V moderních strojích a vysoce přesných zařízeních, kde je důležité řídit polohu konstrukčních prvků, je instalován indukční snímač. K čemu se toto zařízení používá, jaké typy a způsoby připojení existují, jak to funguje, budeme zvažovat v tomto článku.
Jmenování
Indukční snímač je určen k řízení pohybu pracovního těla bez přímého kontaktu s ním. Hlavní oblastí působnosti jsou obráběcí stroje, přesné lékařské přístroje, automatizační systémy pro technologické procesy, měření a kontrola tvaru výrobku. V souladu s ustanovením bodu 2.1.1.1 GOST R 50030.5.2-99 se jedná o snímač, který vytváří elektromagnetické pole v oblasti citlivosti a má polovodičový spínač.
Rozsah použití indukčních snímačů je do značné míry dán jejich vysokou spolehlivostí a odolností vůči vnějším faktorům. Mnoho faktorů prostředí neovlivňuje jejich hodnoty a provoz: vlhkost, kondenzace, hromadění prachu a nečistot, vnikání pevných částic. Takové vlastnosti jsou poskytovány jejich zařízeními a konstrukčními daty.
Zařízení
Rozvoj segmentu radioelektroniky vedl nejen ke zdokonalování původních mechanismů, ale také ke vzniku zásadně nových indukčních snímačů. Jako příklad zvažte jednu z nejjednodušších možností (obrázek 1):
Rýže. 1. Zařízení indukčního snímače
Jak můžete vidět na obrázku, zahrnuje:
- magnetické jádro nebo třmen (1) – určené k přenosu elektromagnetického pole z generátoru do zóny citlivosti;
- induktor (2) – vytváří střídavé elektromagnetické pole, když závity protéká elektrický proud;
- objekt měření (3) – kovová kotva vložená nebo posunutá v oblasti citlivosti, nekovové předměty, které nejsou schopny ovlivnit stav elektromagnetického pole, proto se nepoužívají jako detektor;
- mezera mezi měřeným objektem a hlavním magnetickým obvodem (4) – poskytuje míru interakce jako magnetické dielektrikum, v závislosti na modelu snímače a způsobu pohybu může zůstat nezměněné nebo kolísat v daném rozsahu;
- generátor (5) – určený ke generování elektrického napětí o dané frekvenci, které v dané oblasti vytvoří střídavé magnetické pole.
Princip činnosti
Principem činnosti indukčního snímače je schopnost elektromagnetického pole měnit své parametry v závislosti na hodnotě magnetické vodivosti podél dráhy toku. Jeho provoz je založen na klasické verzi cívky navinuté na jádru.
Rýže. 2. Magnetické pole v klidu
Když závity této cívky protéká elektrický proud I, vzniká magnetické pole (viz obrázek 2), jehož výsledný vektor magnetické indukce B je určen Pravidlem pravé ruky. Když se magnetické pole pohybuje jádrem, feromagnetický materiál poskytuje maximální propustnost. Jakmile se však čáry magnetické indukce dostanou do vzdušného prostoru, magnetická vodivost se výrazně zhorší a část pole se rozptýlí.
Rýže. 3. Magnetické pole při zavedení spouštěcího objektu
Když se spoušťový předmět (obrázek 3) vyrobený z kovu zavede do akčního pole indukčního senzoru, intenzita indukčních čar se dramaticky změní. V důsledku toho se zvyšuje tok a mění se jeho hodnota a to zase vede ke změně elektrické veličiny v obvodu cívky v důsledku jevu vzájemné indukce. V praxi je tento signál příliš malý, proto je v jejich obvodu zařazen zesilovač pro rozšíření limitu měření indukčního snímače.
Snímání vzdálenosti a cíle
V závislosti na konstrukci a principu činnosti indukčního snímače může mít předmět vlivu vertikální nebo horizontální pohyb vzhledem k samotnému elektroměru. Reakce senzoru na začátek pohybu ovládaného objektu však nemusí začít okamžitě, což je dáno jmenovitou vzdáleností, na kterou je zóna citlivosti senzoru zajištěna, a technickými parametry objektu.
