Емкостные преобразователи

Индуктивный датчик: принцип действия и устройство

Индуктивный датчик является очень распространенным устройством, входящим в состав низового оборудования в автоматизированных системах управления производством. Устройства широко применяются в машиностроении, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности.


Смотреть галерею Наиболее эффективно приборы используются в станках в качестве конечных выключателей, а также в автоматических линиях.

При этом индуктивные датчики реагируют только на металлы, оставаясь нечувствительными к другим материалам. Данное свойство позволяет увеличить защищенность устройств от помех, вводя в их зону чувствительности различные смазки, эмульсии и другие вещества, что не вызовет ложного срабатывания.

Объектами, на которые воздействует индуктивный датчик положения, являются различные металлические детали: кулачки, ползуны, зубья шестеренок. Во многих случаях может применяться прикрепленная к деталям оборудования пластина.

По статистике, из всех используемых датчиков положения более 90 процентов приходится на индуктивные устройства.


Смотреть галерею

Это можно объяснить их отличными эксплуатационными характеристиками, низкой стоимостью и одновременно высокой надежностью, чего нельзя сказать о других приборах.

Бесконтактный выключатель (индуктивный датчик) работает по следующим принципам. Входящий в состав устройства генератор производит электромагнитное поле, которое взаимодействует с объектом. Необходимую длительность сигнала управления и гистерезис при переключении обеспечивает триггер. Усилитель позволяет увеличить до необходимого значения амплитуду сигнала.

Расположенный в датчике световой индикатор обеспечивает оперативность настройки, контроль работоспособности и показывает состояние выключателя. Для защиты от проникновения в устройство воды и твердых частиц используется компаунд. Корпус изделия позволяет монтировать индуктивный датчик приближения и защищает приспособление от механических воздействий. Его изготавливают из полиамида или латуни, комплектуя метизными компонентами.

Смотреть галерею

В процессе работы устройства при подаче напряжения катушкой индуктивности генератора создается переменное магнитное поле, которое располагается перед активной поверхностью выключателя. При попадании в зону чувствительности объекта воздействия происходит снижение качества контура и амплитуды колебаний. В результате происходит срабатывание триггера и изменяется состояние выхода выключателя.

Индуктивный датчик имеет некоторые особенности применения. Он может распознавать различные группы металлов, благодаря отсутствию износа и механического воздействия является долговечным приспособлением. Устройства комплектуют с помощью механизмов защиты от короткого замыкания и перегрузок.

Они имеют стойкость к высокому давлению, впускаются в различных вариантах для применения при высоких (до 150 Сo) и низких (от – 60 Со) температурах. Индуктивный датчик обладает устойчивостью к активным химическим средам, может иметь аналоговый или дискретный выход для определения положения относительно устройства объекта воздействия.

Достоинства и недостатки различных методов преобразования давления в электрический сигнал

Достоинства Недостатки
Тензометрический метод (КНС-преобразователи)
  1. Высокая степень защиты от агрессивной среды
  2. Высокий предел рабочей температуры
  3. Налажено серийное производство
  4. Низкая стоимость
  1. Неустранимая нестабильность градуировочной характеристики
  2. Высокие гистерезисные эффекты от давления и температуры
  3. Низкая устойчивость при воздействии ударных нагрузок и вибраций
Пьезорезистивный метод (на монокристаллическом кремнии)
  1. Высокая стабильность характеристик
  2. Устойчивость к ударным нагрузкам и вибрациям
  3. Низкие (практически отсутствуют) гистерезисные эффекты
  4. Высокая точность
  5. Низкая цена
  6. Возможность измерять давление различных агрессивных средств
  1. Ограничение по температуре (до 150ºC)
Емкостной метод
  1. Высокая точность
  2. Высокая стабильность характеристик
  3. Возможность измерять низкий вакуум
  4. Простота конструкции
  1. Зачастую, нелинейная зависимость емкости от приложенного давления
  2. Необходимо дополнительное оборудование или электричекая схема для преобразования емкостной зависимости в один из стандартных выходных сигналов
Резонансный метод
  1. Высокая стабильность характеристик
  2. Высокая точность измерения давления
  1. При измерении давления агрессивных сред необходимо защитить чувствительный элемент, что приводит к потери точности измерения
  2. Высокая цена
  3. Длительное время отклика
  4. Индивидуальная характеристика преобразования давления в электрический сигнал
Индукционный метод
  1. Возможность измерять дифференциальные давления с высокой точностью
  2. Незначительное влияние температуры на точность измерения
  1. Сильное влияние магнитного поля
  2. Чувствительность к вибрациям и ударам
Ионнизационный метод
  1. Возможность измерение высокого вакуума
  2. Высокая точность
  3. Стабильность выходных параметров
  1. Нельзя использовать подобные приборы при

