Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
- Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні Безконтактні датчики наближення можна зустріти...
- Основні характеристики і особливості датчиків наближення
- Огляд індуктивних датчиків PRDCM
- Огляд ємнісних датчиків CR
- Висновок
- література
- Про компанію Autonics
- Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
- Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
- Основні характеристики і особливості датчиків наближення
- Огляд індуктивних датчиків PRDCM
- Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
- Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
- Основні характеристики і особливості датчиків наближення
- Огляд індуктивних датчиків PRDCM
- Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
- Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
- Основні характеристики і особливості датчиків наближення
- Огляд індуктивних датчиків PRDCM
- Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
- Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
- Основні характеристики і особливості датчиків наближення
- Огляд індуктивних датчиків PRDCM
- Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
- Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
- Основні характеристики і особливості датчиків наближення
- Огляд індуктивних датчиків PRDCM
- Огляд ємнісних датчиків CR
- Висновок
- література
- Про компанію Autonics
Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
Безконтактні датчики наближення можна зустріти в медичних приладах, в складі автоматизованих промислових ліній, в побутовій техніці. Один з провідних світових виробників продукції для автоматизації, компанія Autonics, пропонує безконтактні датчики наближення серій PRDCM (індуктивні) і CR (ємнісні).
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням? Відповідь - у всіх наведених додатках використовуються датчики наближення.
Мал. 1. Види датчиків наближення
За типом взаємодії з об'єктом датчики наближення діляться на контактні і безконтактні.
Яскравими прикладами контактних датчиків є кінцеві вимикачі (наприклад, датчики закриття дверей в автомобілях).
Контактні датчики можуть виконувати не тільки функцію включення і виключення, але і визначати положення об'єкта, наприклад, резистивні датчики рівня палива. Для них вихідним є аналоговий сигнал - значення опору, пропорційне рівню рідини.
Перевагами контактних датчиків є простота пристрою і використання. Серед їхніх недоліків можна відзначити наявність механічних рухомих частин і неможливість, у більшості випадків, створити високий рівень пило і вологозахищеністю, що призводить до скорочення терміну служби. Набагато більш тривалий ресурс і максимальний захист від негативного впливу зовнішнього середовища мають безконтактні датчики.
Безконтактні датчики діляться на дві групи: датчики положення і вимикачі. Основна функція безконтактних вимикачів складається в релейному перемиканні стану виходу при виявленні об'єкта. У датчиках положення на виході формується сигнал, що залежить від відстані до об'єкта.
Кожна з груп містить сенсори з різними технологіями виявлення: індуктивні, ємнісні і фотоелектричні.
Розглянемо безконтактні індуктивні і ємнісні вимикачі виробництва компанії Autonics.
Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні датчики здатні виявляти присутність об'єкта без безпосереднього контакту з ним. При цьому індуктивні вимикачі чутливі тільки до металевих предметів, а ємнісні здатні детектувати будь-які предмети, діелектрична проникність яких відмінна від повітря (наприклад, воду, дерево, метал, пластик і так далі). Розглянемо принцип роботи кожного датчика окремо.
Основним елементом індуктивного датчика є котушка індуктивності (малюнок 2). Вона підключена до генератора. Змінна електрична напруга на її висновках викликає змінне магнітне поле. Лінії поля будуть перпендикулярні напрямку струму в витках котушки.
Мал. 2. Принцип роботи індуктивного датчика наближення
При відсутності поблизу котушки металевих об'єктів лінії магнітного поля замикаються по повітрю. А амплітуда електричних коливань буде максимальною.
Якщо ж до котушки наближати металевий об'єкт, то все більша частина силових ліній почне замикатися через нього. Індуктивність котушки почне збільшуватися. Цей процес схожий з процесом введення сердечника. При цьому зростання індуктивності призведе до зменшення амплітуди і / або частоти коливань.
Якщо таку систему забезпечити детектором, то зі зміни амплітуди сигналу можна судити про наявність металевого об'єкта, його наближення або видалення.
В основі роботи ємнісного датчика, як випливає з назви, належить використання ємнісних зв'язків. Сам датчик, по суті, являє собою одну з обкладок просторового конденсатора. Другий обкладанням є земля. В якості діелектрика виступає переважно повітря. Так як діелектрична проникність повітря мала (ε = 1), то ємність такого конденсатора невелика. Якщо ж до датчика починає наближатися деякий об'єкт з більш високим значенням ε, то сумарна ємність почне збільшуватися (рисунок 3).
Мал. 3. Принцип роботи ємнісного датчика наближення
Таким чином, за величиною ємності можна судити про наявність об'єкта, його наближення або видалення. При цьому матеріал об'єкта може бути практично будь-яким, важливим є тільки значення його діелектричної проникності.
Як правило, для вимірювання використовуються схеми з перетворенням ємності в частоту або амплітуду коливань, які вимірюються за допомогою детектора. У підсумку, як і в випадку з індуктивним датчиком, необхідна наявність двох обов'язкових елементів: генератора і детектора (рисунок 4).
Мал. 4. Структурні схеми датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні вимикачі мають вихідний сигнал релейного типу - «включений» або «вимкнений» (малюнок 5). З цієї причини схема датчиків має комутаційний елемент - тригер, який для запобігання помилкових спрацьовувань забезпечений гистерезисом.
Мал. 5. Формування вихідних сигналів вимикачів
Основні характеристики і особливості датчиків наближення
Зона чутливості або активна зона (Sensing Distance), мм. Як було показано вище, діапазон дії датчиків наближення обмежений. Значна зміна вимірюваної ємності і індуктивності спостерігається поблизу чутливого елемента сенсора (малюнки 2, 3).
Сенсор починає «відчувати» об'єкт тільки на досить близьких відстанях, порівнянних з розмірами самого датчика. Ця зона чутливості називається активною зоною. У разі індуктивних датчиків вона визначає область найбільшої щільності ліній магнітного поля.
Відстань спрацьовування, мм. Після потрапляння об'єкта в активну зону датчик перемикається не відразу, а при досягненні якогось порогового значення, яке задається внутрішнім тригером з гістерезисом.
Гістерезис необхідний для виключення помилкових спрацьовувань. При цьому включення і виключення датчика відбуваються при різному рівні коливань.
Робочий зазор (Setting Distance), мм - відстань, на якому гарантовано виявляється заданий об'єкт.
В останньому визначенні використовувався термін «заданий об'єкт». Необхідно зробити додаткові пояснення. Справа в тому, що всі перераховані характеристики не є жорстко заданими. На їх величину впливає цілий ряд факторів: матеріал і розмір об'єкта, температурний дрейф, технологічні параметри самого датчика. З цієї причини всі наведені характеристики вимірюються при використанні конкретного об'єкта при нормальній температурі (зазвичай 20 або 25 ° С).
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри індуктивних датчиків. Як було показано вище, наближається металевий об'єкт виступає в ролі сердечника для чутливої котушки. Очевидно, що матеріал і форма сердечника значно впливають на значення індуктивності.
З цієї причини все номінальні характеристики відносяться до конкретного об'єкта, який завжди вказується в документації на датчик. Зазвичай це залізна квадратна пластина з заданими розмірами.
Якщо передбачається використовувати інший матеріал, то необхідно використовувати поправочний коефіцієнт редукції (таблиця 1).
Таблиця 1. Приклади коефіцієнтів редукції індуктивних датчиків
Матеріал Коефіцієнт Сталь 1 Чавун 0,93 ... 1,05 Нікель 0,65 ... 0,75 Нержавіюча сталь 0,60 ... 1,00 Алюміній 0,30 ... 0,45 Латунь 0,35 ... 0,50 Мідь 0,25 ... 0,45
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри ємнісних датчиків. Ємність результуючого конденсатора також залежить від форми і матеріалу об'єкта. Максимальна чутливість у датчика спостерігається для матеріалів з великою діелектричною проникністю (таблиця 2).
Таблиця 2. Значення діелектричної проникності для різних матеріалів
Матеріал Діелектрична проникність Повітря 1 Поліетилен 1 ... 2 Дерево 6 ... 8 Скло 5 ... 10 Вода 80 ... 81
Важливо розуміти, що при налаштуванні і установці датчика слід враховувати можливість намокання або замасливания об'єкта спостереження. Наприклад, для води ε = 80, тому навіть найтонша водяна плівка призведе до значної зміни ємності. У цьому може переконатися будь-який користувач ноутбука з тачпадом. Якщо тачпад намочити - ноутбук втратить управління до повного висихання поверхні сенсора. Така ж картина спостерігається і в разі промислових ємнісних датчиків.
Розмір об'єкта також має значення. Чим більше об'єкт - тим більше ємність.
Температурний дрейф параметрів датчиків наближення. Дана залежність характеризує зміну характеристик датчика (розмірів активної зони і робочого зазору) при зміні температури.
Початкова точність,%. В документації на датчик крім номінальних значень завжди вказується початкова точність - значення для заданої температури і вологості. Цей розкид пов'язаний з технологічними особливостями виробництва датчика.
Частота спрацьовування (Response Frequency), Гц, характеризує частоту перемикань датчика.
Найбільшою частотою спрацьовування мають датчики, що живляться від постійної напруги. При цьому має місце залежність частоти від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта (таблиця 3).
Таблиця 3. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика постійного струму 24 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М08 1,5 1500 2 1000 M12 2 1500 4 500 M18 5 500 8 350 M30 10 400 15 200
Датчики, що живляться від змінної мережі, мають меншу частоту перемикань. Однак залежність від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта відсутня (таблиця 4).
Таблиця 4. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика змінного струму 100 ... 240 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М12 2 20 4 20 М18 5 20 8 20 М30 10 20 15 20
Ще однією особливістю, про яку варто пам'ятати при використанні безконтактних датчиків, є можливість взаємного впливу сусідніх сенсорів (рисунок 6). При монтажі датчиків не допускається їх занадто близьке розташування на відстанях менших, ніж зазначено в документації. Це стосується випадків як зустрічній, так і паралельної установки.
Мал. 6. Обмеження при розміщенні сусідніх датчиків
Тип вихідного каскаду - одна з найважливіших характеристик датчиків наближення. Датчики можуть бути дво- і трипровідними з нормально замкнутими і нормально роз'єднаними контактами (малюнок 7).
Мал. 7. Типи вихідних каскадів датчиків наближення
Двопровідні датчики Autonics випускаються для роботи з постійним і змінним напругою. Навантаження може бути підключена як до, так і після датчика. При цьому важливо, щоб величина опору навантаження забезпечувала протікання струму харчування датчика. Якщо опір навантаження занадто велике - необхідно шунтировать його додатковим резистором.
Трипровідні сенсори Autonics призначені для роботи в ланцюгах постійного струму і мають два варіанти виконання з NPN- і PNP-вихідним транзистором (малюнок 7). Якщо потрібен постійний контакт навантаження із загальною шиною - слід використовувати датчик з PNP-виходом. Якщо ж навантаження вимагає підключення до шини харчування - використовується датчик з виходом NPN.
Вихідний струм, мА - струм, який здатний забезпечити вихідний каскад датчика. Важливий параметр, якщо сенсор безпосередньо управляє потужним споживачем. Якщо його потужності не вистачає - слід використовувати більш потужний додатковий зовнішній ключ.
Власне падіння напруги, В, характеризує падіння на датчику в замкнутому стані.
Власний струм споживання, мА, вимірюється для випадку розімкнутих вихідних контактів, тобто, коли через навантаження не протікає струм.
Експлуатаційні характеристики. При використанні датчиків в жорстких умовах промислового виробництва слід пам'ятати про такі параметри як опір ізоляції, електрична міцність, стійкість до вібраційних і ударних навантажень, рейтинг пило- та вологозахищеністю, робочий діапазон температури вологості.
Компанія Autonics випускає величезну кількість безконтактних вимикачів. Розглянемо два популярних сімейства: індуктивні датчики PRDCM і ємнісні датчики CR.
Огляд індуктивних датчиків PRDCM
PRDCM - серія індуктивних циліндричних вимикачів зі збільшеною зоною чутливості і світлодіодом стану (малюнок 8).
Мал. 8. Зовнішній вигляд датчиків сімейства PRDCM
Мал. 9. Зовнішній вигляд датчиків сімейства CR
Датчики випускаються в двухпроводном (таблиця 6) і трипровідні (таблиця 5) виконанні. Активна зона представників сімейства досягає 25 мм, а робочий зазор - 17,5 мм. Діапазон частот спрацьовувань становить до 600 Гц.
