Индуктивный датчик обозначение на схеме

Индуктивные датчики – преобразователи параметров. Их работа заключается в изменении индуктивности путем изменения магнитного сопротивления датчика.

Большую популярность индуктивные датчики получили на производстве для измерения перемещений в интервале от 1 микрометра до 20 мм. Индуктивный датчик можно применять для замера уровней жидкости, газообразных веществ, давлений, различных сил. В этих случаях диагностируемый параметр преобразуется чувствительными компонентами в перемещение, далее эта величина поступает на индуктивный преобразователь.

Для замера давления применяются чувствительные элементы. Они играют роль датчиков приближения, предназначенные для выявления разных объектов бесконтактным методом.

Содержание
  1. Индуктивные датчики разделяются по схеме построения на 2 вида:
  2. Двухпроводные индуктивные датчики подключаются непосредственно в нагрузочную цепь. Это наиболее простой способ, однако в нем есть особенности. Для такого способа для нагрузки требуется номинальное сопротивление. Если это сопротивление будет больше или меньше, то устройство функционирует некорректно. При включении датчика на постоянный ток нельзя забывать о полярности выводов. Трехпроводные индуктивные датчики наиболее популярны. В них имеется два проводника для подключения питания, а один для нагрузки. Четырехпроводные и пятипроводные индуктивные датчики. У них два провода на питание, другие два на нагрузку, пятый проводник для выбора режима эксплуатации. Цветовая маркировка Маркировка проводников цветом является очень удобной для осуществления обслуживания и монтажа датчиков. Их выходные проводники промаркированы определенным цветом: Минус – синий. Плюс – красный. Выход – черный цвет. Второй проводник выхода – белый цвет. Погрешности Погрешность преобразования диагностируемого параметра влияет на способность выдачи информации индуктивным датчиком. Суммарная погрешность состоит из множества различных погрешностей. Электромагнитная погрешность является случайной величиной. Она появляется вследствие индуцирования ЭДС в катушке датчика наружными магнитными полями. На производстве возле силовых электрических устройств существуют магнитные поля чаще всего частотой 50 герц. Погрешность от температуры также является случайным значением, так как работа большого количества элементов датчика зависит от температуры и является значительной величиной, учитываемой при проектировании датчиков. Погрешность магнитной упругости. Она появляется от нестабильности деформаций сердечника при сборке прибора, а также из-за изменения деформаций при работе. Влияние нестабильности напряжений в магнитопроводе образует нестабильность сигнала на выходе. Погрешности устройства появляются по причине влияния измеряющей силы на деформации элементов датчика, а также влияния скачка усилия измерения на нестабильность деформации. Также на погрешность влияют люфты и зазоры в подвижных частях конструкции датчика. Погрешность кабеля образуется от непостоянной величины сопротивления, деформации кабеля и его температуры, наводок электродвижущей силы в кабеле от внешних полей. Электромагнитные параметры материалов и их свойства со временем меняются. Чаще всего процессы изменения свойств материалов происходят в первые 200 часов после термообработки сердечника магнитопровода. Далее эти свойства остаются теми же, и не влияют на полную погрешность датчика. Работа на промышленных предприятиях требует внедрения автоматической системы управления. С этой целью применяется разное оборудование, способное обеспечить бесперебойное функционирование производственных машин. Для контроля металлических объектов не редко используют бесконтактные индуктивные датчики, обладающие как положительными, так и отрицательными качествами. Но главное, что они отличаются небольшими размерами и прекрасно выполняют возложенные функции, поэтому пользуются популярностью и у производителей бытовой и даже медицинской техники. Общее описание и назначение Индуктивным датчиком принято называть устройство, способное преобразовывать механические перемещений контролируемых объектов в электрический сигнал. Представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, объединенных с магнитопроводом и подвижным якорем, который регистрирует измерения линейного или углового размера и, перемещаясь, влияет на показатель индуктивности, изменяя ее в одну или другую сторону. Благодаря такой особенности, бесконтактные датчики активно используются в качестве элементов контроля положения металлических объектов. По схеме построения индукционные датчики принято разделять только на 2 отдельных вида: одинарные и дифференцированные. Одинарные Устройства только с одним магнитопроводом. Такая схема обычно применяется при разработке бесконтактных выключателей. Дифференциальные Отличаются наличием сразу 2-ух магнитопроводов, каждый из которых специально сделанных в виде «ш». Это позволяет взаимокомпенсировать воздействие, оказываемое на сердечник, повышая таким образом точность производимых измерений. По сути, схема представляет из себя систему из 2-ух датчиков, соединенных общим якорем. Устройство и схема Индукционный датчик, как и любое электронное устройство, состоит из связанных друг с другом узлов, обеспечивающих бесперебойность его работы. В качестве основных элементов аппарата можно выделить следующее. Генератор Ключевой задачей генератора является создание магнитного поля, на основе которого, в частности, строится принцип действия индукционного датчика, а также образуются зоны активности с объектом. Триггер Шмидта Триггер Шмидта представляет собой отдельный элемент, основным назначением которого считается обеспечение гистерезиса в процессе переключения устройства. Усилитель Усилительное устройство используется в качестве элемента, способного повышать значение амплитуды импульса, что позволяет сигналу быстрее достигать необходимого параметра. Специальный