высоком давлении (низкий вакуум является порогом)

  1. Нелинейная зависимость выходного сигнала от приложенного давления
  2. Высокая хрупкость
  3. Необходимо сочетать с другими датчиками давления

Основные виды уровнемеров

Уровнемеры классифицируются по режимам деятельности на устройства для непрерывного измерения или для дискретного контроля. Также они разделяются по типу измеряемого продукта на оборудование, предназначенное для жидкостей (нефтепродуктов, воды, растворов, суспензий) и для сухих сыпучих элементов (гранул, порошков).

Приборы, предназначенные для контроля за уровнем жидкости, также классифицируются по принципу действия:

  • Электродные: проводится дискретный контроль рабочей среды с использованием ее электропроводности. Рабочая среда (электрический проводник) доходит до электрода, в результате чего электрическая цепь замыкается и возникает сигнал. При уменьшении количества рабочей среды цепь размыкается. В комплект может входить несколько электродов, и можно настраивать их разную длину. Это устройства простой конструкции, но они могут срабатывать только в электропроводных средах (например, в воде);
  • Емкостные. В основе – принцип определения емкости конденсатора, а в качестве конденсатора – изолированный электрод и стенки того резервуара, в котором он находится. При изменении уровня жидкости изменяется площадь (а значит, и емкость) такого конденсатора. С помощью таких уровнемеров можно проводить постоянный контроль рабочей среды на глубине до 50 м и при температуре до +250°С. Отличаются высокой чувствительностью;
  • Поплавковые. Уровень жидкости определяется путем механического перемещения герметичного полого поплавка на поверхности. При изменении высоты уровня срабатывает микровыключатель, и тем самым устройство сигнализирует об изменении высоты уровня. Эти устройства могут использоваться в баках с топливом и в цистернах с водой – иными словами, в емкостях с разными типами сред, вне зависимости от их температуры и плотности;
  • Магнитные. Представляют собой мерную трубку с поплавком и встроенным магнитом. Создается одинаковый уровень жидкости в резервуаре и трубке, а магнит в устройстве действует на магнитный указатель, установленный снаружи. Эти приборы могут применяться для разных типов жидкостей, за исключением нефтепродуктов;
  • Визуальные оснащены смотровым стеклом и часто применяются в паровых котельных или на химическом производстве;
  • Гидростатические могут быть врезными и погружными, позволяют измерять уровень даже при высоком давлении рабочей среды вне зависимости от типа жидкости. Подходят для однородных сред в водоемах, хранилищах, скважинах, промышленных резервуарах.

Датчики и сигнализаторы уровня

Существует множество различных методов дискретного определения уровня.