Таблиця 5. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування PRDCM12-4DN, PRDCM12-4DP, PRDCM12-4DN2, PRDCM12-4DP2, PRDCML12-4DN, PRDCML12-4DP, PRDCML12-4DN2, PRDCML12-4DP2 PRDCM12-8DN, PRDCM12-8DP, PRDCM12-8DN2, PRDCM12-8DP2, PRDCML12 -8DN, PRDCML12-8DP, PRDCML12-8DN2, PRDCML12-8DP2 PRDCM18-7DN, PRDCM18-7DP, PRDCM18-7DN2, PRDCM18-7DP2, PRDCML18-7DN, PRDCML18-7DP, PRDCML18-7DN2, PRDCML18-7DP2 PRDCM18-14DN, PRDCM18 -14DP, PRDCM18-14DN2, PRDCM18-14DP2, PRDCML18-14DN, PRDCML18-14DP, PRDCML18-14DN2, PRDCML18-14DP2 PRDCM30-15DN, PRDCM30-15DP, PRDCM30-15DN2, PRDCM30-15DP2, PRDCML30-15DN, PRDCML30-15DP, PRDCML30-15DN2, PRDCML30-15DP2 PRDCM30-25DN, PRDCM30-25DP, PRDCM30-25DN2, PRDCM30-25DP2, PRDCML30-25DN, PRDCML30-25DP, PRDCML30-2SDN2, PRDCML30-25DP2 Зона чутливості, мм 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс . 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 4,9 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17,5 напруга живлення ном., В 12/24 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 10 Частота спрацьовування *, Гц 500 400 300 200 100 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 1,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурній навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В пост. Струму) Електрична міцність діелектрика 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 Вбудована захист Від перенапруги, зворотної полярності, надструмів Ступінь захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нік елірованное залізо, що зчитує поверхню: термостійкий акрилонитрил-бутадієн-стирол Маса, г PRDCM: 26 PRDCM: 48 PRDCM: 142 PRDCML: 34 PRDCML: 66 PRDCML: 182
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Таблиця 6. Основні характеристики двопровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування Найменування PRDCMT08-2DO, PRDCMT08-2DC, PRDCMT08-2DO-I, PRDCMT08-2DC-I PRDCMT08-4DO, PRDCMT08-4DC, PRDCMT08-4DO-I, PRDCMT08-4DC-I PRDCMT12-4DO,
PRDCMT12-4DC,
PRDCMT12-4DO-I,
PRDCMT12-4DC-I,
PRDCMLT12-4DO, PRDCMLT12-4DC, PRDCMLT12-4DO-I, PRDCMLT12-4DC-I PRDCMT18-7DO,
PRDCMT18-7DC,
PRDCMT18-7DO-I,
PRDCMT18-7DC-I,
PRDCMLT18-7DO,
PRDCMLT18-7DC,
PRDCMLT18-7DO-I,
PRDCMLT18-7DC-I PRDCMT18-7DO,
PRDCMT18-7DC,
PRDCMT18-7DO-I,
PRDCMT18-7DC-I,
PRDCMLT18-7DO,
PRDCMLT18-7DC,
PRDCMLT18-7DO-I,
PRDCMLT18-7DC-I PRDCMT18-14DO,
PRDCMT18-14DC,
PRDCMT18-14DO-I,
PRDCMT18-14DC-I,
PRDCMLT18-14DO,
PRDCMLT18-14DC,
PRDCMLT18-14DO-I,
PRDCMLT18-14DC-I PRDCMT30-15DO,
PRDCMT30-15DC,
PRDCMT30-15DO-I,
PRDCMT30-15DC-I,
PRDCMLT30-15DO,
PRDCMLT30-15DC,
PRDCMLT30-15DO-I,
PRDCMLT30-15DC-I PRDCMT30-25DO,
PRDCMT30-25DC,
PRDCMT30-25DO-I,
PRDCMT30-25DC-I,
PRDCMLT30-25DO,
PRDCMLT30-25DC,
PRDCMLT30-25DO-I,
PRDCMLT30-25DC-I Зона чутлівості, мм 2 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс, 10% від відстані спрацьовування Макс, 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для Виявлення (залізо), мм 8x8x1 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 1,4 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 5,6 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17 , 5 напряжение живлення ном., В 12/24 12/24 граничних напряжение харчування, В 10 ... 30 10 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 0,6 Макс. 0,6 Частота спрацьовування *, Гц 600 500 500 400 250 200 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 3,5 Макс. 3,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурі навколишнього середовища 20 ° C Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурі навколишнього середовища 20 ° C Номінальний струм, мА 2 ... 100 2 ... 100 Опір ізоляції мін. 50 МОм (= 500 В) Мін. 50 МОм (= 500 В) Електрична міцність діелектріка ~ 1500 В, 50/60 Гц в течение 1 хвилини ~ 1500 В, 50/60 Гц в течение 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z в течение 2 годин Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z в течение 2 годин Стійкість до ударних навантаженості 500 м / с2 (примерно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази 500 м / с2 (примерно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 -25 ... 70 температура зберіганн , C -30 ... 80 -30 ... 80 вологість,% 35 ... 95% 35 ... 95% Захист Від перенапругі, зворотної полярності, надструмів Від перенапругі, зворотної полярності, надструмів Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нікельоване залізо, что зчітує поверхню: термостійкій акрилонитрил-бутадієн-стирол Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нікельоване залізо, что зчітує поверхню: термостійкій акрилонитрил-бутадієн-стирол степень захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) IP67 (Стандарт МЕК) Маса стандартної Версії, г - PRDCMT: 26 PRDCMT: 48 PRDCMT: 142 PR DCMLT: 36 PRDCMLT: 66 PRDCMLT: 182 Маса поліпшеної вір сії **, г 15,5 15 23,5 22 46,5 42,5 160 165
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального
** - Маса оновленої одиниці відноситься тільки до PRDCMT
Особливостями даної серії є відстань спрацьовування, збільшене до 2,5 разів у порівнянні з попереднім поколінням, і наявність коннектора на корпусі, що зручно в експлуатації і скорочує тимчасові і матеріальні витрати на монтаж.
Вихідний каскад має шість варіантів виконання: двухпроводной нормально-замкнутий і нормально-розімкнутий, трехпроводной NPN нормально-замкнутий і нормально-розімкнутий, трехпроводной PNP нормально-замкнутий і нормально-розімкнутий. Діапазон живлячих напруг для всіх датчиків: 10 ... 30 В.
Навантажувальні характеристики трьохпровідних представників дещо вищий: ток - до 200 мА, власне падіння напруги - до 1,5 В. У двопровідних - 100 мА і 3,5 В відповідно. Однак у трьохпровідних вище і власне споживання - до 10 мА (проти всього 0,6 мА у двопровідних).
Всі датчики серії мають відмінні ізоляційні властивості (до 1500 В) і високий опір ізоляції 50 МОм.
Стан датчика можна визначити по світлодіоду: якщо він світиться, то струм надходить в навантаження.
Датчики стійкі до високих вібрацій і ударних навантажень. Ступінь захисту (IP) складає 67. Все це робить їх відмінним вибором для побутових і промислових додатків, таких як:
- кінцеві датчики координатних столів в верстатах;
- детектори положення каруселі інструментів фрезерних верстатів з ЧПУ;
- датчики відкриття дверей;
- датчики наближення в установках автоматичної роботизованою зварювання;
- датчики наближення в системах автоматичного складання;
- детектори шлюбу (наприклад, в лініях по виробництву консервів);
- детектори положення каруселей автоматичного розливу молока і молочних продуктів і так далі.
Номер за каталогом датчиків PRDCM є Восьмипозиційний позначення (таблиця 7).
Таблиця 7. Іменування датчиків сімейства PRDCM
PRD CMT 18 -7 DN -I Тип датчика Форма корпусу Особливості Тип підключення Діаметр головки датчика, мм Зона чутливості, мм Тип виходу Тип кабелю P - індуктивний R - циліндр D - зі збільшеною відстанню спрацьовування CMT 2-провідний, стандартний, коннектор 12 DN NPN, 3-провідний, нормально розімкнутий I - стандарт МЕК CMLT 2-провідний, подовжений коннектор 18 DN2 NPN, 3-провідний, нормально замкнутий CM 3-провідний, стандартний, коннектор 30 DP PNP, 3-провідний, нормально розімкнутий CML 3 провідний, подовжений коннектор DP2 PNP, 3-провідний, нормально замкнутий DO 2-провідн ой, нормально розімкнутий DС 2-провідний, нормально замкнутий
Огляд ємнісних датчиків CR
CR - серія ємнісних циліндричних датчиків від Autonics (малюнок 9).
Випускаються датчики двох типорозмірів - CR18 и CR30 з зонами чутливості 8 і 15 мм відповідно.
Двопровідні нормально розімкнуті версії CRxx-xAO і двопровідні нормально замкнуті версії CRxx-xAС працюють зі змінним вихідним напругою 110 ... 240 В і струмом 5 ... 200 мА. Частота спрацьовування - 20 Гц.
Трипровідні версії призначені для роботи в ланцюгах постійного напруги 10 ... 30 В з вихідними струмами до 200 мА. Їх частота спрацьовування досягає 50 Гц (таблиця 8).
Таблиця 8. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства CR
параметр Найменування CR18-8DN ,
CR18-8DP ,
CR18-8DN2 CR30-15DN ,
CR30-15DP ,
CR30-15DN2 CR18-8AO ,
CR18-8AC CR30-15AO ,
CR30-15AC Зона чутливості, мм 8 15 8 15 Гистерезис Макс. 20% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 50x50x1 Робочий зазор, мм 0 ... 5,6 0 ... 10,5 0 ... 5,6 0 ... 10,5 Напруга живлення ном., В 12/24 100 / 240 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 85 ... 264 Струм споживання, мА Макс. 15 Макс. 2,2 Частота спрацьовування *, Гц 50 20 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурі навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В =) Електрична міцність діелектрика ~ 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 захист від перенапруги, зворотної полярності від перенапруги Ступінь захисту (IP) IP66 IP65 IP66 IP65 Маса, г 76 206 70 200
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Стан датчика можна визначити по світлодіоду. Якщо він світиться - струм надходить в навантаження.
Номер за каталогом датчиків серії CR включає 5 позицій: тип датчика, форму, діаметр головки, код зони чутливості, код типу вихідного каскаду (таблиця 9).
Таблиця 9. Іменування датчиків сімейства CR
CR 30 -15 DN Тип датчика Форма корпусу Діаметр головки датчика, мм Зона чутливості, мм Тип виходу С - ємнісний R - циліндр 18 8 DN 3-провідний, NPN, нормально розімкнутий, харчування 24 В DC 30 15 DN2 3-провідний, NPN , нормально замкнутий, харчування 24 В DC DP 3-провідний, PNP, нормально розімкнутий, харчування 24 В DC DP2 3-провідний, NPN, нормально замкнутий, харчування 24 В DC AO 2-провідний, нормально розімкнутий, харчування 110 ... 240 В AC AС 2-провідний, нормально замкнутий, харчування 110 ... 240 В AC
Варто відзначити і високу ступінь захисту: IP66 - для CR18, IP66 - для CR30. Ізоляційні властивості також на висоті. Так як ємнісні датчики здатні виявляти не лише металеві об'єкти, то спектр додатків серії CR ще ширше, ніж у індуктивних датчиків. Сфера їх застосування:
- кінцеві вимикачі верстатів;
- детектори автоматичних ліній розливу молока, пива, тощо;
- датчики рівня рідини;
- детектори виявлення браку в текстильному виробництві.
Висновок
Серія індуктивних датчиків PRDCM виробництва компанії Autonics призначена для виявлення металевих об'єктів на відстанях до 25 мм. Існує шість можливих конфігурацій вихідного каскаду сенсорів цієї серії: двухпроводной нормально замкнутий і нормально розімкнутий, трехпроводной NPN нормально замкнутий і нормально розімкнутий, трехпроводной PNP-нормально замкнутий і нормально розімкнутий.
Серія ємнісних датчиків CR виробництва компанії Autonics призначена для виявлення різних об'єктів (в тому числі - дерев'яних, металевих і пластикових) на відстанях до 15 мм. Датчики випускаються з нормально замкнутими і нормально розімкнутими контактами для роботи в ланцюгах змінного напруги 110 ... 240 В (суфікси AO і AC) і постійного напруги 10 ... 30 В (суфікси DN і DP).
література
http://autonics.ru/
Отримання технічної информации , замовлення зразків , замовлення и доставка .
Про компанію Autonics
Компанія Autonics Corporation (Південна Корея), заснована в 1977 році, на сьогоднішній день є маркою світового класу з виробництва різноманітних контролерів, датчиків і приводних систем для промислової автоматизації. Autonics - багаторічний лауреат Міністерства енергетики, промисловості і торгівлі Південної Кореї. Завдяки високій якості продукції, що поставляється Autonics, в Росії з 2004 року не було жодного гарантійного випадку. Більш ніж 30-річний досвід у виробництві компонентів ... читати далі
Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
Безконтактні датчики наближення можна зустріти в медичних приладах, в складі автоматизованих промислових ліній, в побутовій техніці. Один з провідних світових виробників продукції для автоматизації, компанія Autonics, пропонує безконтактні датчики наближення серій PRDCM (індуктивні) і CR (ємнісні).
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням? Відповідь - у всіх наведених додатках використовуються датчики наближення.
Датчики наближення - елементи, що дозволяють виявляти присутність, наближення або видалення різних об'єктів. Це досить широкий клас пристроїв (малюнок 1).
Рис. 1. Види датчиків наближення
За типом взаємодії з об'єктом датчики наближення діляться на контактні і безконтактні.
Яскравими прикладами контактних датчиків є кінцеві вимикачі (наприклад, датчики закриття дверей в автомобілях).
Контактні датчики можуть виконувати не тільки функцію включення і виключення, але і визначати положення об'єкта, наприклад, резистивні датчики рівня палива. Для них вихідним є аналоговий сигнал - значення опору, пропорційне рівню рідини.
Перевагами контактних датчиків є простота пристрою і використання. Серед їхніх недоліків можна відзначити наявність механічних рухомих частин і неможливість, у більшості випадків, створити високий рівень пило і вологозахищеністю, що призводить до скорочення терміну служби. Набагато більш тривалий ресурс і максимальний захист від негативного впливу зовнішнього середовища мають безконтактні датчики.