индикатор Диодный индикатор, свидетельствующий о фактическом состоянии контроллера. Кроме того, светодиод используется для обеспечения достаточного контроля функционирования индукционного датчика, а также, чтобы обеспечить достаточную оперативность в процессе настройки. Компаунд Компаунд предназначается для защиты устройства, поскольку может предотвратить попадание жидкости, в частности воды, внутрь корпуса индукционного датчика, а также снижает риск загрязнения оборудования, так как пыль может спровоцировать его поломку. Принцип работы Принцип действия основывается на изменениях амплитудного значения колебаний генераторного узла при попадании в активную зону устройства объекта определенных размеров. В процессе подачи электропитания на концевик оборудования в районе его чувствительной части формируется изменяющееся магнитное поле. Оно наводит в находящемся в рабочей зоне датчика материале вихревые токи, ведущие к изменению амплитуды электромагнитных колебаний. В результате начнет вырабатываться выходной сигнал, который в процессе может изменяться в зависимости от фактического расстояния между устройством и объектом контроля. Параметры Чтобы контролировать функциональность индукционного датчика, а также определять уровень его сигналов, надо разбираться в параметрах устройства. Напряжение питания Представляет собой диапазон допустимого напряжения, в рамках которого устройство работает корректно. Минимальный ток переключения Это минимально возможное значение электрического тока, которое обязательно должно поступать к датчику для обеспечения его работы. Рабочие расстояния Это максимально допустимое расстояние от устройства до железного квадрата миллиметровой толщины. При этом данное значение уменьшается, если используется другой материал. Частота переключения Это максимально возможное количество переключений, которые можно сделать в течение одной секунды. Способ подключения Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения. Трехпроводные Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока. Четырехпроводные Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку. Двухпроводные Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать. Внимание! При подключении устройства к источнику постоянного тока следует помнить о полярности выводов. Пятипроводные Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства. Цветовая маркировка Все электротехническое оборудование, в том числе проводники, обязательно имеет цветовую маркировку. Ее принято наносить для удобства последующих монтажных работ и дальнейшего обслуживания. Это правило должно соблюдаться и в случае с индукционными датчиками. Их выходные проводники маркируются следующими цветами: минус обычно указывается синим; плюс — красным; выход — черным; белый — дополнительный выход или же вход управления, что определяется типом используемого датчика. Погрешности Погрешности в процессе преобразования диагностических значений оказывают влияние на способности индукционных датчиков выдавать достоверную информацию. К основным из них можно отнести следующие. Электромагнитная Данную погрешность принято учитывать только в качестве случайной величины. Как правило, она возникает в ходе индуцирования ЭДС в индукционной катушке в результате внешнего воздействия сторонними магнитными полями. Это происходит в процессе производства из-за силовых электроустройств. Они образуют магнитные поля, что впоследствии и формирует электромагнитную погрешность. От температуры Эта погрешность тоже выступает в качестве случайного значения, поскольку работа большого числа элементов индукционного датчика напрямую зависит от температурных показателей, поэтому это ключевая величина, которая даже учитывается в процессе проектировки подобного оборудования. Магнитной упругости Обычно такая погрешность может проявляться как следствие нестабильности деформации магнитопровода устройства в процессе сборки самого датчика, а также при деформационных изменениях во время работы. Кроме того, оказываемое нестабильным электронапряжением воздействие на магнитопровод оборудования вызывает снижение качества передаваемого сигнала на выходе. Деформация элементов Данная погрешность, как правило, проявляется в результате воздействия измеряющей силы на значение деформации частей индукционного датчика, а также под влиянием усилий, оказываемых на нестабильные деформирующие процессы. Кроме того, не меньшее влияние на нее могут оказывать люфты и зазоры, образовавшиеся в подвижных элементах конструкции устройства. Кабеля Такая погрешность обычно проявляется от непостоянного значения сопротивления, в случае деформации самого провода и под влиянием температуры. Также подобным образом может сказаться наводка внешними полями ЭДС в кабеле. Старение Данная погрешность может проявляться при износе движущихся элементов самого устройства, а также в случае постоянно изменяющихся магнитных свойств используемого магнитопровода. Ее принято считать, строго говоря, случайным значением. В процессе определения данной погрешности учитывают кинематику конструкции индукционного датчика, а во время проектирования подобного оборудования максимальный эксплуатационный срок рекомендуется определять только при работе в обычном режиме, чтобы при этом износ не успел превысить установленного значения. Технологии Погрешности технологии проявляются в случае отклонений от технического процесса производства, при явном разбросе технических параметров катушек и остальных элементов во время сборки, влиянии допущенных зазоров при соединении устройства. Для ее измерения принято использовать механическое измерительное оборудование. Сферы использования Возможная область применения индукционных датчиков настолько велика, что позволяет использовать их не только в быту и автомобилестроении, но и в промышленности с робототехникой, а также медицине. Медицинские аппараты Индуктивные датчики широко используются при