  • Поплавковый — самый простой метод определения уровня.
  • Кондуктометрический . В электропроводной жидкости располагаются несколько электродов из нержавеющей стали: общий и нескольких уровней (как правило, верхнего и нижнего уровней). Общий электрод находится постоянно в воде — как только жидкость достигает электрода уровня, происходит протекание тока между 2-мя электродами, и вторичный прибор (например,ELV-M6 или Finder 72.0.1) распознает достижение уровня. В качестве общего электрода может использоваться сама емкость, если она выполнена из проводящего ток материала.
  • ЕмкостнойДКЕ. Датчик представляет собой конденсатор — внутри корпуса расположены 2 электрода и электронная плата, подающая переменный ток на электроды и настроенная на определенный порог срабатывания. При отсутствии среды, срабатывания не происходит. При приближении среды, емкость конденсатора и, как следствие, частота колебаний переменного тока изменяются. Электронная плата датчика контролирует это изменение и сигнализирует о превышении порога срабатывания путем замыкания дискретного выхода.
  • ВибрационныйVSC. Датчик выполнен в виде вилки, оба зубца которой вибрируют с маленькой амплитудой на определенной резонансной частоте. При погружении в жидкость, частота колебаний снижается — схемотехника датчика определяет этот момент и сигнализирует путем срабатывания дискретного выхода. Очень часто именно вибрационные датчики используют на пищевые среды, такие как: молоко, масло (благодаря возможности работы с неэлектропроводными жидкостями), пиво (за счет отсутствия реакции на пузырьки пены).
  • ЭлектромагнитныйKMW. Принцип измерения основан на испускании высокочастотной электромагнитной волны с частотой 100…180 МГц с наконечника датчика в емкость или трубу со средой. Среда выступает в качестве конденсатора, емкость которого вместе с катушкой индуктивности внутри самого датчика представляют собой колебательный контур — период колебаний тока в контуре и точки срабатывания датчика зависит от диэлектрической проницаемости среды.

Данные датчики успешно применяются на густые, вязкие пищевые среды (например сметана, сливки, майонез, патока), которые могут налипнуть на датчик и сделать его дальнейшую работу невозможной. Работа датчика в подобных условиях возможна благодаря его гибкой конфигурации. На датчик налипает объем продукции, которому соответствует определенный уровень сигнала в схеме управления — в результате настройки датчика его порог срабатывания, при котором произойдет замыкание дискретного выхода, настраивают выше, чем уровень сигнала, соответствующий объему налипшей среды.

Для аналогового измерения уровня, используется гидростатический метод, основанный на следующей зависимости: p=ρ·g·h

,

  • где ρ – измеряемое датчиком давление столба жидкости, Па;
  • g – ускорение свободного падения 9,8 м/с²;
  • h – искомая высота столба жидкости, м.

Датчик Hydrobar и Hydrosens представляют собой зонд из нержавеющей стали IP68 с кабелем, внутри которого проходит атмосферный канал для связи с окружающей средой. Важным условием долговременной работы на объектах водоподготовки и КНС является надежная защита этого атмосферного канала от попадания влажного воздуха — в противном случае образующийся конденсат попадет внутрь полости датчика и приведет к его выходу из строя. Для защиты используется специальный терминальный бокс со степенью защиты IP66 – он позволяет не только производить удобное подключение проводов, но и надежно защищать канал с помощью мембраны Gortex, которая не пропускает пары воды.

Датчики для определения угловых перемещений

В общем-то, по конструкции и назначению они практически полностью идентичны только что рассмотренному нами типу. Схожесть проявляется и в том, что датчики с переменной площадью электродов также следует использовать для больших измерений, а с переменным расстоянием между самими электродами – для малых. Как правило, такие приборы делаются многосекционными, с возможностью изменения площади обкладок конденсатора.

Чтобы достичь этого, первый электрод крепится к подвижному валу, при вращении которого он меняет свое положение относительно второго, что обеспечивает изменение площади перекрытия пластин диэлектрика в конденсаторе. Естественно, что при этом фиксируется изменение емкости.

К таковым помощникам относятся емкостные датчики. Так называются преобразователи, разработанные по параметрическому принципу.

Измерение некоего объема подобными приборами осуществляется колебаниями емкостного сопротивления по ходу измерения необходимых параметров. Оценивается изменение емкостей конденсаторов под влиянием внешних факторов.

Применение

Области их возможного использования чрезвычайно разнообразны. Во всех областях промышленности могут встречаться операции, которые выполняются именно такими приборами.