Безконтактні датчики діляться на дві групи: датчики положення і вимикачі. Основна функція безконтактних вимикачів складається в релейному перемиканні стану виходу при виявленні об'єкта. У датчиках положення на виході формується сигнал, що залежить від відстані до об'єкта.
Кожна з груп містить сенсори з різними технологіями виявлення: індуктивні, ємнісні і фотоелектричні.
Розглянемо безконтактні індуктивні і ємнісні вимикачі виробництва компанії Autonics.
Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні датчики здатні виявляти присутність об'єкта без безпосереднього контакту з ним. При цьому індуктивні вимикачі чутливі тільки до металевих предметів, а ємнісні здатні детектувати будь-які предмети, діелектрична проникність яких відмінна від повітря (наприклад, воду, дерево, метал, пластик і так далі). Розглянемо принцип роботи кожного датчика окремо.
Основним елементом індуктивного датчика є котушка індуктивності (малюнок 2). Вона підключена до генератора. Змінна електрична напруга на її висновках викликає змінне магнітне поле. Лінії поля будуть перпендикулярні напрямку струму в витках котушки.
Рис. 2. Принцип роботи індуктивного датчика наближення
При відсутності поблизу котушки металевих об'єктів лінії магнітного поля замикаються по повітрю. А амплітуда електричних коливань буде максимальною.
Якщо ж до котушки наближати металевий об'єкт, то все більша частина силових ліній почне замикатися через нього. Індуктивність котушки почне збільшуватися. Цей процес схожий з процесом введення сердечника. При цьому зростання індуктивності призведе до зменшення амплітуди і / або частоти коливань.
Якщо таку систему забезпечити детектором, то зі зміни амплітуди сигналу можна судити про наявність металевого об'єкта, його наближення або видалення.
В основі роботи ємнісного датчика, як випливає з назви, належить використання ємнісних зв'язків. Сам датчик, по суті, являє собою одну з обкладок просторового конденсатора. Другий обкладанням є земля. В якості діелектрика виступає переважно повітря. Так як діелектрична проникність повітря мала (ε = 1), то ємність такого конденсатора невелика. Якщо ж до датчика починає наближатися деякий об'єкт з більш високим значенням ε, то сумарна ємність почне збільшуватися (рисунок 3).
Рис. 3. Принцип роботи ємнісного датчика наближення
Таким чином, за величиною ємності можна судити про наявність об'єкта, його наближення або видалення. При цьому матеріал об'єкта може бути практично будь-яким, важливим є тільки значення його діелектричної проникності.
Як правило, для вимірювання використовуються схеми з перетворенням ємності в частоту або амплітуду коливань, які вимірюються за допомогою детектора. У підсумку, як і в випадку з індуктивним датчиком, необхідна наявність двох обов'язкових елементів: генератора і детектора (рисунок 4).
Рис. 4. Структурні схеми датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні вимикачі мають вихідний сигнал релейного типу - «включений» або «вимкнений» (малюнок 5). З цієї причини схема датчиків має комутаційний елемент - тригер, який для запобігання помилкових спрацьовувань забезпечений гистерезисом.
Рис. 5. Формування вихідних сигналів вимикачів
Основні характеристики і особливості датчиків наближення
Зона чутливості або активна зона (Sensing Distance), мм. Як було показано вище, діапазон дії датчиків наближення обмежений. Значна зміна вимірюваної ємності і індуктивності спостерігається поблизу чутливого елемента сенсора (малюнки 2, 3).
Сенсор починає «відчувати» об'єкт тільки на досить близьких відстанях, порівнянних з розмірами самого датчика. Ця зона чутливості називається активною зоною. У разі індуктивних датчиків вона визначає область найбільшої щільності ліній магнітного поля.
Відстань спрацьовування, мм. Після потрапляння об'єкта в активну зону датчик перемикається не відразу, а при досягненні якогось порогового значення, яке задається внутрішнім тригером з гістерезисом.
Гістерезис необхідний для виключення помилкових спрацьовувань. При цьому включення і виключення датчика відбуваються при різному рівні коливань.
Робочий зазор (Setting Distance), мм - відстань, на якому гарантовано виявляється заданий об'єкт.
В останньому визначенні використовувався термін «заданий об'єкт». Необхідно зробити додаткові пояснення. Справа в тому, що всі перераховані характеристики не є жорстко заданими. На їх величину впливає цілий ряд факторів: матеріал і розмір об'єкта, температурний дрейф, технологічні параметри самого датчика. З цієї причини всі наведені характеристики вимірюються при використанні конкретного об'єкта при нормальній температурі (зазвичай 20 або 25 ° С).
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри індуктивних датчиків. Як було показано вище, наближається металевий об'єкт виступає в ролі сердечника для чутливої котушки. Очевидно, що матеріал і форма сердечника значно впливають на значення індуктивності.
З цієї причини все номінальні характеристики відносяться до конкретного об'єкта, який завжди вказується в документації на датчик. Зазвичай це залізна квадратна пластина з заданими розмірами.
Якщо передбачається використовувати інший матеріал, то необхідно використовувати поправочний коефіцієнт редукції (таблиця 1).
Таблиця 1. Приклади коефіцієнтів редукції індуктивних датчиків
Матеріал Коефіцієнт Сталь 1 Чавун 0,93 ... 1,05 Нікель 0,65 ... 0,75 Нержавіюча сталь 0,60 ... 1,00 Алюміній 0,30 ... 0,45 Латунь 0,35 ... 0,50 Мідь 0,25 ... 0,45
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри ємнісних датчиків. Ємність результуючого конденсатора також залежить від форми і матеріалу об'єкта. Максимальна чутливість у датчика спостерігається для матеріалів з великою діелектричною проникністю (таблиця 2).
Таблиця 2. Значення діелектричної проникності для різних матеріалів
Матеріал Діелектрична проникність Повітря 1 Поліетилен 1 ... 2 Дерево 6 ... 8 Скло 5 ... 10 Вода 80 ... 81
Важливо розуміти, що при налаштуванні і установці датчика слід враховувати можливість намокання або замасливания об'єкта спостереження. Наприклад, для води ε = 80, тому навіть найтонша водяна плівка призведе до значної зміни ємності. У цьому може переконатися будь-який користувач ноутбука з тачпадом. Якщо тачпад намочити - ноутбук втратить управління до повного висихання поверхні сенсора. Така ж картина спостерігається і в разі промислових ємнісних датчиків.
Розмір об'єкта також має значення. Чим більше об'єкт - тим більше ємність.
Температурний дрейф параметрів датчиків наближення. Дана залежність характеризує зміну характеристик датчика (розмірів активної зони і робочого зазору) при зміні температури.
Початкова точність,%. В документації на датчик крім номінальних значень завжди вказується початкова точність - значення для заданої температури і вологості. Цей розкид пов'язаний з технологічними особливостями виробництва датчика.
Частота спрацьовування (Response Frequency), Гц, характеризує частоту перемикань датчика.
Найбільшою частотою спрацьовування мають датчики, що живляться від постійної напруги. При цьому має місце залежність частоти від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта (таблиця 3).
Таблиця 3. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика постійного струму 24 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М08 1,5 1500 2 1000 M12 2 1500 4 500 M18 5 500 8 350 M30 10 400 15 200
Датчики, що живляться від змінної мережі, мають меншу частоту перемикань. Однак залежність від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта відсутня (таблиця 4).
Таблиця 4. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика змінного струму 100 ... 240 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М12 2 20 4 20 М18 5 20 8 20 М30 10 20 15 20
Ще однією особливістю, про яку варто пам'ятати при використанні безконтактних датчиків, є можливість взаємного впливу сусідніх сенсорів (рисунок 6). При монтажі датчиків не допускається їх занадто близьке розташування на відстанях менших, ніж зазначено в документації. Це стосується випадків як зустрічній, так і паралельної установки.
Рис. 6. Обмеження при розміщенні сусідніх датчиків
Тип вихідного каскаду - одна з найважливіших характеристик датчиків наближення. Датчики можуть бути дво- і трипровідними з нормально замкнутими і нормально роз'єднаними контактами (малюнок 7).
Рис. 7. Типи вихідних каскадів датчиків наближення
Двопровідні датчики Autonics випускаються для роботи з постійним і змінним напругою. Навантаження може бути підключена як до, так і після датчика. При цьому важливо, щоб величина опору навантаження забезпечувала протікання струму харчування датчика. Якщо опір навантаження занадто велике - необхідно шунтировать його додатковим резистором.
Трипровідні сенсори Autonics призначені для роботи в ланцюгах постійного струму і мають два варіанти виконання з NPN- і PNP-вихідним транзистором (малюнок 7). Якщо потрібен постійний контакт навантаження із загальною шиною - слід використовувати датчик з PNP-виходом. Якщо ж навантаження вимагає підключення до шини харчування - використовується датчик з виходом NPN.
Вихідний струм, мА - струм, який здатний забезпечити вихідний каскад датчика. Важливий параметр, якщо сенсор безпосередньо управляє потужним споживачем. Якщо його потужності не вистачає - слід використовувати більш потужний додатковий зовнішній ключ.
Власне падіння напруги, В, характеризує падіння на датчику в замкнутому стані.
Власний струм споживання, мА, вимірюється для випадку розімкнутих вихідних контактів, тобто, коли через навантаження не протікає струм.
Експлуатаційні характеристики. При використанні датчиків в жорстких умовах промислового виробництва слід пам'ятати про такі параметри як опір ізоляції, електрична міцність, стійкість до вібраційних і ударних навантажень, рейтинг пило- та вологозахищеністю, робочий діапазон температури вологості.
Компанія Autonics випускає величезну кількість безконтактних вимикачів. Розглянемо два популярних сімейства: індуктивні датчики PRDCM і ємнісні датчики CR.
Огляд індуктивних датчиків PRDCM
PRDCM - серія індуктивних циліндричних вимикачів зі збільшеною зоною чутливості і світлодіодом стану (малюнок 8).
Рис. 8. Зовнішній вигляд датчиків сімейства PRDCM
Рис. 9. Зовнішній вигляд датчиків сімейства CR
Датчики випускаються в двухпроводном (таблиця 6) і трипровідні (таблиця 5) виконанні. Активна зона представників сімейства досягає 25 мм, а робочий зазор - 17,5 мм. Діапазон частот спрацьовувань становить до 600 Гц.
Таблиця 5. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування PRDCM12-4DN, PRDCM12-4DP, PRDCM12-4DN2, PRDCM12-4DP2, PRDCML12-4DN, PRDCML12-4DP, PRDCML12-4DN2, PRDCML12-4DP2 PRDCM12-8DN, PRDCM12-8DP, PRDCM12-8DN2, PRDCM12-8DP2, PRDCML12 -8DN, PRDCML12-8DP, PRDCML12-8DN2, PRDCML12-8DP2 PRDCM18-7DN, PRDCM18-7DP, PRDCM18-7DN2, PRDCM18-7DP2, PRDCML18-7DN, PRDCML18-7DP, PRDCML18-7DN2, PRDCML18-7DP2 PRDCM18-14DN, PRDCM18 -14DP, PRDCM18-14DN2, PRDCM18-14DP2, PRDCML18-14DN, PRDCML18-14DP, PRDCML18-14DN2, PRDCML18-14DP2 PRDCM30-15DN, PRDCM30-15DP, PRDCM30-15DN2, PRDCM30-15DP2, PRDCML30-15DN, PRDCML30-15DP, PRDCML30-15DN2, PRDCML30-15DP2 PRDCM30-25DN, PRDCM30-25DP, PRDCM30-25DN2, PRDCM30-25DP2, PRDCML30-25DN, PRDCML30-25DP, PRDCML30-2SDN2, PRDCML30-25DP2 Зона чутливості, мм 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс . 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 4,9 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17,5 напруга живлення ном., В 12/24 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 10 Частота спрацьовування *, Гц 500 400 300 200 100 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 1,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурній навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В пост. Струму) Електрична міцність діелектрика 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 Вбудована захист Від перенапруги, зворотної полярності, надструмів Ступінь захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нік елірованное залізо, що зчитує поверхню: термостійкий акрилонитрил-бутадієн-стирол Маса, г PRDCM: 26 PRDCM: 48 PRDCM: 142 PRDCML: 34 PRDCML: 66 PRDCML: 182
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Таблиця 6. Основні характеристики двопровідних датчиків сімейства PRDCM
Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
Безконтактні датчики наближення можна зустріти в медичних приладах, в складі автоматизованих промислових ліній, в побутовій техніці. Один з провідних світових виробників продукції для автоматизації, компанія Autonics, пропонує безконтактні датчики наближення серій PRDCM (індуктивні) і CR (ємнісні).
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням? Відповідь - у всіх наведених додатках використовуються датчики наближення.
Датчики наближення - елементи, що дозволяють виявляти присутність, наближення або видалення різних об'єктів. Це досить широкий клас пристроїв (малюнок 1).
Рис. 1. Види датчиків наближення
За типом взаємодії з об'єктом датчики наближення діляться на контактні і безконтактні.
Яскравими прикладами контактних датчиків є кінцеві вимикачі (наприклад, датчики закриття дверей в автомобілях).
Контактні датчики можуть виконувати не тільки функцію включення і виключення, але і визначати положення об'єкта, наприклад, резистивні датчики рівня палива. Для них вихідним є аналоговий сигнал - значення опору, пропорційне рівню рідини.