производстве медицинского оборудования, поскольку магнитные свойства устройства позволяют регистрировать легочную вентиляцию, параметры вибрации, а также снимать баллистокардиограммы. Бытовая техника В бытовом плане датчики могут выступать в качестве приспособления контроля водоснабжения, уровня освещения и положения двери (закрыта или открыта), поэтому используются при производстве, к примеру, стиральных машин и другой бытовой техники. Кроме того, устройства применяются в процессе создания элементов «умного дома». Автомобильная промышленность Используется индукционный датчик и в автостроении, выступая в роли контроллера, определяющего положение коленчатого вала. При приближении металлического объекта, в данном случае, зуба шестерни, к устройству, генерируемое встроенным постоянным магнитом магнитное поле увеличивается, что приводит к наведению в катушке переменного напряжения. Внимание! Некоторые производители для повышения эффективности стараются изменить конструкцию индукционного датчика, к примеру, используя внешние магниты для его активации. Робототехническое оборудование В случае с робототехникой, индуктивным датчикам нашли применение в производстве беспилотных аппаратов и промышленных роботов для повышения их чувствительности к препятствиям и способности распознавать объекты, а также устройствах, для которых важна самобалансировка. Промышленная техника регулирования и измерения Широко используются в работе систем транспортеров, упаковочных аппаратов и сборочных линий, а еще в составе всех видов станкового оборудования и запорной арматуры. Также индуктивные датчики помогают контролировать мелкие и крупные элементы промышленной техники (зубцы шестеренок, стальные флажки, штампы), объекты производства (металлические изделия, листы металла, крышки) и т.п. Кроме того, при их подключении к импульсным счетчикам можно в результате получить элементарное, но крайне эффективное считывающее устройство. Индукционные датчики следующего поколения Благодаря новым разработкам в этой области, были созданы усовершенствованные модели индукционных датчиков следующего поколения. Принцип работы остался прежним, однако подверглась тщательной переработке конструкция устройства. В результате датчики теперь оснащаются тонкими платами, распечатанными на 3D-принтерах, и современной цифровой электроникой. Кроме того, их производят на гибких подложках, что избавляет от необходимости использования традиционных кабелей и разъемов. Так что пользоваться устройствами можно даже в тяжелых погодных условиях. К преимуществам новых разработок можно отнести следующее: снижение стоимости и веса, более компактные размеры; возможность выбора практически любых форм-факторов; повышение точности реагирования на металлические объекты; возможность проведения замеров, связанных со сложной геометрией, в двух или трех измерениях; упрощение конструкции; возможность устанавливать несколько индукционных датчиков близко друг к другу из-за высокой электромагнитной совместимости. Все это позволило увеличить эффективность и доступность устройства, а также расширить сферу его применения. Система обозначения индуктивных выключателей IS A B t A F 8 B 5 -3 1 X N G S -R 25 A -L Z S4 -X X X X X ТИП ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ IS — Выключатель конечный индуктивный; ТИП ВЫХОДА нет — триггерный; А — аналоговый; СПОСОБ УСТАНОВКИ: В — встраиваемый; N — невстраиваемый; СПЕЦИАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ: нет — общего применения; t — для автомобильного транспорта; m — морского исполнения; КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ КОРПУСА: А — цилиндрические резьбовые (встраиваемые); В — цилиндрические резьбовые укороченные (встраиваемые); BS — цилиндрические резьбовые особо короткие (встраиваемые); С — цилиндрические гладкие (встраиваемые); D — цилиндрические гладкие укороченные (встраиваемые); E — цилиндрические резьбовые (невстраиваемые); F — цилиндрические резьбовые укороченные (невстраиваемые); FS — цилиндрические резьбовые особо короткие (невстраиваемые); G — цилиндрические гладкие (невстраиваемые); H — цилиндрические гладкие укороченные (невстраиваемые); I — прямоугольные; K — спец. назначения для кранов, клапанов, поворотных задвижек; L — плоские; M — уголковые; R — кольцевые; T — для многопозиционных блоков; Z — корпуса специального конструктивного исполнения; W — цилиндрические для работы в среде высокого давления; СПОСОБ ПОДКЛЮЧЕНИЯ: нет — подключение с помощью кабеля; F — подключение с помощью кабеля (наличие хвостовика для крепления трубки защиты кабеля — “фитинга”); С — подключение с помощью соединителя (разъема); T — подключение с помощью клемм (клеммной коробки); G — подключение с помощью кабеля (гермоввод); ТИПОРАЗМЕР КОРПУСА: Первая цифра в типоразмере — базовая модель соответствующего габарита. 0 — габариты корпусов ∅4; М5х0,5; ∅6,5; 1 — габариты корпусов ∅8; М8х0,5; М8х1; 2 — габариты корпусов М12х1; 3 — габариты корпусов ∅14; М14х1; М16х1; 4 — габариты корпусов ∅17; М18х1; 5 — габариты корпусов ∅20; М22х1,5 (укороченные); ∅55 (невстраиваемые); 6 — габариты корпусов М22х1,5; М24х1,5; 7 — габариты корпусов М27х1,5; М30х1,5 (укороченные); 8 — габариты корпусов М30х1,5; М36х1,5 (укороченные); 9 — габариты корпусов М36х1,5; 10 — габариты корпусов ∅55 (встраиваемые); Вторая цифра в типоразмере — модификации корпусов в данном габарите. МАТЕРИАЛ КОРПУСА: А — алюминиевый сплав; S — сталь 12Х18Н10Т; F — сталь углеродистая; СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ ПО ГОСТ 14254-96: ТИП ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ: 0 — 2-х- проводные (≈90. 250В); 1 — 2-х- проводные (≈20. 250В/=20. 320В); 2 — 2-х- проводные (=10. 30В); 3 — 3-х- проводные (=10. 30В); 4 — 4-х- проводные (=10. 30В); 5 — 5-и- проводные (=10. 30В); 6 — 3-х- проводные (≈90. 250В); 7 — 4-х- проводные (≈90. 250В); 8 — 5-и- проводные (≈90. 