Датчики положения

Бесконтактный выключатель (датчик) — это полупроводниковый преобразователь, который управляет состоянием внешней цепи в зависимости от положения контролируемого объекта. При этом определение положения объекта происходит без механического контакта преобразователя и объекта. 

В системах автоматизации бесконтактные выключатели, как правило, работают как первичные датчики контроля положения рабочих элементов оборудования, сигналы с которых далее передаются, в зависимости от задачи, на счетчики продукции, контроллеры перемещения, в системы аварийно-предупредительной сигнализации и т. п.

В зависимости от принципа действия бесконтактные выключатели бывают индуктивными, емкостными и оптическими.

Индуктивные бесконтактные выключатели могут применяться для подсчета или контроля положения металлических объектов. Чувствительный элемент такого датчика — катушка индуктивности с магнитопроводом, разомкнутым в сторону рабочей поверхности.

При подаче питания перед активной поверхностью бесконтактного выключателя образуется электромагнитное поле. При появлении в нем объекта из металла колебания генератора затухают, происходит падение демодулированного напряжения, срабатывает триггер, и переключается коммутационный элемент.

Контролируемым объектом для бесконтактных индуктивных выключателей может служить любой металлический предмет достаточных размеров, например: стальная пластина, выступ на валу, головка болта на соединительной муфте и др.

Емкостные бесконтактные выключатели могут применяться для подсчета или контроля положения объектов как из металла, так и из диэлектрических материалов. Также их можно использовать для контроля уровня жидких сред и сыпучих материалов.

Чувствительным элементом емкостного датчика являются вынесенные к рабочей поверхности пластины конденсатора. Приближение к этой поверхности контролируемого объекта из любого материала приводит к изменению емкости конденсатора, параметров генератора и, в итоге, к переключению коммутационного элемента.

Емкостные датчики могут применяться в системах автоматизации, например, для позиционирования заготовок из древесины или пластмассы; для подсчета стеклянной тары; в качестве датчиков уровня электропроводных и неэлектропроводных жидкостей в емкостях, а также сыпучих материалов — опилок, зерна и др. — в бункерах; в качестве бесконтактных водонепроницаемых «кнопок» для включения различных устройств посетителями в бассейнах и аквапарках и т. д.

Оптические бесконтактные выключатели применяют для позиционирования или подсчета любых объектов. Использование в них инфракрасного излучения минимизирует влияние на срабатывание выключателей засветки от посторонних и фоновых источников света. 

Оптические бесконтактные выключатели серии AR подразделяются на две группы: 

• диффузные — с приемом луча, рассеянно отраженного от объекта;
• барьерные — с приемом прямого луча от излучателя.

Диффузный оптический выключатель имеет размещенные в одном корпусе излучатель и приемник. Срабатывание датчика происходит, когда в рабочей зоне в пределах дальности действия датчика появляется объект достаточных размеров, и в приемник поступает луч, рассеянно отраженный от контролируемого объекта.

                                                         

Барьерный оптический выключатель состоит из излучателя и приемника, которые размещены в отдельных корпусах. От излучателя к приемнику идет прямой луч. При перекрытии этого луча контролируемым объектом происходит срабатывание датчика.

 

 Конечные выключатели                  Энкодеры 

                                                            

Ёмкостные бесконтактные выключатели                Индуктивные бесконтактные выключатели

 Оптические датчики положения      Оптические датчики фотометок

Датчики Холла                                   Магнитогерконовые датчики

  Датчики технического зрения    Датчики конвейерной безопасности

 

Барьеры фотоэлектрические

 

Принцип работы

Ультразвуковые датчики приближения

Принцип работы ультразвуковых датчиков основан на измерении времени между посылкой ультразвукового импульса и регистрацией отражённого импульса.

Диапазон измерений - от нескольких миллиметров до нескольких метров.
Точность измерения – 1 мм.

Измеряет расстояние до любых предметов: твёрдых, жидких, порошкообразных, гранулированных, прозрачных, цветных, грязных и чистых, гладких и шероховатых, сухих и мокрых.

Нечувствительны к звуку, шуму, пыли, вибрации, температуре, воде.