Перевагами контактних датчиків є простота пристрою і використання. Серед їхніх недоліків можна відзначити наявність механічних рухомих частин і неможливість, у більшості випадків, створити високий рівень пило і вологозахищеністю, що призводить до скорочення терміну служби. Набагато більш тривалий ресурс і максимальний захист від негативного впливу зовнішнього середовища мають безконтактні датчики.
Безконтактні датчики діляться на дві групи: датчики положення і вимикачі. Основна функція безконтактних вимикачів складається в релейному перемиканні стану виходу при виявленні об'єкта. У датчиках положення на виході формується сигнал, що залежить від відстані до об'єкта.
Кожна з груп містить сенсори з різними технологіями виявлення: індуктивні, ємнісні і фотоелектричні.
Розглянемо безконтактні індуктивні і ємнісні вимикачі виробництва компанії Autonics.
Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні датчики здатні виявляти присутність об'єкта без безпосереднього контакту з ним. При цьому індуктивні вимикачі чутливі тільки до металевих предметів, а ємнісні здатні детектувати будь-які предмети, діелектрична проникність яких відмінна від повітря (наприклад, воду, дерево, метал, пластик і так далі). Розглянемо принцип роботи кожного датчика окремо.
Основним елементом індуктивного датчика є котушка індуктивності (малюнок 2). Вона підключена до генератора. Змінна електрична напруга на її висновках викликає змінне магнітне поле. Лінії поля будуть перпендикулярні напрямку струму в витках котушки.
Рис. 2. Принцип роботи індуктивного датчика наближення
При відсутності поблизу котушки металевих об'єктів лінії магнітного поля замикаються по повітрю. А амплітуда електричних коливань буде максимальною.
Якщо ж до котушки наближати металевий об'єкт, то все більша частина силових ліній почне замикатися через нього. Індуктивність котушки почне збільшуватися. Цей процес схожий з процесом введення сердечника. При цьому зростання індуктивності призведе до зменшення амплітуди і / або частоти коливань.
Якщо таку систему забезпечити детектором, то зі зміни амплітуди сигналу можна судити про наявність металевого об'єкта, його наближення або видалення.
В основі роботи ємнісного датчика, як випливає з назви, належить використання ємнісних зв'язків. Сам датчик, по суті, являє собою одну з обкладок просторового конденсатора. Другий обкладанням є земля. В якості діелектрика виступає переважно повітря. Так як діелектрична проникність повітря мала (ε = 1), то ємність такого конденсатора невелика. Якщо ж до датчика починає наближатися деякий об'єкт з більш високим значенням ε, то сумарна ємність почне збільшуватися (рисунок 3).
Рис. 3. Принцип роботи ємнісного датчика наближення
Таким чином, за величиною ємності можна судити про наявність об'єкта, його наближення або видалення. При цьому матеріал об'єкта може бути практично будь-яким, важливим є тільки значення його діелектричної проникності.
Як правило, для вимірювання використовуються схеми з перетворенням ємності в частоту або амплітуду коливань, які вимірюються за допомогою детектора. У підсумку, як і в випадку з індуктивним датчиком, необхідна наявність двох обов'язкових елементів: генератора і детектора (рисунок 4).
Рис. 4. Структурні схеми датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні вимикачі мають вихідний сигнал релейного типу - «включений» або «вимкнений» (малюнок 5). З цієї причини схема датчиків має комутаційний елемент - тригер, який для запобігання помилкових спрацьовувань забезпечений гистерезисом.
Рис. 5. Формування вихідних сигналів вимикачів
Основні характеристики і особливості датчиків наближення
Зона чутливості або активна зона (Sensing Distance), мм. Як було показано вище, діапазон дії датчиків наближення обмежений. Значна зміна вимірюваної ємності і індуктивності спостерігається поблизу чутливого елемента сенсора (малюнки 2, 3).
Сенсор починає «відчувати» об'єкт тільки на досить близьких відстанях, порівнянних з розмірами самого датчика. Ця зона чутливості називається активною зоною. У разі індуктивних датчиків вона визначає область найбільшої щільності ліній магнітного поля.
Відстань спрацьовування, мм. Після потрапляння об'єкта в активну зону датчик перемикається не відразу, а при досягненні якогось порогового значення, яке задається внутрішнім тригером з гістерезисом.
Гістерезис необхідний для виключення помилкових спрацьовувань. При цьому включення і виключення датчика відбуваються при різному рівні коливань.
Робочий зазор (Setting Distance), мм - відстань, на якому гарантовано виявляється заданий об'єкт.
В останньому визначенні використовувався термін «заданий об'єкт». Необхідно зробити додаткові пояснення. Справа в тому, що всі перераховані характеристики не є жорстко заданими. На їх величину впливає цілий ряд факторів: матеріал і розмір об'єкта, температурний дрейф, технологічні параметри самого датчика. З цієї причини всі наведені характеристики вимірюються при використанні конкретного об'єкта при нормальній температурі (зазвичай 20 або 25 ° С).
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри індуктивних датчиків. Як було показано вище, наближається металевий об'єкт виступає в ролі сердечника для чутливої котушки. Очевидно, що матеріал і форма сердечника значно впливають на значення індуктивності.
З цієї причини все номінальні характеристики відносяться до конкретного об'єкта, який завжди вказується в документації на датчик. Зазвичай це залізна квадратна пластина з заданими розмірами.
Якщо передбачається використовувати інший матеріал, то необхідно використовувати поправочний коефіцієнт редукції (таблиця 1).
Таблиця 1. Приклади коефіцієнтів редукції індуктивних датчиків
Матеріал Коефіцієнт Сталь 1 Чавун 0,93 ... 1,05 Нікель 0,65 ... 0,75 Нержавіюча сталь 0,60 ... 1,00 Алюміній 0,30 ... 0,45 Латунь 0,35 ... 0,50 Мідь 0,25 ... 0,45
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри ємнісних датчиків. Ємність результуючого конденсатора також залежить від форми і матеріалу об'єкта. Максимальна чутливість у датчика спостерігається для матеріалів з великою діелектричною проникністю (таблиця 2).
Таблиця 2. Значення діелектричної проникності для різних матеріалів
Матеріал Діелектрична проникність Повітря 1 Поліетилен 1 ... 2 Дерево 6 ... 8 Скло 5 ... 10 Вода 80 ... 81
Важливо розуміти, що при налаштуванні і установці датчика слід враховувати можливість намокання або замасливания об'єкта спостереження. Наприклад, для води ε = 80, тому навіть найтонша водяна плівка призведе до значної зміни ємності. У цьому може переконатися будь-який користувач ноутбука з тачпадом. Якщо тачпад намочити - ноутбук втратить управління до повного висихання поверхні сенсора. Така ж картина спостерігається і в разі промислових ємнісних датчиків.
Розмір об'єкта також має значення. Чим більше об'єкт - тим більше ємність.
Температурний дрейф параметрів датчиків наближення. Дана залежність характеризує зміну характеристик датчика (розмірів активної зони і робочого зазору) при зміні температури.
Початкова точність,%. В документації на датчик крім номінальних значень завжди вказується початкова точність - значення для заданої температури і вологості. Цей розкид пов'язаний з технологічними особливостями виробництва датчика.
Частота спрацьовування (Response Frequency), Гц, характеризує частоту перемикань датчика.
Найбільшою частотою спрацьовування мають датчики, що живляться від постійної напруги. При цьому має місце залежність частоти від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта (таблиця 3).
Таблиця 3. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика постійного струму 24 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М08 1,5 1500 2 1000 M12 2 1500 4 500 M18 5 500 8 350 M30 10 400 15 200
Датчики, що живляться від змінної мережі, мають меншу частоту перемикань. Однак залежність від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта відсутня (таблиця 4).
Таблиця 4. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика змінного струму 100 ... 240 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М12 2 20 4 20 М18 5 20 8 20 М30 10 20 15 20
Ще однією особливістю, про яку варто пам'ятати при використанні безконтактних датчиків, є можливість взаємного впливу сусідніх сенсорів (рисунок 6). При монтажі датчиків не допускається їх занадто близьке розташування на відстанях менших, ніж зазначено в документації. Це стосується випадків як зустрічній, так і паралельної установки.
Рис. 6. Обмеження при розміщенні сусідніх датчиків
Тип вихідного каскаду - одна з найважливіших характеристик датчиків наближення. Датчики можуть бути дво- і трипровідними з нормально замкнутими і нормально роз'єднаними контактами (малюнок 7).
Рис. 7. Типи вихідних каскадів датчиків наближення
Двопровідні датчики Autonics випускаються для роботи з постійним і змінним напругою. Навантаження може бути підключена як до, так і після датчика. При цьому важливо, щоб величина опору навантаження забезпечувала протікання струму харчування датчика. Якщо опір навантаження занадто велике - необхідно шунтировать його додатковим резистором.
Трипровідні сенсори Autonics призначені для роботи в ланцюгах постійного струму і мають два варіанти виконання з NPN- і PNP-вихідним транзистором (малюнок 7). Якщо потрібен постійний контакт навантаження із загальною шиною - слід використовувати датчик з PNP-виходом. Якщо ж навантаження вимагає підключення до шини харчування - використовується датчик з виходом NPN.
Вихідний струм, мА - струм, який здатний забезпечити вихідний каскад датчика. Важливий параметр, якщо сенсор безпосередньо управляє потужним споживачем. Якщо його потужності не вистачає - слід використовувати більш потужний додатковий зовнішній ключ.
Власне падіння напруги, В, характеризує падіння на датчику в замкнутому стані.
Власний струм споживання, мА, вимірюється для випадку розімкнутих вихідних контактів, тобто, коли через навантаження не протікає струм.
Експлуатаційні характеристики. При використанні датчиків в жорстких умовах промислового виробництва слід пам'ятати про такі параметри як опір ізоляції, електрична міцність, стійкість до вібраційних і ударних навантажень, рейтинг пило- та вологозахищеністю, робочий діапазон температури вологості.
Компанія Autonics випускає величезну кількість безконтактних вимикачів. Розглянемо два популярних сімейства: індуктивні датчики PRDCM і ємнісні датчики CR.
Огляд індуктивних датчиків PRDCM
PRDCM - серія індуктивних циліндричних вимикачів зі збільшеною зоною чутливості і світлодіодом стану (малюнок 8).
Рис. 8. Зовнішній вигляд датчиків сімейства PRDCM
Рис. 9. Зовнішній вигляд датчиків сімейства CR
Датчики випускаються в двухпроводном (таблиця 6) і трипровідні (таблиця 5) виконанні. Активна зона представників сімейства досягає 25 мм, а робочий зазор - 17,5 мм. Діапазон частот спрацьовувань становить до 600 Гц.
Таблиця 5. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування PRDCM12-4DN, PRDCM12-4DP, PRDCM12-4DN2, PRDCM12-4DP2, PRDCML12-4DN, PRDCML12-4DP, PRDCML12-4DN2, PRDCML12-4DP2 PRDCM12-8DN, PRDCM12-8DP, PRDCM12-8DN2, PRDCM12-8DP2, PRDCML12 -8DN, PRDCML12-8DP, PRDCML12-8DN2, PRDCML12-8DP2 PRDCM18-7DN, PRDCM18-7DP, PRDCM18-7DN2, PRDCM18-7DP2, PRDCML18-7DN, PRDCML18-7DP, PRDCML18-7DN2, PRDCML18-7DP2 PRDCM18-14DN, PRDCM18 -14DP, PRDCM18-14DN2, PRDCM18-14DP2, PRDCML18-14DN, PRDCML18-14DP, PRDCML18-14DN2, PRDCML18-14DP2 PRDCM30-15DN, PRDCM30-15DP, PRDCM30-15DN2, PRDCM30-15DP2, PRDCML30-15DN, PRDCML30-15DP, PRDCML30-15DN2, PRDCML30-15DP2 PRDCM30-25DN, PRDCM30-25DP, PRDCM30-25DN2, PRDCM30-25DP2, PRDCML30-25DN, PRDCML30-25DP, PRDCML30-2SDN2, PRDCML30-25DP2 Зона чутливості, мм 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс . 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 4,9 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17,5 напруга живлення ном., В 12/24 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 10 Частота спрацьовування *, Гц 500 400 300 200 100 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 1,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурній навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В пост. Струму) Електрична міцність діелектрика 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 Вбудована захист Від перенапруги, зворотної полярності, надструмів Ступінь захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нік елірованное залізо, що зчитує поверхню: термостійкий акрилонитрил-бутадієн-стирол Маса, г PRDCM: 26 PRDCM: 48 PRDCM: 142 PRDCML: 34 PRDCML: 66 PRDCML: 182
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Таблиця 6. Основні характеристики двопровідних датчиків сімейства PRDCM
Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
Безконтактні датчики наближення можна зустріти в медичних приладах, в складі автоматизованих промислових ліній, в побутовій техніці. Один з провідних світових виробників продукції для автоматизації, компанія Autonics, пропонує безконтактні датчики наближення серій PRDCM (індуктивні) і CR (ємнісні).
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням? Відповідь - у всіх наведених додатках використовуються датчики наближення.
Датчики наближення - елементи, що дозволяють виявляти присутність, наближення або видалення різних об'єктів. Це досить широкий клас пристроїв (малюнок 1).
Рис. 1. Види датчиків наближення
За типом взаємодії з об'єктом датчики наближення діляться на контактні і безконтактні.