Rýže. 4. Oblast a předmět provozu
Jak můžete vidět na obrázku 4, na první pozici je ovládaný objekt umístěn v takové vzdálenosti, kde elektromagnetické čáry nedosahují k jeho povrchu. V tomto případě nebude signál odebírán z indukčního snímače, protože nezaznamenává pohyby v zóně citlivosti. Ve druhé poloze již ovládaný objekt překonal snímací vzdálenost a vstoupil do citlivé oblasti. V důsledku interakce s objektem se na výstupu senzoru objeví odpovídající signál.
Také snímací vzdálenost bude záviset na geometrických rozměrech, tvaru a materiálu. Je třeba poznamenat, že jako předmět pro spouštění indukčního senzoru se používají pouze kovové předměty, ale okamžik přechodu senzoru do opačného stavu se bude také lišit od konkrétního typu, který je znázorněn na schématu:
Rýže. 5. Závislost snímací vzdálenosti na materiálu
V praxi existuje obrovská škála indukčních snímačů, všechny lze rozdělit do dvou velkých kategorií v závislosti na typu napájecího proudu – AC a DC. V závislosti na stavu kontaktů, v souladu s tabulkou 1, str. 3 GOST R 50030.5.2-99, jsou indukční snímače:
- zavírání – při pohybu ovládaného objektu se přenese do zapnuté polohy;
- otevírací – v případě nárazu indukční snímač přepne kontakty do vypnuté polohy;
- přepínání – současně kombinuje obě předchozí možnosti, při jedné komutaci převede jeden výstup do polohy zapnuto, druhý do polohy vypnuto.
Podle počtu měřicích obvodů se indukční snímače dělí na jednoduché a diferenciální. První z nich má jednu cívku a jeden měřicí obvod. Druhý typ předpokládá přítomnost dvou snímačů, jejichž měřicí obvody jsou zařazeny v protifázi pro porovnávání naměřených hodnot.
Rýže. 6. Jednoduchý a diferenciální snímač
Podle způsobu přenosu dat se indukční snímače dělí na analogové, elektronické a digitální. V prvním případě jsou použity stejné cívky a feromagnetická jádra. Elektronické používají místo feromagnetů Schmidtovu spoušť k získání hysterezní složky. Digitální jsou vyrobeny ve formátu desek plošných spojů na mikroobvodech. Kromě toho jsou typy rozděleny podle počtu vodičů snímače: dva, tři, čtyři nebo pět.
Vlastnosti (parametry)
Při výběru indukčního snímače pro řešení konkrétního problému se řídí parametry obvodu, ve kterém bude fungovat, a hlavní logikou obvodu. Proto je třeba zkontrolovat shodu jejich parametrů:
- napájecí napětí – určuje přípustný minimální a maximální rozdíl potenciálu, při kterém indukční snímač normálně pracuje;
- minimální provozní proud – nejmenší hodnota zátěže, při které dojde ke spínání;
- snímací vzdálenost – přípustný interval odstranění, ve kterém dojde k přepnutí;
- indukční a magnetický odpor – určuje vodivost elektrického proudu a magnetických indukčních čar pro konkrétní model;
- korekční faktor – používá se k úpravě v závislosti na dalších faktorech;
- spínací frekvence – maximální možný počet spínacích časů za sekundu;
- celkové rozměry a způsob instalace.
Příklady zapojení ve schématech
Konstrukční vlastnosti indukčních snímačů určují počet jejich výstupů a způsob dalšího zapojení. Vzhledem k tomu, že existují čtyři nejběžnější typy, zvažte příklady jejich schémat zapojení.
Dvouvodičové indukční snímače
Rýže. 7. Schéma zapojení dvouvodičového snímače
Jak můžete vidět na výše uvedeném schématu, dvouvodičové indukční snímače se používají výhradně pro přímé spínání zátěží: stykače, spouštěče, cívky relé jako elektronický spínač. Jedná se o nejjednodušší obvod a model, ale provoz konkrétního modelu je velmi závislý na parametrech připojené zátěže.
Třívodičové indukční snímače
Rýže. 8. Schéma zapojení třívodičového indukčního snímače
V třívodičovém zapojení jsou dva výstupy pro napájení samotného indukčního snímače a třetí je určen k připojení zátěže k němu. Podle způsobu spínání se dělí na PNP a NPN, první typ spíná kladný výstup, odtud název, druhý typ spíná záporný výstup.
