Датчики приближения: типы, принципы работы и применение

Привет всем, я Роуз. Добро пожаловать в новый пост сегодня. Сегодня я познакомлю вас с датчиками приближения. В этой статье представлены его определение, типы, принципы работы, выбор и обнаружение, а также некоторые типичные способы устранения неполадок.

Темы, затронутые в этой статье:

Ⅰ. Что такое датчик приближения?

Ⅱ. В чем преимущества датчиков приближения?

Ⅲ. Классификация датчиков приближения

Ⅳ. Как работают различные типы датчиков приближения?

Ⅴ. Как выбрать и обнаружить датчики приближения?

Ⅵ. Общие способы устранения неполадок датчиков приближения

Датчики приближения широко используются в автоматизированных производственных линиях, мехатронном оборудовании и в широком спектре отраслей промышленности, включая нефтяную, химическую, военную и научные исследования. Каково определение датчика приближения?

Ⅰ. Что такое датчик приближения?

Датчик приближения — это общее слово для датчиков, которые предназначены для обнаружения без контакта с обнаруживаемым объектом и заменяют методы контактного обнаружения, такие как концевые выключатели. Он способен преобразовывать информацию о движении и присутствии наблюдаемого объекта в электрические импульсы.

Примерами таких методов являются методы, в которых используются вихревые токи, генерируемые в металлическом объекте, для обнаружения с помощью электромагнитной индукции, методы, которые фиксируют изменения мощности электрических сигналов из-за близости объекта, который необходимо обнаружить, а также методы, в которых используются острые камни и направляющие переключатели. методы обнаружения, преобразующие в электрические сигналы. Он включает, среди прочего, индукционные, электростатические емкостные, ультразвуковые, фотоэлектрические и магнитные типы.

Фигура. 1

Вибратор генерирует переменное магнитное поле, которое используется датчиком приближения. Вихревые токи образуются в металлической мишени, когда она приближается к магнитному полю и приближается к дистанции измерения, вызывая затухание вибрации и прекращение вибрации вибратора датчика приближения. Вибрация вибратора датчика приближения и изменение стоп-вибрации обрабатываются схемой пост-усилителя и преобразуются в сигнал переключения, который запускает устройство управления приводом, выполняя задачу бесконтактного обнаружения датчика приближения. Принцип работы датчиков приближения следующий.

Ⅱ. В чем преимущества датчиков приближения?

①Обнаруживаемый предмет не будет носиться или уничтожаться, поскольку его можно обнаружить, не прикасаясь к нему.

②Поскольку используется бесконтактный метод вывода, для продления срока службы (за исключением магнитного типа) используется полупроводниковый выход , который не влияет на срок службы точки контакта.

③Он подходит для использования в таких условиях, как вода и масло, и на него не влияют пятна, масло и вода объекта обнаружения, в отличие от оптического метода обнаружения. Кроме того, в комплект входят товары с тефлоновой оболочкой и высокой химической стойкостью.

④ Возможна высокая скорость реагирования по сравнению с контактными переключателями.

⑤ Он может выдерживать широкий диапазон температур.

⑥ Цвет обнаруженного объекта не имеет никакого влияния: поскольку обнаружено изменение физических качеств обнаруженного объекта, цвет поверхности мало влияет.

⑦ На него будут влиять окружающая температура, окружающие объекты и датчики одного типа, такие как индуктивные и электростатические емкостные датчики, и датчики будут влиять друг на друга, в отличие от типа контакта. В результате при настройке датчиков необходимо учитывать взаимные помехи. Кроме того, влияние окружающего металла должно учитываться в индуктивном типе, тогда как влияние окружающих объектов должно учитываться в типе электростатической емкости.

Когда металлодетектор находится близко к зоне чувствительности датчика, переключатель может работать без прикосновения, давления или искры и быстро посылать электрические сигналы, точно отражая местоположение и ход движущегося механизма. Даже если он используется для общего управления ходом, его точность позиционирования, рабочая частота, срок службы, простота установки и регулировки, а также способность адаптироваться к неблагоприятным условиям делают его непревзойденным.

Ⅲ. Классификация датчиков приближения

По принципам работы:

Например, высокочастотный тип колебаний, емкостной тип, тип индукционного моста, тип постоянного магнита и тип эффекта Холла — все это типы датчиков приближения.

По принципам работы:

высокочастотные колебания с использованием электромагнитной индукции, магнитного типа с использованием магнитов и емкостного типа с использованием изменения емкости.

По методу обнаружения:

Универсальный тип: в основном обнаруживает черные металлы (железо).

Все типы металлов: обнаруживает любой металл на одном и том же расстоянии обнаружения.

Тип цветного металла: в основном обнаруживает цветные металлы, такие как алюминий.

По типу конструкции:

1. Двухпроводной датчик приближения прост в установке и подключении; он широко используется, но страдает от высокого остаточного напряжения и тока утечки.