Яскравими прикладами контактних датчиків є кінцеві вимикачі (наприклад, датчики закриття дверей в автомобілях).
Контактні датчики можуть виконувати не тільки функцію включення і виключення, але і визначати положення об'єкта, наприклад, резистивні датчики рівня палива. Для них вихідним є аналоговий сигнал - значення опору, пропорційне рівню рідини.
Перевагами контактних датчиків є простота пристрою і використання. Серед їхніх недоліків можна відзначити наявність механічних рухомих частин і неможливість, у більшості випадків, створити високий рівень пило і вологозахищеністю, що призводить до скорочення терміну служби. Набагато більш тривалий ресурс і максимальний захист від негативного впливу зовнішнього середовища мають безконтактні датчики.
Безконтактні датчики діляться на дві групи: датчики положення і вимикачі. Основна функція безконтактних вимикачів складається в релейному перемиканні стану виходу при виявленні об'єкта. У датчиках положення на виході формується сигнал, що залежить від відстані до об'єкта.
Кожна з груп містить сенсори з різними технологіями виявлення: індуктивні, ємнісні і фотоелектричні.
Розглянемо безконтактні індуктивні і ємнісні вимикачі виробництва компанії Autonics.
Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні датчики здатні виявляти присутність об'єкта без безпосереднього контакту з ним. При цьому індуктивні вимикачі чутливі тільки до металевих предметів, а ємнісні здатні детектувати будь-які предмети, діелектрична проникність яких відмінна від повітря (наприклад, воду, дерево, метал, пластик і так далі). Розглянемо принцип роботи кожного датчика окремо.
Основним елементом індуктивного датчика є котушка індуктивності (малюнок 2). Вона підключена до генератора. Змінна електрична напруга на її висновках викликає змінне магнітне поле. Лінії поля будуть перпендикулярні напрямку струму в витках котушки.
Рис. 2. Принцип роботи індуктивного датчика наближення
При відсутності поблизу котушки металевих об'єктів лінії магнітного поля замикаються по повітрю. А амплітуда електричних коливань буде максимальною.
Якщо ж до котушки наближати металевий об'єкт, то все більша частина силових ліній почне замикатися через нього. Індуктивність котушки почне збільшуватися. Цей процес схожий з процесом введення сердечника. При цьому зростання індуктивності призведе до зменшення амплітуди і / або частоти коливань.
Якщо таку систему забезпечити детектором, то зі зміни амплітуди сигналу можна судити про наявність металевого об'єкта, його наближення або видалення.
В основі роботи ємнісного датчика, як випливає з назви, належить використання ємнісних зв'язків. Сам датчик, по суті, являє собою одну з обкладок просторового конденсатора. Другий обкладанням є земля. В якості діелектрика виступає переважно повітря. Так як діелектрична проникність повітря мала (ε = 1), то ємність такого конденсатора невелика. Якщо ж до датчика починає наближатися деякий об'єкт з більш високим значенням ε, то сумарна ємність почне збільшуватися (рисунок 3).
Рис. 3. Принцип роботи ємнісного датчика наближення
Таким чином, за величиною ємності можна судити про наявність об'єкта, його наближення або видалення. При цьому матеріал об'єкта може бути практично будь-яким, важливим є тільки значення його діелектричної проникності.
Як правило, для вимірювання використовуються схеми з перетворенням ємності в частоту або амплітуду коливань, які вимірюються за допомогою детектора. У підсумку, як і в випадку з індуктивним датчиком, необхідна наявність двох обов'язкових елементів: генератора і детектора (рисунок 4).
Рис. 4. Структурні схеми датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні вимикачі мають вихідний сигнал релейного типу - «включений» або «вимкнений» (малюнок 5). З цієї причини схема датчиків має комутаційний елемент - тригер, який для запобігання помилкових спрацьовувань забезпечений гистерезисом.
Рис. 5. Формування вихідних сигналів вимикачів
Основні характеристики і особливості датчиків наближення
Зона чутливості або активна зона (Sensing Distance), мм. Як було показано вище, діапазон дії датчиків наближення обмежений. Значна зміна вимірюваної ємності і індуктивності спостерігається поблизу чутливого елемента сенсора (малюнки 2, 3).
Сенсор починає «відчувати» об'єкт тільки на досить близьких відстанях, порівнянних з розмірами самого датчика. Ця зона чутливості називається активною зоною. У разі індуктивних датчиків вона визначає область найбільшої щільності ліній магнітного поля.
Відстань спрацьовування, мм. Після потрапляння об'єкта в активну зону датчик перемикається не відразу, а при досягненні якогось порогового значення, яке задається внутрішнім тригером з гістерезисом.
Гістерезис необхідний для виключення помилкових спрацьовувань. При цьому включення і виключення датчика відбуваються при різному рівні коливань.
Робочий зазор (Setting Distance), мм - відстань, на якому гарантовано виявляється заданий об'єкт.
В останньому визначенні використовувався термін «заданий об'єкт». Необхідно зробити додаткові пояснення. Справа в тому, що всі перераховані характеристики не є жорстко заданими. На їх величину впливає цілий ряд факторів: матеріал і розмір об'єкта, температурний дрейф, технологічні параметри самого датчика. З цієї причини всі наведені характеристики вимірюються при використанні конкретного об'єкта при нормальній температурі (зазвичай 20 або 25 ° С).
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри індуктивних датчиків. Як було показано вище, наближається металевий об'єкт виступає в ролі сердечника для чутливої котушки. Очевидно, що матеріал і форма сердечника значно впливають на значення індуктивності.
З цієї причини все номінальні характеристики відносяться до конкретного об'єкта, який завжди вказується в документації на датчик. Зазвичай це залізна квадратна пластина з заданими розмірами.
Якщо передбачається використовувати інший матеріал, то необхідно використовувати поправочний коефіцієнт редукції (таблиця 1).
Таблиця 1. Приклади коефіцієнтів редукції індуктивних датчиків
Матеріал Коефіцієнт Сталь 1 Чавун 0,93 ... 1,05 Нікель 0,65 ... 0,75 Нержавіюча сталь 0,60 ... 1,00 Алюміній 0,30 ... 0,45 Латунь 0,35 ... 0,50 Мідь 0,25 ... 0,45
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри ємнісних датчиків. Ємність результуючого конденсатора також залежить від форми і матеріалу об'єкта. Максимальна чутливість у датчика спостерігається для матеріалів з великою діелектричною проникністю (таблиця 2).
Таблиця 2. Значення діелектричної проникності для різних матеріалів
Матеріал Діелектрична проникність Повітря 1 Поліетилен 1 ... 2 Дерево 6 ... 8 Скло 5 ... 10 Вода 80 ... 81
Важливо розуміти, що при налаштуванні і установці датчика слід враховувати можливість намокання або замасливания об'єкта спостереження. Наприклад, для води ε = 80, тому навіть найтонша водяна плівка призведе до значної зміни ємності. У цьому може переконатися будь-який користувач ноутбука з тачпадом. Якщо тачпад намочити - ноутбук втратить управління до повного висихання поверхні сенсора. Така ж картина спостерігається і в разі промислових ємнісних датчиків.
Розмір об'єкта також має значення. Чим більше об'єкт - тим більше ємність.
Температурний дрейф параметрів датчиків наближення. Дана залежність характеризує зміну характеристик датчика (розмірів активної зони і робочого зазору) при зміні температури.
Початкова точність,%. В документації на датчик крім номінальних значень завжди вказується початкова точність - значення для заданої температури і вологості. Цей розкид пов'язаний з технологічними особливостями виробництва датчика.
Частота спрацьовування (Response Frequency), Гц, характеризує частоту перемикань датчика.
Найбільшою частотою спрацьовування мають датчики, що живляться від постійної напруги. При цьому має місце залежність частоти від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта (таблиця 3).
Таблиця 3. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика постійного струму 24 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М08 1,5 1500 2 1000 M12 2 1500 4 500 M18 5 500 8 350 M30 10 400 15 200
Датчики, що живляться від змінної мережі, мають меншу частоту перемикань. Однак залежність від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта відсутня (таблиця 4).
Таблиця 4. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика змінного струму 100 ... 240 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М12 2 20 4 20 М18 5 20 8 20 М30 10 20 15 20
Ще однією особливістю, про яку варто пам'ятати при використанні безконтактних датчиків, є можливість взаємного впливу сусідніх сенсорів (рисунок 6). При монтажі датчиків не допускається їх занадто близьке розташування на відстанях менших, ніж зазначено в документації. Це стосується випадків як зустрічній, так і паралельної установки.
Рис. 6. Обмеження при розміщенні сусідніх датчиків
Тип вихідного каскаду - одна з найважливіших характеристик датчиків наближення. Датчики можуть бути дво- і трипровідними з нормально замкнутими і нормально роз'єднаними контактами (малюнок 7).
Рис. 7. Типи вихідних каскадів датчиків наближення
Двопровідні датчики Autonics випускаються для роботи з постійним і змінним напругою. Навантаження може бути підключена як до, так і після датчика. При цьому важливо, щоб величина опору навантаження забезпечувала протікання струму харчування датчика. Якщо опір навантаження занадто велике - необхідно шунтировать його додатковим резистором.
Трипровідні сенсори Autonics призначені для роботи в ланцюгах постійного струму і мають два варіанти виконання з NPN- і PNP-вихідним транзистором (малюнок 7). Якщо потрібен постійний контакт навантаження із загальною шиною - слід використовувати датчик з PNP-виходом. Якщо ж навантаження вимагає підключення до шини харчування - використовується датчик з виходом NPN.
Вихідний струм, мА - струм, який здатний забезпечити вихідний каскад датчика. Важливий параметр, якщо сенсор безпосередньо управляє потужним споживачем. Якщо його потужності не вистачає - слід використовувати більш потужний додатковий зовнішній ключ.
Власне падіння напруги, В, характеризує падіння на датчику в замкнутому стані.
Власний струм споживання, мА, вимірюється для випадку розімкнутих вихідних контактів, тобто, коли через навантаження не протікає струм.
Експлуатаційні характеристики. При використанні датчиків в жорстких умовах промислового виробництва слід пам'ятати про такі параметри як опір ізоляції, електрична міцність, стійкість до вібраційних і ударних навантажень, рейтинг пило- та вологозахищеністю, робочий діапазон температури вологості.
Компанія Autonics випускає величезну кількість безконтактних вимикачів. Розглянемо два популярних сімейства: індуктивні датчики PRDCM і ємнісні датчики CR.
Огляд індуктивних датчиків PRDCM
PRDCM - серія індуктивних циліндричних вимикачів зі збільшеною зоною чутливості і світлодіодом стану (малюнок 8).
Рис. 8. Зовнішній вигляд датчиків сімейства PRDCM
Рис. 9. Зовнішній вигляд датчиків сімейства CR
Датчики випускаються в двухпроводном (таблиця 6) і трипровідні (таблиця 5) виконанні. Активна зона представників сімейства досягає 25 мм, а робочий зазор - 17,5 мм. Діапазон частот спрацьовувань становить до 600 Гц.
Таблиця 5. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування PRDCM12-4DN, PRDCM12-4DP, PRDCM12-4DN2, PRDCM12-4DP2, PRDCML12-4DN, PRDCML12-4DP, PRDCML12-4DN2, PRDCML12-4DP2 PRDCM12-8DN, PRDCM12-8DP, PRDCM12-8DN2, PRDCM12-8DP2, PRDCML12 -8DN, PRDCML12-8DP, PRDCML12-8DN2, PRDCML12-8DP2 PRDCM18-7DN, PRDCM18-7DP, PRDCM18-7DN2, PRDCM18-7DP2, PRDCML18-7DN, PRDCML18-7DP, PRDCML18-7DN2, PRDCML18-7DP2 PRDCM18-14DN, PRDCM18 -14DP, PRDCM18-14DN2, PRDCM18-14DP2, PRDCML18-14DN, PRDCML18-14DP, PRDCML18-14DN2, PRDCML18-14DP2 PRDCM30-15DN, PRDCM30-15DP, PRDCM30-15DN2, PRDCM30-15DP2, PRDCML30-15DN, PRDCML30-15DP, PRDCML30-15DN2, PRDCML30-15DP2 PRDCM30-25DN, PRDCM30-25DP, PRDCM30-25DN2, PRDCM30-25DP2, PRDCML30-25DN, PRDCML30-25DP, PRDCML30-2SDN2, PRDCML30-25DP2 Зона чутливості, мм 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс . 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 4,9 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17,5 напруга живлення ном., В 12/24 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 10 Частота спрацьовування *, Гц 500 400 300 200 100 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 1,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурній навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В пост. Струму) Електрична міцність діелектрика 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 Вбудована захист Від перенапруги, зворотної полярності, надструмів Ступінь захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нік елірованное залізо, що зчитує поверхню: термостійкий акрилонитрил-бутадієн-стирол Маса, г PRDCM: 26 PRDCM: 48 PRDCM: 142 PRDCML: 34 PRDCML: 66 PRDCML: 182
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Таблиця 6. Основні характеристики двопровідних датчиків сімейства PRDCM
Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
Безконтактні датчики наближення можна зустріти в медичних приладах, в складі автоматизованих промислових ліній, в побутовій техніці. Один з провідних світових виробників продукції для автоматизації, компанія Autonics, пропонує безконтактні датчики наближення серій PRDCM (індуктивні) і CR (ємнісні).
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням? Відповідь - у всіх наведених додатках використовуються датчики наближення.