Их применяют для стабилизации уровней заполнения различных резервуаров с жидким, сыпучим или даже газообразным содержимым.

Распространенность их в промышленности и простой производственной деятельности тем выше, чем проще и надежнее конструкция подобных приборов.

По совокупности своих характеристик датчики настолько хороши, что могут быть использованы даже в особо агрессивных условиях, например, в трюмах нефтеналивных танкеров.

Емкостной датчик можно использовать как конечный выключатель на линии конвейера или станке производственного цеха. Устройство потребуется для повышения точности позиционирования разнообразных механизмов.

Устройство

Емкостные бecконтакные датчики функционируют следующим образом:

  • Генератором обеспечивается электрическое поле.
  • Демодулятором преобразуется изменение амплитуд высокочастотных колебаний генераторов в изменение постоянного напряжения.
  • Триггером обеспечивается необходимая крутизна фронта сигналов переключения, а также значение гистерезиса.
  • Усилители увеличивают выходной сигнал до необходимых значений.
  • Светодиодные индикаторы показывают состояние выключателей, обеспечивают работоспособность и оперативность настройки.
  • Компаунды обеспечивают защиту от проникновения твердых частей и жидкостей.
  • Корпуса обеспечивают монтаж выключателя, защищают от механических воздействий. Создаются из полиамида или латуни, комплектуются метизными изделиями.

Виды датчиков

Применяемые в промышленности методы их производства позволяют делить все выпускаемые виды датчиков на два основных типа: одноемкостные и двухъемкостные.

Двухъемкостная разновидность делится на дифференциальные и полудифференциальные.

Одноемкостный прибор. В данном примере схемы датчиков могут быть до крайности простыми, так как их основой может послужить применение обычного конденсатора с переменными емкостями.

К сожалению, даже минимально повышенная температура и влажность оказывают на точность показаний довольно ощутимое влияние. По этой причине довольно часто возникают различные сбои в работе датчиков.

Для нивелирования величин таких погрешностей, используются дифференцированные конструкции. Двухъемкостные датчики являются конкретным примером дифференцированной структуры.

Очень часто встречаются емкостные датчики уровня, изготовленные именно по этой схеме. Такие приборы избавлены от многих недостатков предыдущих моделей, но имеют свои слабые стороны. Одним из самых значимых их недостатков является необходимость применения между поверхностью и самим устройством нескольких экранированных проводов.

Только таким способом можно подавлять паразитные емкости. На сложные устройства емкостных датчиков можно не обращать внимания потому, что вы получаете довольно точное и чувствительное устройство.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

Бесконтактные электронные оптические датчики – один из самых востребованных типов измерителей в отраслях промышленности, где требуется эффективное позиционирование любых объектов с максимальной точностью.

Принцип работы данного типа измерителей построен на фиксации изменения светового потока, при прохождении через него объекта. Самая простая схема устройства это излучатель (светодиод) и фотоприемник, преобразующий световое излучение в электрический сигнал.

В современных оптических измерителях используется современная электронная система кодирования, позволяющая исключить влияние посторонних источников света (защита от ложных срабатываний).

Конструктивно, оптические измерители могут выполняться как в отдельных корпусах для излучателя и приемника, так и в одном, в зависимости от принципа работы устройства и области его применения. Корпус дополнительно обеспечивает защиту от пыли и влаги (для работы при низких температурах используют специальные термокожухи).

Оптические датчики классифицируются в зависимости от схемы работы. Самый распространенный тип – барьерный, состоящий из излучателя и приемника, расположенных строго напротив друг друга. Когда постоянный световой поток прерывается объектом, устройство подает соответствующий сигнал.

Второй востребованный тип – диффузный оптический измеритель, в котором излучатель и фотоприемник располагаются в одном корпусе. Принцип действия основан на отражение луча от объекта. Отраженный световой поток улавливается фотоприемником, после чего происходит срабатывание электроники.

