Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Применение датчиков в промышленном оборудовании

29 сентября 2017 г. в 16:02

В промышленной электронике индуктивные, оптические и другие датчики применяются очень широко. Долго и постоянно имею с ними дело, так как работаю инженером-электронщиком на крупном предприятии. Статья будет обзорной, но есть и реальные примеры.

Датчики в промышленном оборудование

Типы датчиков

Итак, что вообще такое датчик. Датчик — это устройство, которое выдает определенный сигнал при наступлении какого-либо определенного события. Иначе говоря, датчик при определенном условии активируется, и на его выходе появляется аналоговый (пропорциональный входному воздействию) или дискретный (бинарный, цифровой, т.е. два возможных уровня) сигнал. Датчики могут называться также сенсорами или инициаторами.

Оптический датчик

Оптический датчик отслеживает перемещение
деталей по конвейеру

Датчиков великое множество. Перечислю лишь те разновидности, с которыми приходится сталкиваться электрику и электронщику.

Индуктивные. Активируется наличием металла в зоне срабатывания. Другие названия — датчик приближения, датчик положения, индукционный, датчик присутствия, индуктивный выключатель, бесконтактный датчик или выключатель. Смысл один, и не надо путать. По-английски пишут «proximity sensor». Фактически это — датчик металла.

Оптические. Другие названия — фотодатчик, фотоэлектрический датчик, оптический выключатель. Такие применяются и в быту, называются «датчик освещенности». Разновидность оптических датчиков — инфракрасные датчики движения, которые срабатывают на изменение температуры в зоне действия.

Емкостные. Срабатывает на наличие практически любого предмета или вещества в поле активности.

Давления. Если этот датчик дискретный, то принцип работы очень прост. Давления воздуха или масла нет — датчик выдает сигнал на контроллер или рвет аварийную цепь. Может быть датчик для измерения давления с токовым выходом, ток которого пропорционален абсолютному давлению либо дифференциальному.

Пример работы концевых выключателей

Пример работы концевых выключателей — нижний датчик активирован

Концевые выключатели (электрический датчик). Это обычный пассивный выключатель, который срабатывает, когда на него надавливает объект (активатор).

Итак, мы выяснили, что воздействие (активация) может быть любым, а реакции может быть две — дискретный либо аналоговый сигнал. Поэтому, все датчики можно считать одинаковыми, различия могут быть только в способе активации (принципе действия) и схеме включения.

Для примера рассмотрим индуктивный датчик, поскольку он наиболее распространен.

Применение индуктивного датчика

Индуктивные датчики приближения применяются широко в промышленной автоматике, чтобы определить положение той или иной части механизма.

Сигнал с выхода датчика может поступать на вход контроллера, преобразователя частоты, реле, контактора или другого исполнительного устройства. Единственное условие — соответствие по току и напряжению.

Принцип работы индуктивного датчика

Индуктивный датчик является дискретным. Сигнал на его выходе появляется, когда в заданной зоне присутствует металл.

В основе работы датчика приближения лежит генератор с катушкой индуктивности. Отсюда и название. Когда в электромагнитном поле катушки появляется металл, это поле резко меняется, что влияет на работу схемы.

Металлический активатор меняет резонансную частоту колебательного контура и схема, содержащая компаратор, выдает сигнал на ключевой транзистор или реле. Нет металла — нет сигнала.

Чем отличаются индуктивные датчики

Индуктивный датчик определяет положение рычага

Индуктивные датчики определяют, в левом
или в правом положении находится рычаг

Индуктивный датчик подсчета импульсов

Индуктивный датчик подсчета импульсов

Почти все, что сказано ниже, относится не только к индуктивным, но и к оптическим, емкостным и другим датчикам.

  1. Конструкция, вид корпуса.

    Тут два основных варианта — цилиндрический и прямоугольный. Другие корпуса применяются крайне редко. Материал корпуса — металл (различные сплавы) или пластик.

  2. Диаметр цилиндрического датчика.

    Основные размеры — 12 и 18 мм. Другие диаметры (4, 8, 22, 30 мм) применяются редко.

  3. Расстояние переключения (рабочий зазор).

    Это то расстояние до металлической пластины, на котором гарантируется надежное срабатывание датчика. Для миниатюрных датчиков это расстояние — до 2 мм, для датчиков диаметром 12 и 18 мм — до 4 и 8 мм, для крупногабаритных датчиков — до 20...30 мм.