Датчики наближення - елементи, що дозволяють виявляти присутність, наближення або видалення різних об'єктів. Це досить широкий клас пристроїв (малюнок 1).
Рис. 1. Види датчиків наближення
За типом взаємодії з об'єктом датчики наближення діляться на контактні і безконтактні.
Яскравими прикладами контактних датчиків є кінцеві вимикачі (наприклад, датчики закриття дверей в автомобілях).
Контактні датчики можуть виконувати не тільки функцію включення і виключення, але і визначати положення об'єкта, наприклад, резистивні датчики рівня палива. Для них вихідним є аналоговий сигнал - значення опору, пропорційне рівню рідини.
Перевагами контактних датчиків є простота пристрою і використання. Серед їхніх недоліків можна відзначити наявність механічних рухомих частин і неможливість, у більшості випадків, створити високий рівень пило і вологозахищеністю, що призводить до скорочення терміну служби. Набагато більш тривалий ресурс і максимальний захист від негативного впливу зовнішнього середовища мають безконтактні датчики.
Безконтактні датчики діляться на дві групи: датчики положення і вимикачі. Основна функція безконтактних вимикачів складається в релейному перемиканні стану виходу при виявленні об'єкта. У датчиках положення на виході формується сигнал, що залежить від відстані до об'єкта.
Кожна з груп містить сенсори з різними технологіями виявлення: індуктивні, ємнісні і фотоелектричні.
Розглянемо безконтактні індуктивні і ємнісні вимикачі виробництва компанії Autonics.
Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні датчики здатні виявляти присутність об'єкта без безпосереднього контакту з ним. При цьому індуктивні вимикачі чутливі тільки до металевих предметів, а ємнісні здатні детектувати будь-які предмети, діелектрична проникність яких відмінна від повітря (наприклад, воду, дерево, метал, пластик і так далі). Розглянемо принцип роботи кожного датчика окремо.
Основним елементом індуктивного датчика є котушка індуктивності (малюнок 2). Вона підключена до генератора. Змінна електрична напруга на її висновках викликає змінне магнітне поле. Лінії поля будуть перпендикулярні напрямку струму в витках котушки.
Рис. 2. Принцип роботи індуктивного датчика наближення
При відсутності поблизу котушки металевих об'єктів лінії магнітного поля замикаються по повітрю. А амплітуда електричних коливань буде максимальною.
Якщо ж до котушки наближати металевий об'єкт, то все більша частина силових ліній почне замикатися через нього. Індуктивність котушки почне збільшуватися. Цей процес схожий з процесом введення сердечника. При цьому зростання індуктивності призведе до зменшення амплітуди і / або частоти коливань.
Якщо таку систему забезпечити детектором, то зі зміни амплітуди сигналу можна судити про наявність металевого об'єкта, його наближення або видалення.
В основі роботи ємнісного датчика, як випливає з назви, належить використання ємнісних зв'язків. Сам датчик, по суті, являє собою одну з обкладок просторового конденсатора. Другий обкладанням є земля. В якості діелектрика виступає переважно повітря. Так як діелектрична проникність повітря мала (ε = 1), то ємність такого конденсатора невелика. Якщо ж до датчика починає наближатися деякий об'єкт з більш високим значенням ε, то сумарна ємність почне збільшуватися (рисунок 3).
Рис. 3. Принцип роботи ємнісного датчика наближення
Таким чином, за величиною ємності можна судити про наявність об'єкта, його наближення або видалення. При цьому матеріал об'єкта може бути практично будь-яким, важливим є тільки значення його діелектричної проникності.
Як правило, для вимірювання використовуються схеми з перетворенням ємності в частоту або амплітуду коливань, які вимірюються за допомогою детектора. У підсумку, як і в випадку з індуктивним датчиком, необхідна наявність двох обов'язкових елементів: генератора і детектора (рисунок 4).
Рис. 4. Структурні схеми датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні вимикачі мають вихідний сигнал релейного типу - «включений» або «вимкнений» (малюнок 5). З цієї причини схема датчиків має комутаційний елемент - тригер, який для запобігання помилкових спрацьовувань забезпечений гистерезисом.
Рис. 5. Формування вихідних сигналів вимикачів
Основні характеристики і особливості датчиків наближення
Зона чутливості або активна зона (Sensing Distance), мм. Як було показано вище, діапазон дії датчиків наближення обмежений. Значна зміна вимірюваної ємності і індуктивності спостерігається поблизу чутливого елемента сенсора (малюнки 2, 3).
Сенсор починає «відчувати» об'єкт тільки на досить близьких відстанях, порівнянних з розмірами самого датчика. Ця зона чутливості називається активною зоною. У разі індуктивних датчиків вона визначає область найбільшої щільності ліній магнітного поля.
Відстань спрацьовування, мм. Після потрапляння об'єкта в активну зону датчик перемикається не відразу, а при досягненні якогось порогового значення, яке задається внутрішнім тригером з гістерезисом.
Гістерезис необхідний для виключення помилкових спрацьовувань. При цьому включення і виключення датчика відбуваються при різному рівні коливань.
Робочий зазор (Setting Distance), мм - відстань, на якому гарантовано виявляється заданий об'єкт.
В останньому визначенні використовувався термін «заданий об'єкт». Необхідно зробити додаткові пояснення. Справа в тому, що всі перераховані характеристики не є жорстко заданими. На їх величину впливає цілий ряд факторів: матеріал і розмір об'єкта, температурний дрейф, технологічні параметри самого датчика. З цієї причини всі наведені характеристики вимірюються при використанні конкретного об'єкта при нормальній температурі (зазвичай 20 або 25 ° С).
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри індуктивних датчиків. Як було показано вище, наближається металевий об'єкт виступає в ролі сердечника для чутливої котушки. Очевидно, що матеріал і форма сердечника значно впливають на значення індуктивності.
З цієї причини все номінальні характеристики відносяться до конкретного об'єкта, який завжди вказується в документації на датчик. Зазвичай це залізна квадратна пластина з заданими розмірами.
Якщо передбачається використовувати інший матеріал, то необхідно використовувати поправочний коефіцієнт редукції (таблиця 1).
Таблиця 1. Приклади коефіцієнтів редукції індуктивних датчиків
Матеріал Коефіцієнт Сталь 1 Чавун 0,93 ... 1,05 Нікель 0,65 ... 0,75 Нержавіюча сталь 0,60 ... 1,00 Алюміній 0,30 ... 0,45 Латунь 0,35 ... 0,50 Мідь 0,25 ... 0,45
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри ємнісних датчиків. Ємність результуючого конденсатора також залежить від форми і матеріалу об'єкта. Максимальна чутливість у датчика спостерігається для матеріалів з великою діелектричною проникністю (таблиця 2).
Таблиця 2. Значення діелектричної проникності для різних матеріалів
Матеріал Діелектрична проникність Повітря 1 Поліетилен 1 ... 2 Дерево 6 ... 8 Скло 5 ... 10 Вода 80 ... 81
Важливо розуміти, що при налаштуванні і установці датчика слід враховувати можливість намокання або замасливания об'єкта спостереження. Наприклад, для води ε = 80, тому навіть найтонша водяна плівка призведе до значної зміни ємності. У цьому може переконатися будь-який користувач ноутбука з тачпадом. Якщо тачпад намочити - ноутбук втратить управління до повного висихання поверхні сенсора. Така ж картина спостерігається і в разі промислових ємнісних датчиків.
Розмір об'єкта також має значення. Чим більше об'єкт - тим більше ємність.
Температурний дрейф параметрів датчиків наближення. Дана залежність характеризує зміну характеристик датчика (розмірів активної зони і робочого зазору) при зміні температури.
Початкова точність,%. В документації на датчик крім номінальних значень завжди вказується початкова точність - значення для заданої температури і вологості. Цей розкид пов'язаний з технологічними особливостями виробництва датчика.
Частота спрацьовування (Response Frequency), Гц, характеризує частоту перемикань датчика.
Найбільшою частотою спрацьовування мають датчики, що живляться від постійної напруги. При цьому має місце залежність частоти від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта (таблиця 3).
Таблиця 3. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика постійного струму 24 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М08 1,5 1500 2 1000 M12 2 1500 4 500 M18 5 500 8 350 M30 10 400 15 200
Датчики, що живляться від змінної мережі, мають меншу частоту перемикань. Однак залежність від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта відсутня (таблиця 4).
Таблиця 4. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика змінного струму 100 ... 240 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М12 2 20 4 20 М18 5 20 8 20 М30 10 20 15 20
Ще однією особливістю, про яку варто пам'ятати при використанні безконтактних датчиків, є можливість взаємного впливу сусідніх сенсорів (рисунок 6). При монтажі датчиків не допускається їх занадто близьке розташування на відстанях менших, ніж зазначено в документації. Це стосується випадків як зустрічній, так і паралельної установки.
Рис. 6. Обмеження при розміщенні сусідніх датчиків
Тип вихідного каскаду - одна з найважливіших характеристик датчиків наближення. Датчики можуть бути дво- і трипровідними з нормально замкнутими і нормально роз'єднаними контактами (малюнок 7).
Рис. 7. Типи вихідних каскадів датчиків наближення
Двопровідні датчики Autonics випускаються для роботи з постійним і змінним напругою. Навантаження може бути підключена як до, так і після датчика. При цьому важливо, щоб величина опору навантаження забезпечувала протікання струму харчування датчика. Якщо опір навантаження занадто велике - необхідно шунтировать його додатковим резистором.
Трипровідні сенсори Autonics призначені для роботи в ланцюгах постійного струму і мають два варіанти виконання з NPN- і PNP-вихідним транзистором (малюнок 7). Якщо потрібен постійний контакт навантаження із загальною шиною - слід використовувати датчик з PNP-виходом. Якщо ж навантаження вимагає підключення до шини харчування - використовується датчик з виходом NPN.
Вихідний струм, мА - струм, який здатний забезпечити вихідний каскад датчика. Важливий параметр, якщо сенсор безпосередньо управляє потужним споживачем. Якщо його потужності не вистачає - слід використовувати більш потужний додатковий зовнішній ключ.
Власне падіння напруги, В, характеризує падіння на датчику в замкнутому стані.
Власний струм споживання, мА, вимірюється для випадку розімкнутих вихідних контактів, тобто, коли через навантаження не протікає струм.
Експлуатаційні характеристики. При використанні датчиків в жорстких умовах промислового виробництва слід пам'ятати про такі параметри як опір ізоляції, електрична міцність, стійкість до вібраційних і ударних навантажень, рейтинг пило- та вологозахищеністю, робочий діапазон температури вологості.
Компанія Autonics випускає величезну кількість безконтактних вимикачів. Розглянемо два популярних сімейства: індуктивні датчики PRDCM і ємнісні датчики CR.
Огляд індуктивних датчиків PRDCM
PRDCM - серія індуктивних циліндричних вимикачів зі збільшеною зоною чутливості і світлодіодом стану (малюнок 8).
Рис. 8. Зовнішній вигляд датчиків сімейства PRDCM
Рис. 9. Зовнішній вигляд датчиків сімейства CR
Датчики випускаються в двухпроводном (таблиця 6) і трипровідні (таблиця 5) виконанні. Активна зона представників сімейства досягає 25 мм, а робочий зазор - 17,5 мм. Діапазон частот спрацьовувань становить до 600 Гц.
Таблиця 5. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування PRDCM12-4DN, PRDCM12-4DP, PRDCM12-4DN2, PRDCM12-4DP2, PRDCML12-4DN, PRDCML12-4DP, PRDCML12-4DN2, PRDCML12-4DP2 PRDCM12-8DN, PRDCM12-8DP, PRDCM12-8DN2, PRDCM12-8DP2, PRDCML12 -8DN, PRDCML12-8DP, PRDCML12-8DN2, PRDCML12-8DP2 PRDCM18-7DN, PRDCM18-7DP, PRDCM18-7DN2, PRDCM18-7DP2, PRDCML18-7DN, PRDCML18-7DP, PRDCML18-7DN2, PRDCML18-7DP2 PRDCM18-14DN, PRDCM18 -14DP, PRDCM18-14DN2, PRDCM18-14DP2, PRDCML18-14DN, PRDCML18-14DP, PRDCML18-14DN2, PRDCML18-14DP2 PRDCM30-15DN, PRDCM30-15DP, PRDCM30-15DN2, PRDCM30-15DP2, PRDCML30-15DN, PRDCML30-15DP, PRDCML30-15DN2, PRDCML30-15DP2 PRDCM30-25DN, PRDCM30-25DP, PRDCM30-25DN2, PRDCM30-25DP2, PRDCML30-25DN, PRDCML30-25DP, PRDCML30-2SDN2, PRDCML30-25DP2 Зона чутливості, мм 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс . 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 4,9 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17,5 напруга живлення ном., В 12/24 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 10 Частота спрацьовування *, Гц 500 400 300 200 100 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 1,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурній навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В пост. Струму) Електрична міцність діелектрика 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 Вбудована захист Від перенапруги, зворотної полярності, надструмів Ступінь захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нік елірованное залізо, що зчитує поверхню: термостійкий акрилонитрил-бутадієн-стирол Маса, г PRDCM: 26 PRDCM: 48 PRDCM: 142 PRDCML: 34 PRDCML: 66 PRDCML: 182
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Таблиця 6. Основні характеристики двопровідних датчиків сімейства PRDCM
Датчики наближення Autonics: індуктивні і ємнісні
Безконтактні датчики наближення можна зустріти в медичних приладах, в складі автоматизованих промислових ліній, в побутовій техніці. Один з провідних світових виробників продукції для автоматизації, компанія Autonics, пропонує безконтактні датчики наближення серій PRDCM (індуктивні) і CR (ємнісні).
