 m / mm. Sensorafmetingen 62x34x24 mm. Voedingsspanning 12 V.

Speciale typen inductieve precisiesensoren voor metaalsnijmachines met een differentieelcircuit hebben een fout van minder dan ± 0,01 mm.Dergelijke sensoren omvatten een contactloze bewegingsschakelaar van het type VPB12, bestaande uit een sensoreenheid op een elektronische eenheid. De sensoreenheid omvat een inductieve werksensor, een inductieve compensatiesensor en printplaten. Het mechanisme is gemonteerd: stuurferrietelement. Voedingsspanning 12 V DC. De maximale belichtingsafstand is niet meer dan 0,12 mm. Op de sensoruitgang kan een relais van het type RPU-0 worden aangesloten. De maximale belastingsstroom van het uitvoerapparaat is 0,16 A.

Generatorpositiesensoren

Sensoren van dit type zijn compact en zeer nauwkeurig. Sensorgeneratoren van de KVD-6M- en KVD-25-serie (met slots), KVP-8 en KVP-16 (vliegtuigen) hebben zich goed bewezen. Ze zijn geschikt voor gebruik in hoge concentraties vocht en stof. De elementen van het transistorcircuit van de sensor (generator en trigger) bevinden zich in een behuizing van slagvast polystyreen. Afdichting gebeurt met een koudhardende verbinding. Het bedrijfstemperatuurbereik is van — 30 tot +50 °C.

De HPC-sensor genereert een discreet signaal wanneer een metalen plaat ("vlag") door de gleuf gaat, waardoor het genereren en schakelen van de trigger mislukt. De breedte van de sleuf is 6 mm voor de KVD-6M-sensor en 25 mm voor de KVD-25-sensor.

De sensoren KVP-8 en KVP-16 worden geactiveerd wanneer er een metalen plaat langs gaat op een maximale afstand van respectievelijk 8 en 16 mm.