Индукционный датчик своими руками

Принцип работы и виды индуктивных датчиков, способы подключения

Работа на промышленных предприятиях требует внедрения автоматической системы управления. С этой целью применяется разное оборудование, способное обеспечить бесперебойное функционирование производственных машин. Для контроля металлических объектов не редко используют бесконтактные индуктивные датчики, обладающие как положительными, так и отрицательными качествами. Но главное, что они отличаются небольшими размерами и прекрасно выполняют возложенные функции, поэтому пользуются популярностью и у производителей бытовой и даже медицинской техники.

Общее описание и назначение

Индуктивным датчиком принято называть устройство, способное преобразовывать механические перемещений контролируемых объектов в электрический сигнал. Представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, объединенных с магнитопроводом и подвижным якорем, который регистрирует измерения линейного или углового размера и, перемещаясь, влияет на показатель индуктивности, изменяя ее в одну или другую сторону. Благодаря такой особенности, бесконтактные датчики активно используются в качестве элементов контроля положения металлических объектов.

По схеме построения индукционные датчики принято разделять только на 2 отдельных вида: одинарные и дифференцированные.

Устройства только с одним магнитопроводом. Такая схема обычно применяется при разработке бесконтактных выключателей.

Дифференциальные

Отличаются наличием сразу 2-ух магнитопроводов, каждый из которых специально сделанных в виде «ш». Это позволяет взаимокомпенсировать воздействие, оказываемое на сердечник, повышая таким образом точность производимых измерений. По сути, схема представляет из себя систему из 2-ух датчиков, соединенных общим якорем.

Устройство и схема

Индукционный датчик, как и любое электронное устройство, состоит из связанных друг с другом узлов, обеспечивающих бесперебойность его работы. В качестве основных элементов аппарата можно выделить следующее.

Ключевой задачей генератора является создание магнитного поля, на основе которого, в частности, строится принцип действия индукционного датчика, а также образуются зоны активности с объектом.

Триггер Шмидта

Триггер Шмидта представляет собой отдельный элемент, основным назначением которого считается обеспечение гистерезиса в процессе переключения устройства.

Усилительное устройство используется в качестве элемента, способного повышать значение амплитуды импульса, что позволяет сигналу быстрее достигать необходимого параметра.

Специальный индикатор

Диодный индикатор, свидетельствующий о фактическом состоянии контроллера. Кроме того, светодиод используется для обеспечения достаточного контроля функционирования индукционного датчика, а также, чтобы обеспечить достаточную оперативность в процессе настройки.

Компаунд предназначается для защиты устройства, поскольку может предотвратить попадание жидкости, в частности воды, внутрь корпуса индукционного датчика, а также снижает риск загрязнения оборудования, так как пыль может спровоцировать его поломку.

Принцип работы

Принцип действия основывается на изменениях амплитудного значения колебаний генераторного узла при попадании в активную зону устройства объекта определенных размеров. В процессе подачи электропитания на концевик оборудования в районе его чувствительной части формируется изменяющееся магнитное поле. Оно наводит в находящемся в рабочей зоне датчика материале вихревые токи, ведущие к изменению амплитуды электромагнитных колебаний.

В результате начнет вырабатываться выходной сигнал, который в процессе может изменяться в зависимости от фактического расстояния между устройством и объектом контроля.

Чтобы контролировать функциональность индукционного датчика, а также определять уровень его сигналов, надо разбираться в параметрах устройства.

Напряжение питания

Представляет собой диапазон допустимого напряжения, в рамках которого устройство работает корректно.

Минимальный ток переключения

Это минимально возможное значение электрического тока, которое обязательно должно поступать к датчику для обеспечения его работы.

Рабочие расстояния

Это максимально допустимое расстояние от устройства до железного квадрата миллиметровой толщины. При этом данное значение уменьшается, если используется другой материал.

Частота переключения

Это максимально возможное количество переключений, которые можно сделать в течение одной секунды.

