Бесконтактные датчики (БД). Виды и применение. Особенности

Бесконтактные датчики (БД) в отличие от своих контактных аналогов способны работать без непосредственного воздействия на них контролируемого объекта. В данном случае их срабатывание происходит на расстоянии, зависящем от характеристик самого чувствительного элемента.

Разновидности БД

Материальной средой или промежуточным звеном при работе таких приборов чаще всего являются электромагнитные, магнитные или электрические поля. В соответствие с этим бесконтактные датчики подразделяются на следующие разновидности:

Оптические изделия.
Индуктивные приборы.
Емкостные датчики.

Первый тип объединяет большую группу изделий, отличающихся по своей конструкции и принципу действия.

Оптические бесконтактные датчики

На (Рис.-1) представлено несколько вариантов контроля упаковки картонных коробок или сосудов с жидким наполнителем.

Рис.-1

Первый тип оптических датчиков относится к категории «T» и называется «барьерным». В этом случае луч от отдельного источника света, проходя по прямой линии, встречает на своем пути непрозрачное препятствие. Поддерживаемый ранее по световому каналу ток в приемнике с датчиком падает до нуля, что регистрируется исполнительным устройством.

В рефлекторных системах (категория «R») световой луч формируется в самом датчике и направляется на контролируемые объекты. По другую сторону конвейера располагается зеркальная поверхность (рефлектор), отражающая пучок света под углом 180 градусов. Отраженный луч поступает на приемное устройство, имеющееся в датчике.

Если уровень жидкости в контролируемом сосуде соответствует норме – световой канал перекрыт, что регистрируется в исполнительном модуле в виде отсутствия тока. При меньшем количестве наполнителя свет беспрепятственно проходит через стекло и, отражаясь от зеркала, попадает обратно в приемник. Это событие отмечается по протеканию тока в исполнительной цепи.

Диффузионные бесконтактные датчики (категория «D») отличаются от рефлекторных тем, что в этом случае направленный луч отражается не от зеркальной поверхности, а от самих контролируемых предметов.

Индуктивные и емкостные датчики

Несмотря на определенные достоинства оптических чувствительных приборов, индуктивные и емкостные датчики превосходят их по целому ряду показателей. К их основным достоинствам относят:

Простоту конструкции.
Неприхотливость в работе.
Дешевизну и длительные сроки эксплуатации.

Принцип работы индуктивного датчика состоит в замыкании контактов при попадании в зону его чувствительности любой металлической детали. Такие приборы срабатывают дистанционно за счет наводимой в них ЭДС индукции и последующего преобразования ее в полезный сигнал. Емкостные датчики переключаются при изменении напряженности электрического поля, образованного обкладками разнесенного в пространстве конденсатора.

Преимущества и недостатки различных видов оптических приборов

К преимуществам датчиков барьерного типа относят:

Достаточно большие расстояния, на которых можно контролировать состояние объекта (до 150 м).
Высокая помехозащищенность.
Простота устройства самого датчика.

Его минусы проявляются в необходимости точной фокусировки луча при большой удаленности от контролируемого объекта и «тонкой» настройки приемника.

Датчики типа «R» привлекают внимание пользователей простотой своей конструкции, но нуждаются в дополнительных отражающих поверхностях. Их диффузионные аналоги, рассчитанные на небольшие удаления от контролируемого объекта, имеют миниатюрные размеры и удобны в эксплуатации.

Где применяются бесконтактные датчики различного типа

Оптические контрольные приборы широко применяются практически во всех сферах хозяйственной деятельности, включая следующие важные области:

Нефтехимическая и газовая отрасли.
Машиностроение.
Станкостроение.
Пищевая промышленность и др.

В большинстве из перечисленных областей датчики бесконтактного типа устанавливаются в узлы систем автоматического управления (АСУП). В пищевом секторе промышленности они применяются на конвейерных линиях с целью контроля состояния готового продукта, его упаковки или дозировки.

Емкостные бесконтактные датчики чаще всего востребованы в системах защиты объектов от несанкционированного проникновения на охраняемую территорию. Их индуктивные аналоги выполняют функцию чувствительных элементов в системах управления задвижками и другими составляющими запорной арматуры.

Beskontaktnye datchiki 3

Промышленные изделия, их характеристики и схема подключения

Из всего многообразия бесконтактных датчиков в качестве примера возьмем индуктивное устройство, известное под обозначением «ВБИ». Его основные технические характеристики, это:

Чувствительность, определяющая расстояние, на котором срабатывают контакты.
Напряжение, подаваемое на рабочую часть датчика.
Номинальный ток в нагрузочной цепи.
Степень защиты устройства (IP).
Климатическое исполнение.

У большинства изделий марки ВБИ расстояние срабатывания S (чувствительность) составляет порядка 1-2-х см. Напряжение питания различных датчиков индуктивного типа варьируется в диапазоне от 10 до 30 В, а рабочий ток может принимать значения до 0,2 А.

Уровень защищенности устройства от действия неблагоприятных и разрушающих факторов (пыли, грязи и влаги) соответствует показателю IP67. Климатическое исполнение большинства таких датчиков – У1, что указывает на допустимость их применения в регионах с умеренным климатом.

Схема включения датчика ВБИ

Схемное представление датчика, используемого в качестве коммутирующего элемента:

Skhema

Для образования рабочей цепи потребуется дополнить схему нагрузочным элементом, в качестве которого обычно используется сигнальный светодиод. Для ограничения тока через индикатор срабатывания датчика в нее дополнительно вводится понижающий напряжение резистор величиной 1 кОм. Из схемы видно, что при подключении индуктивного датчика плюс напряжения подается на коричневый провод, а минус – на проводник в синей изоляции, соединенный с одним концом нагрузки.

Beskontaktnye datchiki 4

Если коммутации всех нагрузочных элементов выполнены правильно (без ошибок) – после введения в рабочую зону датчика крупного металлического предмета он обязательно сработает (переключится). Об этом судят по яркому свечению включившегося сигнального светодиода. Убедиться в том, что на неметаллические предметы датчик не реагирует. Можно так, нужно взять жестяную или пластмассовую баночку из-под канифоли и поднести ее к области чувствительности прибора (в этом случае не должно ничего измениться).

Вместо светодиода в качестве нагрузочной цепи допускается использовать входные элементы цифровой логической схемы. В этом случае бесконтактные датчики марки ВБИ при срабатывании выдают сигнал «логической единицы» напряжением более 3,7 В. Этот перепад уровней может использоваться в качестве сигнальной посылки в современных цифровых устройствах.

Бесконтактные датчики положения

Такие приборы предназначены для выявления предметов, людей или животных в чувствительной зоне, размеры которой определяются параметрами датчика. По характеру взаимодействия с обнаруживаемым объектом эти изделия относятся к категории емкостных устройств. С их помощью удается убедиться в наличии объекта в определенной зоне, находясь от него на значительном удалении. К этому типу бесконтактных датчиков также относятся ультразвуковые и оптические приборы.

Оптические датчики позиционирования

К данному классу бесконтактных устройств относят фотоэлектрические датчики, работающие совместно с исполнительным коммутационным узлом.

Эти приборы применяются в следующих целях:

Бесконтактное обнаружение объектов.
Определение их точного местоположения.
Сортировка или подсчет деталей в самых различных отраслях, включая автомобиле- и машиностроение.
В полиграфии при обработке материалов.

Добавим к этому, что бесконтактные датчики положения используются в робототехнике, при упаковке тары, а также при проведении сборочных операций и при контроле качества.

Оптические инфракрасные приборы с функцией выключателей фиксируют отражающие или прерывающие луч объекты, после чего информация об этом поступает на исполнительный узел. Входящие в его состав коммутационные элементы, собранные на мощных полупроводниковых приборах, переключают управляющее устройство в нужный режим.

Для выполнения этой функции используются следующие типы оптических переключателей:

С отражением от контролируемой детали.
С отражением от специального рефлектора (катафота).
Методом так называемой «разнесенной оптики».

Современные лазерные технологии также используются в бесконтактных датчиках. За счет их применения удается решать задачи обнаружения различных объектов с очень высоким разрешением.