Индуктивные датчики широко используются в различных отраслях промышленности и автоматизации, например: Машиностроение — контроль положения деталей, подсчет количества изделий, контроль скорости вращения. Автоматизация производства — обнаружение объектов на конвейере, контроль заполнения ёмкостей, автоматическая сортировка. Пищевая промышленность — обнаружение металлических включений.
Индуктивный датчик — это устройство, предназначенное для обнаружения металлических объектов без физического контакта с ними. Его работа основана на принципе электромагнитной индукции.
Само название датчика говорит за себя. Вспоминаем уроки физики. Если в проводящем контуре течёт ток, то ток создаёт магнитное поле. Индуктивность (коэффициент самоиндукции) — это физическая величина, которая показывает пропорциональность между магнитным потоком, создаваемым током в контуре, и силой этого тока.
Индуктивный датчик приближения представляет собой «катушечный» генератор, катушка которого — это чувствительный элемент, расположенный в передней, лицевой части датчика. Катушка создаёт переменное магнитное поле. Это воздействие наводит вихревые токи внутри металлического предмета, вызывающие снижение колебаний системы и уменьшение их амплитуды из-за приближения металлического предмета к чувствительной плоскости датчика. Электронная схема датчика обнаруживает изменение амплитуды колебаний и датчик выдаёт выходной сигнал, указывающий на наличие металлического объекта.
Элементы индуктивного датчика:
Катушка индуктивности — создаёт переменное магнитное поле высокой частоты.
Генератор — вырабатывает электромагнитное излучение, питающее катушку.
Триггер Шмитта — преобразует аналоговый сигнал в дискретный логический, обеспечивает чёткое переключение между состояниями «обнаружен объект» и «объект отсутствует».
Усилитель — формирует выходной сигнал достаточной мощности для управления внешними цепями автоматизированной системы.
Резонансный контур — образован катушкой индуктивности и конденсатором, настроен на определённую частоту и обеспечивает максимальную чувствительность датчика к изменениям магнитного поля.
Выход индуктивного датчика. Если датчик на напряжение 220 В, то он двухпроводный. Намного чаще встречаются c напряжением питания 10…30 В. постоянного тока (DC). Диапазон широкий: от 10 до 30 В, на практике всегда используются датчики с питающим напряжением 24 VDC, крайне редко с 12 VDC.
У датчиков с напряжением 24 VDC чаще всего три провода. По цветам: коричневый + питание, синий — питание, черный выход.
Если чёрный выходной провод плюс, то это PNP датчик.
Если чёрный выходной провод минус, то это NPN датчик.
Транзисторы PNP и NPN относятся к категории биполярных и имеют три вывода: коллектор, база и эмиттер. Сам транзистор состоит из трёх частей, называемых областями, разделенных двумя p-n переходами. Соответственно, транзистор PNP имеет две области P и одну область N, а NPN, соответственно, две N и одну P. Направление протекания тока также разное: - для PNP при подаче напряжения на эмиттер ток протекает от эмиттера к коллектору; - для NPN подача напряжения на коллектор вызывает протекание тока от коллектора к эмиттеру.
Существует четыре основных разновидности выхода датчиков:
PNP NO (НО)
PNP NC (НЗ)
NPN NO (НО)
NPN NC (НЗ)
Нагрузка на схеме представлена в виде прямоугольника. Один контакт прямоугольника подключается к источнику питания. Если от источника питания идёт минус, то соответственно на выходе датчика к нагрузке будет идти плюс, датчик будет PNP. Чаще применяется вариант с выходом на основе транзистора PNP, поскольку большее распространение получила схемотехника с общим минусовым проводом источника питания.
NO (Normally Open) и NC (Normally Closed) — это обозначения типов контактов в электротехнике, которые характеризуют их состояние в нормальных условиях. NO (нормально разомкнутый контакт) В состоянии покоя контакт разомкнут, и электрический ток не проходит через него.
При приближении металлического объекта к датчику PNP NO на выходе (черный провод) будет плюс и будет замыкать цепь, а если NC, то разрывать цепь.
Реже встречаются датчики четырехпроводные, у них сразу две логики: NO (включение) и NC (выключение). Например, PNP NO + NC на выходе (черный провод) будет плюс и будет (NO) замыкать цепь, а белый провод тоже плюс, но будет (NC) разрывать цепь. У всех производителей цвета проводов совпадают! Ещё раз повторим. По цветам: коричневый + питание, синий — питание, черный выход, если датчик четырех проводный, то добавляется белый NC (Normally Closed).
Зона чувствительности: нахождение металлического предмета на этом расстоянии активирует выход датчика. Это значение рассчитано на стандартный объект из железа и уменьшается для таких материалов, как медь или алюминий.
Зона срабатывания зависит напрямую от размера датчика. Чем больше датчик, тем больше зона срабатывания.
Зависимость диаметра и стандартной зоны срабатывания такая:
М8 — зона срабатывания 2 мм.
M12 — зона срабатывания 4 мм.
M18 — зона срабатывания 8 мм.
M30 — зона срабатывания 15 мм.
Кроме стандартных есть и увеличенные зоны срабатывания. У датчиков с увеличенной зоной срабатывания, сама зона у таких датчиков увеличивается примерно в два раза.
Скрытый/выступающий монтаж цилиндрических датчиков: обычно индуктивные датчики устанавливаются в металлические плоскости. Если они установлены внутри металла, датчики могут обнаруживать эти плоскости вместо объектов. Экранированные исполнения (заподлицо) датчиков позволяет решить эту проблему. Датчик с выступающим монтажом (незаподлицо) работает не только прямо но и в стороны, а скрытый (заподлицо) работает только прямо, но в этом случае уменьшается зона срабатывания!
В зависимости от конкретной задачи применяются оба исполнения, намного чаще встречаются датчики с выпирающей пластиковой частью, но из личного опыта лучше устанавливать датчики, которые заподлицо (без выступающей части). Если смещения объекта нет то вполне можно поставить незаподлицо, но если есть смещение объекта у него большая масса, то сам объект может задеть выступающую часть датчика и сломать её.
Маркировка датчика. Из маркировки можно понять, характеристики датчика. Например, у датчика PR18-8DP следующие характеристики:
- P — индуктивный датчик приближения;
- R — цилиндрический тип;
- 18 — диаметр датчика в миллиметрах;
- 8 — расстояние срабатывания в миллиметрах;
- D — напряжение электропитания;
- P — тип выходного сигнала (в данном случае — PNP, нормально открытый)
У других производителей будет другая маркировка, но смысл примерно такой же. Прочитав маркировку, можно понять диаметр, зону срабатывания и определить выходной сигнал. Если в маркировке буква P, то выход PNP. Соответственно, если буква N, то выход будет минус (NPN)!
Хочется ещё что-нибудь добавить, но, как говорил Чехов: «Краткость — сестра таланта».
Спасибо за внимание!