Способ подключения

Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения.

Трехпроводные

Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока.

Четырехпроводные

Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку.

Двухпроводные

Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать.

Внимание! При подключении устройства к источнику постоянного тока следует помнить о полярности выводов.

Пятипроводные

Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства.

Цветовая маркировка

Все электротехническое оборудование, в том числе проводники, обязательно имеет цветовую маркировку. Ее принято наносить для удобства последующих монтажных работ и дальнейшего обслуживания. Это правило должно соблюдаться и в случае с индукционными датчиками. Их выходные проводники маркируются следующими цветами:

  • минус обычно указывается синим;
  • плюс — красным;
  • выход — черным;
  • белый — дополнительный выход или же вход управления, что определяется типом используемого датчика.

Погрешности

Погрешности в процессе преобразования диагностических значений оказывают влияние на способности индукционных датчиков выдавать достоверную информацию. К основным из них можно отнести следующие.

Электромагнитная

Данную погрешность принято учитывать только в качестве случайной величины. Как правило, она возникает в ходе индуцирования ЭДС в индукционной катушке в результате внешнего воздействия сторонними магнитными полями. Это происходит в процессе производства из-за силовых электроустройств. Они образуют магнитные поля, что впоследствии и формирует электромагнитную погрешность.

От температуры

Эта погрешность тоже выступает в качестве случайного значения, поскольку работа большого числа элементов индукционного датчика напрямую зависит от температурных показателей, поэтому это ключевая величина, которая даже учитывается в процессе проектировки подобного оборудования.

Магнитной упругости

Обычно такая погрешность может проявляться как следствие нестабильности деформации магнитопровода устройства в процессе сборки самого датчика, а также при деформационных изменениях во время работы. Кроме того, оказываемое нестабильным электронапряжением воздействие на магнитопровод оборудования вызывает снижение качества передаваемого сигнала на выходе.

Деформация элементов

Данная погрешность, как правило, проявляется в результате воздействия измеряющей силы на значение деформации частей индукционного датчика, а также под влиянием усилий, оказываемых на нестабильные деформирующие процессы. Кроме того, не меньшее влияние на нее могут оказывать люфты и зазоры, образовавшиеся в подвижных элементах конструкции устройства.

Такая погрешность обычно проявляется от непостоянного значения сопротивления, в случае деформации самого провода и под влиянием температуры. Также подобным образом может сказаться наводка внешними полями ЭДС в кабеле.

Данная погрешность может проявляться при износе движущихся элементов самого устройства, а также в случае постоянно изменяющихся магнитных свойств используемого магнитопровода. Ее принято считать, строго говоря, случайным значением. В процессе определения данной погрешности учитывают кинематику конструкции индукционного датчика, а во время проектирования подобного оборудования максимальный эксплуатационный срок рекомендуется определять только при работе в обычном режиме, чтобы при этом износ не успел превысить установленного значения.

Технологии

Погрешности технологии проявляются в случае отклонений от технического процесса производства, при явном разбросе технических параметров катушек и остальных элементов во время сборки, влиянии допущенных зазоров при соединении устройства. Для ее измерения принято использовать механическое измерительное оборудование.

Сферы использования

Возможная область применения индукционных датчиков настолько велика, что позволяет использовать их не только в быту и автомобилестроении, но и в промышленности с робототехникой, а также медицине.

Медицинские аппараты

Индуктивные датчики широко используются при производстве медицинского оборудования, поскольку магнитные свойства устройства позволяют регистрировать легочную вентиляцию, параметры вибрации, а также снимать баллистокардиограммы.

Бытовая техника

В бытовом плане датчики могут выступать в качестве приспособления контроля водоснабжения, уровня освещения и положения двери (закрыта или открыта), поэтому используются при производстве, к примеру, стиральных машин и другой бытовой техники. Кроме того, устройства применяются в процессе создания элементов «умного дома».

