Безконтактни превключватели за движение

Безконтактните превключватели за движение (релсови преобразуватели, работещи без механично действие от движещия се ограничител) се използват в управляващите вериги за електрически задвижвания на машини, механизми и машини. Сензорните превключватели са предназначени за превключване на управляващи вериги чрез електромагнитни релета или безконтактни логически елементи, което се извършва под въздействието на управляващия елемент.

Класификация на превключвателите за близост

Безконтактните ходови превключватели могат да бъдат класифицирани според: начин на действие върху чувствителния елемент, физически принцип на работа на преобразувателя, дизайн, клас на точност, степен на защита.

Според метода на въздействие върху чувствителния елемент безконтактните ходови превключватели могат да бъдат разделени на механични и параметрични превключватели.

При превключватели от първи тип управляващият елемент директно механично въздейства върху първичното задвижване на безконтактния краен прекъсвач, който взаимодейства безконтактно с чувствителния елемент. При превключватели от втори тип, в зависимост от положението на управляващия елемент, който не е механично свързан с превключвателя за близост, се променя физически параметър на преобразувателя. Определена стойност на този параметър променя състоянието на релейния елемент.

Класификацията на безконтактни ходови превключватели според физическия принцип на работа на преобразувателя включва следните видове:

Индуктивни превключвателиизградени върху промяна индуктивност, взаимна индуктивност, както и индуктивни превключватели.

Понастоящем повечето от предлаганите на пазара безконтактни превключватели за пътуване са индуктивен апарат.

На свой ред преобразувателите на индуктивни превключватели за близост могат да бъдат изградени съгласно следните схеми: резонансна, автогенератор, диференциал, мост, директно преобразуване.

Магнитни индуктивни ключове, които се основават на следните принципи: ефект на Хол, магниторезистор, магнитодиод, магнитотиристор, тръстиков превключвател.

Капацитивни превключватели: с променяща се площ на плочите, с променяща се междина между плочите, с променяща се диелектрична константа на пролуката между плочите.

Фотоелектрически превключватели с елементи: фотодиод, фототранзистор, фоторезистор, фототиристор.

Фотоволтаични превключватели и превключватели на съседни лъчи, в които заедно с лъчите на видимата светлина могат да се използват лъчи с различна физическа природа, например радиоактивно излъчване.

По дизайн безконтактните крайни превключватели се подразделят на: слот, пръстен (половин пръстен), равнина, край, ключове с механично задвижване, многоелементни превключватели.

Разделянето на безконтактните крайни превключватели на крайни и равнинни версии е до известна степен условно, тъй като движението на управляващия елемент спрямо чувствителната повърхност може за някои видове безконтактни крайни превключватели да се извършва както в паралелни, така и в перпендикулярни равнини. В този случай неговото преференциално използване може да се вземе като основа.

Клас на точност (стойността на основната грешка) безконтактните превключватели за движение са разделени на превключватели с ниски (приблизително ± 0,5 mm или повече), средни [приблизително ± (0,05-0,5) mm], увеличени [приблизително ± (0,005-0,05) mm ] и висока (приблизително ± 0,005 mm или по -малко) точност.

Безконтактните крайни превключватели могат да имат различна степен на защита срещу проникване на чужди тела и проникване на вода в апарата. Характеристиките на степента на защита на сензорите за близост и класификацията, свързана със степента на защита, съответстват на характеристиките и класификацията, приети у нас и в чужбина за електрическо оборудване и електрически устройства с напрежение до 1000 V.

Технически характеристики на превключвателите за близост

Техническите характеристики на безконтактните ходови превключватели включват прецизни (метрологични) характеристики, скорост, електрически характеристики, габаритни и монтажни размери и тегло, номинални и допустими условия на работа, показатели за надеждност, цена и др.

Една от основните характеристики на безконтактните ходови превключватели, която пряко засяга неговата конструкция и редица други технически характеристики, се определя от геометрично разположение на управляващия елемент спрямо чувствителната повърхност по време на работа… За превключватели за близост в равнина основната характеристика се приема като работен клирънс — разстоянието между чувствителната повърхност на превключвателя и управляващия елемент, на който превключвателят работи. Основната характеристика на крайния превключвател е максималното разстояние на влияние, т.е. максималното разстояние между чувствителната повърхност на превключвателя и управляващия елемент, при което е възможна промяна в неговото състояние на превключване. Основната характеристика на слотовите и пръстенови превключватели е ширина на слота и вътрешен диаметър на пръстена съответно тези ключове.

Към характеристиките на точността безконтактните превключватели на хода включват основната грешка, допълнителни грешки от промените в температурата на околната среда и промените в захранващото напрежение, както и максималната обща грешка. Характеристиките на точност на безконтактните превключватели на хода включват и диференциала на хода, т.е. разликата между координатата на точката на задействане на безконтактния ход на превключвателя и координатата на точката на нейното изключване, когато управляващият елемент се премести в противоположна посока.

Скорост (време за реакция) на превключвателя за близост — това е времето между момента на установяване на работната координата и момента на достигане на стойността на стационарно напрежение на изхода на безконтактния краен прекъсвач. Познавайки големината на скоростта на безконтактния превключвател за движение, е възможно да се определят динамичните грешки в работата на безконтактните ходови превключватели, когато скоростта на движение на управляващия елемент се промени.

Електрически характеристики на превключвателите за близост включва необходимите параметри на захранването (захранване) и характеристиките на натоварване. Параметрите на захранващата мрежа включват: вид ток (постоянен, променлив), захранващо напрежение и неговите допустими отклонения, ниво на пулсации, консумирана мощност от прекъсвач за близост или консумация на ток, честота на мрежата (за променлив ток). Характеристиките на натоварване на безконтактните ходови превключватели са видът на товара (реле, микросхема и др.). изходното напрежение, мощност или ток, извлечени от товара.

Към показатели за надеждност и издръжливост на безконтактните ходови превключватели включват преди всичко: вероятността от безпроблемна работа за определен период на работа или за определен брой операции и експлоатационния живот на безконтактен краен превключвател.

Най -важните параметри също трябва да включват габаритни и монтажни размери безконтактни превключватели за движение.

Изисквания за превключватели за близост

Едно от най -важните изисквания за крайните превключватели е изискването за висока надеждност на тяхната работа. В сравнение с друго електрическо оборудване, включително електронно, крайните превключватели работят в най -трудните условия, тъй като са разположени директно в работните зони на технологичните машини, където има широк диапазон от температури, вибрации и удари, силни електромагнитни полета, замърсяване от чипове и възможни са различни течности.

Крайните превключватели може да са необходими за работа при високи работни честоти при високи скорости на движение на органите за управление.

Техническите данни на контактните крайни превключватели не винаги позволяват да отговарят на изискванията. Това е особено характерно за автоматизирано технологично оборудване със сложно електрическо оборудване, съдържащо голям брой контактни крайни превключвателикато линии на автоматични машини, конвейери с горно изтласкване и други разклонени транспортни системи, леярско и металургично оборудване и др. Това важи и за тежкотоварно оборудване с голям брой операции за единица време, като например ковашко и пресово оборудване.

В много от горните случаи, когато се използват контактни крайни превключватели, е невъзможно да се осигури приемлива надеждност на работата на автоматизирано технологично оборудване и освен това тези ключове трябва периодично да се сменят на работното оборудване поради техния кратък експлоатационен живот по отношение на от общия брой операции.

По правило превключвателите за близост са високо надеждни, способни да работят с висока честота на операциите и имат дълъг експлоатационен живот по отношение на общия брой операции. Важно предимство на безконтактните превключватели за движение е, че тяхната надеждност (вероятността за безпроблемна работа за определен период) практически не зависи от честотата на операциите.

Увеличаването на надеждността на оборудването при използване на безконтактни ходови превключватели се улеснява и от факта, че безконтактните превключватели за движение могат да се включват само когато е необходимо. В случай на използване на крайни превключватели на контактите, превключването на контактите става при всяко натискане на гърбицата, независимо дали тези контакти са включени в електрическата верига или не.

Някои изисквания към превключвателите за близост също се дължат на условията на работа.

Основните условия на околната среда, които трябва да се вземат предвид, обикновено са променливо захранващо напрежение и температура на околната среда. В рамките на определените граници на промени във външните условия безконтактните крайни превключватели трябва да поддържат работоспособност и необходимата точност. Работата на прекъсвачите не трябва да бъде значително повлияна от влажността на околния въздух, както и от надморската височина над морското равнище в границите, приети за крайните превключватели.

Изискванията, които обикновено се налагат на безконтактните ходови превключватели, са способността да заемат всяко работно положение в пространството и липсата на влияние на основния материал, върху който са инсталирани, и металните тела в контакт с тялото на безконтактния ход . Работата на сензорите за близост не трябва да се влияе от вибрации и удари, както и от проникването на масло, емулсия, вода, прах.

Най-високата честота на задействане на безконтактни ходови превключватели когато се използва като товар, електромагнитно реле може на практика да достигне 120 операции в минута. Ако електронните устройства се използват като натоварване на превключватели за близост, тогава честотата на работа на системата може да бъде значително по -висока.

Прекъсвачи за близост на генератора

Принципът на действие на безконтактните ходови превключватели на генератора се основава на промени в параметрите на колебателната верига на генератора под външно влияние. Такъв променящ се параметър, който преобразува движението на управляващия елемент в променящ се електрически сигнал, обикновено е индуктивността или капацитетът на колебателната верига или взаимната индуктивност между бобините на веригата. В безконтактните крайни превключватели с индуктивен генератор от краен тип, управляващият елемент, който е проводяща плоча, въвежда, когато се приближава, смущение във високочестотното електромагнитно поле, създадено от индуктивната намотка на осцилаторната верига.

В същото време в контролния елемент, вихрови токовесъздаване на собствено електромагнитно поле. Електромагнитно поле вихровите токове имат обратен ефект върху бобината на преобразувателя, причинявайки промени в активното и реактивното съпротивление в него и следователно промяна в сигнала на изхода на осцилатора по честота и амплитуда от началните стойности, съответстващи на значително разстояние на управляващия елемент до стойностите на тези параметри, съответстващи на това положение на управляващия елемент, при което има рязка промяна в състоянието, праговото устройство. Тази промяна в изходния сигнал на осцилатора в крайна сметка се регистрира от задвижването.

Изходният сигнал на осцилатора е колебание на напрежението с честота няколкостотин килохерца. На изхода на праговото устройство този сигнал трябва да пристигне еднополюсен. Следователно, токоизправител е свързан между генератора и праговото устройство.

BVK-24 прекъсвачи за близост

Широко разпространени превключватели за близост от тип слот с транзисторни усилватели, работещи в режим генератор. На фиг. 1, а показва общ изглед на превключвателя тип BVK-24. Неговата магнитна верига, разположена в кутията 4, се състои от две феритни сърцевини 1 и 2 с въздушна междина 5-6 мм широка между тях. В сърцевина 1 има първична намотка wk и намотка с положителна обратна връзка wp.c, в сърцевина 2 — намотка с отрицателна обратна връзка wо.s. Такава магнитна верига елиминира влиянието на външни магнитни полета. Бобините за обратна връзка са свързани последователно — срещуположно. Като превключващ елемент се използва алуминиево венчелистче (плоча) 3 с дебелина до 3 мм, което може да се премества в слота (във въздушната междина) на магнитната система на сензора.

Безконтактен превключвател за движение BVK -24: а — общ изглед; b — електрическа принципиална схема

Ако венчелистчето е извън сърцевината, тогава разликата между напреженията, индуцирани в намотките wpc и wo.c, ще бъде положителна, транзисторът VT1 е затворен и генерирането на постоянни трептения във веригата wc — C3 (фиг. 1, b ) не се случва. Когато венчелистче се въведе в слота на сензора, връзката между бобините wk и wо.c се отслабва (следователно венчелистчето се нарича и екран), към основата на транзистора VT1 се подава отрицателно напрежение и то се отваря. Във веригата wk — C3 се генерира и променлив ток, който индуцира ЕМП в бобината wp.с в основната верига на транзистора. В базовата верига на транзистора VT1 се открива променливият компонент на базовия ток. Транзисторът се отваря, причинявайки реле К.

За стабилизиране на работата на транзистора с колебания в температурата и напрежението се използва нелинеен делител на напрежение, състоящ се от линеен елемент — R1, полупроводников термистор R2 и диод VD2.

Грешката при отговора е 1-1,3 мм. Захранващото напрежение на превключвателя BVK-24 е 24 V.

Схема на включване на безконтактния превключвател BVK

Схема на последователно включване на два безконтактни превключвателя BVK

Схема на паралелно свързване на два безконтактни превключвателя BVK

KVD безконтактни превключватели

Безконтактните крайни превключватели от типа KVD са предназначени за превключване на електрически вериги за управление и сигнализация по време на автоматизация на различни системи. Електрическата схема включва осцилатор и транзисторен спусък. Когато метална плоча се въведе в работната междина, настъпва намаляване на коефициента на обратна връзка, причинявайки срив в генерирането, спусъка се преобръща и се отваря нормално затворен изходен транзистор, който задейства реле или логически елемент. Захранващо напрежение — 12 или 24 V

Безконтактни крайни превключватели BTB

Превключвателите BTB са предназначени за превключване на вериги за управление чрез релета или чрез съвпадащи елементи на безконтактни логически елементи. Превключвателите променят състоянието на превключване (действие), когато се приближават до чувствителния елемент на конструктивния стоманен елемент за управление. Превключвателите работят на принципа на управляван генератор, превключването става при приближаване към чувствителния елемент на управляемата част или контролен елемент, изработен от конструкционна стомана.

Всички превключватели са оборудвани със защитни вериги срещу обратна полярност на захранващото напрежение и пренапрежение при изключване на индуктивни товари. Превключвателите BTP 103-24, BTP 211-24-01 и BTP 301-24, в допълнение към горните схеми за защита, са оборудвани със защитна верига срещу претоварване и късо съединение в товарната верига. Захранващо напрежение на BTB ключове — 24 V.