  4. Количество проводов для подключения.

    2-х проводные. Датчик включается непосредственно в цепь нагрузки (например, катушка пускателя). Так же, как мы включаем дома свет. Удобны при монтаже, но капризны к нагрузке. Плохо работают и при большом, и при маленьком сопротивлении нагрузки. Нагрузку можно подключать в любой провод, для постоянного напряжения важно соблюдать полярность. Для датчиков, рассчитанных на работу с переменным напряжением — не играет роли ни подключение нагрузки, ни полярность. Главное — обеспечить рабочий ток.

    3-х проводные. Наиболее распространены. Есть два провода для питания, и один — для нагрузки. Подробнее расскажу ниже.

    4-х и 5-ти проводные. Такое возможно, если используется два выхода на нагрузку (например, PNP и NPN (транзисторные), или переключающие (реле). Пятый провод — выбор режима работы или состояния выхода.

  5. Виды выходов датчиков по полярности.

    У всех дискретных датчиков может быть только 3 вида выходов в зависимости от ключевого (выходного) элемента.

Релейный. Реле коммутирует в простейшем случае один из проводов питания, как это делается в бытовых датчиках движения или освещенности. Универсальный вариант с «сухим» контактом, когда выходные контакты реле не связаны с питанием датчика. При этом обеспечивается полная гальваническая развязка, что является основным достоинством такой схемы. То есть, независимо от напряжения питания датчика, можно включать/выключать нагрузку с любым напряжением.

Транзисторный PNP. На выходе — транзистор PNP, то есть коммутируется «плюсовой» провод. К «минусу» нагрузка подключена постоянно.

Транзисторный NPN. На выходе — транзистор NPN, то есть коммутируется «минусовой», или нулевой провод. К «плюсу» нагрузка подключена постоянно.

Пример оптического датчика с релейным выходом

Пример оптического датчика с релейным выходом

Можно четко усвоить разницу, понимая принцип действия и схемы включения транзисторов. Поможет такое правило: Куда подключен эмиттер, тот провод питания и коммутируется. Другой полюс подключен к нагрузке постоянно. Ниже будут даны схемы включения датчиков, на которых будет хорошо видно эти отличия.

  1. Виды датчиков по состоянию выхода.

    Какой бы ни был датчик, один из основных его параметров — электрическое состояние выхода в тот момент, когда датчик не активирован (на него не производится какое-либо воздействие).

    Выход в этот момент может быть включен (на нагрузку подается питание), либо выключен. Соответственно, говорят — нормально открытый (НО) контакт или нормально закрытый (нормально замкнутый, НЗ) контакт. В иностранном обозначении — NO и NC.

    То есть, главное, что надо знать про транзисторные выходы датчиков — то, что их может быть 4 разновидности, в зависимости от полярности выходного транзистора и от исходного состояния выхода: PNP NO, PNP NC, NPN NO, NPN NC.

  2. Положительная и отрицательная логика работы.

    Это понятие относится скорее к исполнительным устройствам, которые подключаются к датчикам (контроллеры, реле). Отрицательная или положительная логика относится к уровню напряжения, который активизирует вход.

Отрицательная логика: вход контроллера активизируется (логическая «1») при подключении к НУЛЮ. Клемму S/S контроллера (общий провод для дискретных входов) при этом необходимо соединить с +24 В. Отрицательная логика используется для датчиков типа NPN.

Положительная логика: вход активизируется при подключении к +24 В. Клемму контроллера S/S необходимо соединить с нулем. Используйте положительную логику для датчиков типа PNP. Положительная логика применяется чаще всего.

В следующей статье мы рассмотрим реальные индуктивные датчики и их схемы включения.