Čtyřvodičové indukční snímače
Rýže. 9. Schéma zapojení čtyřvodičového indukčního snímače
Podobně jako u předchozího snímače i čtyřvodič využívá dva piny 1 a 3 pro napájení. Ale piny 2 a 4 slouží k připojení zátěže s tím rozdílem, že spínání pro obě zátěže bude opačné.
Pětivodičové indukční snímače
Rýže. 10. Schéma zapojení pětivodičového indukčního snímače
U pětivodičového indukčního snímače se dva výstupy používají k napájení citlivého prvku snímače, v tomto příkladu jsou to 1 a 3. Dva výstupy 2 a 4 napájejí různé zátěže a řídicí výstup 5 umožňuje vyberte různé provozní režimy a změňte logiku spínání.
Výhody a nevýhody
Ve srovnání s jinými typy senzorových zařízení, indukční senzory i nadále zaujímají významné místo a zvyšují tempo implementace v různých průmyslových odvětvích a sektorech národního hospodářství. Takové časté používání je způsobeno řadou významných výhod:
- vysoká spolehlivost díky jednoduché konstrukci a absenci pohyblivých kontaktů;
- může fungovat jak z domácí sítě, tak ze speciálních generátorů, měničů a jiných zdrojů energie;
- schopný poskytovat významný výstupní výkon – v řádu několika desítek wattů;
- se vyznačují vysokou citlivostí v zóně měření.
Současně však existují také nevýhody indukčních snímačů, které neumožňují jejich použití všude. Mezi nejvýznamnější nevýhody patří objemné rozměry, které neumožňují jejich montáž do jakýchkoli zařízení. Mezi nevýhody patří také závislost provozních parametrů na teplotě a dalších faktorech korigujících přesnost.
Indukční senzor je zařízení používané k detekci kovových předmětů. Používají se v mnoha průmyslových odvětvích, například ve strojírenství, průmyslu, silniční a železniční dopravě, lékařství a mnoha dalších. Jejich základním principem je změna indukčnosti při průchodu kovových předmětů v oblasti snímače.
Existují dva typy indukčních snímačů: jednovinutí a vícevodičové. Senzor s jedním vinutím se skládá z jediné cívky, která generuje střídavé magnetické pole. Při průchodu kovového předmětu dochází k elektromagnetické indukci, která mění odpor cívky. Vícedrátové snímače se skládají z několika cívek, které jsou zapojeny do společného obvodu. Když kovový předmět prochází oblastí senzoru, jsou generovány elektrické impulzy, které vstupují do analyzátoru signálu, což dává konečný výsledek.
Indukční snímače lze připojit jak k jednoduchým regulátorům, tak ke složitějším řídicím systémům. Pro připojení snímače se používají různé typy kabelů, jako stíněné a nestíněné, a také konektory, které mohou být různého typu, např. M8, M12 a M18.
Závěrem lze říci, že indukční snímače jsou nepostradatelným prvkem v mnoha průmyslových odvětvích, poskytující spolehlivé a přesné řízení výrobních procesů. Pro dosažení maximálních výsledků v práci je důležité správně vybrat a připojit snímač.
Zařízení a princip činnosti indukčních snímačů
Zařízení
Indukční snímač se skládá z cívky omotané kolem magnetického materiálu, který je součástí feromagnetického obvodu. Když je snímač blízko kovového předmětu, generuje se elektromagnetické pole, které způsobí, že se v cívce objeví emf. Změna EMF vede k výskytu signálu na výstupu.
Princip
Indukční senzor funguje na základě změny magnetického pole, ke které dochází, když se kovový předmět přiblíží. To vede ke změně indukčnosti cívky, která vytváří signál na výstupu snímače.
Indukční snímače se často používají k řízení pohybu a polohy předmětů, jako jsou mechanické části a dopravníky. Používají se také v řídicích a detekčních systémech, kde je potřeba znát přítomnost kovových předmětů v určité oblasti.
Obecnými výhodami indukčních snímačů je vysoká spolehlivost, přesnost a životnost. Nemohou však být použity k detekci nekovových materiálů, mohou být omezeny na několik metrů a nemohou detekovat pohybující se objekty, které nejsou blízko senzoru.
