Датчики с аналоговым выходом

Индуктивный датчик с аналоговым выходом – датчик положения, предназначенный для бесконтактного измерения расстояний между чувствительной поверхностью датчика и объектом, в котором способны наводиться вихревые токи.

Принцип действия

Принцип действия индуктивного датчика с аналоговым выходом основан на зависимости уровня выходного сигнала генератора от расстояния до металлического предмета, внесённого в активную зону датчика. Сигнал с выхода генератора усиливается и преобразуется в выходной сигнал.

Рисунок 1. Схема функциональная индуктивного датчика с аналоговым выходом.

Функциональная зависимость между выходным аналоговым сигналом датчика и измеряемым расстоянием обычно близка к пропорциональной.

График 1. Зависимость выходного аналогового сигнала от расстояния перемещения.

Вихревые токи могут наводиться в следующих материалах:

• в металлах (с традиционной кристаллической структурой),
• в аморфных металлах (не имеющих кристаллической структуры),
• в ферритах,
• в магнитах,
• в углеродосодержащих материалах (углепластиках).

Однако, в различных материалах способность к созданию вихревых токов может быть разная. Кроме того, способность материала к созданию вихревых токов зависит от толщины и размеров конкретного объекта.

Таблица 1. Зависимость коэффициента редукции «К» от типа металла

Анализ коэффициента редукции показывает, что объекты из цветных металлов следует располагать к датчику ближе объектов из чёрных металлов.

Область применения

Значительная часть современных технологических машин изготавливается из металла, и в обозримом будущем это будет именно так. Поэтому с помощью индуктивных датчиков положения будет по-прежнему удобно, надёжно и недорого контролировать перемещения машинных механизмов. Датчики с аналоговым выходом широко применяются в области технологических измерений и контроля:

• измерение расстояния перемещения металлических предметов;
• контроль толщины, ширины листового или ленточного материала;
• измерение угла поворота кулачков и шестерён;
• контроль и измерение биения вращающихся валов;
• в системах контроля и регулировки натяжения транспортных лент, тросов;
• селективный отбор изделий различных размеров, из различных металлов и т.д.

Рисунок 1. Варианты использования индуктивного датчика с аналоговым выходом

В сложных, неочевидных технологических задачах рекомендуем потребителю уточнять у производителя датчика возможные варианты реализации задачи.

• Ультразвуковые датчики уровня
• Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

BUS0024

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS0025

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS0026

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS0027

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS0028

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS002C

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS002E

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS002K

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS002L

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

BUS002M

Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

 Наши ультразвуковые датчики с аналоговым ..

Показано с 1 по из 56 (всего 6 страниц)

Вопросы и ответы о категории Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

• Новинки категории Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом в 2023 году
• Дешевые товары категории Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом
• Дорогие товары категории Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом
• Популярные товары категории Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом
• Цена товаров в категории Ультразвуковые датчики с аналоговым выходом

В процессе автоматизации технологических процессов для управления механизмами и агрегатами приходится сталкиваться с измерениями различных физических величин. Это может быть температура, давление и расход жидкости или газа, частота вращения, сила света информация о положении частей механизмов и многое другое. Эта информация получается с помощью датчиков. Вот, сначала о положении частей механизмов.

Самый простой датчик – обычный механический контакт: дверь открыли – контакт разомкнулся, закрыли – замкнулся. Такой нехитрый датчик, равно как и приведенный алгоритм работы, часто применяется в охранных сигнализациях. Для механизма с поступательным движением, который имеет два положения, например водопроводная задвижка, понадобится уже два контакта: замкнулся один контакт – задвижка закрыта, замкнулся другой – закрыта.

Более сложный алгоритм поступательного движения имеет механизм закрытия прессформы термопласт автомата. Изначально прессформа открыта, это исходное положение. В этом положении из прессформы извлекаются готовые изделия. Далее рабочий закрывает защитное ограждение и прессформа начинает закрываться, начинается новый рабочий цикл.

Расстояние между половинами прессформы достаточно велико. Поэтому сначала прессформа движется быстро, а на некотором расстоянии до смыкания половин, срабатывает концевик, скорость движения значительно уменьшается и прессформа плавно закрывается.

Такой алгоритм позволяет избежать удара при смыкании прессформы, иначе ее просто можно расколотить на мелкие кусочки. Такое же изменение скорости происходит и при открывании прессформы. Здесь уже двумя контактными датчиками не обойтись.

Таким образом, датчики на основе контакта являются дискретными или бинарными, имеют два положения, замкнут – разомкнут или 1 и 0. Другими словами можно сказать, что событие произошло или нет. В приведенном выше примере, контактами «улавливаются» несколько точек: начало движения, точка снижения скорости, конец движения.

В геометрии точка не имеет никаких размеров, просто точка и все. Она может либо быть (на листе бумаги, в траектории движения, как в нашем случае) или ее попросту нет. Поэтому для обнаружения точек применяются именно дискретные датчики. Может быть сравнение с точкой здесь не очень уместно, ведь в практических целях пользуются величиной точности срабатывания дискретного датчика, а точность эта намного больше геометрической точки.

Но сам по себе механический контакт вещь ненадежная. Поэтому везде, где это возможно, механические контакты заменяются бесконтактными датчиками. Самый простой вариант это герконы: магнит приблизился, контакт замкнулся. Точность срабатывания геркона оставляет желать лучшего, применять такие датчики как раз только для определения положения дверей.

Более сложным и точным вариантом следует считать различные бесконтактные датчики. Если металлический флажок вошел в прорезь, то датчик сработал. В качестве примера таких датчиков можно привести датчики БВК (Бесконтактный Выключатель Конечный) различных серий. Точность срабатывания (дифференциал хода) таких датчиков 3 миллиметра.

Рисунок 1. Датчик серии БВК

Напряжение питания датчиков БВК 24В, ток нагрузки 200мА, что вполне достаточно для подключения промежуточных реле для дальнейшего согласования со схемой управления. Именно так используются датчики БВК в различном оборудовании.

Кроме датчиков БВК применяются также датчики типов БТП, КВП, ПИП, КВД, ПИЩ. Каждая серия имеет несколько типов датчиков, обозначаемых цифрами, например, БТП-101, БТП-102, БТП-103, БТП-211.

Все упомянутые датчики являются бесконтактными дискретными, их основное назначение определение положения частей механизмов и агрегатов. Естественно, что этих датчиков намного больше, обо всех в одной статье не написать. Еще более распространены и до сих пор находят широкое применение различные контактные датчики.

Применение аналоговых датчиков

Кроме дискретных датчиков в системах автоматизации широкое применение находят аналоговые датчики. Их назначение – получение информации о различных физических величинах, причем не, просто так вообще, а в реальном масштабе времени. Точнее преобразование физической величины (давление, температура, освещенность, расход, напряжение, ток) в электрический сигнал пригодный для передачи по линиям связи в контроллер и дальнейшая его обработка.

Аналоговые датчики располагаются, как правило, достаточно далеко от контроллера, отчего часто их называют полевыми устройствами. Этот термин часто применяется в технической литературе.

Аналоговый датчик, как правило, состоит из нескольких частей. Самая главная часть это чувствительный элемент – сенсор. Его назначение перевести измеряемую величину в электрический сигнал. Но сигнал, получаемый от сенсора, как правило, невелик. Для получения сигнала, пригодного для усиления, сенсор чаще всего включается в мостовую схему – мостик Уитстона.

Рисунок 2. Мостик Уитстона

Изначальное назначение мостовой схемы – точное измерение сопротивления. К диагонали моста AD подключается источник постоянного тока. В другую диагональ подключен чувствительный гальванометр со средней точкой, с нулем в середине шкалы. Для измерения сопротивления резистора Rx вращением подстроечного резистора R2 следует добиться равновесия моста, установить стрелку гальванометра на нулевое значение.