Применения: измерение размера, высоты, уровня, качества, контура, прогиба, диаметра, дистанции.

Ограничения: спроектированы для работы только в атмосферном воздухе, не могут измерять расстояние до объектов с высокой температурой.

Функции

Датчики рассеянного луча (Diffuse)
Датчик регистрирует ультразвуковой сигнал, отражённый от самого предмета.

Датчики отражённого луча (Reflex)
Датчик регистрирует ультразвуковой сигнал, отражённый от специального металлического отражателя. Если между датчиком и отражателем появляется предмет, то сигнал не проходит и датчик это регистрирует.

Датчики прерывания луча (Thru-beam)
Датчик состоит из двух частей и регистрирует предметы, находящиеся на пути распространения узкосфокусированного ультразвукового луча от передатчика к приёмнику.

Синхронизация
Несколько близко расположенных друг к другу ультразвуковых датчиков могут быть синхронизированы между собой так, чтобы отражённые сигналы регистрировались только теми датчиками, которые их сгенерировали, а не соседними.

Фотоэлектрические (оптические) датчики приближения

Различают фотоэлектрические датчики со световым и лазерным лучом. Световые датчики могут только детектировать наличие объекта, цвет и контрастность, а лазерные датчики могут с высокой точностью измерить расстояние до объекта. Принцип измерения расстояния лазерными датчиками основан на измерении времени между посылкой лазерного импульса и регистрацией отражённого импульса.

Ультразвук распространяется внутри конуса с вершиной в точке излучения, а свет распространяется в виде луча, поэтому оптические датчики могут обнаруживать более мелкие объекты. Оптические датчики обладают более высоким быстродействием, чем ультразвуковые. Фотоэлектрические Thru-beam датчики действуют на большем расстоянии, чем ультразвуковые, а датчики рассеянного света – наоборот.

Функции

Датчики рассеянного света
Датчик регистрирует световой сигнал, отражённый (рассеянный) от самого предмета. Датчик с функцией подавления фона может обнаруживать объекты, находящиеся в определённой зоне чувствительности.

Датчики отражённого света
Свет, излучаемый диодом, фокусируется линзой и через поляризационный фильтр посылается на отражатель. Часть отражённого света проходит через другой поляризационный фильтр и попадает в приёмник. Фильтры настроены так, что приёмник реагирует только на тот свет, который отразился от отражателя, а не от какого-нибудь другого предмета. Если между излучателем и отражателем появляется предмет, то сигнал не проходит и датчик это регистрирует.

Датчики прерывания луча
Датчик состоит из двух частей и регистрирует предметы, находящиеся на пути распространения светового луча от излучателя к приёмнику.

Оптоволоконные проводники
Оптоволоконные проводники присоединяются к излучателю и приёмнику, так что световой сигнал распространяется теперь между кончиками этих световодов, которые можно вынести в труднодоступные и взрывоопасные места (так как нет электрической связи – только оптическая)

Лазерный датчик рассеянного луча
Лазерный датчик может с высокой точностью измерять расстояние до объекта, находящегося в зоне чувствительности.

Датчик цвета
Датчик может различать три цвета и несколько градаций каждого цвета.

Датчик контраста
Различает контрастные объекты

Индуктивные датчики приближения

Индуктивные датчики приближения используются для бесконтактного обнаружения металлических объектов. Датчик генерирует переменное поле, линии которого выходят из чувствительного элемента и пронизывают чувствительную зону датчика (до нескольких сантиметров). При появлении в этой зоне электро- или магнитопроводящего предмета поле ослабляется, и датчик обнаруживает этот объект.

Ограничения: высокочастотные поля могут оказывать влияние на работу индуктивных датчиков.

Коэффициент редукции

Расстояние срабатывания датчика (рабочая дистанция) указывается для объекта со стандартными параметрами (материал, размер, форма) - квадратная стальная пластинка, у которой толщина равна 1 мм, а длина стороны равна:

- диаметру круга, вписанного в зону чувствительного элемента датчика

- или трём номинальным рабочим дистанциям, если эта величина больше диаметра того круга.