250В); ТИП КОНТАКТА: 1 — нормально разомкнутый (NO); 2 — нормально замкнутый (NC); 3 — переключающий; 4 — нормально разомкнутый (NO);(гальванически развязанный — коммутация нагрузки контактами реле); 5 — нормально замкнутый (NC); (гальванически развязанный — коммутация нагрузки контактами реле); 6 — переключающий; (гальв.развяз.- коммутация нагрузки контактами реле); 7 — нормально разомкнутый (NO); (гальв.развяз.- коммутация нагрузки оптроном); 8 — нормально замкнутый (NC); (гальв.развяз.- коммутация нагрузки оптроном); Для аналоговых: 1 — с пропорциональным выходным напряжением; 2 — с пропорциональным выходным током; 3 — с пропорциональным выходным напряжением и током; 4 — с пропорциональным выходным напряжением, током и регулируемой характеристикой; НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ: нет — типовое (по каталогу); 1 — 3. 15В; 2 — 10. 65В; 3 — 15. 150В; СТРУКТУРА ВЫХОДА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ: НАЛИЧИЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО ВЫВОДА: нет — заземляющего вывода нет; G — заземляющий вывод есть; НАЛИЧИЕ ЭКРАНА КАБЕЛЯ (для датчиков, подключаемых с помощью кабеля): нет — неэкранированный кабель; S — экранированный кабель; НАЛИЧИЕ РЕГУЛИРОВКИ РАССТОЯНИЯ СРАБАТЫВАНИЯ: нет — без регулировки; R — с регулировкой; НОМИНАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ СРАБАТЫВАНИЯ, ТОК НАГРУЗКИ (отличный от типового), нет — типовой (по каталогу); А — 50мА; В — 100мА; С-150мА; D — 200мА; E — 250мА; F — 400мА; G — 500мА; H — 750мА; I — 1000мА; М — 20мА; НАЛИЧИЕ СВЕТОВОЙ ИНДИКАЦИИ: нет — индикации нет; L — индикация состояния выходного ключа есть; ТИП ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ: нет — защиты нет; Z — защита с восстановлением — защита от короткого замыкания с восстановлением работоспособности после устранения неисправности, защита от неправильного подключения питания, выбросов напряжения, макс. емкость нагрузки 0,01 мкФ; Е — защита с восстановлением — защита от короткого замыкания с восстановлением работоспособности после устранения неисправности, защита от неправильного подключения питания, выбросов напряжения, емкость нагрузки 0,47. 1 мкФ; P — защита от неправильного подключения питания; T — защита триггерная; ТИП СОЕДИНИТЕЛЯ (способ подключения): S4; S40; S401; S402; S27; R4 — РС4; R7 — РС7; R9 — вилка 282105; R10 — РС10; R11 — вилка 1-0962581-1; R14 — 2РM14; R18 — 2РМД18Б4; R181 — 2РМ18Б7; Тип клемм (клеммы на кабеле) — Т1, Т2, Т3, T4, T5 (колодка серии 2,8); ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ: МАКСИМАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ (для датчиков, работающих в среде высокого давления “W”), МПа: 1 — 1 МПа; 2 — 2 МПа; . 40 — 40 МПа; 50 — 50 МПа; ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН ЭКСПЛУАТАЦИИ: нет — типовой (по каталогу); С — низкотемпературные -45°C. +65°С; С1 — низкотемпературные -45°C. +90°С; T — тропического исполнения -25°C. +75°С; H — высокотемпературные -15°C. +105°С; СН — низкотемпературные -40°C. +105°С; S — тропического исполнения -5°C. +120°С; K — высокотемпературные 0°C. +150°С; D — низкотемпературные -60°C. +65°С; С2 — низкотемпературные -60°C. +90°С; Q — тропического исполнения -15°C. +105°С; G — высокотемпературные -5°C. +120°С; ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СПЕЦИАЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ: О — с открытым коллектором; B — с низким падением на ключе «>
  3. Погрешность кабеля образуется от непостоянной величины сопротивления, деформации кабеля и его температуры, наводок электродвижущей силы в кабеле от внешних полей.
  4. Общее описание и назначение
  5. Одинарные
  6. Дифференциальные
  7. Устройство и схема
  8. Генератор
  9. Триггер Шмидта
  10. Усилитель
  11. Специальный индикатор
  12. Компаунд
  13. Принцип работы
  14. Параметры
  15. Напряжение питания
  16. Минимальный ток переключения
  17. Рабочие расстояния
  18. Частота переключения
  19. Способ подключения
  20. Трехпроводные
  21. Четырехпроводные
  22. Двухпроводные
  23. Пятипроводные
  24. Цветовая маркировка
  25. Погрешности
  26. Электромагнитная
  27. От температуры
  28. Магнитной упругости
  29. Деформация элементов
  30. Кабеля
  31. Старение
  32. Технологии
  33. Сферы использования
  34. Медицинские аппараты
  35. Бытовая техника
  36. Автомобильная промышленность
  37. Робототехническое оборудование
  38. Промышленная техника регулирования и измерения
  39. Индукционные датчики следующего поколения
  40. Система обозначения индуктивных выключателей
  41. ТИП ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ
  42. ТИП ВЫХОДА
  43. СПОСОБ УСТАНОВКИ:
  44. СПЕЦИАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ:
  45. КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ КОРПУСА:
  46. СПОСОБ ПОДКЛЮЧЕНИЯ:
  47. ТИПОРАЗМЕР КОРПУСА:
  48. МАТЕРИАЛ КОРПУСА:
  49. СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ ПО ГОСТ 14254-96:
  50. ТИП ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ:
  51. ТИП КОНТАКТА:
  52. НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ:
  53. СТРУКТУРА ВЫХОДА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ:
  54. НАЛИЧИЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО ВЫВОДА:
  55. НАЛИЧИЕ ЭКРАНА КАБЕЛЯ
  56. НАЛИЧИЕ РЕГУЛИРОВКИ РАССТОЯНИЯ СРАБАТЫВАНИЯ:
  57. НОМИНАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ СРАБАТЫВАНИЯ,
  58. ТОК НАГРУЗКИ (отличный от типового),
  59. НАЛИЧИЕ СВЕТОВОЙ ИНДИКАЦИИ:
  60. ТИП ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ:
  61. ТИП СОЕДИНИТЕЛЯ (способ подключения):
  62. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ: МАКСИМАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ
  63. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН ЭКСПЛУАТАЦИИ:
  64. ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СПЕЦИАЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ:
Виды и устройство