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням? Відповідь - у всіх наведених додатках використовуються датчики наближення.
Датчики наближення - елементи, що дозволяють виявляти присутність, наближення або видалення різних об'єктів. Це досить широкий клас пристроїв (малюнок 1).
Рис. 1. Види датчиків наближення
За типом взаємодії з об'єктом датчики наближення діляться на контактні і безконтактні.
Яскравими прикладами контактних датчиків є кінцеві вимикачі (наприклад, датчики закриття дверей в автомобілях).
Контактні датчики можуть виконувати не тільки функцію включення і виключення, але і визначати положення об'єкта, наприклад, резистивні датчики рівня палива. Для них вихідним є аналоговий сигнал - значення опору, пропорційне рівню рідини.
Перевагами контактних датчиків є простота пристрою і використання. Серед їхніх недоліків можна відзначити наявність механічних рухомих частин і неможливість, у більшості випадків, створити високий рівень пило і вологозахищеністю, що призводить до скорочення терміну служби. Набагато більш тривалий ресурс і максимальний захист від негативного впливу зовнішнього середовища мають безконтактні датчики.
Безконтактні датчики діляться на дві групи: датчики положення і вимикачі. Основна функція безконтактних вимикачів складається в релейному перемиканні стану виходу при виявленні об'єкта. У датчиках положення на виході формується сигнал, що залежить від відстані до об'єкта.
Кожна з груп містить сенсори з різними технологіями виявлення: індуктивні, ємнісні і фотоелектричні.
Розглянемо безконтактні індуктивні і ємнісні вимикачі виробництва компанії Autonics.
Пристрій і принцип дії індуктивних і ємнісних датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні датчики здатні виявляти присутність об'єкта без безпосереднього контакту з ним. При цьому індуктивні вимикачі чутливі тільки до металевих предметів, а ємнісні здатні детектувати будь-які предмети, діелектрична проникність яких відмінна від повітря (наприклад, воду, дерево, метал, пластик і так далі). Розглянемо принцип роботи кожного датчика окремо.
Основним елементом індуктивного датчика є котушка індуктивності (малюнок 2). Вона підключена до генератора. Змінна електрична напруга на її висновках викликає змінне магнітне поле. Лінії поля будуть перпендикулярні напрямку струму в витках котушки.
Рис. 2. Принцип роботи індуктивного датчика наближення
При відсутності поблизу котушки металевих об'єктів лінії магнітного поля замикаються по повітрю. А амплітуда електричних коливань буде максимальною.
Якщо ж до котушки наближати металевий об'єкт, то все більша частина силових ліній почне замикатися через нього. Індуктивність котушки почне збільшуватися. Цей процес схожий з процесом введення сердечника. При цьому зростання індуктивності призведе до зменшення амплітуди і / або частоти коливань.
Якщо таку систему забезпечити детектором, то зі зміни амплітуди сигналу можна судити про наявність металевого об'єкта, його наближення або видалення.
В основі роботи ємнісного датчика, як випливає з назви, належить використання ємнісних зв'язків. Сам датчик, по суті, являє собою одну з обкладок просторового конденсатора. Другий обкладанням є земля. В якості діелектрика виступає переважно повітря. Так як діелектрична проникність повітря мала (ε = 1), то ємність такого конденсатора невелика. Якщо ж до датчика починає наближатися деякий об'єкт з більш високим значенням ε, то сумарна ємність почне збільшуватися (рисунок 3).
Рис. 3. Принцип роботи ємнісного датчика наближення
Таким чином, за величиною ємності можна судити про наявність об'єкта, його наближення або видалення. При цьому матеріал об'єкта може бути практично будь-яким, важливим є тільки значення його діелектричної проникності.
Як правило, для вимірювання використовуються схеми з перетворенням ємності в частоту або амплітуду коливань, які вимірюються за допомогою детектора. У підсумку, як і в випадку з індуктивним датчиком, необхідна наявність двох обов'язкових елементів: генератора і детектора (рисунок 4).
Рис. 4. Структурні схеми датчиків наближення
Ємнісні і індуктивні вимикачі мають вихідний сигнал релейного типу - «включений» або «вимкнений» (малюнок 5). З цієї причини схема датчиків має комутаційний елемент - тригер, який для запобігання помилкових спрацьовувань забезпечений гистерезисом.
Рис. 5. Формування вихідних сигналів вимикачів
Основні характеристики і особливості датчиків наближення
Зона чутливості або активна зона (Sensing Distance), мм. Як було показано вище, діапазон дії датчиків наближення обмежений. Значна зміна вимірюваної ємності і індуктивності спостерігається поблизу чутливого елемента сенсора (малюнки 2, 3).
Сенсор починає «відчувати» об'єкт тільки на досить близьких відстанях, порівнянних з розмірами самого датчика. Ця зона чутливості називається активною зоною. У разі індуктивних датчиків вона визначає область найбільшої щільності ліній магнітного поля.
Відстань спрацьовування, мм. Після потрапляння об'єкта в активну зону датчик перемикається не відразу, а при досягненні якогось порогового значення, яке задається внутрішнім тригером з гістерезисом.
Гістерезис необхідний для виключення помилкових спрацьовувань. При цьому включення і виключення датчика відбуваються при різному рівні коливань.
Робочий зазор (Setting Distance), мм - відстань, на якому гарантовано виявляється заданий об'єкт.
В останньому визначенні використовувався термін «заданий об'єкт». Необхідно зробити додаткові пояснення. Справа в тому, що всі перераховані характеристики не є жорстко заданими. На їх величину впливає цілий ряд факторів: матеріал і розмір об'єкта, температурний дрейф, технологічні параметри самого датчика. З цієї причини всі наведені характеристики вимірюються при використанні конкретного об'єкта при нормальній температурі (зазвичай 20 або 25 ° С).
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри індуктивних датчиків. Як було показано вище, наближається металевий об'єкт виступає в ролі сердечника для чутливої котушки. Очевидно, що матеріал і форма сердечника значно впливають на значення індуктивності.
З цієї причини все номінальні характеристики відносяться до конкретного об'єкта, який завжди вказується в документації на датчик. Зазвичай це залізна квадратна пластина з заданими розмірами.
Якщо передбачається використовувати інший матеріал, то необхідно використовувати поправочний коефіцієнт редукції (таблиця 1).
Таблиця 1. Приклади коефіцієнтів редукції індуктивних датчиків
Матеріал Коефіцієнт Сталь 1 Чавун 0,93 ... 1,05 Нікель 0,65 ... 0,75 Нержавіюча сталь 0,60 ... 1,00 Алюміній 0,30 ... 0,45 Латунь 0,35 ... 0,50 Мідь 0,25 ... 0,45
Вплив матеріалу і розмірів об'єкта виявлення на параметри ємнісних датчиків. Ємність результуючого конденсатора також залежить від форми і матеріалу об'єкта. Максимальна чутливість у датчика спостерігається для матеріалів з великою діелектричною проникністю (таблиця 2).
Таблиця 2. Значення діелектричної проникності для різних матеріалів
Матеріал Діелектрична проникність Повітря 1 Поліетилен 1 ... 2 Дерево 6 ... 8 Скло 5 ... 10 Вода 80 ... 81
Важливо розуміти, що при налаштуванні і установці датчика слід враховувати можливість намокання або замасливания об'єкта спостереження. Наприклад, для води ε = 80, тому навіть найтонша водяна плівка призведе до значної зміни ємності. У цьому може переконатися будь-який користувач ноутбука з тачпадом. Якщо тачпад намочити - ноутбук втратить управління до повного висихання поверхні сенсора. Така ж картина спостерігається і в разі промислових ємнісних датчиків.
Розмір об'єкта також має значення. Чим більше об'єкт - тим більше ємність.
Температурний дрейф параметрів датчиків наближення. Дана залежність характеризує зміну характеристик датчика (розмірів активної зони і робочого зазору) при зміні температури.
Початкова точність,%. В документації на датчик крім номінальних значень завжди вказується початкова точність - значення для заданої температури і вологості. Цей розкид пов'язаний з технологічними особливостями виробництва датчика.
Частота спрацьовування (Response Frequency), Гц, характеризує частоту перемикань датчика.
Найбільшою частотою спрацьовування мають датчики, що живляться від постійної напруги. При цьому має місце залежність частоти від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта (таблиця 3).
Таблиця 3. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика постійного струму 24 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М08 1,5 1500 2 1000 M12 2 1500 4 500 M18 5 500 8 350 M30 10 400 15 200
Датчики, що живляться від змінної мережі, мають меншу частоту перемикань. Однак залежність від розмірів активної поверхні датчика і відстані до об'єкта відсутня (таблиця 4).
Таблиця 4. Вплив розмірів активної поверхні і відстані до об'єкта на частоту спрацьовування 2-х провідного циліндричного датчика змінного струму 100 ... 240 В
Діаметр, мм Відстань, мм Частота, Гц М12 2 20 4 20 М18 5 20 8 20 М30 10 20 15 20
Ще однією особливістю, про яку варто пам'ятати при використанні безконтактних датчиків, є можливість взаємного впливу сусідніх сенсорів (рисунок 6). При монтажі датчиків не допускається їх занадто близьке розташування на відстанях менших, ніж зазначено в документації. Це стосується випадків як зустрічній, так і паралельної установки.
Рис. 6. Обмеження при розміщенні сусідніх датчиків
Тип вихідного каскаду - одна з найважливіших характеристик датчиків наближення. Датчики можуть бути дво- і трипровідними з нормально замкнутими і нормально роз'єднаними контактами (малюнок 7).
Рис. 7. Типи вихідних каскадів датчиків наближення
Двопровідні датчики Autonics випускаються для роботи з постійним і змінним напругою. Навантаження може бути підключена як до, так і після датчика. При цьому важливо, щоб величина опору навантаження забезпечувала протікання струму харчування датчика. Якщо опір навантаження занадто велике - необхідно шунтировать його додатковим резистором.
Трипровідні сенсори Autonics призначені для роботи в ланцюгах постійного струму і мають два варіанти виконання з NPN- і PNP-вихідним транзистором (малюнок 7). Якщо потрібен постійний контакт навантаження із загальною шиною - слід використовувати датчик з PNP-виходом. Якщо ж навантаження вимагає підключення до шини харчування - використовується датчик з виходом NPN.
Вихідний струм, мА - струм, який здатний забезпечити вихідний каскад датчика. Важливий параметр, якщо сенсор безпосередньо управляє потужним споживачем. Якщо його потужності не вистачає - слід використовувати більш потужний додатковий зовнішній ключ.
Власне падіння напруги, В, характеризує падіння на датчику в замкнутому стані.
Власний струм споживання, мА, вимірюється для випадку розімкнутих вихідних контактів, тобто, коли через навантаження не протікає струм.
Експлуатаційні характеристики. При використанні датчиків в жорстких умовах промислового виробництва слід пам'ятати про такі параметри як опір ізоляції, електрична міцність, стійкість до вібраційних і ударних навантажень, рейтинг пило- та вологозахищеністю, робочий діапазон температури вологості.
Компанія Autonics випускає величезну кількість безконтактних вимикачів. Розглянемо два популярних сімейства: індуктивні датчики PRDCM і ємнісні датчики CR.
Огляд індуктивних датчиків PRDCM
PRDCM - серія індуктивних циліндричних вимикачів зі збільшеною зоною чутливості і світлодіодом стану (малюнок 8).
Рис. 8. Зовнішній вигляд датчиків сімейства PRDCM
Рис. 9. Зовнішній вигляд датчиків сімейства CR
Датчики випускаються в двухпроводном (таблиця 6) і трипровідні (таблиця 5) виконанні. Активна зона представників сімейства досягає 25 мм, а робочий зазор - 17,5 мм. Діапазон частот спрацьовувань становить до 600 Гц.