Автор: Александр Ярошенко, автор блога «СамЭлектрик»

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Ярошенко Александр Александрович
Все новости и публикации пользователя Ярошенко Александр в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Фотоэлектрический датчик WSE130L-54 (pn 6029868) из наличия

Продается НОВЫЙ фотоэлектрический датчик WSE130L-54 (pn 6029868) — 1 штука. Фотоэлектрический датчик в миниатюрном корпусе Датчик в наличии. Есть ГТД, ввезен в РФ в конце 2022 года. Только для юридических лиц по безналичному расчету. Тип: WSE130L-54 Артикул: 6029868 В объем поставки входит: DSL-8L04-2-130 (1 шт) Описание на сайте производителя https://www.sick.com/ru/ru/6029868 Узнать цену и оставить заявку можно здесь: https://inortek.ru/search.html?q=6029868
Беляков Андрей · ДАНЭКС · Сегодня · Россия · г Санкт-Петербург
фотоэлектрический датчик WSE130L-54 (pn 6029868) из наличия

ПРОДАМ: Датчики утечки газа от компании «Энергометрика»

На нашем сайте представлен большой выбор датчиков утечки газов – стационарные и переносные. При обнаружении утечки, датчик газа издаёт прерывистый звуковой и световой сигнал. Применяются датчики газа на производствах, в котельных, на парковках и в бытовых условиях для обогрева и приготовления еды, где используется природный и другие типы газа. Детекторы утечки газа классифицируют на: полупроводниковые, электрохимические и инфракрасные. В нашем каталоге вы найдете: • Датчики горючих газов, • Датчики фреона, • Датчики аммиака, • Датчики кислорода, • Датчики озона, • Датчики токсичных газов, • Датчики паров бензина. Чтобы купить датчик утечки газа по доступной цене, позвоните нам или сделайте заказ на сайте.
Отдел Продаж · ООО «Энергометрика» · 4 мая · Россия · г Москва
Датчики утечки газа от компании «Энергометрика»

ПРОДАМ: Оптические датчики (фотодатчики) серии G56, G50, G18, G16 (н/м)

Оптические датчики — это встраиваемые приборы, которые используются в геодезическом, промышленном и прочих разновидностях оборудования. Фотодатчики применяются для измерения расстояния, положения, контрастных цветовых меток, а также выполняют ряд других задач. Все выпускаемые оптические датчики соответствуют существующим мировым стандартам. Сегодня к наиболее популярным и востребованным моделям относятся оптические датчики G50 и G18. Небольшой их размер и отсутствие необходимости в фактической электрической энергии позволяет фотодатчикам выгодно отличаться перед традиционными моделями электрических приборов в определённых областях. Оптические датчики имеют ряд дополнительных преимуществ, к которым можно отнести: -Возможность отсутствия электрической связи со средой, которая подвергается измерению -Наличие неподверженности к электромагнитным помехам -Стоимость этих моделей датчиков находится на уровне обычных электрических датчиков Оптические датчики (фотодатчики) серии G56: G56-3E01NA ,G56-3E01NB ,G56-3E01NC ,G56-3E01PA ,G56-3E01PB ,G56-3E01PC Оптические датчики (фотодатчики) серии G50: G50-3A 30NA ,G50-3A 30NB ,G50-3A 30NC ,G50-3A 30PA ,G50-3A 30PB ,G50-3A 30PC, G50-3B4NA ,G50-3B4NB ,G50-3B4NC ,G50-3B4PA ,G50-3B4PB ,G50-3B4PC,G50-3C 5NA ,G50-3C 5NB ,G50-3C 5NC ,G50-3C 5PA ,G50-3C 5PB ,G50-3C 5PC ,G50-2C 5LA Оптические датчики (фотодатчики) серии G18: G18-3A 30NA ,G18-3A 30NB ,G18-3A 30NC ,G18-3A 30PA ,G18-3A 30PB ,G18-3A 30PC ,G18-2A 30LA ,G18-2A 30LB,G18-3B2NA ,G18-3B2NB ,G18-3B2NC ,G18-3B2PA ,G18-3B2PB ,G18-3B2PC ,G18-2B2LA ,G18-2B2LB ,G18-3C 5NA ,G18-3C 5NB ,G18-3C 5NC ,G18-3C 5PA ,G18-3C 5PB,G18-3C 5PC ,G18-2C 5LA ,G18-2C 5LB Оптические датчики (фотодатчики) серии G16 : G16-3A 10NA ,G16-3A 10NB ,G16-3A 10PA ,G16-3A 10PB,G16-3B1NA ,G16-3B1NB ,G16-3B1PA ,G16-3B1PB Надеемся, что эта информация будет Вам полезна и поможет определиться с выбором! За дополнительной информацией обращайтесь к нашим специалистам! С...
Оптические датчики (фотодатчики) серии G56, G50, G18, G16 (н/м)

ПРОДАМ: Датчик измерения вибрации ВД06А широкого применения

Вибродатчик используют во всех областях профессиональных виброизмерений - системах диагностики, мониторинга и аварийного отключения в электро- и теплоэнергетике, гидроэнергетике, на транспорте и в др. отраслях. Цена на датчики вибрации оптимальна и ниже, чем аналоги у других поставщиков и производителей. Принцип действия По принципу действия датчики являются пьезоэлектрическими вибропреобразователями. Восемь преимуществ пьезоэлектрического датчика вибрации Малый коэффициент гармоник выходного сигнала за счет сдвоенного пьезоэлектрического чувствительного элемента. Высокие метрологические характеристики и предельно малые размеры датчика за счет применения специальных конструктивных решений и материалов (сейсмической массы из сплава вольфрама). Долговременная стабильность параметров датчика вибрации в самых неблагоприятных условиях эксплуатации без потери точности измерений за счет использования герметичного корпуса из полированной нержавеющей стали, посадочной плоскости, притёртой по 10-му классу чистоты и специально состаренных пьезоэлементов. Виброизмерение всех известных типов механизмов (вращающихся, возвратно-поступательных, неповторяющихся и т.д.) за счет расширенного диапазона частот. Подключение датчика вибрации на значительном расстоянии от вторичной аппаратуры (до 20...30 м) за счет встроенного усилителя. Стандартный тип выхода – ICP. Широкий диапазон рабочих температур датчика вибрации. Влагобрызгозащищённое исполнение. Четыре особенности датчика вибрации Возможность стационарной и временной установки датчика на объекте контроля. При стационарной установке он крепится на шпильку М5, при временной - на магнитное крепление, поставляемое отдельно. Миниатюрный коаксиальный разъём типа СР50-267 для подключения к внешним устройствам. Для преобразования сигнала ВД06А (а также вибродатчиков любых типов) в выходной стандартный токовый сигнал 4-20 мА используется интегрирующий преобразователь сигнала датчика вибрации ИПВ-3. Для крепления датчика к поверхности...
Ивкина Лидия · НТФ Микроникс · 27 мая · Россия · Омская обл
Датчик измерения вибрации ВД06А широкого применения

ПРОДАМ: Индуктивные датчики (бесконтактные выключатели) обзор предлагаемых моделей (н/м)

К наиболее распространенным бесконтактным датчикам положения относятся: фотоэлектронные, магнитогерконовые, генераторные и индуктивные датчики. В них нет механического контакта между подвижным объектом, передвижение и расположение которого находится под контролем. Бесконтактные датчики позволяют обеспечить высокую быстроту действия и большую частоту при включении механизмов. Недостаток этого типа датчиков заключается в зависимости точности от различных изменений напряжения питания и от температуры. Выходным аппаратом датчиков в зависимости от требований могут быть либо бесконтактный логический элемент, либо электрическое реле. Бесконтактные выключатели (индуктивные датчики) предназначены для регистрации наличия в рабочей зоне датчика металлического объекта путем изменения логического состояния выхода коммутирующего элемента. В различных схемах точной остановки всевозможных электроприводов это устройство может применяться для подачи команды с целью перехода к пониженной частоте вращения и для осуществления окончательной остановки. Индуктивный датчик— это самый простой и распространённый вид устройств, которые отлично функционируют при воздействии на них света, шума, жидкости и диэлектрической пыли. Активной зоной устройств подобного типа являются чётко очерченные границы. Принцип действия индуктивного датчика заключается в изменении параметров высокочастотного магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности датчика, подключенной к внутреннему генератору. При попадании какого-либо металлического или любого другого предмета в активную зону датчика, происходит уменьшение амплитуды магнитного поля, которое контролируется схемой, и изменение логического состояния выходного коммутирующего элемента. Для коммутации постоянного тока на выходе датчика используют NPN/PNP транзистор, при работе на переменном токе применяют симистор. Индуктивный датчик может иметь многие разновидности,но все они имеют светодиодный индикатор состояния, который обеспечивает...
Индуктивные датчики (бесконтактные выключатели) обзор предлагаемых моделей  (н/м)
Один из лидеров рынка светотехнического оборудования в России. Производитель высококачественных светодиодов и LED-лент, энергоэффективных светильников, модулей и прожекторов для частного и коммерческого сектора.