Третий вариант – рефлекторный оптический датчик. Как и в диффузном измерителе, излучатель и приемник конструктивно выполнены в одном корпусе, но световой поток отражается от специального рефлектора.

Использование.

Оптические датчики широко применяются в системах автоматизированного управления и служат для обнаружения предметов и их пересчета. Относительно простая конструкция обуславливает надежность и высокую точность измерения.

Кодированный световой сигнал обеспечивает защиту от внешних факторов, а электроника позволяет определять не только наличие объектов, но и определять их свойства (габариты, прозрачность и т.д.).

Широкое распространение оптические устройства получили в охранных системах, где используются в качестве эффективных датчиков движения. Вне зависимости от типа, электронные датчики это лучший вариант для современных систем управления и автоматического оборудования.

Высокая точность и скорость измерения обеспечивают надлежащее функционирование оборудования с минимальными отклонениями. При этом большинство электронных измерителей бесконтактные, что в несколько раз повышает надежность устройств и гарантирует длительный срок эксплуатации даже в сложных производственных условиях.

2012-2022 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Измерение без прикосновения

Емкостное измерение это не емкостной сенсор (похожая технология, оптимизированная для выполнения функций цифрового коммутатора)! Емкостная сенсорная система использует множества каналов в строке и столбце расположения (как на сенсорном экране телефона или планшете). Сенсорный экран требует непосредственного контакта и работает в течении очень короткого диапазона – в большинстве случаев это несколько миллиметров.

В отличии от похожей системы – сенсорного экрана, емкостной датчик является аналоговой системой и работает на расстоянии до 70 см. Он имеет гораздо большую чувствительность и точность, поскольку происходит изменение емкости всего в несколько пикофарад.

Экранирование и емкостные измерения

Одной из проблем емкостных приборов измерения приближений является то, что силовые линии будут распространятся  на любые соседние ячейки с потенциалом земли. Многие паразитные явление (например, ground traces (путь на поверхности Земли оставленный самолетом или спутником )) влияют на чувствительность и расстояние обнаружения датчиком. Данное явление представляет собой проблему для чувствительных к шуму систем.

Паразитные эффекты на печатных платах (а), влияющие на качество работы устройства уменьшают с помощью защитных электродов. Драйверы защитного экрана включают в интерфейсные устройства емкостных датчиков и специализированных микроконтроллеров.

Добавление активного экрана может помочь избавится от паразитных влияний на окружающую среду и позволит использовать максимальный потенциал устройства. Хорошо спроектированный активный экран будет направлен на выход датчика и будет направлять его сигнал в нужном направлении.

Драйвер защиты является активным выходом, который работает от того же напряжения что и само устройство. Таким образом, не будет возникать никакой разности потенциалов между экраном и входом устройства. Любое внешнее вмешательство вызовет минимальное взаимодействие между экранированным электродом и измерительным электродом.

Популярные модели

Сегодня на рынке представлено множество моделей индуктивных датчиков. Наиболее востребованными считаются различные приборы от российской компании ТЕКО. Они отличаются хорошим качеством, отличными техническими характеристиками, простотой монтажа и эксплуатации. Главное достоинство устройств компании — демократичная цена.

Стоимость простых моделей начинается с 850 рублей, и за эти деньги прибор работает без нареканий. Выпускаются и более дорогие датчики с ценой от 2 до 5 тысяч рублей. Они обычно устанавливаются на крупных производствах, где необходима высокая точность и бесперебойная работа.

Индукционный датчик считается одним из лучших бесконтактных устройств, применяемых на различных заводах, фабриках и других предприятиях. Высокое качество и точность прибора делает его востребованным и необходимым.

Кокой купить тензодатчик: классификация приборов

Чтобы купить тензодатчик, который будет справляться с возложенными на него задачами в полном объеме, необходимо правильно выбрать его модель. Эти устройства могут быть разных видов, предназначенными для применения в определенных отраслях (фармацевтика, работа с атомами, металлургия и т. д.).

