Электропневмоавтоматика 2
.pdf
40
Гпава 3
Датчики приближения В отличие от концевых выключателей датчики приближения обычно бесконтактные, и для их переключения не нужно прикладывать меха ническое усилие.
В результате такие датчики имеют большой срок службы и высокую надежность переключения. Различают следующие типы датчиков при ближения:
•Магнитные (герконы)
•Индуктивные
•Емкостные
•Оптические.
Магнитные датчики Магнитные датчики реагируют на приближение постоянного магнита. Конструктивно они состоят из пары контактов, размещенных в герметич ной стеклянной колбе, заполненной инертным газом. Магнитное поле заставляет контакты замыкаться, давая возможность току протекать через датчик. В нормально закрытых магнитных датчиках контакты в исходном положении удерживаются замкнутыми с помощью небольших встроенных магнитов. Внешнее магнитное поле преодолевает слабое внутреннее, и контакты размыкаются.
Магнитные датчики имеют большой срок службы и малое время перек лючения (примерно 0,2 мс). Они не нуждаются в обслуживании, но не могут использоваться в условиях окружающих сильных магнитных по лей (например, рядом со сварочными аппаратами).
Рис. 3.6:
Магнитный датчик (нормально открытый
контакт)
ТР201 • Festo Didactic
Индуктивные, емкостные и оптические датчики являются электронными Элек устройствами. Обычно они имеют три электрических контакта (три провода):
•Контакт для подачи питания
•Контакт для ноля
•Контакт для выходного сигнала.
Вэтих датчиках отсутствует подвижный механический контакт. Вместо этого выходной провод электрически подключается к шине питания или
кнолю (= выходное напряжение О В).
Относительно полярности выходного напряжения различают два типа |
Датчи |
электронных датчиков: |
или о |
• В датчиках с положительным переключением выходное напряжение |
перек |
равно нолю, если поблизости нет объекта. Если же объект (часть |
|
машины или заготовка) приблизятся к датчику, он переключается, |
|
ина выходе появляется напряжение.
•В датчиках с отрицательным переключением выходное напряжение равно напряжению питания, если поблизости нет объекта. Если же объект (часть машины или заготовка) приблизятся к датчику, он переключается, и на выходе напряжение упадет до О В.
42
Гпава 3
Индуктивные |
Индуктивный датчик состоит из электрического осциллятора (1), триг- |
датчики приближения |
гера (2) и усилителя (3). При подаче на датчик напряжения осциллятор |
|
генерирует высокочастотное переменное магнитное поле, волны кото |
|
рого направлены перед чувствительным элементом датчика. Если в |
|
пределах действия этого поля окажется электропроводный объект, |
|
осцилляции ослабляются. Триггер и усилитель подают сигнал на выход. |
|
Индуктивные датчики могут использоваться для обнаружения объектов |
|
из материалов, хорошо проводящих электрический ток. Кроме метал |
|
лов сюда относится, например, графит. |
|
С х е ма работы |
|
Условное обозначение |
|
Металл |
|
') |
|
Функциональная схема |
|
1 |
Осциллятор |
Рис. 3.7: |
2 |
Триггер |
3 |
Усилитель |
Индуктивный да тчик приближения
ТР201 - Festo Didactic
Емкостной датчик состоит из емкости и сопротивления, которые вместе |
Емко |
образуют RC-осциллятор, а также из цепи оценки частоты. Между |
датч |
анодом и катодом емкости образуется электростатическое попе, а |
|
перед датчиком — рассеянное поле. Когда в пределах рассеянного поля |
|
оказывается материальный объект, емкость изменяется, осцилляции |
|
затухают. На выходе появляется сигнал. Емкостные датчики реагируют |
|
не только на токопроводящие материалы (такие как металлы), но также |
|
на изоляторы и диэлектрики (такие как: пластмассы, стекло, керамика, |
|
жидкости и дерево). |
|
Емкостной датчик приближения
Схема работы Условное обозначение
Функциональная схема
чь- |
/ 1 |
О |
1 |
2 |
3 |
1 |
Осциллятор |
|
|
2 |
Триггер |
Рис. 3. |
|
3 |
Усилитель |
||
Емкост |
датчик
44
Гпава 3
Оптический Эти датчики для обнаружения объекта используют оптику и электронику датчик приближения — красный или инфракрасный свет. Особенно надежными источниками такого света являются полупроводниковые светодиоды. Они небольшие и прочные, имеют большой срок службы и легко управляются. В качест ве приемников (ресиверов) используются фотодиоды или фототран зисторы. Красный свет имеет то преимущество, что он видим, и это упрощает настройку датчика. Для передачи света часто используют оптоволоконные кабели, внутри которых свет с такой длиной волны
затухает медленно.
Различают три типа оптических датчиков:
•Односторонний световой барьер
•Отражательный световой барьер
•Диффузионный отражатель.
Односторонний световой барьер
Датчик состоит из двух отдельных частей — излучателя и приемника. Они установлены таким образом, что луч излучателя направлен на ресивер. Если луч будет прерван объектом, на выходе датчика изме нится сигнал.
Схема работы |
Условное обозначение |
Излучатель |
Приемник |
Излучатель |
Приемник |
Рис. 3.9:
Односторонний световой барьер
ТР201 • Festo Didactic
44
Гпава 3
Оптический Эти датчики для обнаружения объекта используют оптику и электронику датчик приближения — красный или инфракрасный свет. Особенно надежными источниками такого света являются полупроводниковые светодиоды. Они небольшие и прочные, имеют большой срок службы и легко управляются. В качест ве приемников (ресиверов) используются фотодиоды или фототран зисторы. Красный свет имеет то преимущество, что он видим, и это упрощает настройку датчика. Для передачи света часто используют оптоволоконные кабели, внутри которых свет с такой длиной волны
затухает медленно.
Различают три типа оптических датчиков:
•Односторонний световой барьер
•Отражательный световой барьер
•Диффузионный отражатель.
Односторонний световой барьер
Датчик состоит из двух отдельных частей — излучателя и приемника. Они установлены таким образом, что луч излучателя направлен на ресивер. Если луч будет прерван объектом, на выходе датчика изме нится сигнал.
Схема работы |
Условное обозначение |
Излучатель |
Приемник |
Излучатель |
Приемник |
Рис. 3.9:
Односторонний световой барьер
TP201 ' Festo Didactic
45
|
|
|
|
Гпава 3 |
Е э т о м датчике излучатель и приемник смонтированы вместе в одном |
Отражательный |
|||
•:опусе. Отражательный элемент устанавливается так, что бы луч |
световой барьер |
|||
излучателя практически полностью направлялся от него назад в прием- |
|
|
||
-.*< Если объект перекрывает луч, сигнал на выходе датчика изме |
|
|
||
л е т с я . |
|
|
|
|
|
С х е м а работы |
Условное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обозначение |
|
|
' е м н и к |
Приемник |
|
|
|
|
Излучатель |
Рефлектор |
|
|
|
Рефлектор |
|
|
|
|
|
|
Рис, |
3.10: |
|
|
|
Отражательный |
|
|
|
|
световой барьер |
|
I э т о м оптическом датчике излучатель и приемник также смонтированы |
Диффузионный |
|||
вместе в одном корпусе. Если на пути луча излучателя попадается |
отражатель |
|||
: съект, луч отражается от объекта и попадает на приемник, что вызы |
|
|
||
вает переключение сигнала на выходе. Из-за своего принципа работы |
|
|
||
:/ффузионный отражательный оптический датчик может обнаруживать |
|
|
||
съекты, которые имеют поверхности с хорошей отражающей способ- |
|
|
||
: с т ь ю (например, поверхности из полированного металла или ярко |
|
|
||
•фашенные). |
|
|
|
|
|
С х е м а работы |
Условное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обозначение |
|
|
!риемник |
Приемник |
|
|
|
Излучатель |
Излучатель |
|
|
|
Е |
I |
|
Рис. |
3.11: |
|
|
|
||
Диффузионный
отражатель
Festo Didactic • ТРР01
46
Гпава 3
Датчики давления Существует несколько типов датчиков давления:
•Реле давления с механическим контактом (бинарный выходной сигнал)
•Реле давления с электронным переключением (бинарный выходной сигнал)
•Электронный датчик с аналоговым выходным сигналом.
Механическое |
В реле давления с механическим переключением давление действует |
|
реле давления |
на поверхность толкателя. Если усилие от давления превышает усилие |
|
|
пружины, толкатель перемещается и заставляет переключиться кон |
|
|
такты реле. |
|
|
2 |
4 |
>Р
X
Рис. 3.12: Реле давления с приводом от толкателя
ТР201 • Festo Didactic
47
Гпава 3
Диафрагменные (мембранные) реле давления стали применяться более |
Электронные |
широко. В них нет механического воздействия на контакт, а выход |
реле давления |
переключается электронным способом. С мембраной, которая воспри |
|
нимает давление, связан датчик давления или датчик усилия, сигнал с |
|
которого оценивается электронной схемой. Как только давление пре |
|
вышает установленное значение, сигнал на выходе реле изменяется. |
|
Конструкцию и принцип работы аналогового датчика давления рас смотрим на примере датчика фирмы Festo SDE-10-10V/20mA.
На рис. 3.13 а показана пьезорезисторная измерительная ячейка датчика давления. Переменный резистор 1 меняет свое значение, когда на мембрану начинает действовать давление. Через контакты 2 резистор подключен к электронному блоку оценки, который и вырабатывает выходной сигнал.
На рис. 3.13 б показана конструкция всего датчика.
На рис. 3.13 в дана характеристика датчика, представляющая зависи мость выходного электрического сигнала от входного давления. Уве личение давления приводит к увеличению напряжения на выходе датчика. Давлению 1 бар соответствует напряжение 1 В, давлению 2 бара — напряжение 2 В и т. д.
Аналоговые датчики давления
Festo Didactic * ТР201
48
Гпава 3
1 Переменный резистор
2Контакты
3Мембрана
б)
L )
w
//
/
|
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
Корпус |
|
|
5 |
Измерительная ячейка |
2 |
Крышка |
|
6 |
Усилитель |
|
3 |
Силиконовый гель |
7 |
Подвод кабеля |
||
4 |
Уплотнительное кольцо |
|
|||
Напряжение
U
|
|
Рис. 3.13: |
|
Конструкция |
и |
выходная |
|
характеристика |
|
аналогового |
Давление р |
датчика |
давления |
||
(Festo |
SDE-10-10V/20mA) |
|
|
ТР201 • Festo Didactic