Индуктивные датчики разделяются по схеме построения на 2 вида:

  1. Одинарные датчики.
  2. Дифференциальные датчики.

Первый вид модели имеет одну ветвь измерения, в отличие от дифференциального датчика, у которого две измерительные ветви.

В дифференциальной модели при изменении диагностируемого параметра изменяются индуктивности 2-х катушек. При этом изменение осуществляется на одинаковое значение с противоположным знаком.

Индуктивность катушки вычисляется по формуле: L = WΦ/I

Где W– количество витков; Ф – магнитный поток; I – сила тока, протекающего по катушке. Сила тока взаимосвязана с магнитодвижущей силой следующим отношением: I = Hl/W

Из этой формулы получаем: L = W²/Rm
Где R m = H*L/Ф – магнитное сопротивление.

Работа одинарного датчика заключается в свойстве дросселя, изменять индуктивность при увеличении или уменьшении воздушного промежутка.

Конструкция датчика включает в себя ярмо (1), витки обмотки (2), якорь (3), который фиксируется пружинами. По сопротивлению поступает переменный ток на обмотку. Сила тока в нагрузочной цепи вычисляется:

L – индуктивность датчика, rd – активное дроссельное сопротивление. Оно является постоянной величиной, поэтому изменение силы тока I может осуществляться только путем изменения составляющей индуктивности XL=IRн, зависящей от размера воздушного промежутка δ.

Каждой величине зазора соответствует некоторое значение тока, определяющего падение напряжения на резисторе Rн: Uвых=I*Rн – является сигналом выхода датчика. Можно определить следующую зависимость U вых = f (δ), при одном условии, что зазор очень незначительный и потоки рассеивания можно не учитывать, как и магнитное сопротивление металла Rмж в сравнении с магнитным сопротивлением зазора воздуха Rмв.

Окончательно получается выражение:

На практике активное сопротивление цепи несравнимо ниже индуктивного. Поэтому формула принимает вид:

Из недостатков одинарных можно отметить:
  • При эксплуатации датчика на якорь воздействует сила притяжения к сердечнику. Эта сила не уравновешена никакими методами, поэтому она снижает точность функционирования датчика, и вносит некоторый процент погрешности.
  • Сила нагрузочного тока зависит от амплитуды напряжения и ее частоты.
  • Чтобы измерить перемещение в двух направлениях, нужно установить первоначальное значение зазора, что доставляет определенные неудобства.

Дифференциальные индуктивные датчики объединяют в себе два нереверсивных датчика и изготавливаются в виде некоторой системы, которая состоит из 2-х магнитопроводов, имеющих два отдельных источника напряжения. Для этого чаще всего применяется разделительный трансформатор (5).

  • Двухпроводные индуктивные датчики подключаются непосредственно в нагрузочную цепь. Это наиболее простой способ, однако в нем есть особенности. Для такого способа для нагрузки требуется номинальное сопротивление. Если это сопротивление будет больше или меньше, то устройство функционирует некорректно. При включении датчика на постоянный ток нельзя забывать о полярности выводов.
  • Трехпроводные индуктивные датчики наиболее популярны. В них имеется два проводника для подключения питания, а один для нагрузки.
  • Четырехпроводные и пятипроводные индуктивные датчики. У них два провода на питание, другие два на нагрузку, пятый проводник для выбора режима эксплуатации.

Цветовая маркировка

Маркировка проводников цветом является очень удобной для осуществления обслуживания и монтажа датчиков. Их выходные проводники промаркированы определенным цветом:

  • Минус – синий.
  • Плюс – красный.
  • Выход – черный цвет.
  • Второй проводник выхода – белый цвет.
Погрешности

Погрешность преобразования диагностируемого параметра влияет на способность выдачи информации индуктивным датчиком. Суммарная погрешность состоит из множества различных погрешностей.

  • Электромагнитная погрешность является случайной величиной. Она появляется вследствие индуцирования ЭДС в катушке датчика наружными магнитными полями. На производстве возле силовых электрических устройств существуют магнитные поля чаще всего частотой 50 герц.
  • Погрешность от температуры также является случайным значением, так как работа большого количества элементов датчика зависит от температуры и является значительной величиной, учитываемой при проектировании датчиков.
  • Погрешность магнитной упругости. Она появляется от нестабильности деформаций сердечника при сборке прибора, а также из-за изменения деформаций при работе. Влияние нестабильности напряжений в магнитопроводе образует нестабильность сигнала на выходе.
  • Погрешности устройства появляются по причине влияния измеряющей силы на деформации элементов датчика, а также влияния скачка усилия измерения на нестабильность деформации. Также на погрешность влияют люфты и зазоры в подвижных частях конструкции датчика.

Погрешность кабеля образуется от непостоянной величины сопротивления, деформации кабеля и его температуры, наводок электродвижущей силы в кабеле от внешних полей.

Электромагнитные параметры материалов и их свойства со временем меняются. Чаще всего процессы изменения свойств материалов происходят в первые 200 часов после термообработки сердечника магнитопровода. Далее эти свойства остаются теми же, и не влияют на полную погрешность датчика.

Работа на промышленных предприятиях требует внедрения автоматической системы управления. С этой целью применяется разное оборудование, способное обеспечить бесперебойное функционирование производственных машин. Для контроля металлических объектов не редко используют бесконтактные индуктивные датчики, обладающие как положительными, так и отрицательными качествами. Но главное, что они отличаются небольшими размерами и прекрасно выполняют возложенные функции, поэтому пользуются популярностью и у производителей бытовой и даже медицинской техники.

Общее описание и назначение

Индуктивным датчиком принято называть устройство, способное преобразовывать механические перемещений контролируемых объектов в электрический сигнал. Представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, объединенных с магнитопроводом и подвижным якорем, который регистрирует измерения линейного или углового размера и, перемещаясь, влияет на показатель индуктивности, изменяя ее в одну или другую сторону. Благодаря такой особенности, бесконтактные датчики активно используются в качестве элементов контроля положения металлических объектов.

По схеме построения индукционные датчики принято разделять только на 2 отдельных вида: одинарные и дифференцированные.

Одинарные

Устройства только с одним магнитопроводом. Такая схема обычно применяется при разработке бесконтактных выключателей.

Дифференциальные

Отличаются наличием сразу 2-ух магнитопроводов, каждый из которых специально сделанных в виде «ш». Это позволяет взаимокомпенсировать воздействие, оказываемое на сердечник, повышая таким образом точность производимых измерений. По сути, схема представляет из себя систему из 2-ух датчиков, соединенных общим якорем.

Устройство и схема

Индукционный датчик, как и любое электронное устройство, состоит из связанных друг с другом узлов, обеспечивающих бесперебойность его работы. В качестве основных элементов аппарата можно выделить следующее.

Генератор

Ключевой задачей генератора является создание магнитного поля, на основе которого, в частности, строится принцип действия индукционного датчика, а также образуются зоны активности с объектом.

Триггер Шмидта

Триггер Шмидта представляет собой отдельный элемент, основным назначением которого считается обеспечение гистерезиса в процессе переключения устройства.

Усилитель

Усилительное устройство используется в качестве элемента, способного повышать значение амплитуды импульса, что позволяет сигналу быстрее достигать необходимого параметра.

Специальный индикатор

Диодный индикатор, свидетельствующий о фактическом состоянии контроллера. Кроме того, светодиод используется для обеспечения достаточного контроля функционирования индукционного датчика, а также, чтобы обеспечить достаточную оперативность в процессе настройки.

Компаунд

Компаунд предназначается для защиты устройства, поскольку может предотвратить попадание жидкости, в частности воды, внутрь корпуса индукционного датчика, а также снижает риск загрязнения оборудования, так как пыль может спровоцировать его поломку.

Принцип работы

Принцип действия основывается на изменениях амплитудного значения колебаний генераторного узла при попадании в активную зону устройства объекта определенных размеров. В процессе подачи электропитания на концевик оборудования в районе его чувствительной части формируется изменяющееся магнитное поле. Оно наводит в находящемся в рабочей зоне датчика материале вихревые токи, ведущие к изменению амплитуды электромагнитных колебаний.

В результате начнет вырабатываться выходной сигнал, который в процессе может изменяться в зависимости от фактического расстояния между устройством и объектом контроля.

Параметры

Чтобы контролировать функциональность индукционного датчика, а также определять уровень его сигналов, надо разбираться в параметрах устройства.

Напряжение питания

Представляет собой диапазон допустимого напряжения, в рамках которого устройство работает корректно.

Минимальный ток переключения

Это минимально возможное значение электрического тока, которое обязательно должно поступать к датчику для обеспечения его работы.

Рабочие расстояния

Это максимально допустимое расстояние от устройства до железного квадрата миллиметровой толщины. При этом данное значение уменьшается, если используется другой материал.

Частота переключения

Это максимально возможное количество переключений, которые можно сделать в течение одной секунды.

Способ подключения

Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения.

Трехпроводные

Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока.

Четырехпроводные

Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку.

Двухпроводные

Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать.

Внимание! При подключении устройства к источнику постоянного тока следует помнить о полярности выводов.

Пятипроводные

Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства.

Цветовая маркировка

Все электротехническое оборудование, в том числе проводники, обязательно имеет цветовую маркировку. Ее принято наносить для удобства последующих монтажных работ и дальнейшего обслуживания. Это правило должно соблюдаться и в случае с индукционными датчиками. Их выходные проводники маркируются следующими цветами:

  • минус обычно указывается синим;
  • плюс — красным;
  • выход — черным;
  • белый — дополнительный выход или же вход управления, что определяется типом используемого датчика.

Погрешности

Погрешности в процессе преобразования диагностических значений оказывают влияние на способности индукционных датчиков выдавать достоверную информацию. К основным из них можно отнести следующие.

Электромагнитная

Данную погрешность принято учитывать только в качестве случайной величины. Как правило, она возникает в ходе индуцирования ЭДС в индукционной катушке в результате внешнего воздействия сторонними магнитными полями. Это происходит в процессе производства из-за силовых электроустройств. Они образуют магнитные поля, что впоследствии и формирует электромагнитную погрешность.

От температуры

Эта погрешность тоже выступает в качестве случайного значения, поскольку работа большого числа элементов индукционного датчика напрямую зависит от температурных показателей, поэтому это ключевая величина, которая даже учитывается в процессе проектировки подобного оборудования.

Магнитной упругости

Обычно такая погрешность может проявляться как следствие нестабильности деформации магнитопровода устройства в процессе сборки самого датчика, а также при деформационных изменениях во время работы. Кроме того, оказываемое нестабильным электронапряжением воздействие на магнитопровод оборудования вызывает снижение качества передаваемого сигнала на выходе.

Деформация элементов

Данная погрешность, как правило, проявляется в результате воздействия измеряющей силы на значение деформации частей индукционного датчика, а также под влиянием усилий, оказываемых на нестабильные деформирующие процессы. Кроме того, не меньшее влияние на нее могут оказывать люфты и зазоры, образовавшиеся в подвижных элементах конструкции устройства.

Кабеля

Такая погрешность обычно проявляется от непостоянного значения сопротивления, в случае деформации самого провода и под влиянием температуры. Также подобным образом может сказаться наводка внешними полями ЭДС в кабеле.