Тензодатчики производят в следующих модификациях:

  • измерители для определения давления;
  • контроллеры перемещения;
  • для двигателей (в автомобилях и станках);
  • измерители нагрузки и силы;
  • фиксаторы ускорения.

В повседневной жизни применяются только те виды тензодатчиков, которые необходимы для взвешивания. Они могут быть S-образными, консольными, бочковыми и шайбовыми. Подходящий вариант подбирается с учетом предстоящей области использования.

Расстояние срабатывания и объект воздействия

В зависимости от конструкции и принципа действия индуктивного датчика объект воздействия может иметь вертикальное или горизонтальное перемещение относительно самого измерителя. Однако реакция сенсора на начало движения контролируемого объекта может начинаться не сразу, что обуславливается номинальным расстоянием, при котором обеспечивается зона чувствительности датчика и техническими параметрами объекта.


Рис. 4. Область и объект срабатывания

Как видите на рисунке 4, в первом положении контролируемый объект находится на таком удалении, где электромагнитные линии не достигают его поверхности. В таком случае с индуктивного датчика сигнал сниматься не будет, так как он не фиксирует перемещения в зоне чувствительности. Во втором положении контролируемый объект уже пересек расстояние срабатывания и вошел в чувствительную зону. В результате взаимодействия с объектом на выходе датчика появится соответствующий сигнал.

Также расстояние срабатывания будет зависеть от геометрических размеров, формы и материала. Следует заметить, что в качестве объекта срабатывания индуктивного датчика применяются только металлические предметы, но от конкретного типа будет отличаться и момент перехода датчика в противоположное состояние, что изображено на диаграмме:


Рис. 5. Зависимость расстояния срабатывания от материала

Индуктивные датчики

Датчик индуктивного типа является параметрическим преобразователем, работа которого построена на изменениях показателей индуктивности за счет магнитного сопротивления. Индуктивный датчик широко используется в промышленной сфере с целью проведения измерений перемещения в спектре от 1 микрометра до 20 миллиметров.

Кроме того, бесконтактный датчик применяется при измерении давления, силы, уровня расхода газов и жидкостей и в других областях. В таких случаях показатель, который требуется измерить благодаря разнообразным чувствительным элементам преобразуется в изменение перемещения, после чего полученная величина направляется в индуктивный измеряющий преобразователь.

Особенности датчиков индуктивного типа

Широкое применение индуктивных датчиков обусловлено их преимуществами, а именно:

  • конструкция прочна и проста, в ней отсутствуют скользящие контакты;
  • устройство можно подключить к источникам, использующим промышленную частоту;
  • сравнительно высокие параметры выходной мощности (десятки Вт);
  • хорошие показатели чувствительности.

Однако существуют и недостатки в работе данных приборов. Эффективная работа имеет прямую зависимость от стабильности частоты питания. Помимо этого, датчики работают только с использованием переменного тока.

Конструкция индуктивного датчика предусматривает наличие таких компонентов: ярмо, обмотка якорь, удерживающие пружины. Информативные качества устройства зависят от погрешности, с которой датчик проводит измерение. Суммарную погрешность описываемого прибора составляют различные типы погрешностей.

Виды и применение индуктивных датчиков

В зависимости от схемы построения датчик индуктивный бесконтактный бывает одинарным или дифференциальным. Они отличаются количеством измерительных ветвей, в дифференциальном устройстве их две. Такой прибор оснащен парой одинаковых катушек, в которых одновременно изменяется индуктивность на одинаковую величину, но одна из величин имеет обратный знак.

Индуктивные датчики используются в автоматизации промышленного оборудования, как выключатели или ограничители. Благодаря применению данных устройств, обеспечивается эффективное обнаружение объектов, а эта функция крайне важна в работе автоматизированного производства. Индуктивный датчик срабатывает только в случае приближения изделия и не чувствителен к разнообразным помехам, поэтому часто используется на предприятиях с тяжелыми производственными условиями.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрика
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector