Индуктивный датчик npn без подключения В чем «фишка» индуктивной термопары?

Последнее обновление
07 марта 2023

В статье рассмотрен такой важный практический вопрос, как подключение индуктивных датчиков с транзисторным выходом, которые в современном промышленном оборудовании встречаются повсеместно. Кроме того, описаны реальные датчики приближения — неотъемлемая часть работы инженера-электронщика, их плюсы, минусы и примеры применения. Часть первая опубликована в предыдущем номере (№ 5-6, 2017) журнала.

Обзор
Геометрия и материал корпуса
Материалы срабатывания
Тип выхода
Количество проводов для подключения
Отличие N-P-N выхода от P-N-P
Цветовая маркировка выводов
Маркировка индуктивных датчиков приближения
Пример использования
Часто задаваемые вопросы

Бесконтактный датчик индуктивности позиционируется как сенсор, способный реагировать на металлические предметы, оказавшиеся в его электромагнитном поле. Благодаря этому свойству индуктивных бесконтактных датчиков удается отслеживать перемещение подвижных частей оборудования и при необходимости отключать двигатель приводного механизма. Для распознавания и анализа изменений магнитного поля в их состав вводится специальный электронный узел, называемый контроллером (компаратором).

Содержание

Маркировка при подключении
Цветовая маркировка выводов
Как отремонтировать и проверить индуктивный датчик?
Рекомендуемое оборудование
Виды выходов и способы подключения
Подключение индуктивного датчика
Бесконтактные датчики PNP и NPN
Пример использования индуктивных датчиков приближения в проектах с Arduino.
Часто задаваемые вопросы.
Обзор индуктивных датчиков PRDCM
Навигация
Бесконтактные датчики NPN
Индуктивные датчики
Устройство и принцип действия
Условное обозначение датчика приближения
Взаимозаменяемость датчиков
Параметры индуктивных датчиков
Обзор емкостных датчиков CR
Геометрия и материал корпуса
Избирательность
Тип выхода
Количество проводов для подключения
Отличие N-P-N выхода от P-N-P
Маркировка индуктивных датчиков приближения
Устройство и принцип действия индуктивных и емкостных датчиков приближения
Конкретный производители
Погрешности датчиков
Заключение
Результат
Цветовая маркировка выводов датчиков

Про анемометры: Штрафы за газ в частном доме и квартире: виды и правила начисления штрафов

Маркировка при подключении

На принципиальных схемах индуктивные датчики принято обозначать в виде ромба или квадрата с двумя вертикальными линиями внутри. Нередко в них также указывается тип выхода (нормально открытый или закрытый), соответствующий одной из разновидностей полупроводниковых транзисторов. В большинстве вариантов схем указывается нормально закрытая группа или оба типа в одном корпусе.

Цветовая маркировка выводов

Перед установкой датчика необходимо сверить данные с инструкцией

На практике применяется стандартная система маркировки выводов датчиков индуктивности, которой придерживаются все без исключения производители чувствительных приборов. Тем не менее, перед их монтажом рекомендуется внимательно следить за полярностью подключения и обязательно сверяться с прилагаемой к изделиям инструкцией.

На корпусах всех датчиков имеется рисунок с цветной маркировкой проводов, если это позволяют его размеры.

Стандартный порядок обозначения:

синий (Blue) всегда означает минусовую шину питания;
коричневым цветом (Brown) обозначается плюсовой проводник;
черный (Black) соответствует выходу датчика;
белый (White) – это дополнительный выход или вход.

Для уточнения последнего маркировочного обозначения его следует сверить с данными инструкции, прилагаемой к конкретному прибору.

Как отремонтировать и проверить индуктивный датчик?

Ремонту датчики приближения практически не подлежат, поскольку имеют цельный корпус, залитый компаундом. К тому же, большинство поломок связано с механическими повреждениями из-за неаккуратного персонала или сдвига активатора.

Виды выходов и способы подключения

Для оценки действия чувствительного прибора вводится особая характеристика, оцениваемая по состоянию полярности его выходных параметров. В соответствии с общепринятым обозначением полупроводниковых элементов (транзисторов), входящих в состав электронной схемы датчика, эти выходы называются «PNP» и «NPN».

Отличие этих наименований состоит в том, что они обозначают различные полярности (полюса) источника питания чувствительных приборов. PNP транзисторы коммутируют его положительный выход, а NPN – отрицательный. Нагрузкой выходных схем чаще всего является управляющий микропроцессор.

Основные виды подключений разных индуктивных датчиков

В зависимости от схемы управления контроллером индуктивные датчики обозначаются как HO (нормально открытые) или HЗ – с нормально закрытым входом.

Вариант с NPN транзистором – наиболее распространенный способ включения датчика, поскольку согласно стандартным схемным решениям отрицательный провод делается общим для всех компонентов. В этом случае входы микропроцессоров и других контролирующих устройств активируются положительным напряжением.

Подключение индуктивного датчика

НовичокСообщения: 5Зарегистрирован: 02 апр 2016, 11:44Репутация: Настоящее имя: Владислав
Контактная информация:

Не подскажите как подключить датчики к плате? Как я понимаю. поскольку они PNP придется добавить еще оптопары или реле для перехода от PNP к NPN ?

ОпытныйСообщения: 153Зарегистрирован: 20 дек 2015, 22:02Репутация: Откуда: BY
Контактная информация:

02 апр 2016, 13:48

Сообщения: 723Зарегистрирован: 11 дек 2012, 21:46Репутация: Откуда: Брянск
Контактная информация:

А он у вас все время светится (жопка)?
Мои светятся только когда к железке подносишь.
Или у нормально замкнутых наоборот тухнуть должна на железку?

02 апр 2016, 14:10

А схему подключения не подскажите? Ведь мне надо подтягивать землю к входу ,а не питание.

02 апр 2016, 15:41

Почему землю ко входу??? У тебя датчик PNP NC(нормально замкнутый) – значит на сигнальном (черном) проводе фаза питания.

02 апр 2016, 16:08

bawero писал(а):Почему землю ко входу??? У тебя датчик PNP NC(нормально замкнутый) – значит на сигнальном (черном) проводе фаза питания.

По оригинальной схеме вход должны замыкаться на землю.
Потому что вход на лимиты является катодом диода оптрона,а анод подключен на самой плате к 5в.

02 апр 2016, 16:17

У тебя на схеме к твоей плате на колодке лимитов есть пин GND это и есть “минус” по питанию общий для датчиков. Значит на входы “плюс”.

02 апр 2016, 16:21

bawero писал(а):У тебя на схеме к твоей плате на колодке лимитов есть пин GND это и есть “минус” по питанию общий для датчиков. Значит на входы “плюс”.

На входы минус надо подавать.Проверено кнопкой Estop

02 апр 2016, 16:29

А у тебя кнопка что-то подаёт??? или она просто замыкает контакт?

02 апр 2016, 16:36

bawero писал(а):А у тебя кнопка что-то подаёт??? или она просто замыкает контакт?

Она просто замыкает на землю.
Поэтому и датчики нужны NPN чтобы коммутация на ноль происходила.

Бесконтактные датчики PNP и NPN

Основное назначение бесконтактных датчиков приближения — это позиционирование и обнаружение объектов без физического контакта. Особенно они применяются там, где требуется обнаружение равномерных движений – например в качестве бесконтактного переключателя (концевого индуктивного выключателя) для определения движущихся частей машин (станков), а также в качестве генератора импульсов и т.п.

По принципу действия чувствительного элемента бесконтактные датчики (выключатели) бывают индуктивные, оптические, ультразвуковые, ёмкостные.

Возможности коммутационного элемента бесконтактного датчика различаются по схеме (типу) выхода PNP, NPN и по возможности коммутационного элемента по коммутационной функции:

НО (NO) – замыкающий;
НЗ (NC) – размыкающий;
НО/НЗ (NO/NC) – переключающий.

Пример использования индуктивных датчиков приближения в проектах с Arduino.

Наиболее частое применение индуктивных датчиков приближения заключается в использовании последних в качестве конечных выключателей. Такими датчиками удобнее всего обнаружить приближающийся объект или его отсутствие. Однако существуют и более ответственные задачи. Ниже приведено несколько реальных примеров использования индуктивных преобразователей в промышленной автоматике:

Сортировка металлических объектов по форме и размеру;
Проверка корректной ориентации гаек в процессе автоматизированной сборки;
Обнаружение центра симметричных перемещающихся и вращающихся деталей машин. Контроллер обрабатывает сигналы двух датчиков приближения;
Измерение абсолютного угла поворота с помощью индуктивного датчика;
Измерение перекоса детали;
Измерение биений и деформаций валов тихоходных турбин, генераторов, двигателей, редукторов, колесных пар подвижных составов;
Измерение расстояния с использованием наклонной металлической поверхности для увеличения эффективного диапазона измерений;
Измерение толщины бумаги. Такое решение может применяться для различия ситуации захвата более одного листа бумаги (или, например, жести). Применяется в типографских принтерах, сканерах, станках с автоподачей листового материала и т.д. Разрешение задается соотношением длин плеч копира.

Этот список можно продолжать без конца, так как он может быть ограничен только фантазией проектировщика.

Для более тесного знакомства с индуктивным датчиком приближения, реализуем на его основе небольшой проект, суть которого в следующем. Допустим у нас есть типичная ветрогенераторная установка, структура которой показана на рисунке №9

Рисунок №9 – структура ветрогенераторной установки

Исходя из вышеизложенного, следует, что индуктивный датчик приближения наилучшим образом подходит для подсчета скорости вращения, а плата Arduino будет принимать решение о коммутации основной или дополнительной нагрузки. На рисунке №10 показан вариант размещения индуктивного датчика с целью фиксации оборотов.

Рисунок №10 – положение индуктивного датчика для фиксации оборотов

Если обороты соответствуют норме, то Arduino коммутирует генератор с аккумуляторной батареей, в противном случае, подключает дополнительную нагрузку в виде нагревательного ТЭНа. На рисунке №11 показана полная схема проекта.

Рисунок №11 – схема простого контроллера ветрогенераторной установки

Если Вам потребуется распечатать корпус для проекта на 3Д-принтере, то купить комплектующие для 3D-принтера можно у нас в магазине.

Часто задаваемые вопросы.

Вопрос: Может ли индуктивный датчик приближения работать если на него попадает масло?
Ответ: Да, может. Масло не оказывает никакого влияния на датчик. Но длительное воздействие масла на изоляцию проводов может им навредить.

Вопрос: Что такое положительная и отрицательная логика работы индуктивного датчика приближения?
Ответ: Положительная или отрицательная логика относится к уровню напряжения, который активизирует вход. Используйте положительную логику для датчиков типа PNP. Положительная логика применяется чаще всего. Отрицательная логика используется для датчиков типа NPN.

Вопрос: Как проверить индуктивный датчик?
Ответ: Для проверки датчика, необходимо подать на него питание и активировать его посредствам приближения металла. Как правило на каждом датчике присутствует световой индикатор, который будет загораться при вышеупомянутых действиях. Также следует помнить, что даже наличие индикации не гарантирует исправное состояние датчика. Чтобы полностью быть уверенным в его исправности, следует подключить нагрузку и измерить на ней напряжение.

Вопрос: Можно ли подключить к выходу NPN электромагнитное реле?
Ответ: Датчик должен обеспечивать нужный ток и напряжение для катушки реле, и логику работы (НО/НЗ). Кроме того, обычно параллельно катушке включают диод в обратном включении.

Вопрос: Какой основной недостаток индуктивных датчиков приближения?
Ответ: К основному недостатку можно отнести большой разброс пределов реагирования датчика при его нестабильном питании. Он достаточно требователен к качеству напряжения сети.

Обзор индуктивных датчиков PRDCM

PRDCM — серия индуктивных цилиндрических выключателей с увеличенной зоной чувствительности и светодиодом состояния (рисунок 8).

Рисунок 8 — Внешний вид датчиков семейства PRDCM

Датчики выпускаются в двухпроводном (таблица 5) и трехпроводном исполнении (таблица 6). Активная зона представителей семейства достигает 25 мм, а рабочий зазор 17,5 мм. Диапазон частот срабатываний составляет до 600 Гц.

Особенностями данной серии являются увеличенное расстояние срабатывания до 2,5 раз по сравнению с предыдущим поколением и наличием коннектора на корпусе, что удобно в эксплуатации и сокращает временные и материальные затраты на монтаж.

Нагрузочные характеристики трехпроводных представителей несколько выше: ток до 200 мА, собственное падение напряжения до 1,5 В. У двухпроводных 100 мА и 3,5 В соответственно. Однако у трехпроводных выше и собственное потребление до 10 мА, против всего 0,6 мА у двухпроводных.

Все датчики серии имеют отличные изоляционные свойства (до 1500 В) и высокое сопротивление изоляции 50 МОм.

Состояние датчика можно определить по светодиоду, если он светиться, то ток поступает в нагрузку.

Датчики устойчивы к высоким вибрациям и к ударным нагрузкам. Их степень защиты (IP) составляет 67. Все это делает их отличным выбором для бытовых и промышленных приложений:

концевые датчики координатных столов в станках;
детекторы положения карусели инструментов фрезерных станков с ЧПУ;
датчики открытия дверей;
датчики приближения в установках автоматической роботизированной сварки;
датчики приближения в системах автоматической сборки;
детекторы брака (например, в линиях по производству консервов);
детекторы положения каруселей автоматического розлива молочных продуктов;
и т.д.

Таблица 5 — Основные характеристики 2-х проводных датчиков семейства PRDCM

Таблица 6 — Основные характеристики 3-х проводных датчиков семейства PRDCM

Именование датчиков PRDCM производится с помощью восьмипозиционного обозначения (таблица 7). Таблица 7 — Именование датчиков семейства PRDCM

Схема выхода PNP (общий минус «-»), нагрузка включается в цепь относительно минуса «-» (синий провод), замыкание коммутационного элемента на плюс «+» (коричневый провод).

Датчики PNP наиболее популярны и широко применяются в автоматизации промышленных процессах Европейскими производителями оборудования.

Бесконтактные датчики NPN

Схема выхода NPN (общий плюс «+») – нагрузка включается в цепь относительно плюса «+» (коричневый провод), замыкание коммутационного элемента на минус «-» (синий провод).

Датчики NPN в основном применяются производителями оборудования стран Юго-Восточной Азии.

Индуктивные датчики

В первой части статьи были описаны возможные варианты выходов датчиков. По подключению датчиков с контактами (релейный выход) проблем возникнуть не должно. А по транзисторным не все так просто. Нужно учитывать много нюансов: полярность, логика работы, напряжение.

Для примера показаны упрощенные схемы подключения датчиков с транзисторным выходом (рис. 1). Нагрузка, как правило, это вход контроллера.

Рис. 1, а — датчик с выходным транзистором NPN. Коммутируется общий провод, который в данном случае — отрицательный провод источника питания. Нагрузка (Load) постоянно подключена к «плюсу» (+V). Здесь активный уровень (дискретный «1») на выходе датчика — низкий (0V), при этом на нагрузку подается питание через открывшийся транзистор.

Рис. 1, б — случай с транзистором PNP на выходе. Нагрузка (Load) постоянно подключена к «минусу» (0V), подача дискретной «1» (+V) коммутируется транзистором. Этот случай — наиболее частый, так как в современной электронике принято отрицательный провод источника питания делать общим (нулевым), а входы контроллеров и других регистрирующих устройств активировать положительным потенциалом.

Напряжение на транзисторном выходе, как правило, определяется напряжением питания, обычно ограниченным узкими пределами. Например, от 18 до 30 В. На это можно посмотреть с другой стороны — сейчас большинство устройств стандартизовано по напряжениям.

Далее от теории перейдем к практическим вопросам.

Устройство и принцип действия

Индуктивный датчик LJ12A3-4-Z/BX (D-12мм)

Индукционные датчики положения, помимо электронного компаратора, содержат в своем составе следующие обязательные компоненты:

стальной корпус с разъемом для соединительного шнура;
встроенный чувствительный элемент, регистрирующий на изменения магнитного поля, выполнен в виде стального сердечника с катушкой;
исполнительный релейный модуль;
индикатор активации на светодиоде.

Конструкции различных моделей датчиков металла могут иметь некоторые отличия. Они не влияют на сам индукционный датчик, принцип работы его от этого не меняется.

Внутреннее строение индуктивного датчика перемещения

В соответствии с устройством прибора суть его работы описывается следующим образом:

перемещение металлической части контролируемого объекта приводит к изменению индуктивности чувствительного элемента датчика;
отклонение объясняется искажением его магнитного поля, следствием которого является изменение параметров электрической схемы и ее активация (светодиод загорается);
после этого срабатывает электронный модуль и посылает сигнал на исполнительное устройство;
при поступлении импульса о превышении перемещением допустимого предела выходной (релейный) узел отключает контролируемое оборудование от сети.

Каждая модель имеет собственный показатель чувствительности по перемещению — зазор смещения. Для различных образцов этот параметр варьируется в пределах от 1 микрона до 20 миллиметров.

Условное обозначение датчика приближения

На принципиальных схемах индуктивные датчики (датчики приближения) обозначают квадратом с двумя линиями в нем, повернутым на 45°. Пример на рис. 3.

На верхней схеме нормально открытый (НО) контакт (условно обозначен PNP транзистор). Вторая схема — нормально закрытый, и третья схема — оба контакта в одном корпусе.

Взаимозаменяемость датчиков

Как я уже писал в предыдущей части статьи, есть четыре вида датчиков с транзисторным выходом, которые подразделяются по внутреннему устройству и схеме включения: PNP NO; PNP NC; NPN NO; NPN NC.

Бывает, что нужного типа датчика нет под рукой, а оборудование должно работать без простоя! Хорошая новость — перечисленные типы датчиков можно заменить друг на друга.

Это реализуется следующими способами:

Переделка устройства инициации — механически меняется конструкция. Например, если NO датчик реагировал на наличие металла, то NC будет реагировать на его отсутствие. Если выход той же полярности, то не изменится ни программа, ни алгоритм работы.
Изменение имеющейся схемы включения датчика (рассмотрим подробнее ниже).
Переключение типа выхода датчика (если имеются такие переключатели на корпусе датчика).
Перепрограммирование программы контроллера (изменение активного уровня входа, изменение алгоритма программы).

Естественно, производители умалчивают о таких возможностях, чтобы продавать большое количество и номенклатуру изделий. Ниже приведен пример, как можно заменить датчик PNP на NPN, изменив схему подключения (рис. 2).

Понять работу этих схем поможет осознание того факта, что транзистор — это ключевой элемент, который можно представить обычными контактами реле.

На рис. 2, а показана схема датчика с нормально открытым выходом типа PNP. Когда датчик не активен, его выходные «контакты» разомкнуты, и ток через них не протекает. И наоборот, если контакты замкнуты, то протекающий ток создает падение напряжения на нагрузке.