Старение

Данная погрешность может проявляться при износе движущихся элементов самого устройства, а также в случае постоянно изменяющихся магнитных свойств используемого магнитопровода. Ее принято считать, строго говоря, случайным значением. В процессе определения данной погрешности учитывают кинематику конструкции индукционного датчика, а во время проектирования подобного оборудования максимальный эксплуатационный срок рекомендуется определять только при работе в обычном режиме, чтобы при этом износ не успел превысить установленного значения.

Технологии

Погрешности технологии проявляются в случае отклонений от технического процесса производства, при явном разбросе технических параметров катушек и остальных элементов во время сборки, влиянии допущенных зазоров при соединении устройства. Для ее измерения принято использовать механическое измерительное оборудование.

Сферы использования

Возможная область применения индукционных датчиков настолько велика, что позволяет использовать их не только в быту и автомобилестроении, но и в промышленности с робототехникой, а также медицине.

Медицинские аппараты

Индуктивные датчики широко используются при производстве медицинского оборудования, поскольку магнитные свойства устройства позволяют регистрировать легочную вентиляцию, параметры вибрации, а также снимать баллистокардиограммы.

Бытовая техника

В бытовом плане датчики могут выступать в качестве приспособления контроля водоснабжения, уровня освещения и положения двери (закрыта или открыта), поэтому используются при производстве, к примеру, стиральных машин и другой бытовой техники. Кроме того, устройства применяются в процессе создания элементов «умного дома».

Автомобильная промышленность

Используется индукционный датчик и в автостроении, выступая в роли контроллера, определяющего положение коленчатого вала. При приближении металлического объекта, в данном случае, зуба шестерни, к устройству, генерируемое встроенным постоянным магнитом магнитное поле увеличивается, что приводит к наведению в катушке переменного напряжения.

Внимание! Некоторые производители для повышения эффективности стараются изменить конструкцию индукционного датчика, к примеру, используя внешние магниты для его активации.

Робототехническое оборудование

В случае с робототехникой, индуктивным датчикам нашли применение в производстве беспилотных аппаратов и промышленных роботов для повышения их чувствительности к препятствиям и способности распознавать объекты, а также устройствах, для которых важна самобалансировка.

Промышленная техника регулирования и измерения

Широко используются в работе систем транспортеров, упаковочных аппаратов и сборочных линий, а еще в составе всех видов станкового оборудования и запорной арматуры. Также индуктивные датчики помогают контролировать мелкие и крупные элементы промышленной техники (зубцы шестеренок, стальные флажки, штампы), объекты производства (металлические изделия, листы металла, крышки) и т.п. Кроме того, при их подключении к импульсным счетчикам можно в результате получить элементарное, но крайне эффективное считывающее устройство.

Индукционные датчики следующего поколения

Благодаря новым разработкам в этой области, были созданы усовершенствованные модели индукционных датчиков следующего поколения. Принцип работы остался прежним, однако подверглась тщательной переработке конструкция устройства. В результате датчики теперь оснащаются тонкими платами, распечатанными на 3D-принтерах, и современной цифровой электроникой. Кроме того, их производят на гибких подложках, что избавляет от необходимости использования традиционных кабелей и разъемов. Так что пользоваться устройствами можно даже в тяжелых погодных условиях.

К преимуществам новых разработок можно отнести следующее:

  • снижение стоимости и веса, более компактные размеры;
  • возможность выбора практически любых форм-факторов;
  • повышение точности реагирования на металлические объекты;
  • возможность проведения замеров, связанных со сложной геометрией, в двух или трех измерениях;
  • упрощение конструкции;
  • возможность устанавливать несколько индукционных датчиков близко друг к другу из-за высокой электромагнитной совместимости.

Все это позволило увеличить эффективность и доступность устройства, а также расширить сферу его применения.

Система обозначения индуктивных выключателей

IS A B t A F 8 B 5 -3 1 X N G S -R 25 A -L Z S4 -X X X X X

ТИП ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ

IS — Выключатель конечный индуктивный;

ТИП ВЫХОДА

нет — триггерный; А — аналоговый;

СПОСОБ УСТАНОВКИ:

В — встраиваемый; N — невстраиваемый;

СПЕЦИАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ:

нет — общего применения;
t — для автомобильного транспорта;
m — морского исполнения;

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ КОРПУСА:

А — цилиндрические резьбовые (встраиваемые);
В — цилиндрические резьбовые укороченные (встраиваемые);
BS — цилиндрические резьбовые особо короткие (встраиваемые);
С — цилиндрические гладкие (встраиваемые);
D — цилиндрические гладкие укороченные (встраиваемые);
E — цилиндрические резьбовые (невстраиваемые);
F — цилиндрические резьбовые укороченные (невстраиваемые);
FS — цилиндрические резьбовые особо короткие (невстраиваемые);
G — цилиндрические гладкие (невстраиваемые);
H — цилиндрические гладкие укороченные (невстраиваемые);
I — прямоугольные;
K — спец. назначения для кранов, клапанов, поворотных задвижек;
L — плоские;
M — уголковые;
R — кольцевые;
T — для многопозиционных блоков;
Z — корпуса специального конструктивного исполнения;
W — цилиндрические для работы в среде высокого давления;

СПОСОБ ПОДКЛЮЧЕНИЯ:

нет — подключение с помощью кабеля;
F — подключение с помощью кабеля (наличие хвостовика для крепления трубки защиты кабеля — “фитинга”);
С — подключение с помощью соединителя (разъема);
T — подключение с помощью клемм (клеммной коробки);
G — подключение с помощью кабеля (гермоввод);

ТИПОРАЗМЕР КОРПУСА:

Первая цифра в типоразмере — базовая модель соответствующего габарита.
0 — габариты корпусов ∅4; М5х0,5; ∅6,5;
1 — габариты корпусов ∅8; М8х0,5; М8х1;
2 — габариты корпусов М12х1;
3 — габариты корпусов ∅14; М14х1; М16х1;
4 — габариты корпусов ∅17; М18х1;
5 — габариты корпусов ∅20; М22х1,5 (укороченные); ∅55 (невстраиваемые);
6 — габариты корпусов М22х1,5; М24х1,5;
7 — габариты корпусов М27х1,5; М30х1,5 (укороченные);
8 — габариты корпусов М30х1,5; М36х1,5 (укороченные);
9 — габариты корпусов М36х1,5;
10 — габариты корпусов ∅55 (встраиваемые);
Вторая цифра в типоразмере — модификации корпусов в данном габарите.

МАТЕРИАЛ КОРПУСА:

А — алюминиевый сплав; S — сталь 12Х18Н10Т; F — сталь углеродистая;

СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ ПО ГОСТ 14254-96:

ТИП ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ:

0 — 2-х- проводные (≈90. 250В);
1 — 2-х- проводные (≈20. 250В/=20. 320В);
2 — 2-х- проводные (=10. 30В);
3 — 3-х- проводные (=10. 30В);
4 — 4-х- проводные (=10. 30В);

5 — 5-и- проводные (=10. 30В);
6 — 3-х- проводные (≈90. 250В);
7 — 4-х- проводные (≈90. 250В);
8 — 5-и- проводные (≈90. 250В);

ТИП КОНТАКТА:

1 — нормально разомкнутый (NO);
2 — нормально замкнутый (NC);
3 — переключающий;
4 — нормально разомкнутый (NO);(гальванически развязанный — коммутация нагрузки контактами реле);
5 — нормально замкнутый (NC); (гальванически развязанный — коммутация нагрузки контактами реле);
6 — переключающий; (гальв.развяз.- коммутация нагрузки контактами реле);
7 — нормально разомкнутый (NO); (гальв.развяз.- коммутация нагрузки оптроном);
8 — нормально замкнутый (NC); (гальв.развяз.- коммутация нагрузки оптроном);

Для аналоговых:
1 — с пропорциональным выходным напряжением;
2 — с пропорциональным выходным током;
3 — с пропорциональным выходным напряжением и током;
4 — с пропорциональным выходным напряжением, током и регулируемой характеристикой;

НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ:

нет — типовое (по каталогу); 1 — 3. 15В; 2 — 10. 65В; 3 — 15. 150В;

СТРУКТУРА ВЫХОДА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ:

НАЛИЧИЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО ВЫВОДА:

нет — заземляющего вывода нет; G — заземляющий вывод есть;

НАЛИЧИЕ ЭКРАНА КАБЕЛЯ

(для датчиков, подключаемых с помощью кабеля):

нет — неэкранированный кабель;

S — экранированный кабель;

НАЛИЧИЕ РЕГУЛИРОВКИ РАССТОЯНИЯ СРАБАТЫВАНИЯ:

нет — без регулировки; R — с регулировкой;

НОМИНАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ СРАБАТЫВАНИЯ,

ТОК НАГРУЗКИ (отличный от типового),

нет — типовой (по каталогу); А — 50мА; В — 100мА; С-150мА; D — 200мА; E — 250мА; F — 400мА; G — 500мА; H — 750мА; I — 1000мА; М — 20мА;

НАЛИЧИЕ СВЕТОВОЙ ИНДИКАЦИИ:

нет — индикации нет; L — индикация состояния выходного ключа есть;

ТИП ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ:

нет — защиты нет;
Z — защита с восстановлением — защита от короткого замыкания с восстановлением работоспособности после устранения неисправности, защита от неправильного подключения питания, выбросов напряжения, макс. емкость нагрузки 0,01 мкФ;
Е — защита с восстановлением — защита от короткого замыкания с восстановлением работоспособности после устранения неисправности, защита от неправильного подключения питания, выбросов напряжения, емкость нагрузки 0,47. 1 мкФ;
P — защита от неправильного подключения питания;
T — защита триггерная;

ТИП СОЕДИНИТЕЛЯ (способ подключения):

S4; S40; S401; S402; S27; R4 — РС4; R7 — РС7; R9 — вилка 282105; R10 — РС10;
R11 — вилка 1-0962581-1; R14 — 2РM14; R18 — 2РМД18Б4; R181 — 2РМ18Б7;
Тип клемм (клеммы на кабеле) — Т1, Т2, Т3, T4, T5 (колодка серии 2,8);

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ: МАКСИМАЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ

(для датчиков, работающих в среде высокого давления “W”), МПа:
1 — 1 МПа; 2 — 2 МПа; . 40 — 40 МПа; 50 — 50 МПа;

ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ДИАПАЗОН ЭКСПЛУАТАЦИИ:

нет — типовой (по каталогу);
С — низкотемпературные -45°C. +65°С;
С1 — низкотемпературные -45°C. +90°С;
T — тропического исполнения -25°C. +75°С;
H — высокотемпературные -15°C. +105°С;
СН — низкотемпературные -40°C. +105°С;
S — тропического исполнения -5°C. +120°С;

K — высокотемпературные 0°C. +150°С;
D — низкотемпературные -60°C. +65°С;
С2 — низкотемпературные -60°C. +90°С;
Q — тропического исполнения -15°C. +105°С;
G — высокотемпературные -5°C. +120°С;

ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СПЕЦИАЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ:

О — с открытым коллектором;
B — с низким падением на ключе

«>

Оцените статью
gidpotolok.ru
Добавить комментарий