2. Трехпроводной тип постоянного тока: Трехпроводные датчики приближения постоянного тока имеют два типа выхода: NPN и PNP. В 1970-х годах большинство японских товаров представляло собой продукцию NPN, а в странах Западной Европы производилась продукция как NPN, так и PNP. Датчики приближения с выходом PNP обычно используются в качестве инструкций управления в ПЛК или компьютерах, тогда как датчики приближения с выходом NPN обычно используются для управления реле постоянного тока . В реальных приложениях форму вывода следует выбирать исходя из свойств схемы управления.

Ⅳ. Как работают различные типы датчиков приближения?

Принцип действия емкостного датчика приближения: емкостный датчик приближения состоит из высокочастотного генератора и усилителя. Емкость контура меняется, когда объект приближается к поверхности обнаружения датчика, вызывая вибрацию высокочастотного генератора. Усилители преобразуют состояния колебаний и остановки в электрические сигналы, которые затем преобразуются в двоичные сигналы переключения.

Фигура. 2 Принципиальная схема работы емкостного бесконтактного переключателя

Индуктивный датчик приближения работает по следующему принципу: высокочастотные колебания, обнаружение, усиление, запуск и выходные цепи составляют индуктивный датчик приближения. На поверхности обнаружения датчика генератор генерирует переменное электромагнитное поле. Когда металлический предмет приближается к чувствительной поверхности датчика, вихревой ток, образующийся в металле, поглощает энергию генератора, ослабляя колебания и прекращая вибрацию. Два состояния генератора: колебание и остановка преобразуются в электрические сигналы, которые затем преобразуются и усиливаются в двоичные сигналы переключения перед выводом после усиления мощности.

Фигура. 3

Принцип работы датчика приближения с высокочастотными колебаниями заключается в том, что он состоит из высокочастотного генератора LC и схемы усилительного процессора. Когда металлический объект приближается к колеблющейся индукционной головке, генерируется вихревой ток, который уменьшает колебания датчика приближения. способность и изменяет параметры внутренней схемы. Он определяет, приближается ли металлический предмет, и регулирует включение или выключение переключателя.

Все датчики металлического типа действуют по одному и тому же принципу: все металлические датчики по существу представляют собой датчики высокочастотных колебаний . Он имеет колебательный контур, как и стандартный тип, в котором потери энергии, вызванные индуцированным током, протекающим в мишени, влияют на частоту колебаний. Частота колебаний увеличивается по мере приближения цели к датчику, независимо от типа металла цели.

Принцип работы датчика цветных металлов заключается в том, что это высокочастотный тип колебаний. Он имеет колебательный контур, в котором потери энергии, вызванные прохождением индуцированного тока через мишень, влияют на изменение частоты колебаний. Частота колебаний увеличивается, когда к датчику приближается предмет из цветного металла, например, алюминий или медь; когда к датчику приближается предмет из черного металла, например железо, частота колебаний снижается. Датчик генерирует сигнал, если частота колебаний превышает опорную частоту.

Катушка L в колебательном контуре генерирует высокочастотное магнитное поле, именно так и работает универсальный датчик приближения. Благодаря электромагнитной индукции, когда объект приближается к магнитному полю, в объекте генерируется индуцированный ток (вихревой ток). Наведенный ток растет по мере приближения цели к датчику, увеличивая нагрузку на цепь генератора. Затем колебания затухают, пока не прекращаются. Схема определения амплитуды датчика обнаруживает изменение состояния колебаний и выдает сигнал обнаружения.

Ⅴ. Как выбрать и обнаружить датчики приближения?

Выбор датчика приближения:

Для детекторов различных материалов и расстояний обнаружения следует выбирать различные типы датчиков приближения, чтобы обеспечить высокое соотношение производительности и цены в системе. По этой причине при выборе следует руководствоваться следующими принципами:

1. Если детекторный корпус изготовлен из металла, следует использовать датчик приближения высокочастотного колебательного типа, поскольку он наиболее чувствителен для обнаружения железо-никелевого сплава и стали А3. Чувствительность детекторов из алюминия, латуни и нержавеющей стали низкая.

Фигура. 4

2. Если детектор изготовлен из неметаллического материала, например дерева, бумаги, пластика, стекла или воды, следует использовать емкостные датчики приближения .

3. Оптоэлектронные датчики приближения или ультразвуковые датчики приближения должны использоваться для обнаружения и контроля металлических тел и неметаллов на расстоянии.

4. Недорогой магнитный датчик приближения или датчик приближения типа Холла можно использовать, когда корпус детектора металлический, но требования к чувствительности невысокие.

Элементы выбора датчика приближения:

① Тип обнаружения: встроенный усилитель, отдельный усилитель;

② Форма: круглая, квадратная, с канавкой;

③ Расстояние обнаружения: в мм;

④ Объекты обнаружения: железо, сталь, медь, алюминий, пластик, вода, бумага и т. д.;

⑤ Рабочий источник питания: универсальный постоянный, переменный и постоянный ток;

⑥ Форма вывода: нормально открытый (НО), нормально закрытый (НЗ);

⑦ Режим вывода: двухпроводной, трехпроводной (NPN, PNP);

⑧ Экранированный и неэкранированный;

⑨ Тип вывода, тип разъема, тип реле разъема;

⑩ Частота срабатывания: за одну секунду можно обнаружить несколько объектов.

Обнаружение датчика приближения:

Определение расстояния срабатывания: когда исполнительный элемент покидает чувствительную поверхность датчика приближения спереди и переключатель переключается с режима действия на выпуск, измерьте максимальное расстояние, на которое рабочий элемент покидает чувствительную поверхность.

Определение гистерезиса H: абсолютное значение разницы между максимальным расстоянием действия и расстоянием срабатывания.

Измерение частоты действия: используйте двигатель с регулировкой скорости для привода бакелитового диска, поместите несколько стальных листов на диск, отрегулируйте расстояние между поверхностью обнаружения переключателя и листом действия примерно до 80% расстояния действия переключателя, поверните диск и выполните действие по очереди. Чип расположен рядом с датчиком приближения, на главном валу диска имеется устройство измерения скорости, а выходной сигнал переключателя формируется и подключается к цифровому частотомеру. В этот момент запустите двигатель и постепенно увеличивайте скорость. Рабочая частота переключателя может быть непосредственно считана частотомером, если произведение скорости и действия фильма равно частоте.

Повторите измерение точности, установив рабочий элемент на измерительный инструмент и приблизившись к зоне действия переключателя с передней части чувствительной поверхности переключателя за пределами 120 процентов расстояния действия переключателя, сохраняя при этом скорость движения на уровне 0,1 мм/с. После активации переключателя прочтите показания измерительного инструмента, прежде чем выйти из зоны действия, чтобы выключить переключатель. Повторите эту процедуру 10 раз, затем рассчитайте разницу между максимальным и минимальным значениями 10 измеренных значений и средним значением 10 раз; чем больше разница, тем больше ошибка повторяемости.

Ⅵ. Общие способы устранения неполадок датчиков приближения

① Стабильный источник питания отдельно подает питание на датчик приближения;

② Частота срабатывания находится в пределах номинального диапазона;

③ В процессе обнаружения объекта наблюдается дрожание, что приводит к выходу за пределы зоны обнаружения;

④ Несколько датчиков установлены близко друг к другу и мешают друг другу;

⑤ В зоне обнаружения вокруг зонда датчика находятся другие измеряемые объекты;

⑥ Вокруг датчика приближения находятся мощные устройства, и возникают электрические помехи.

Станкостроительная, металлургическая, химическая, текстильная и полиграфическая промышленность используют датчики приближения. Его можно использовать в качестве ограничителя, счетчика, управления позиционированием и автоматического защитного звена в системе автоматического управления. Длительный срок службы, надежная работа, высокая повторяемость позиционирования, отсутствие механического износа, отсутствие искр, отсутствие шума и отличная антивибрационная способность — все это особенности датчика приближения. Спектр применения датчиков приближения постоянно расширяется, а также ускоряются темпы исследований и инноваций.

Frequently Asked Questions

1. Что означает экранированный и неэкранированный в датчике приближения?

Датчик приближения: когда объект приближается к датчику, датчик выдает сигнал. Экранирование: устройство, которое предотвращает прохождение радиоволн, магнитных или электрических полей через определенную область.

2. Где в основном используются датчики приближения?

①Используется в авиационной и аэрокосмической технике для предотвращения столкновений летающих объектов; ②В повседневной жизни, например, автоматические двери в отелях, ресторанах и гаражах; ③ С точки зрения безопасности и защиты от краж, таких как файлы данных, бухгалтерский учет, финансы, музеи, хранилища и другие важные места, обычно оборудованные противоугонными устройствами, состоящими из различных бесконтактных переключателей; ④В технологии измерения, такой как измерение длины и положения; в технологиях управления, таких как измерение и контроль перемещения, скорости и ускорения, также используется большое количество датчиков приближения.

3. Каков принцип работы емкостного датчика приближения?

Емкостный датчик приближения основан на том принципе, что емкость обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. В качестве одной обкладки конденсатора используется щуп определенной площади, а в качестве другой обкладки конденсатора — обнаруженный объект (заземленный). Емкость будет постепенно увеличиваться, а емкость при выходе будет уменьшаться. В схемотехнической реализации в качестве резонансного конденсатора колебательного контура часто используется конденсатор обнаружения. При изменении емкости (при приближении или удалении предмета) будет меняться частота колебаний колебательного контура. Пока определяется частота колебаний, можно судить о расстоянии до объекта.