При активации напряжение (+V) через открытый транзистор поступает на вход контроллера, и он активизируется. Как того же добиться с выходом NPN?

Смотрим на изменения в схеме на рис. 2, б. Прежде всего, обеспечен режим работы выходного транзистора датчика. Для этого в схему добавлен дополнительный резистор, его сопротивление обычно порядка 4,7–10 кОм. Теперь, когда датчик не активен, через дополнительный резистор напряжение (+V) поступает на вход контроллера, и вход контроллера активизируется.

Когда датчик активен, на входе контроллера дискретный «0», поскольку вход контроллера шунтируется открытым NPN транзистором, и почти весь ток дополнительного резистора проходит через этот транзистор.

Параметры индуктивных датчиков

Индуктивные датчики с различными характеристиками

Помимо диапазона срабатывания или чувствительности индуктивный датчик характеризуется следующими рабочими показателями:

Размер (диаметр) посадочной резьбы, у различных образцов принимающий значения от 8-ми до 30-ти мм.
Номинальное напряжение питания при температуре плюс 20 градусов, до 90 Вольт постоянного и до 230 Вольт – переменного токов.
Общая длина корпуса — ее значение зависит от рабочего напряжения.

Последний показатель у различных образцов может варьироваться в значительных пределах.

Для чувствительной или активной зоны прибора вводится еще один параметр, называемый гарантированным пределом срабатывания. Его нижняя граница равна нулю, а верхняя составляет 80 процентов от номинального значения. Этот показатель иногда называют поправочным коэффициентом рабочего зазора.

Не менее важный показатель функциональности чувствительного прибора – количество соединительных проводов в разъеме. Обычно их насчитывается два или три: два питающих и один для активации схемы. Однако возможны варианты подключения, при обустройстве которых используются четыре или пять контактных точек. Подобные образцы кроме двух питающих проводников содержат два выхода на нагрузку. При этом пятый проводник используется для выбора режима работы самого устройства.

Обзор емкостных датчиков CR

CR — серия емкостных цилиндрических датчиков от Autonics (рисунок 9).

Рисунок 9 — Внешний вид датчиков семейства CR

Выпускаются датчики с двух типоразмеров CR18 и CR30 с зонами чувствительности 8 мм и 15 мм соответственно.

Состояние датчика можно определить по светодиоду. Если он светиться, то ток поступает в нагрузку.

Таблица 8 — Основные характеристики 3-х проводных датчиков семейства CR

Именования датчиков серии CR включает 5 позиций: тип датчика, форму, диаметр головки, код зоны чувствительности, код типа выходного каскада (таблица 9).

Таблица 9 – Именование датчиков семейства CR

Стоит отметить и высокую степень защиты: IP66 для CR18, IP66 для CR30. Изоляционные свойства так же на высоте. Так как емкостные датчики способны обнаруживать не только металлические объекты, то спектр приложений серии CR еще шире, чем у индуктивных датчиков:

концевые выключатели станков;
детекторы автоматических линий розлива молока, пива, и т.д.;
датчики уровня жидкости;
детекторы обнаружения брака в текстильном производстве;
и т.д.

Индуктивные датчики приближения широко используются как в любительских проектах, так и в промышленной отрасли. Принцип их действия заключается в обнаружении металлических объектов вблизи чувствительного элемента. К другим материалам они не чувствительны. У разных датчиков расстояние обнаружения может отличаться. Это обусловлено конструктивным исполнением конкретного датчика и типом металла, который необходимо детектировать. Каждый производитель, как правило, указывает эти параметры в технической документации.
На сегодняшний день рынок радиолюбительских товаров может похвастаться изобилием индуктивных датчиков приближения, отличающихся между собой по какому-либо критерию. Несмотря на это, все они имеют схожее построение и принцип работы. На рисунке №1 показана обобщенная структура датчика приближения с индуктивным чувствительным элементом.

Рисунок №1 – структурная схема индуктивного датчика приближени

Как видно из вышеприведенного рисунка, с помощью высокочастотного генератора в обмотке чувствительного элемента наводится электромагнитное поле. При поднесении к датчику металлического предмета происходит изменение параметров этого поля, что в последствии фиксируется триггерной схемой. Выход триггера управляет ключевым элементом, который может коммутировать небольшую нагрузку в виде реле и т.п. Также на большинстве датчиков установлен индикатор сработки в виде светодиода. Такой подход позволяет оценить исправность датчика и выполнить его калибровку во время монтажа. Ниже, на рисунке №2, приведен один из вариантов схемного исполнения индуктивного датчика приближения.

Рисунок №2 – один из вариантов схемного исполнения датчика приближения

Следует обратить внимание на то, что производители не рекомендуют подключать к выходу датчика лампы накаливания, даже если последний рассчитан на необходимую мощность. Причина этому – низкое сопротивление нити в первый момент запуска, что может вывести индуктивный датчик из строя. На рисунке №3 показана типовая конструкция датчика приближения без корпуса.

Рисунок №3 – устройство индуктивного датчика приближения

Итак, выше была изложена обобщенная информация, которая в целом дает представление о всех видах индуктивных датчиков. Но как правильно выбрать датчик для своего проекта? Для этого нужно понимать по каким критериям они могут отличаться друг от друга.

Геометрия и материал корпуса

По типу конструкции индуктивные датчики приближения могут быть цилиндрические, квадратные, круглые, прямоугольные, U-образные (щелевого типа), кольцевые и т.п. По этому параметру, на мой взгляд, производители полностью закрывают интересы потребителя. На рисунке №4 приведены несколько датчиков разных форм.

Рисунок №4 – разновидности индуктивных датчиков приближения

Чувствительный элемент в цилиндрических датчиках расположен в их торцевой части, которая может быть выполнена из как из пластика, так и из металла. Такие датчики могут иметь разный диаметр (от 3мм и выше), а также гладкое или резьбовое исполнение.

Датчики кольцевого типа имеют форму кольца, внутри которого сконцентрировано переменное магнитное поле. Сработка происходит при прохождении металлического объекта непосредственно через кольцо.

Щелевые датчики, как правило, оснащены U-образным армированным корпусом из высокопрочного пластика. Расположенные друг напротив друга обмотки формируют в между собой переменное магнитное поле, которое позволяет фиксировать металл между двумя U-образными стержнями.

Датчики в квадратных или прямоугольных корпусах имеют монтажные отверстия, с помощью которых можно установить датчик в необходимом для контроля направлении.

При выборе датчика следует обратить внимание на материал, из которого он выполнен. Здесь может быть 3 основных варианта:

цельнометаллический – используется в жестких условиях (повышенная температура, давление и.т.п.). При этом имеет меньшую чувствительность из за экранизации катушки материалом корпуса;
пластиковый – имеет большую чувствительность, но меньшую прочность;
комбинированный (металл + пластик) – как правило такие датчики имеют металлический корпус и пластиковое покрытие чувствительного элемента.

Избирательность

По критерию избирательности существуют датчики, которые могут срабатывать как на все металлы, так и на определённые, например только на медь или только на железо. У некоторых индуктивных датчиков есть возможность определения расстояния до металлического объекта.

Тип выхода

Индуктивные датчики приближения могут иметь разные схемные решения выходных каскадов, что иногда является определяющим моментом в выборе. Существуют следующие типы выходов:

типовой транзисторный N-P-N выход (пример – рисунок №2);
типовой транзисторный P-N-P выход;
релейный выход – используется преимущественно в крупногабаритных датчиках. Особенность релейного выхода заключается в гальванической развязке между схемой питания датчика и коммутирующими контактами, что позволяет запитывать нагрузки любым напряжением.

Количество проводов для подключения

Здесь может быть несколько вариантов:

Рисунок №5 – двухпроводное подключение

Рисунок №6 – трехпроводное подключение

Рисунок №7 – четырехпроводная схема включения

Отличие N-P-N выхода от P-N-P

Как говорилось ранее, индуктивные датчики приближения с транзисторным выходом могут иметь разную проводимость (N-P-N или P-N-P). Различие этих датчиков заключается в коммутации разных полюсов через нагрузку. Датчик с P-N-P выходом коммутирует положительный полюс питания, а N-P-N – отрицательный. Более наглядно это отражено рисунке №8.

Рисунок №8 – индуктивные датчики с разными типами выходов

Как правило, все производители стараются придерживаться единого стандарта по цветовой палитре выводов. Однако перед использованием того или иного датчика рекомендуется ознакомится с документацией, которая к нему прилагается. Ниже приведена маркировка, которая наиболее часто встречается в этой отрасли:

Коричневый – положительный полюс питания (+);
Синий – отрицательный полюс питания (-);
Чёрный – выход;
Белый – в зависимости от модификации датчика может быть как вторым выходом, так и управляющим входом.

Маркировка индуктивных датчиков приближения

Маркировка индуктивного датчика приближения представляет собой цифро-буквенный шифр, который включает в себя основные параметры датчика. Каждый производитель придерживается своей маркировки, поэтому перед выбором следует заглянуть на официальный сайт и ознакомится с соответствующей информацией. В качестве примера ниже приведена расшифровка индуктивного датчика фирмы ТЕКО – ISB A0B-31N-0,8.

IS – выключатель конечный индуктивный;
B – способ установки (встраиваемый, общего применения);
A – исполнение корпуса (цилиндрический резьбовой);
0 – тип подключения (с помощью кабеля);
В – материал корпуса (латунь);
3 – трехпроводной (10-30 В);
1 – нормально разомкнутый (NO);
N – npn («общий +»);
0,8 – Зазор (номинальный), мм.

Где приобрести другие датчики для Ардуино? Купить датчики Arduino можно в нашем магазине 3DIY!

Устройство и принцип действия индуктивных и емкостных датчиков приближения

Емкостные и индуктивные датчики способны обнаруживать присутствие объекта без непосредственного контакта с ним. При этом индуктивные выключатели чувствительны только к металлическим предметам, а емкостные способны детектировать любые предметы, диэлектрическая проницаемость которых отлична от воздуха (например, воду, дерево, металл, пластик и т.д.). Рассмотрим принцип работы каждого датчика отдельно.

Основным элементом индуктивного датчика является катушка индуктивности (рисунок 2). Она подключена к генератору. Переменное электрическое напряжение на ее выводах вызывает переменное магнитное поле. Линии поля будут перпендикулярны направлению тока в витках катушки.

Рисунок 2 — Принцип работы индуктивного датчика приближения

При отсутствии вблизи катушки металлических объектов линии магнитного поля замыкаются по воздуху. А амплитуда электрических колебаний будет максимальной.

Если же к катушке приближать металлический объект, то все большая часть силовых линий начнет замыкаться через него. Индуктивность катушки начнет увеличиваться. Этот процесс схож с процессом введения сердечника. При этом рост индуктивности приведет к уменьшению амплитуды и/или частоты колебаний.

Если такую систему снабдить детектором, то по изменению амплитуды сигнала можно судить о наличии металлического объекта, его приближении или удалении.

В основе работы емкостного датчика, как следует из названия, положено использование емкостных связей. Сам датчик, по сути, представляет собой одну из обкладок пространственного конденсатора. Второй обкладкой является земля. В качестве диэлектрика выступает преимущественно воздух. Так как диэлектрическая проницаемость воздуха мала (ε=1), то емкость такого конденсатора не велика. Если же к датчику начинает приближаться некоторый объект с более высоким значением ε, то суммарная емкость начнет увеличиваться (рисунок 3).

Рисунок 3 — Принцип работы емкостного датчика приближения

Таким образом, по величине емкости можно судить о наличии объекта, его приближении или удалении. При этом материал объекта может быть практически любым, важным является только значение его диэлектрической проницаемости.

Как правило, для измерения используются схемы с преобразованием емкости в частоту или амплитуду колебаний, которые измеряются с помощью детектора. В итоге, как и в случае с индуктивным датчиком необходимо наличие двух обязательных элементов: генератора и детектора (рисунок 4).

Рисунок 4 — Структурные схемы датчиков приближения

Емкостные и индуктивные выключатели имеют выходной сигнал релейного типа (включен или выключен) (рисунок 5). По этой причине, схема датчиков имеет переключательный элемент — триггер, который для предотвращения ложных срабатываний снабжен гистерезисом.

Рисунок 5 — Формирование выходных сигналов выключателей

Рассмотрим основные характеристики бесконтактных выключателей.

Конкретный производители

Ниже — мое субъективное мнение по датчикам, с которыми приходилось иметь дело.

«ТЕКО». Для тех, кто выбирает отечественного производителя. Эта челябинская компания существует с советских времен и в настоящее время выпускает большое разнообразие датчиков. К сожалению, по моему опыту, на их долю приходится большое количество электрических отказов. Также у них слабая механическая прочность. Надеюсь, в настоящее время фирма улучшила качество продукции. Несомненное преимущество этой компании — цена, которая может быть в 2–3 раза ниже импортных аналогов (исключение Китай). Пример применения индуктивного датчика «Теко» — рис. 4.

Рис. 4 — Пример применения индуктивного датчика «TEKO»

В данном случае активатор, который проезжает мимо датчика, сместился и поломал оригинальный датчик. Выход — был установлен датчик «Теко» с большой зоной срабатывания.

AUTONICS. Оптимальный выбор по соотношению цена/качество. Эта корейская фирма выпускает большое количество датчиков с неплохим качеством. Благодаря скромным вложениям в раскрутку бренда, цены остаются весьма приемлемыми.

На рис. 5 показан пример модернизации спаивающей головки упаковочной линии.

Рис. 5 — Пример модернизации спаивающей головки упаковочной линии

В верхней части — датчик Autonics. Ранее установили электрический концевой выключатель, как на нижней части фото. Чтобы исключить проблемы с контактами, было решено установить индуктивный датчик, с чем Autonics прекрасно справился и сбои прекратились. Завершением стала прокладка дополнительного провода питания и изготовление крепежной пластины.

OMRON. Это старый раскрученный бренд, поэтому цена на эти датчики довольно высока. Однако и качество на уровне.

На рис. 6 — датчики показывают положение механизма редуктора.

Рис. 6 — Датчик показывает положение механического редуктора.

В большинстве случаев установка датчиков раскрученных брендов нецелесообразна, поэтому они устанавливаются в оборудовании высокой ценовой категории.

ALLEN BRADLEY. Этот американский бренд, как Rolls-Royce в мире моторов. Цена весьма высока, а вот качество в конкретно взятом случае подкачало: датчик, установленный на крышке бункера сыпучего вещества, перестал работать (рис. 7).

Рис. 7 — Дитчик Allen Bradley

Оказалось, проблема в контактах разъема. Их подогнули и почистили. В данном случае при грамотной установке датчик «Теко» прекрасно бы справился. Кстати, разница в цене этих датчиков — примерно в 10 раз!

Следует сказать, что в настоящее время более 90% от общего числа индуктивных датчиков имеют замену на датчики других производителей. Редко бывают случаи, когда нужен какой-то определенный тип. Как правило, это связано с габаритами и особенностями монтажа. В пределах одного предприятия целесообразно остановить выбор на одном производителе.

Александр Ярошенко, автор блога SamElectric.ru

Погрешности датчиков

Бесконтактный индуктивный датчик

Погрешность снятия показаний контрольной системой существенно влияет на работу бесконтактного индуктивного датчика. Ее общая величина набирается из отдельных ошибок измерений по различным показателям: электромагнитным, температурным, аппаратным, магнитной упругости и многим другим.

Электромагнитная погрешность определяется как случайно проявляющаяся величина. Она появляется из-за паразитной ЭДС, наведенной в катушке внешними магнитными полями. В производственных условиях этот компонент создается силовым оборудованием с рабочей частотой 50 Герц. Температурная погрешность – один из важнейших показателей, поскольку работать большинство датчиков могут лишь в определенном диапазоне температур. Она обязательно учитывается при проектировании устройств этого класса.

Погрешность магнитной упругости вводится как показатель нестабильности деформаций сердечника, возникающей в процессе сборки прибора, а также как тот же фактор, но проявляющийся при его работе. Нестабильности внутренних напряжений в магнитопроводе приводит к ошибкам в обработке выходного сигнала. Погрешность, возникающая в самом чувствительном устройстве, проявляется из-за влияния полевой структуры на коэффициент деформации металлических элементов датчика. Кроме того, на ее суммарное значение существенно влияют люфты и зазоры в подвижных частях конструкции.

Погрешность соединительного кабеля набирается из отклонений величины сопротивления его проводных жил в зависимости от температурного фактора, а также как наводки посторонних электромагнитных полей и ЭДС. Тензометрическая погрешность как случайная величина зависит от качества изготовления намоточных элементов датчика (его катушки, в частности). В различных условиях эксплуатации возможно изменение сопротивления обмотки по постоянному току, приводящее к «плаванию» выходного сигнала. Погрешность старения проявляется вследствие износа подвижных элементов датчика, а также изменения электромагнитных свойств магнитопровода.

Проверить реальную величину этого параметра удается только с помощью сверхточных измерительных приборов. При этом обязательно принимаются во внимание кинематические особенности самого датчика. При проектировании и изготовлении чувствительных элементов такая возможность заранее учитывается в его конструкции.

Для индуктивных и емкостных датчиков характерны режимы работы со многими факторами влияния, определяемыми конкретными условиями эксплуатации. Именно поэтому выбор подходящих для данной марки прибора чувствительности и набора выходных параметров является определяющим при его использовании в качестве конечного выключателя.

Заключение

Серия индуктивных датчиков PRDCM от Autonics предназначена для обнаружения металлических объектов на расстояниях до 25 мм. Существует шесть возможных конфигураций выходного каскада сенсоров этой серии: двухпроводной нормально замкнутый и нормально разомкнутый, трехпроводной NPN нормально замкнутый и нормально разомкнутый, трехпроводной PNP нормально замкнутый и нормально разомкнутый.

Результат

Вся продукция соответствует требованиям ГОСТ IEC 60947-5-2-2012 и сертифицирована и Технического регламента”О безопасности низковольтного оборудования” ТР ТС 004/2011″Электромагнитная совместимость технических средств” ТР ТС 020/2011

Этот сайт использует файлы cookie для хранения данных и сервисы статистики.Продолжая использовать сайт, вы даете свое согласие на работу с этими файлами и сервисами.

Цветовая маркировка выводов датчиков

Существует стандартная система маркировки датчиков. Все производители в настоящее время придерживаются ее.

Синий (Blue) — минус питания.
Коричневый (Brown) — плюс питания.
Черный (Black) — выход.
Белый (White) — второй выход, или вход управления.

Однако непосредственно перед монтажом нелишним будет убедиться в правильности подключения, обратившись к руководству (инструкции) по подключению. Кроме того, как правило, цвета проводов указаны на самом датчике, если позволяет его размер.