Отклонение стрелки прибора в ту или иную сторону позволяет определить направление вращения резистора R2. Величина измеряемого сопротивления определяется по шкале, совмещенной с ручкой резистора R2. Условием равновесия моста является равенство соотношений R1/R2 и Rx/R3. В этом случае между точками BC получается нулевая разность потенциалов, и ток через гальванометр V не протекает.

Сопротивление резисторов R1 и R3 подобрано очень точно, их разброс должен быть минимален. Только в этом случае даже небольшой разбаланс моста вызывает достаточно заметное изменение напряжения диагонали BC. Именно это свойство моста используется для подключения чувствительных элементов (сенсоров) различных аналоговых датчиков. Ну, а дальше все просто, дело техники.

Для использования сигнала, полученного с сенсора, требуется его дальнейшая обработка, – усиление и преобразование в выходной сигнал, пригодный для передачи и обработки схемой управления – контроллером. Чаще всего выходным сигналом аналоговых датчиков является ток (аналоговая токовая петля), реже напряжение.

Почему именно ток? Дело в том, что выходные каскады аналоговых датчиков построены на базе источников тока. Это позволяет избавиться от влияния на выходной сигнал сопротивления соединительных линий, пользоваться соединительными линиями большой длины.

Дальнейшее преобразование достаточно просто. Токовый сигнал преобразуется в напряжение, для чего достаточно ток пропустить через резистор известного сопротивления. Падение напряжения на измерительном резисторе получается по закону Ома U=I*R.

Например, для тока 10 мА на резисторе сопротивлением 100Ом получится напряжение 10*100=1000мВ, аж прямо целый 1 вольт! При этом выходной ток датчика не зависит от сопротивления соединительных проводов. В разумных, конечно, пределах.

Подключение аналоговых датчиков

Полученное на измерительном резисторе напряжение легко преобразовать в цифровой вид, пригодный для ввода в контроллер. Преобразование выполняется с помощью аналого-цифровых преобразователей АЦП.

Рисунок 3. Подключение аналогового датчика (чтобы увеличить нажмите на картинку)

К контроллеру подключаются исполнительные механизмы, либо сам контроллер подключается к компьютеру, входящему в систему автоматизации.

Естественно, что аналоговые датчики имеют законченную конструкцию, одним из элементов которой является корпус с присоединительными элементами. В качестве примера на рисунке 4 показан внешний вид датчика избыточного давления типа Зонд-10.

Рисунок 4. Датчик избыточного давления Зонд-10

В нижней части датчика можно видеть присоединительную резьбу для подключения к трубопроводу, а справа под черной крышкой находится разъем для подключения линии связи с контроллером.

Герметизация резьбового соединения производится с помощью шайбы из отожженной меди (входит в комплект поставки датчика), а отнюдь не подмоткой из фум-ленты или льна. Делается это для того, чтобы при установке датчика не деформировать расположенный внутри сенсорный элемент.

Выходные сигналы аналоговых датчиков

Чаще всего зависимость выходного тока прямо пропорциональна измеряемой величине, например, чем выше давление в трубе, тем больше ток на выходе датчика. Хотя иногда применяется инверсное включение: большей величине выходного тока соответствует минимальное значение измеряемой величины на выходе датчика. Все зависит от типа применяемого контроллера. Некоторые датчики имеют даже переключение с прямого на инверсный сигнал.

Но оба этих диапазона нехороши тем, что ноль в начале шкалы не позволяет однозначно определить, что же произошло. Или измеряемый сигнал на самом деле принял нулевой уровень, что в принципе возможно, или просто оборвалась линия связи? Поэтому от использования этих диапазонов стараются, по возможности, отказаться.