Поэтому, если реальные объекты сделаны из другого материала (алюминий, бронза, латунь и т.п.) или/и имеют более миниатюрные размеры, то рабочую дистанцию следует уменьшить на соответствующий коэффициент редукции (взятый из каталожных таблиц).

Емкостные датчики приближения

Емкостной датчик приближения представляет собой конденсатор с металлическими концентрическими обкладками-электродами, развёрнутыми вдоль одной плоскости. Если в электрическое поле у поверхности электродов попадает объект, то ёмкость конденсатора меняется и датчик обнаруживает предмет. Емкостные датчики могут детектировать любые объекты: твёрдые, порошкообразные, а жидкие - даже сквозь неметаллические стенки (уровень сока в бутылке).

Рабочая дистанция, на которой детектируются объекты, указывается для заземленных металлических предметов. Для объектов из других материалов необходимо пересчитывать рабочую дистанцию по каталожной кривой зависимости дистанции от диэлектрической проницаемости материала.

Магнитные датчики положения

Магнитные датчики положения (Magnetic Proximity Sensors) - регистрируют объект с меткой - постоянным магнитом.
Датчик обнаруживает магнитную метку даже за стенкой из немагнитного материала, пропускающего магнитное поле.
Используя стальной магнитопровод, можно вынести магнитный датчик из зоны с высокой температурой.

Магнитные датчики для пневматических цилиндров

Магнитные датчики для пневматических цилиндров (Magnetic Cylinder Sensor) используются для определения по магнитной метке положения поршня внутри пневмоцилиндра.
С помощью дискретных магнитных датчиков можно настроить две концевые точки переключения хода поршня, а с помощью магнитного датчика с аналоговым выходом - контролировать положение поршня.

Как выбрать

Общее для всех датчиков приближения

• Степень защиты корпуса
• Класс взрывозащиты
• Температура окружающей среды
• Напряжение питания
• Номинальный рабочий ток
• Выходной сигнал
  • PNP/NPN
  • Релейный (NO / NC)
  • Аналоговый
    • 0..20 мА
    • 4..20 мА
    • 0..10 В
  • Частотный выход
  • IO-Link
  • AS-i
• Подключение:
  • Коннектор М8
  • Коннектор М12
  • Кабель.

Ультразвуковые датчики

• Принцип работы:
  • Рассеянного луча (Diffuse)
  • Отражённого луча (Reflex)
  • Прерывания луча (Thru-beam)
• Зона чувствительности
• Погрешность измерения
• Точность повторения измерений
• Настраиваемая зона нечувствительности (гистерезис)
• Стандартный размер предмета
• Частота переключения
• Задержка срабатывания
• Задержка готовности после подачи питания
• Температурная компенсация
• Функция синхронизации нескольких датчиков
• Конструкция 
  • Со встроенным сенсором
    • С фиксированным положением головки сенсора
    • С крутящейся головкой сенсора
  • С выносным сенсором (на какое расстояние)
• Настройка:
  • С помощью потенциометров
  • С помощью программатора
• Специальные функции:
  • Контроль листов в стопке (бумаги, картона или пластика).

Фотоэлектрические (оптические) датчики

• Принцип работы:
  • Рассеянного луча
  • Отражённого луча
  • Прерывания луча
  • Датчик контраста
  • Датчик цвета
  • Лазерный датчик
• Зона чувствительности
• Точность измерения (для лазерных датчиков)
• Световой выход
• Вход деблокировки (для тестирования работоспособности).

Индуктивные датчики приближения

• Рабочая дистанция
• Схема подключения:
  • 2-х проводная
  • 3-х проводная
  • 4-х проводная
• Время отклика
• Частота переключения
• Задержка готовности после подачи питания
• Точность повторения измерений
• Температурный дрейф
• Размеры свободной зоны (в границах которой не должны находиться посторонние металлические предметы)
• Зона гистерезиса (например, объект обнаруживается при приближении на расстояние менее 3 мм, а теряется из вида при удалении на расстояние более 5 мм)
• Коэффициент редукции (если есть).

Емкостные датчики приближения

• Рабочая дистанция
• Схема подключения:
  • 2-х проводная
  • 3-х проводная
  • 4-х проводная
• Точность повторения измерений.