Indukční snímače tak mohou být efektivním a spolehlivým řešením pro mnoho aplikací v různých oblastech průmyslu a automatizace.
Parametry indukčních snímačů
Provozní frekvence
Provozní frekvence je frekvence, na které senzor pracuje. Tuto charakteristiku udává výrobce a má hodnotu v rozsahu od 10 kHz do 500 kHz. Čím vyšší je pracovní frekvence, tím přesnější je měření snímače.
Průměr indukčního snímače
Průměr indukčního snímače je průměr oblasti detekce objektu, kterou senzor měří. Obvykle se uvádí v milimetrech a může se pohybovat od 2 do 100 mm.
Výška detekční oblasti
Výška detekční oblasti je vzdálenost mezi povrchem, na kterém je umístěn senzor, a maximální vzdáleností, ve které senzor detekuje předmět. Tato charakteristika souvisí s průměrem snímače a může být od 1 do 30 mm.
Napájecí napětí
Napájecí napětí je napětí potřebné k napájení snímače. Může být od 6 do 60 V a je uvedeno výrobcem v technických charakteristikách snímače.
Výstupní signál
Výstupní signál – Jedná se o elektrický signál, který snímač vydává, když je detekován objekt. V závislosti na typu snímače může být analogový nebo digitální. Existují také snímače, které poskytují dva výstupy – otevřený kolektor (NPN) a uzavřený kolektor (PNP).
- Analogový výstup je napětí nebo proud, který se mění se vzdáleností od objektu a lze jej použít k určení jeho polohy.
- Digitální výstupní signál jsou impulsy, které snímač produkuje, když je detekován objekt. Může mít jeden nebo více pulzů v závislosti na velikosti objektu a vlastnostech senzoru.
Změna výstupního signálu
Změna výstupního signálu je závislost výstupního signálu na vzdálenosti objektu. Může být lineární, logaritmický nebo exponenciální a je specifikován ve specifikacích snímače. Tato hodnota je důležitá při výběru senzoru pro měření určitých parametrů objektu.
| Parametr | Hodnota |
|---|---|
| Provozní frekvence | 10kHz-500kHz |
| Průměr snímače | 2-100 mm |
| Výška detekční oblasti | 1-30 mm |
| Napájecí napětí | 6-60V |
| Výstupní signál | analogový/digitální |
| Změna výstupního signálu | lineární/logaritmické/exponenciální |
Typy výstupů a způsoby připojení
Výstupní signál
Indukční snímače mají dva hlavní typy výstupu: PNP a NPN. Výstupní signály snímačů PNP, když jsou aktivovány, mění napětí z vysoké úrovně na nízkou úroveň a snímače NPN dělají opak. To znamená, že výstup indukčního senzoru může být vždy buď vysoký, nebo nízký a tyto signály pak mohou být interpretovány jako logické hodnoty 1 a 0.
Indukční snímače mají často také schopnost řídit své výstupní signály. Některé mohou být například konfigurovány tak, aby vysílaly signál pouze tehdy, když nastane určitá podmínka, jako je určitá vzdálenost k objektu.
Připojení
Indukční snímače lze připojit k ovladači nebo jinému zařízení pro zpracování výstupního signálu. Existuje několik různých způsobů připojení senzorů, ale ve většině případů jsou připojeny pomocí konektorů.
Pro správné připojení indukčního snímače musíte určit typ výstupu snímače (PNP nebo NPN), který musí odpovídat typu vstupu zařízení, ke kterému je připojen. Kabelové koncovky a prototypové desky lze použít k připojení kabelu senzoru k zařízení a také k usnadnění výměny senzoru v případě potřeby.
Závěr
Indukční senzory jsou užitečná zařízení pro detekci fyzické polohy objektu nebo jeho změn. Výstup senzoru lze použít k ovládání různých systémů a procesů, proto je důležité senzor správně připojit a použít správný typ výstupního signálu.
Označení připojení
Indukční snímače jsou zařízení, která se používají k určení vzdálenosti mezi dvěma povrchy nebo k určení rychlosti předmětu. Správné připojení a konfigurace snímačů jsou důležitými aspekty jejich provozu. Jedním z důležitých kroků při připojování indukčních snímačů je značení kabelů.
Označení drátu je proces označení každého vodiče před jeho instalací. To pomáhá zjednodušit proces připojení snímače a předchází možným chybám. Kabely indukčních snímačů se mohou lišit barvou a označením, ale ne vždy. Proto je nutné pochopit základní schéma značení kabelů.
- Červený vodič je obvykle “plus”, což znamená kladné vedení. Připojuje se ke vstupu napájení.
- Černý vodič označuje uzemnění nebo volný vodič v obvodu.
- Zelený nebo žlutý vodič je zem nebo výstup signálu.
To znamená, že správné označení vodičů indukčního snímače se správným připojením vám umožní nastavit a používat snímač bez problémů. To šetří čas a peníze a zajišťuje spolehlivý výkon senzoru.
| Barva drátu | Hodnota |
|---|---|
| Červený | Jídlo |
| černá | Uzemnění nebo volný vodič v obvodu |
| Zelená žlutá | Zem nebo výstup signálu |
Chyby snímače
Pro správné zohlednění odečtů snímačů je nutné vzít v úvahu chyby, které mohou nastat během jejich provozu. Přes vysokou přesnost snímačů nemohou poskytnout 100% přesnost měření.
Chyby snímačů jsou různého typu: náhodné, systematické, dynamické. Náhodné chyby se vyskytují v důsledku náhodného šumu v signálu snímače nebo změn podmínek prostředí. Systematické chyby jsou spojeny s tím, že senzor nesplňuje určité specifikace nebo s významnými změnami v prostředí. Dynamické chyby vznikají v důsledku dynamiky procesu měření a přítomnosti zpoždění v měřicím systému.
Některé příklady chyb snímačů:
- Nedostatečná přesnost měření;
- Odchylky od jmenovitých hodnot;
- Nestabilita charakteristik senzoru v průběhu času;
- Závislost signálu čidla na teplotě a vlhkosti vzduchu;
- Chyby spojené s ukládáním a zpracováním dat.
Pro minimalizaci chyb snímačů se doporučuje provádět pravidelnou kalibraci, používat kompenzaci chyb a zajistit pro snímače vhodné provozní podmínky.
Princip činnosti a zapojení indukčních snímačů
Populární materiál:
Indukční senzory se používají k detekci přítomnosti kovu v daném poloměru. Pracují na principu elektromagnetické indukce, kdy změnou magnetického pole se ve vodiči indukuje proud.
Připojení indukčních snímačů musí být provedeno v souladu s jejich elektrickými charakteristikami. Obvykle se připojení provádí na vstup napájení a na ovládací relé. Relační senzory mohou pracovat se střídavým nebo stejnosměrným proudem, takže před jejich připojením musíte věnovat pozornost typu napájecího obvodu.
Jedním z klíčových bodů při výběru indukčního senzoru je určení typu kovu, který má být detekován. Různé kovy mají různé úrovně vodivosti, takže si musíte vybrat senzor, který dokáže detekovat typ kovu, který si vyberete.
Indukční snímače jsou nepostradatelnými prvky pro automatizaci výrobních procesů a používají se v různých průmyslových odvětvích jako je strojírenství, automobilový průmysl, energetika a další.
Barevné kódování vodičů indukčního snímače
Indukční snímače
Indukční senzory jsou široce používány v průmyslu pro detekci přítomnosti nebo nepřítomnosti kovových předmětů. Pracují na principu elektromagnetické indukce a mají dva výstupy – pracovní a nulový (pouzdro).
Barevné kódování kolíků
Pro zjednodušení připojení indukčních snímačů a zabránění chybám výrobci často používají barevně odlišené piny.
Nejčastěji používané barvy jsou:
- černá — nulový (bytový) výkon
- Hnědý – pracovní výkon + V
- Šedá – výstupní (signálový) výstup
Ne všichni výrobci však toto barevné označení dodržují, proto je nutné si před připojením přečíst dokumentaci ke snímači.
Závěr
Barevné kódování vodičů indukčních snímačů pomáhá šetřit čas při zapojování a vyhnout se chybám, ale je třeba vzít v úvahu, že ne všichni výrobci toto označení dodržují.