Автомобильная промышленность

Используется индукционный датчик и в автостроении, выступая в роли контроллера, определяющего положение коленчатого вала. При приближении металлического объекта, в данном случае, зуба шестерни, к устройству, генерируемое встроенным постоянным магнитом магнитное поле увеличивается, что приводит к наведению в катушке переменного напряжения.

Читать еще:  Поворотный стол для фрезерного станка своими руками

Внимание! Некоторые производители для повышения эффективности стараются изменить конструкцию индукционного датчика, к примеру, используя внешние магниты для его активации.

Робототехническое оборудование

В случае с робототехникой, индуктивным датчикам нашли применение в производстве беспилотных аппаратов и промышленных роботов для повышения их чувствительности к препятствиям и способности распознавать объекты, а также устройствах, для которых важна самобалансировка.

Промышленная техника регулирования и измерения

Широко используются в работе систем транспортеров, упаковочных аппаратов и сборочных линий, а еще в составе всех видов станкового оборудования и запорной арматуры. Также индуктивные датчики помогают контролировать мелкие и крупные элементы промышленной техники (зубцы шестеренок, стальные флажки, штампы), объекты производства (металлические изделия, листы металла, крышки) и т.п. Кроме того, при их подключении к импульсным счетчикам можно в результате получить элементарное, но крайне эффективное считывающее устройство.

Индукционные датчики следующего поколения

Благодаря новым разработкам в этой области, были созданы усовершенствованные модели индукционных датчиков следующего поколения. Принцип работы остался прежним, однако подверглась тщательной переработке конструкция устройства. В результате датчики теперь оснащаются тонкими платами, распечатанными на 3D-принтерах, и современной цифровой электроникой. Кроме того, их производят на гибких подложках, что избавляет от необходимости использования традиционных кабелей и разъемов. Так что пользоваться устройствами можно даже в тяжелых погодных условиях.

К преимуществам новых разработок можно отнести следующее:

  • снижение стоимости и веса, более компактные размеры;
  • возможность выбора практически любых форм-факторов;
  • повышение точности реагирования на металлические объекты;
  • возможность проведения замеров, связанных со сложной геометрией, в двух или трех измерениях;
  • упрощение конструкции;
  • возможность устанавливать несколько индукционных датчиков близко друг к другу из-за высокой электромагнитной совместимости.

Все это позволило увеличить эффективность и доступность устройства, а также расширить сферу его применения.

Индукционный датчик своими руками

Приветствую уважаемых радиолюбителей. Предлагаемый вашему рассмотрению индукционный датчик может использоваться во многих устройствах – сигнализациях отрывания дверей или снятия с полок товаров, в тахометрах, в искробезопасных указателях уровня жидкостей, вместо прерывателей в бензиновых двигателях, в элементах автоматики, к примеру в отключении клапана набора воды в ёмкостях. Схема взята из классических её прототипов, но упрощена и сбалансирована. Она достаточно проста, но, при этом и надёжна, и отличается чёткостью своей работы, легко изготавливается, налаживается и встраивается в различные устройства.

Схема принципиальная датчика

Для более чёткого рассмотрения картинки — сохраните её на ПК и увеличьте.

Схема построена как генератор с индуктивной обратной связью. Колебательный контур на элементах: L2, C2 задаёт частоту, катушка L1 и ёмкость C1 обратной связи обеспечивают генерацию, резисторы: R2, R4 задают режим транзистора по постоянному току и стабилизируют его. Развязку по высокой частоте обеспечивает цепочка: R1, C3.

Важно! Ёмкость С3 должна быть импульсной, хорошего качества и номиналом как указано в схеме.

Формирователь выходного сигнала выполнен по схеме удвоения напряжения на элементах: C4, C5, VD1, VD2, R3 диоды любые высокочастотные, резистор R3 подбирается в зависимости от необходимой скорости убывания выходного напряжения при срыве генерации. При наличии металлического лепестка между катушками генерация срывается.