Рисунок 5. Подключение аналогового датчика с внешним источником питания

На этой схеме присутствуют следующие элементы и обозначения. Rш – резистор измерительного шунта, Rл1 и Rл2 – сопротивления линий связи. Для повышения точности измерения в качестве Rш должен использоваться прецизионный измерительный резистор. Прохождение тока от источника питания показано стрелками.

Нетрудно видеть, что выходной ток источника питания проходит с клеммы +24В, через линию Rл1 достигает клеммы датчика +AO2, проходит через датчик и через выходной контакт датчика – AO2, соединительную линию Rл2, резистор Rш возвращается на клемму источника питания -24В. Все, цепь замкнулась, ток течет.

В случае, если контроллер содержит источник питания 24В, то подключение датчика или измерительного преобразователя возможно по схеме, показанной на рисунке 6.

Рисунок 6. Подключение аналогового датчика к контроллеру с внутренним источником питания

На этой схеме показан еще один элемент – балластный резистор Rб. Его назначение защита измерительного резистора при замыкании линии связи или неисправности аналогового датчика. Установка резистора Rб необязательна, хотя и желательна.

Кроме различных датчиков токовый выход имеют также измерительные преобразователи, которые в системах автоматизации используются достаточно часто.

Рисунок 7. Подключение нескольких аналоговых датчиков к контроллеру

На этом рисунке показано, как из токового сигнала получается напряжение, пригодное для преобразования в цифровой код. Если таких сигналов несколько, то обрабатываются они не все сразу, а разделяются по времени, мультиплексируются, в противном случае на каждый канал пришлось бы ставить отдельный АЦП.

Рисунок 8. Коммутатор каналов аналоговых датчиков (картинка кликабельна)

Рисунок 9. Контроллер МСТС

Выпуск таких контроллеров давно уже прекращен, хотя в некоторых местах, далеко не лучших, эти контроллеры служат до сих пор. На смену этим музейным экспонатам приходят контроллеры новых моделей, в основном импортного (китайского) производства.

Если контроллер смонтирован в металлическом шкафу, то экранирующие оплетки рекомендуется подключать к точке заземления шкафа. Длина соединительных линий может достигать двух с лишним километров, что рассчитывается по соответствующим формулам. Считать здесь ничего не будем, но поверьте, что это так.

Новые датчики, новые контроллеры

С приходом новых контроллеров появились и новые аналоговые датчики, работающие по протоколу HART (Highway Addressable Remote Transducer), что переводится как «Измерительный преобразователь, адресуемый дистанционно через магистраль».

Рисунок 10. Выходной сигнал аналогового датчика по протоколу HART

На рисунке показан аналоговый сигнал, а вокруг него, как змея, извивается синусоида. Это и есть частотно – модулированный сигнал. Но это еще вовсе не цифровой сигнал, его еще предстоит распознать. На рисунке заметно, что частота синусоиды при передаче логического нуля выше (2,2КГц), чем при передаче единицы (1,2КГц). Передача этих сигналов осуществляется током амплитудой ±0,5мА синусоидальной формы.

Датчик с адресом 0 от линии связи отключен. Обмен данными между датчиком и устройством управления в многоточечном режиме осуществляется только частотным сигналом. Токовый сигнал датчика зафиксирован на необходимом уровне и не изменяется.

Под данными в случае многоточечной связи подразумеваются не только собственно результаты измерений контролируемого параметра, но еще и целый набор всевозможной служебной информации.

В первую очередь это адреса датчиков, команды управления, параметры настройки. И вся эта информация передается по двухпроводным линиям связи. А нельзя ли избавиться и от них? Правда, делать это надо осторожно, лишь в тех случаях, когда беспроводное соединение не сможет повлиять на безопасность контролируемого процесса.

Оказывается, избавиться от проводов можно. Уже в 2007 году был опубликован Стандарт WirelessHART, средой передачи является нелицензируемая частота 2,4ГГц, на которой работают многие компьютерные беспроводные устройства, в том числе и беспроводные локальные сети. Поэтому и WirelessHART-устройства можно использовать без всяких ограничений. На рисунке 11 показана беспроводная сеть WirelessHART.

Рисунок 11. Беспроводная сеть WirelessHART

Вот такие технологии пришли на смену старой аналоговой токовой петле. Но и она свои позиции не сдает, широко применяется везде, где это возможно.

Сам термин «датчик» обозначает механизм, предназначенный для измерения какого-нибудь параметра с целью дальнейшей обработки результата измерения. Схема датчика генерирует сигнал в удобной для передачи форме, дальше сигнал преобразуется, обрабатывается или хранится. Без датчиков в некоторых современных сферах промышленности, да и во многом оборудовании разного рода, просто не обойтись.

Электроника позволяет сегодня изготавливать электронные датчики, способные контролировать процессы сразу по нескольким параметрам, что сильно расширяет возможности для построения сложных измерительных и исполнительных приборов.

Датчик обязательно содержит в своей конструкции чувствительный элемент и зачастую – преобразовательную часть. Главными же характеристиками электронных датчиков являются их чувствительность и погрешность измерения.

На сегодняшний день аналоговые и цифровые датчики используются всюду в научных и исследовательских целях, в телеметрии, в системах контроля качества и автоматизированного управления, да и во многих других областях, перечислять которые можно бесконечно. Так или иначе, это всегда те технические сферы, где необходимо получить информацию об измерении какой-нибудь величины.

Целью данной статьи будет дать читателю представление о том, чем принципиально отличаются между собой аналоговые и цифровые датчики. Мы рассмотрим на простом примере то, как одну и ту же величину можно отследить аналоговым и цифровым датчиком, и в каком случае целесообразно применение аналогового датчика, а в каком — цифрового.

Аналоговый датчик генерирует на выходе аналоговый сигнал, значение уровня которого получается функцией времени, и изменение такого сигнала происходит непрерывно, сигнал принимает постоянно какое-нибудь из множества возможных значений.

Так, аналоговые датчики подходят для отслеживания непрерывно изменяющихся физических величие, например напряжение на выводах термопары сигнализирует об изменении температуры, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока оказывается в определенный период пропорционально току контролируемой цепи. Микрофон является датчиком изменения давления от звуковой волны и т.д.

Цифровые же датчики, в свою очередь, генерируют на выходе сигнал, который можно записать в форме последовательности цифровых значений, зачастую сигнал двоичный, то есть либо высокий уровень сигнала, либо низкий (нулевой). Когда сигнал цифрового датчика необходимо передать по аналоговому каналу, например по радио, прибегают к применению модуляции.

Цифровые датчики доминируют в системах связи, поскольку их выходные сигналы легко регенерировать в ретрансляторе, даже если присутствует шум. А аналоговый сигнал, в этом смысле, будет шумом искажен, и данные окажутся недостоверными. При передаче информации цифровые датчики более приемлемы.

Цифровые датчики: а – линии, б – температуры и влажности DHT11, в – движения HC-SR501, г – температуры DS18B20. Аналоговые датчики: а – громкости звука, б – света LXD5516 (фоторезистор), в – измерения расстояния SHARP-GP2Y0A02YK0F, г – регулировки сопротивления

Давайте же рассмотрим на конкретных простых примерах сначала аналоговый датчик, затем цифровой, причем измерять эти датчики в нашем примере будут один и тот же параметр — ток.

Аналоговый датчик тока

Аналоговый датчик тока на трансформаторе тока. Почему аналоговый? Потому что в данном случае ток может возрастать, например, от 0 до 5 ампер, при этом напряжение (сигнал) на выходе будет возрастать пропорционально от 0 до 1 вольта. Такой датчик позволить осуществлять контроль величины тока в измеряемой цепи непрерывно.