Таблиця 5. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування PRDCM12-4DN, PRDCM12-4DP, PRDCM12-4DN2, PRDCM12-4DP2, PRDCML12-4DN, PRDCML12-4DP, PRDCML12-4DN2, PRDCML12-4DP2 PRDCM12-8DN, PRDCM12-8DP, PRDCM12-8DN2, PRDCM12-8DP2, PRDCML12 -8DN, PRDCML12-8DP, PRDCML12-8DN2, PRDCML12-8DP2 PRDCM18-7DN, PRDCM18-7DP, PRDCM18-7DN2, PRDCM18-7DP2, PRDCML18-7DN, PRDCML18-7DP, PRDCML18-7DN2, PRDCML18-7DP2 PRDCM18-14DN, PRDCM18 -14DP, PRDCM18-14DN2, PRDCM18-14DP2, PRDCML18-14DN, PRDCML18-14DP, PRDCML18-14DN2, PRDCML18-14DP2 PRDCM30-15DN, PRDCM30-15DP, PRDCM30-15DN2, PRDCM30-15DP2, PRDCML30-15DN, PRDCML30-15DP, PRDCML30-15DN2, PRDCML30-15DP2 PRDCM30-25DN, PRDCM30-25DP, PRDCM30-25DN2, PRDCM30-25DP2, PRDCML30-25DN, PRDCML30-25DP, PRDCML30-2SDN2, PRDCML30-25DP2 Зона чутливості, мм 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс . 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 4,9 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17,5 напруга живлення ном., В 12/24 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 10 Частота спрацьовування *, Гц 500 400 300 200 100 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 1,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурній навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В пост. Струму) Електрична міцність діелектрика 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 Вбудована захист Від перенапруги, зворотної полярності, надструмів Ступінь захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нік елірованное залізо, що зчитує поверхню: термостійкий акрилонитрил-бутадієн-стирол Маса, г PRDCM: 26 PRDCM: 48 PRDCM: 142 PRDCML: 34 PRDCML: 66 PRDCML: 182
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Таблиця 6. Основні характеристики двопровідних датчиків сімейства PRDCM
Параметр Найменування Найменування PRDCMT08-2DO, PRDCMT08-2DC, PRDCMT08-2DO-I, PRDCMT08-2DC-I PRDCMT08-4DO, PRDCMT08-4DC, PRDCMT08-4DO-I, PRDCMT08-4DC-I PRDCMT12-4DO,
PRDCMT12-4DC,
PRDCMT12-4DO-I,
PRDCMT12-4DC-I,
PRDCMLT12-4DO, PRDCMLT12-4DC, PRDCMLT12-4DO-I, PRDCMLT12-4DC-I PRDCMT18-7DO,
PRDCMT18-7DC,
PRDCMT18-7DO-I,
PRDCMT18-7DC-I,
PRDCMLT18-7DO,
PRDCMLT18-7DC,
PRDCMLT18-7DO-I,
PRDCMLT18-7DC-I PRDCMT18-7DO,
PRDCMT18-7DC,
PRDCMT18-7DO-I,
PRDCMT18-7DC-I,
PRDCMLT18-7DO,
PRDCMLT18-7DC,
PRDCMLT18-7DO-I,
PRDCMLT18-7DC-I PRDCMT18-14DO,
PRDCMT18-14DC,
PRDCMT18-14DO-I,
PRDCMT18-14DC-I,
PRDCMLT18-14DO,
PRDCMLT18-14DC,
PRDCMLT18-14DO-I,
PRDCMLT18-14DC-I PRDCMT30-15DO,
PRDCMT30-15DC,
PRDCMT30-15DO-I,
PRDCMT30-15DC-I,
PRDCMLT30-15DO,
PRDCMLT30-15DC,
PRDCMLT30-15DO-I,
PRDCMLT30-15DC-I PRDCMT30-25DO,
PRDCMT30-25DC,
PRDCMT30-25DO-I,
PRDCMT30-25DC-I,
PRDCMLT30-25DO,
PRDCMLT30-25DC,
PRDCMLT30-25DO-I,
PRDCMLT30-25DC-I Зона чутлівості, мм 2 4 8 7 14 15 25 Гистерезис Макс, 10% від відстані спрацьовування Макс, 10% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для Виявлення (залізо), мм 8x8x1 12x12x1 25x25x1 20x20x1 40x40x1 45x45x1 75x75x1 Робочий зазор, мм 0 ... 1,4 0 ... 2,8 0 ... 5,6 0 ... 5,6 0 ... 9,8 0 ... 10,5 0 ... 17 , 5 напряжение живлення ном., В 12/24 12/24 граничних напряжение харчування, В 10 ... 30 10 ... 30 Струм споживання, мА Макс. 0,6 Макс. 0,6 Частота спрацьовування *, Гц 600 500 500 400 250 200 100 Падіння напруги на датчику, В Макс. 3,5 Макс. 3,5 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурі навколишнього середовища 20 ° C Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурі навколишнього середовища 20 ° C Номінальний струм, мА 2 ... 100 2 ... 100 Опір ізоляції мін. 50 МОм (= 500 В) Мін. 50 МОм (= 500 В) Електрична міцність діелектріка ~ 1500 В, 50/60 Гц в течение 1 хвилини ~ 1500 В, 50/60 Гц в течение 1 хвилини Стійкість до вібрацій Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z в течение 2 годин Амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z в течение 2 годин Стійкість до ударних навантаженості 500 м / с2 (примерно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази 500 м / с2 (примерно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 -25 ... 70 температура зберіганн , C -30 ... 80 -30 ... 80 вологість,% 35 ... 95% 35 ... 95% Захист Від перенапругі, зворотної полярності, надструмів Від перенапругі, зворотної полярності, надструмів Матеріал Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нікельоване залізо, что зчітує поверхню: термостійкій акрилонитрил-бутадієн-стирол Корпус / гайка: нікельована латунь, шайба: нікельоване залізо, что зчітує поверхню: термостійкій акрилонитрил-бутадієн-стирол степень захисту (IP) IP67 (Стандарт МЕК) IP67 (Стандарт МЕК) Маса стандартної Версії, г - PRDCMT: 26 PRDCMT: 48 PRDCMT: 142 PR DCMLT: 36 PRDCMLT: 66 PRDCMLT: 182 Маса поліпшеної вір сії **, г 15,5 15 23,5 22 46,5 42,5 160 165
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального
** - Маса оновленої одиниці відноситься тільки до PRDCMT
Особливостями даної серії є відстань спрацьовування, збільшене до 2,5 разів у порівнянні з попереднім поколінням, і наявність коннектора на корпусі, що зручно в експлуатації і скорочує тимчасові і матеріальні витрати на монтаж.
Вихідний каскад має шість варіантів виконання: двухпроводной нормально-замкнутий і нормально-розімкнутий, трехпроводной NPN нормально-замкнутий і нормально-розімкнутий, трехпроводной PNP нормально-замкнутий і нормально-розімкнутий. Діапазон живлячих напруг для всіх датчиків: 10 ... 30 В.
Навантажувальні характеристики трьохпровідних представників дещо вищий: ток - до 200 мА, власне падіння напруги - до 1,5 В. У двопровідних - 100 мА і 3,5 В відповідно. Однак у трьохпровідних вище і власне споживання - до 10 мА (проти всього 0,6 мА у двопровідних).
Всі датчики серії мають відмінні ізоляційні властивості (до 1500 В) і високий опір ізоляції 50 МОм.
Стан датчика можна визначити по світлодіоду: якщо він світиться, то струм надходить в навантаження.
Датчики стійкі до високих вібрацій і ударних навантажень. Ступінь захисту (IP) складає 67. Все це робить їх відмінним вибором для побутових і промислових додатків, таких як:
- кінцеві датчики координатних столів в верстатах;
- детектори положення каруселі інструментів фрезерних верстатів з ЧПУ;
- датчики відкриття дверей;
- датчики наближення в установках автоматичної роботизованою зварювання;
- датчики наближення в системах автоматичного складання;
- детектори шлюбу (наприклад, в лініях по виробництву консервів);
- детектори положення каруселей автоматичного розливу молока і молочних продуктів і так далі.
Номер за каталогом датчиків PRDCM є Восьмипозиційний позначення (таблиця 7).
Таблиця 7. Іменування датчиків сімейства PRDCM
PRD CMT 18 -7 DN -I Тип датчика Форма корпусу Особливості Тип підключення Діаметр головки датчика, мм Зона чутливості, мм Тип виходу Тип кабелю P - індуктивний R - циліндр D - зі збільшеною відстанню спрацьовування CMT 2-провідний, стандартний, коннектор 12 DN NPN, 3-провідний, нормально розімкнутий I - стандарт МЕК CMLT 2-провідний, подовжений коннектор 18 DN2 NPN, 3-провідний, нормально замкнутий CM 3-провідний, стандартний, коннектор 30 DP PNP, 3-провідний, нормально розімкнутий CML 3 провідний, подовжений коннектор DP2 PNP, 3-провідний, нормально замкнутий DO 2-провідн ой, нормально розімкнутий DС 2-провідний, нормально замкнутий
Огляд ємнісних датчиків CR
CR - серія ємнісних циліндричних датчиків від Autonics (малюнок 9).
Випускаються датчики двох типорозмірів - CR18 и CR30 з зонами чутливості 8 і 15 мм відповідно.
Двопровідні нормально розімкнуті версії CRxx-xAO і двопровідні нормально замкнуті версії CRxx-xAС працюють зі змінним вихідним напругою 110 ... 240 В і струмом 5 ... 200 мА. Частота спрацьовування - 20 Гц.
Трипровідні версії призначені для роботи в ланцюгах постійного напруги 10 ... 30 В з вихідними струмами до 200 мА. Їх частота спрацьовування досягає 50 Гц (таблиця 8).
Таблиця 8. Основні характеристики трьохпровідних датчиків сімейства CR
параметр Найменування CR18-8DN ,
CR18-8DP ,
CR18-8DN2 CR30-15DN ,
CR30-15DP ,
CR30-15DN2 CR18-8AO ,
CR18-8AC CR30-15AO ,
CR30-15AC Зона чутливості, мм 8 15 8 15 Гистерезис Макс. 20% від відстані спрацьовування Стандартний об'єкт для виявлення (залізо), мм 50x50x1 Робочий зазор, мм 0 ... 5,6 0 ... 10,5 0 ... 5,6 0 ... 10,5 Напруга живлення ном., В 12/24 100 / 240 Граничне напруга живлення, В 0 ... 30 85 ... 264 Струм споживання, мА Макс. 15 Макс. 2,2 Частота спрацьовування *, Гц 50 20 Температурний дрейф Макс. ± 10% від відстані спрацьовування при температурі навколишнього середовища 20 ° С Номінальний струм, мА Макс. 200 Опір ізоляції мін. 50 МОм (500 В =) Електрична міцність діелектрика ~ 1500 В, 50/60 Гц протягом 1 хвилини Стійкість до вібрацій амплітуда 1 мм при частоті 10 ... 55 Гц по кожному з напрямків X, Y, Z протягом 2 годин Стійкість до ударних навантажень 500 м / с2 (приблизно 50g) напрямки X, Y, Z 3 рази Індикатор Індикатор роботи (червоний світлодіод) Робоча температура, ° C -25 ... 70 температура зберігання, ° C -30 ... 80 Вологість,% 35 ... 95 захист від перенапруги, зворотної полярності від перенапруги Ступінь захисту (IP) IP66 IP65 IP66 IP65 Маса, г 76 206 70 200
* - Частота спрацьовування являє собою середнє значення: стандартний об'єкт з подвоєною шириною на відстані 1/2 від номінального.
Стан датчика можна визначити по світлодіоду. Якщо він світиться - струм надходить в навантаження.
Номер за каталогом датчиків серії CR включає 5 позицій: тип датчика, форму, діаметр головки, код зони чутливості, код типу вихідного каскаду (таблиця 9).
Таблиця 9. Іменування датчиків сімейства CR
CR 30 -15 DN Тип датчика Форма корпусу Діаметр головки датчика, мм Зона чутливості, мм Тип виходу С - ємнісний R - циліндр 18 8 DN 3-провідний, NPN, нормально розімкнутий, харчування 24 В DC 30 15 DN2 3-провідний, NPN , нормально замкнутий, харчування 24 В DC DP 3-провідний, PNP, нормально розімкнутий, харчування 24 В DC DP2 3-провідний, NPN, нормально замкнутий, харчування 24 В DC AO 2-провідний, нормально розімкнутий, харчування 110 ... 240 В AC AС 2-провідний, нормально замкнутий, харчування 110 ... 240 В AC
Варто відзначити і високу ступінь захисту: IP66 - для CR18, IP66 - для CR30. Ізоляційні властивості також на висоті. Так як ємнісні датчики здатні виявляти не лише металеві об'єкти, то спектр додатків серії CR ще ширше, ніж у індуктивних датчиків. Сфера їх застосування:
- кінцеві вимикачі верстатів;
- детектори автоматичних ліній розливу молока, пива, тощо;
- датчики рівня рідини;
- детектори виявлення браку в текстильному виробництві.
Висновок
Серія індуктивних датчиків PRDCM виробництва компанії Autonics призначена для виявлення металевих об'єктів на відстанях до 25 мм. Існує шість можливих конфігурацій вихідного каскаду сенсорів цієї серії: двухпроводной нормально замкнутий і нормально розімкнутий, трехпроводной NPN нормально замкнутий і нормально розімкнутий, трехпроводной PNP-нормально замкнутий і нормально розімкнутий.
Серія ємнісних датчиків CR виробництва компанії Autonics призначена для виявлення різних об'єктів (в тому числі - дерев'яних, металевих і пластикових) на відстанях до 15 мм. Датчики випускаються з нормально замкнутими і нормально розімкнутими контактами для роботи в ланцюгах змінного напруги 110 ... 240 В (суфікси AO і AC) і постійного напруги 10 ... 30 В (суфікси DN і DP).
література
http://autonics.ru/
Отримання технічної информации , замовлення зразків , замовлення и доставка .
Про компанію Autonics
Компанія Autonics Corporation (Південна Корея), заснована в 1977 році, на сьогоднішній день є маркою світового класу з виробництва різноманітних контролерів, датчиків і приводних систем для промислової автоматизації. Autonics - багаторічний лауреат Міністерства енергетики, промисловості і торгівлі Південної Кореї. Завдяки високій якості продукції, що поставляється Autonics, в Росії з 2004 року не було жодного гарантійного випадку. Більш ніж 30-річний досвід у виробництві компонентів ... читати далі
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням?
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням?
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням?
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням?
Що спільного між індуктосіном фрезерного верстата, сенсорним екраном смартфона, датчиком закриття дверей автомобіля і світильником з автоматичним включенням?