Печатная плата изготавливается из фольгированного стеклотекстолита, для её крепления используется 2 мм. отверстие, в которое вставляется болт с надетой на него ограничивающей бобышкой (или просто кусок хлорвиниловой трубки от капельницы) и зажимается всё гаечкой, либо болт вкручивается в нарезанную на каком-то основании резьбу.

Изготовление индуктивного датчика

Файл и чертёж проекта можно скачать по ссылке. Катушки L1 и L2 без сердечников. L2 содержит 30 витков провода ПЭВ-1 (0.1-0.12 мм). L1 20-30 витков провода ПЭВ-1 (0.1-0.12 мм.) в зависимости от щели-расстояния в датчике (подбирается опытным путём, но при щели около 2 мм. 23-26 витков). Мотаются катушки на оправке (маленькое 1-1.5 мм. сверло, или иголка, кусок проволоки) между двумя картонными щёчками, после закрепляются клеем и снимаются с оправки, щёчки отбрасываются тоже. Толщина катушек два — три диаметра провода, мотаются в навал. Обе готовые катушки надеваются на пластиковый стержень, который после можно вынуть, между катушек ставится полиэтиленовая или фторопластовая прокладка подходящей толщины (полиэтилен и фторопласт отстаёт от застывшей эпоксидной смолы).

Из прессшпана вырезается крестовидная развёртка коробочки, в её дне прокалывается четыре отверстия, в которые продевают гибкие многожильные провода для выводов катушек, к ним подпаивают концы катушек, развёртку сгибают для получения коробочки, обматывают скотчем или изолентой, продевают насквозь ещё один пластиковый штырь (пластик после извлекается и получается отверстие для крепления), центрируется и крепится также штырь с катушками и, наконец, заливают эпоксидкой. Гибкими выводами катушки подпаиваются каждая на своё место, фазируются для получения генерации, датчик крепится на своё место, рядом с ним плата генератора.

В нынешнее время такие катушки или подобные им можно найти во многих уже не нужных, сломанных или устаревших устройствах, к примеру в флоппи-приводах. Есть и готовые и катушки и датчики, но не всегда их можно приобрести, и не всегда это дёшево. Ну и сделать своими руками тоже для кого-то удовольствие, особенно если будет работать не хуже, а где-то и лучше готовых изделий.

Фотографий готового устройства нет, так как мопед продал, а прибор был в нём. Так же как и плата самого зажигания, к которому и подсоединён этот датчик. Теперь возможно только побробнейшее описание и ответы на вопросы интересующихся на форуме. Но зажигание вместе с этим датчиком действительно было на порядок лучше промышленного. Искрами в лабораторном испытании даже киповскую бумагу поджигало. Ребята шутили — зачем тебе теперь бензин? На макулатуре будешь ездить. В общем схема отличная, рекомендую! Автор статьи — ПНП.

Самодельные датчики

Электронный датчик — это прибор, изменяющий свое состояние в зависимости от внешних воздействий и преобразующее их кинетическую, механическую, акустическую (и др.) энергию в электрический ток. В статье описываются варианты изготовления и применения датчиков различного назначения.

Почти любой датчик может быть изготовлен несколькими разными способами. Даже в обычных бытовых и «полевых» условиях можно изготовить простые датчики самостоятельно, без потери их качества. Сами по себе датчики являются только частью электрического устройства (как элемент — частью схемы). Радиолюбительские датчики применяются повсеместно в непрофессиональной аппаратуре, изготовленной самими радиолюбителями.

Механические датчики

На рис.1 показан вариант плоского механического датчика. Монтируя один или несколько таких датчиков под любым современным (мягким) «половым» покрытием, к примеру, ковролином, линолеумом, или, как иной вариант, даже под обоями на стене, удается необычным образом управлять нагрузкой в электрической цепи 220 В, например освещением. Такой вариант уместен в прихожей, там, где «половые» механические датчики, представляющие собой две проводящие электрический ток пластины — плоские кнопки на замыкание, являются элементами электронного устройства, управляющего слаботочным электромагнитным реле, включающим освещение. В качестве примера простейших механических датчиков промышленного изготовления с контактами на замыкание приведу пример участка плоской клавиатуры (калькулятора или иного устройства).
При нажатии ногой или рукой на плоскость такого датчика (или нажатии рукой на определенное место на стене квартиры, офиса, если датчики-кнопки установлены под обоями) фольгированные контакты датчика замыкаются, и импульс слабого тока по соединительным проводам поступает на электрическую схему управления. Чувствительность такого плоского датчика высокая — он реагирует даже на небольшую нагрузку (собака или кот весом более 2 кг, пройдясь по датчику, способен включить свет). Важно для широкого круга читателей, что его вполне можно изготовить самостоятельно, применив смекалку, относительно тонкий диэлектрик и небольшое количество фольги (пищевой, оберточной или иной).

Как видно из рис.1, на плотную фольгу (толщина листа 1 мм) накладывают картон (толщина 1…2 мм) с прорезанным внутри отверстием, а уже сверху на него накладывают еще один слой фольги. К токопроводящей фольге (вполне подходит плотная фольга на бумажной основе) аккуратно припаивают тонкие гибкие проводники, к примеру, провод МГТФ-0,07.

Читать еще:  Изготовление строительных блоков своими руками

Весь получившийся «бутерброд» затем ламинируют для механической надежности датчика и изоляции его от внешней среды, включая возможную влажную среду. Ламинировать можно с помощью специальной пленки (продается в магазинах канцтоваров) для ламинаторов.

Вариант ламинирования двух электрических пластин с диэлектриком между ними

В качестве материала для альтернативного ламинирования используют полиэтиленовую папку-карман для бумаг или школьных принадлежностей — ее нужно разрезать по размеру датчика, вложить фольгу и картон внутрь и через тряпочку прогладить утюгом. Можно просто обклеить датчик скотчем. Если в схеме управления используются помехоустойчивые элементы, то длина соединительных проводов от датчиков до элементов электрической схемы может составлять несколько метров.

Если изготовить такой датчик в несколько слоев, чередуя проводник и диэлектрик, то получившийся «толстый бутерброд» можно использовать как датчик силы воздействия (нажима), или даже как датчик взвешивания людей (прообраз напольных весов). Вариантов применения механического плоского датчика много, а его особенностью, как рассмотрено выше, является возможность легкой маскировки. Плоский датчик надежен и долговечен.

Акустические датчики

На рис.2 и рис.3 показаны две разные электрические схемы весьма чувствительного акустического датчика, вырабатывающего пачки импульсов при звуковом воздействии, отличном от спокойного акустического фона. Схема на операционном усилителе (рис.2) использует в качестве датчика воздействия пьезоэлемент.Такой вариант неоднократно публиковался в сочетании с другими типами операционных усилителей (далее — ОУ), поэтому он не претендует на оригинальность. В качестве пьезоэлемента использован капсюль ЗП-22, который из-за невысокой чувствительности реагирует только на удары, однако с успехом может применяться в охранных устройствах, например, для охраны целостности стеклянных окон. Для этого капсюль нужно надежно приклеить к стеклу, и датчик будет выдавать одиночные импульсы при ударах по стеклу и при постукиваниях в районе расположения капсюля.

Чем больше площадь стекла (охраняемой зоны), тем более чувствительным должен быть датчик. Он может применяться для охраны со стороны внешних стекол и витрин в магазинах и офисах.

Чем больше сопротивление резистора R4 на входе компаратора, тем чувствительнее схема. С выхода компаратора (вывод 6) импульс поступает на ключевую схему. Конденсатор C1 (К50-24, К50-29, К50-35) фильтрует помехи по питанию.На рис.3 показан более чувствительный вариант акустического датчика. В качестве микрофона ВМ1 используется любой угольный микрофон от старых телефонных аппаратов (МК-10, МК-16-У и аналогичные).