К примеру, будучи установленным в блок питания с ШИМ, аналоговый датчик тока сформирует аналоговый сигнал обратной связи, и чем выше будет его значение, тем значит больший ток в цепи нагрузки течет в данный момент, и схема регулировки длительности управляющего импульса, построенная на компараторе, станет уменьшать длительность управляющего импульса, приводя ток нагрузки к требуемому номинальному значению, дабы выходная мощность не возрастала неприемлемо высоко.

Цифровой датчик тока

Теперь допустим, что мы имеем дело с резонансным преобразователем электроэнергии, где нужно отслеживать колебания тока в резонансном LC-контуре, и важным параметром будет уже не только и не столько величина тока, сколько его направление.

В этом случае можно использовать так же трансформатор тока, только выход трансформатора тока будет нагружен не на резистор, а на стабилитрон или на ограничительные диоды. Что это даст?

Когда ток течет в одну сторону, напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока будет иметь определенное высокое значение, а когда в другую сторону — определенное низкое. Вот и получается «1» и «0» – цифровой сигнал, а промежуточные значения не нужны, их отслеживает другая схема, аналоговая.

Датчики направления тока могут быть реализованы и на базе эффекта Холла (цифровые датчики Холла), но в нашем примере целью было показать принципиальное различие аналогового и цифрового датчика, поэтому датчик Холла пока оставим в стороне.

Индуктивные датчики с аналоговым выходом – создают электромагнитное поле в зоне чувствительности датчика, реагирующее на приближение (удаление) к активной поверхности металлических предметов и преобразующее значение этого расстояния в аналоговый (непрерывный) сигнал по току и/или напряжению с линейной зависимостью.

Индуктивные датчики с аналоговым выходом (ИДА) применяются в автоматизированных системах управления технологическими процессами . Благодаря бесконтактному принципу действия и пропорциональному линейному сигналу на выходе обеспечивают высокоточную и надежную работу оборудования при измерении и контроле.

Принцип действия индуктивного датчика с аналоговым выходом основан на изменении электромагнитного поля генератора при внесении в активную зону датчика металлического предмета. Сигнал с выхода генератора усиливается и преобразуется в выходной сигнал.

Индуктивные датчики с аналоговым выходом. Технические характеристики.

• Датчики для птицефабрик12Х18Н10Т и др.
• Датчики для автотранспортаSI 09, SI 382, SI 38 и др.
• М8х1, М12х1, М14х1, М18х1 и др.
• М12х1, М18х1, М22х1,5 и др.
• О, ОС, ОИ-ОП, М18х1, 66х28х20 и др.
• C-SR19, C-SR20, C-SR20-P и др.
• SNI М5, M8, BIN 45x75x110 и др.
• М12х1, Ф9×50, Ф9×37, 80х18х14 и др.
• Датчики специального назнченияМ12х1, М16х1, М18х1, М22х1,5 и др.
• Датчики с аналоговым выходомМ18х1, М22х1,5, М30х1,5 и др.
• Датчики контроля скоростиМ18х1, М22х1,5, М30х1,5 и др.
• ДРТ Т01, Т02-70, Т02-90 и др.
• Датчики для ж/д транспортаDP01-NO-NPN-PC4, SI 09 (HT) и др.

• СВОЕ ПРОИЗВОДСТВО
  На сегодняшний день компания производит более 3 500 наименований. Предприятие разрабатывает новые актуальные продукты и находит новые решения.
• КАЧЕСТВО ГОСТ
  Качество продукции соответствует ГОСТ Р 50030.5.2-99, подтверждено сертификатами соответствия требованиям ТР ТС 004/2011, экспертными заключениями.
• ШИРОКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
  Датчики работают в условиях производственных цехов, а также в химических и агрессивных средах (щёлочь, кислота); при экстремальных температурах, под водой, во взрывоопасных средах.

Обратитесь к нам или региональному дилеру для получения более подробной информации о сертификатах, характеристиках, отзывах, стоимости, наличии на складе и сроках поставки оборудования .

Мы гарантируем ответ в течение 8 рабочих часов!