В таких микрофонах находится угольный порошок, очень чувствительный к сотрясениям и звуковым волнам, он изменяет сопротивление микрофона по постоянному току. Эти импульсы и улавливает усилитель на транзисторах VT1-VT4.

Транзисторный усилитель НЧ собран таким образом, что коэффициент усиления второго каскада вдвое больше, чем у первого. На электрической схеме показан усилитель с большой чувствительностью, однако, если такая чувствительность не является необходимой, то можно обойтись только одним каскадом на составном транзисторе /Т1,VT2.

Усилитель НЧ работоспособен в широких пределах напряжения питания схемы.

С коллектора последнего транзистора пачки импульсов поступают на ключевую или формирующую последовательность импульсов схему (к примеру, одновибратор). Усиление эффективно регулируется резистором R1 (чем больше его сопротивление, тем чувствительнее схема) и в незначительных пределах резистором R6.

Многие знают о недостатках угольных микрофонов, и я здесь не буду скрывать их от читателя. Действительно, отрицательной особенностью устройства на основе приведенной схемы является его инерционность, обусловленная свойствами самих угольных микрофонов. Но для некоторых радиолюбительских разработок приведенная электрическая схема практически незаменима по своей простоте, эффективности и «финансовому» взносу, ведь угольный микрофон можно приобрести практически за бесценок.

Проводники от микрофона к электрической схеме должны иметь минимальную длину. Транзисторы можно применять любые из серий КТ3107, КТ361 или аналогичные импортные.

Рассмотренные варианты схем акустических датчиков могут найти разное практическое применение, к примеру, использоваться как акустический датчик, реагирующий на разговор в помещении и включающий локальную электрическую подсветку (бра).

Если корпус устройства вместе с микрофоном смонтировать на полу, то тогда устройство будет оповещать о приближении человека задолго до его подхода к датчику. Звук от шагов человека по полу передается на несколько метров, таким образом, вариантов применения акустического датчика в 2-4-комнатной «обычной» квартире (деревенском доме) даже на устаревшем угольном микрофоне очень много.

Индуктивный датчик

Его вариантов также несколько.

На рис.4 показан относительно простой датчик, реагирующий на магнитное поле, создаваемое переменным током. Когда вблизи обмотки катушки L1 протекает даже небольшой переменный ток (десятки мА), он «наводится» в катушке и передается на усилительный каскад на составном транзисторе.Усилитель для этой схемы (вместо VT1 и VT2) может быть любой конфигурации, но обязательно с большим коэффициентом усиления по току. Катушку наматывают проводом ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,1…0,15 мм «внавал», 2500 витков, на любом подходящем картонном, деревянном или пластмассовом каркасе диаметром 8 мм. Внутрь каркаса вставляют сердечник из феррита марки 600-2000НН. Длина каркаса соответствует длине сердечника и находится в пределах 25…40 мм.

С положительной обкладки конденсатора С2 снимается переменное напряжение, наведенное в катушке L1. Если в качестве катушки применить магнитную антенну (используемую для приема радиостанций в диапазонах ДВ и СВ), можно получить прибор, реагирующий на радиоволны определенной длины. Как необычный вариант катушки, можно использовать катушку, в том числе «плоскую» намотку из магнитной карты доступа, представленной (в раскрытом виде) на рис.5.

Чувствительность устройства регулируют резистором R1 задающим смещение на составном транзисторе. Чем больше сопротивление переменного резистора, тем чувствительнее схема.

Для оптимального режима усиления (так как напряжение питания этой схемы может быть разным) номинал резистора R2 подбирают так, чтобы ток, потребляемый этим узлом от источника питания, был в пределах 2 мА.

На практике датчик улавливает переменный ток от 50 мА в проводке на расстоянии до 5 см от него. Длина проводов от катушки L1 до входного каскада электрической схемы (для исключения наводок) должна стремиться к минимуму.

переменным током. Когда вблизи обмотки катушки L1 протекает даже небольшой переменный ток (десятки мА), он «наводится» в катушке и передается на усилительный каскад на составном транзисторе.

Усилитель для этой схемы (вместо VT1 и VT2) может быть любой конфигурации, но обязательно с большим коэффициентом усиления по току. Катушку наматывают проводом ПЭВ или ПЭЛ диаметром 0,1…0,15 мм «внавал», 2500 витков, на любом подходящем картонном, деревянном или пластмассовом каркасе диаметром 8 мм. Внутрь каркаса вставляют сердечник из феррита марки 600-2000НН. Длина каркаса соответствует длине сердечника и находится в пределах 25…40 мм.

С положительной обкладки конденсатора С2 снимается переменное напряжение, наведенное в катушке L1. Если в качестве катушки применить магнитную антенну (используемую для приема радиостанций в диапазонах ДВ и СВ), можно получить прибор, реагирующий на радиоволны определенной длины. Как необычный вариант катушки, можно использовать катушку, в том числе «плоскую» намотку из магнитной карты доступа, представленной (в раскрытом виде) на рис.5.Чувствительность устройства регулируют резистором R1 задающим смещение на составном транзисторе. Чем больше сопротивление переменного резистора, тем чувствительнее схема.

Для оптимального режима усиления (так как напряжение питания этой схемы может быть разным) номинал резистора R2 подбирают так, чтобы ток, потребляемый этим узлом от источника питания, был в пределах 2 мА.

На практике датчик улавливает переменный ток от 50 мА в проводке на расстоянии до 5 см от него. Длина проводов от катушки L1 до входного каскада электрической схемы (для исключения наводок) должна стремиться к минимуму.

Датчик тока

Конструкция устройства показана на рис.6.Этот датчик представляет собой геркон с намоткой по всей длине стеклянного корпуса изолированного обмоточного провода диаметром 0,08…0,1 мм. Намотка «внавал» содержит 300-400 витков (в зависимости от практического назначения датчика).

Когда по обмотке протекает электрический ток, геркон под воздействием магнитной индукции замыкает / размыкает (в зависимости от типа геркона) контакты, коммутируя электрическую цепь.

Читать еще:  Газовая горелка своими руками на пропане

На основе этого датчика радиолюбитель может самостоятельно изготовить «токовое реле», соединив один из контактов геркона с концом обмотки, как показано на рис. 7.Сразу после замыкания в электрической цепи, протекающий через нагрузку ток создает падение напряжения на обмотке L1.

Падение напряжения на обмотке прямо пропорционально силе тока в этой цепи. Наведенное напряжение создаст небольшое электромагнитное поле, которое будет достаточным для воздействия на контакты геркона, которые (согласно схеме, показанной на рис.7) заблокируют саму электрическую цепь.

Когда нагрузка обесточится (или ток в ее цепи уменьшится, что может произойти в силу разных причин), падение напряжения на L1 уменьшится, уменьшится магнитное поле, и контакты геркона разомкнутся.

Чувствительность такого датчика зависит от количества витков L1 и силы тока в цепи. Токовое реле, как и электромагнитный датчик, имеет много вариантов применения в радиотехнических конструкциях.

Литература

1. Кашкаров А.П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики // СПб.: Наука и Техника, 2007.

2. Кашкаров А.П. Датчики в электронных схемах: от простого к сложному. — М.: ДМК Пресс, 2013.

Автор: Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург

Источник: Радиоаматор №11/12, 2014

Принцип работы и подключение индуктивных датчиков

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).

Устройство и принцип действия

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.

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.

Параметры индуктивных датчиков

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.

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.

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.

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

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.

Погрешности датчиков

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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector