Индуктивные датчики PromPower. Типы, характеристики, схемы включения

Для тех, кто хотя бы немного имеет дело с промышленной автоматикой, индуктивный датчик – деталь незаменимая. В разнообразном оборудовании, где что-то крутится или перемещается, без датчиков не обойтись. Можно сказать, что они являются «органами чувств» для контроллера или релейной автоматики.

По сигналам, получаемым от датчиков и органов управления, работает внутренняя схема  согласно заложенному алгоритму – включаются электродвигатели, различные приводы, индикация. Кроме того, благодаря датчикам система может работать в автоматическом режиме, выпуская продукцию почти без участия человека. А если человек совершил неправильное действие – датчики безопасности помогут предотвратить аварию.

Наиболее распространенный вид датчиков – индуктивные. Если коротко сказать про их принцип действия, можно обойтись парой слов: они реагируют на приближение металла. Поэтому другое название индуктивных датчиков – датчики приближения.

Если вам интересно узнать, какие индуктивные датчики встречаются в природе, и чем они отличаются – предлагаю обсудить параметры и разновидности индуктивных датчиков на примере ассортимента компании PromPower. А в конце статьи я покажу пример практического подключения датчика.

У меня на блоге несколько статей на эту тему, если интересно, читайте по метке датчики.

Основные параметры индуктивных датчиков PromPower

Рассмотрим по порядку, какие бывают параметры у индуктивных датчиков. Для начала пройдёмся по тем данным, которые есть в обозначениях индуктивных датчиков PromPower. А для примера возьмём датчик KJ118-D08PA-D355-LY.

Индуктивный датчик PromPower KJ118-D08PA-D355-LY

Название нашего датчика на первый взгляд кажется сложным, но сейчас мы с вами его расшифруем.

Всё сложное всегда состоит из простых частей.

Система обозначения датчиков у PromPower имеет такой вид:

Система обозначения индуктивных датчиков PromPower

Теперь подробно пройдёмся по позициям кода обозначения датчика.

1. Тип датчика. К – индуктивный

Скоро в ассортименте PromPower появятся другие типы датчиков, поэтому названия датчиков могут начинаться с других букв. Следите за новостями.

2. Монтаж. J – заподлицо, Т – незаподлицо

Датчики, которые имеют конструкцию с монтажом заподлицо, используются для более точных механизмов. Особенность такого монтажа – при монтаже на объект весь корпус датчика спрятан и защищен от возможных ударов и других воздействий. Чувствительная часть датчика не выступает за крепежный элемент. Иногда их трудно заметить со стороны движущихся элементов.

Монтаж датчика заподлицо. Внизу фото – алюминиевая направляющая, по которой катается массивная тележка (вес вместе с грузом – более тонны). Зеленый кружок чуть выше – индуктивный датчик, смонтированный заподлицо, который дает сигнал о перемещении тележки

Как в шутке про суслика: «Ты видишь датчик? А он есть!»

Датчик PromPower, если взглянуть поближе, выглядит так:

Датчик заподлицо – чувствительная часть имеет выступ менее 1 мм.

Датчики с монтажом незаподлицо обладают большей чувствительностью (в 2 раза выше, чем у датчиков с монтажом заподлицо), поскольку их конструкция имеет выступающую на несколько миллиметров часть.

Пример. У нас на заводе по вине механиков постоянно ломался индуктивный датчик положения. Причина -пластина с отверстиями, которая его активировала, имела люфт несколько миллиметров. Американцы, которые проектировали это оборудование, почему-то запроектировали датчик с монтажом заподлицо, и нам приходилось ловить доли миллиметра, чтобы всё работало корректно. Слишком далеко – датчик мог не сработать, слишком близко – пластина рано или поздно ломала датчик.

Тип датчика выбран неправильно

Выход был найден красивый: просто поставили датчик с монтажом незаподлицо (с большим расстоянием срабатывания). Для сравнения – и у PromPower, и аналогов датчики диаметром 12 мм, как на фото, имеют зону срабатывания 4 мм (модели с монтажом заподлицо) и 8 мм (незаподлицо).

Если движущиеся металлические детали обладают сравнительно большими размерами, а удары по сенсорной части датчика исключены, датчики с монтажом незаподлицо идеально выполняют свою функцию. Однако, их не рекомендуется использовать в точных механизмах из-за большой зоны срабатывания.

Наш датчик: KJ – монтаж заподлицо

3. Материал. 1 – никелированная латунь, 2 – нержавеющая сталь

Латунь применяется для изготовления корпусов датчиков диаметров 12, 18 и 30 мм, где играет роль масса изделия. Сталь применяется для миниатюрных датчиков с диаметром 8 мм, где решающее значение имеет прочность.

Наш датчик: KJ1 – никелированная латунь

4. Диаметр. 08 – 8 мм, 12 – 12 мм, 18 – 18 мм, 30 – 30 мм

От диаметра корпуса прежде всего зависит чувствительность датчика. Чем больше размер датчика, тем больше его активная зона, тем он чувствительнее. Если индуктивный датчик должен срабатывать от небольших деталей в ограниченном пространстве, то обычно выбирают диаметр 8 или 12 мм. Если же срабатывание происходит от массивных деталей, траектория которых к тому же может иметь некоторый люфт – лучше использовать диаметры 18 или 30 мм.

Наш датчик: KJ118 – диаметр корпуса 18 мм

5. Форма. D – цилиндрический корпус с резьбой

Теоретически индуктивные датчики могут иметь и другую форму корпуса – например, прямоугольную или в виде шайбы.

Наш датчик: KJ118-D – цилиндрический корпус

6. Расстояние срабатывания. 02 – 2 мм, 04 – 4 мм, 08 – 8 мм, 16 – 16 мм, 25 – 25 мм

Это число определяет максимальное расстояние, на котором гарантируется стабильная работа датчика. Разумеется, при меньшем расстоянии датчик также будет работать. Например, датчик с расстоянием срабатывания 16 мм будет срабатывать при приближении к нему металлического предмета на расстоянии 0…16 мм.

Расстояние срабатывания напрямую коррелируется с диаметром датчика и с его конструкцией (монтаж заподлицо/незаподлицо). При прочих равных условиях самым большим расстоянием срабатывания будут обладать датчики большого диаметра с монтажом незаподлицо.

Наш датчик: KJ118-D08 – расстояние срабатывания 8 мм

7. Тип выхода. Р – PNP, N – NPN

Это информация для тех, кто будет подключать датчик к контроллеру или другому устройству. Если вы знакомы со схемами подключения транзистора, то слова “общий эмиттер” для вас – не пустой звук. Именно эта схема используется для выходного каскада всех транзисторных датчиков. В схеме ОЭ транзисторный выход типа PNP коммутирует положительный полюс источника питания. Соответственно, выход NPN коммутирует минус. Полярность транзисторного выхода индуктивного датчика выбирается в зависимости от полярности активного сигнала входа контроллера, преобразователя частоты или другого устройства, куда подключается датчик.

От типа выхода напрямую зависит схема включения датчика. Для нашего образца схема будет такая:

Схема подключения индуктивного датчика PromPower KJ118-D08PA-D355-LY

Кстати, эта же схема наряду с названием нанесена на этикетку датчика:

KJ118-D08PA-D355-LY схема включения на этикетке

Этикетка приклеена прочно, оторвать её можно только при наличии большого желания и инструмента. Но только зачем?

Наш датчик: KJ118-D08Р – тип транзисторного выхода PNP

8. Режим срабатывания. А – нормально открытый (НО), В – нормально закрытый (НЗ)

Речь идет о состоянии датчика, когда он неактивен. В нашем случае это ситуация, когда рядом с сенсорной частью датчика нет металла. Проще всего понять этот параметр, проведя аналогию с контактами реле – они тоже бывают типов НО и НЗ, и эти состояния определяются при отсутствии питания на катушке управления. В индуктивных датчиках в качестве управляющего сигнала выступает металлический активатор, который приближается к датчику.

Не путайте – если на датчике загорелся индикатор, не обязательно он “закрылся”. Свечение индикатора означает только то, что датчик активен. А пропускает через себя он ток или нет – зависит от режима срабатывания.

Индикатор есть на всех датчиках PromPower

Чаще всего на практике используются нормально открытые датчики – у них более понятная логика работы. У них напряжение активного уровня поступает на выход, когда датчик становится активным. Если датчик не активирован, напряжения на его выходе нет.

НЗ датчики используют для аварийных концевых выключателей – по аналогии с релейными (контактными) электромеханическими датчиками. Пример схемы, где на НЗ индуктивных датчиках собрана схема ограничения перемещения механизма:

Применение нормально закрытых (НЗ) индуктивных датчиков. Выходы датчиков подключены ко входам контроллера

Кто напишет в комментариях – у НЗ датчиков выход “замкнут” всегда, или только при наличии питания? И какое основное преимущество НЗ датчиков перед НО датчиками?

Наш датчик: KJ118-D08РА – НО режим срабатывания

9. Рабочее напряжение. D – 10…36 VDC

Уровень напряжения питания в этих пределах выбирается не просто так. От напряжения питания зависит, какое напряжение будет на выходе датчика. В свою очередь, от напряжения на выходе датчика зависит, сработает или нет вход контроллера или реле, которые управляются этим датчиком. Если говорить более детально, возьмем для примера реле с катушкой управления 24 VDC. Если мы будем питать датчик напряжением 12 В, реле не почувствует изменения уровня напряжения на выходе датчика. Поэтому единственно возможный вариант в данном случае – питание от источника 24 В.

Можно сказать, что все индуктивные датчики PromPower имеют универсальное питание – ведь 99% современного промышленного оборудования имеют цепи управления с напряжением 12 или 24 В постоянного тока.

Есть ещё одна тонкость – как на любом полупроводниковом переходе, на датчике падает некоторое напряжение (порядка 1,5 В, в зависимости от типа транзисторного выхода и тока нагрузки). Кроме того, возможно падение на проводниках и других элементах схемы. Поэтому для компенсации падения напряжения для питания датчиков необходимо применять источники питания с регулировкой напряжения. Например – блок питания PromPower NDR-120-24. Читайте статью до конца, я покажу реальное подключение датчика к этому БП.

Наш датчик: KJ118-D08РА-D – рабочее напряжение 10…36 VDC

10. Тип подключения. 3 – встроенный кабель длиной 2 метра, S8 – разъем М8, S12 – разъем М12

Все индуктивные датчики PromPower – трехпроводные. Это оптимальный вариант – двухпроводные капризны к нагрузке, а 4- и 5-проводные служат для экзотических целей – они могут иметь вход управления и выходы разного типа.

Разные типы подключения имеют свои плюсы и минусы.

Встроенный кабель нужно паять или подключать на клеммы на плате. Это дешево, но не всегда удобно. Если датчик нужно заменить – это займёт некоторое время, что в условиях производства не всегда приемлемо.

Разъемы позволяют заменить датчик за минуту, не обладая никакими знаниями по подключению. При этом понадобится только гаечный ключ. Разъемы М8 и М12 имеют стандартные размеры и распиновку, которая одинакова в датчиках любых брендов.

По опыту скажу, что в 90% случаев причина замены датчиков – механическая поломка.

М8 можно назвать миниатюрным, он имеет трехпроводное исполнение, и используется только в датчиках диаметром 8 мм. М12 применяется во всех остальных датчиках.

Кроме скорости подключения, есть ещё один большой плюс датчиков с разъемом – исключена ошибка при подключении. Чего не скажешь о датчиках с кабелем – нужно быть внимательным, чтобы провод нужного цвета подключить туда, куда нужно. Кстати, о цветах проводов в кабелях датчиков. Они стандартные:

1. BN (Brown, Коричневый) – положительный провод питания,
2. WT (White, Белый) – выход (как правило, отсутствует),
3. BK (Black, Чёрный) – выход,
4. BU (Blue, Голубой) – отрицательный провод питания.

И кабель датчика, и кабель с разъемом имеют на конце такие провода:

Провода подключения датчика – коричневый, черный, синий

11. Длина. 45, 48, 50, 53, 55 мм

Фактически, это габарит датчика. Длина напрямую зависит от диаметра датчика, типа монтажа (заподлицо/незаподлицо), и наличия разъема.  Этот параметр важен для конструкторов оборудования.

12. LY – внутренний код производителя

Тут без комментариев.

Особенности датчиков, которые не входят в обозначение

Расскажу ещё про несколько характеристик индуктивных датчиков PromPower, которые не входят в обозначение.

Максимальная пульсация – речь идет о пульсациях выпрямленного напряжение, которым питается датчик. 10%, о котором говорится в документации – это с огромным запасом, у большинства современных БП пульсации составляют менее 1%.

Ток без нагрузки < 10 мА – это ток потребления в активном или пассивном состоянии, когда нагрузка не подключена.

Ток при максимальной нагрузке 200 мA – это максимальный нагрузочный ток. Если нагрузка имеет такое сопротивление, что ток будет больше 200 мА, то выход датчика перейдет в режим защиты от КЗ.

Ток утечки < 0,01 мA. Это ток через нагрузку, когда датчик не должен пропускать ток (“открытое” состояние). При этом напряжение на нагрузке (учитывая,  что её сопротивление не может быть равно бесконечности) будет почти нулевым.

Перепад напряжения < 1,5 В. Это потери напряжения, которые возникают за счет особенности работы транзисторных схем. Я писал об этом выше, в подразделе Рабочее напряжение.

Частота коммутации – частота, с которой может переключаться выход датчика. Например, вы можете установить датчик для контроля вращения двигателя. Если двигатель крутится слишком быстро (датчик работает с частотой выше частоты коммутации), возможен пропуск сигнала. Если нужно большее быстродействие – меняйте конструкцию или используйте энкодер.

Пример – датчик установлен на кожухе охлаждения двигателя горелки, и реагирует на металлическую пластину, закрепленную на роторе. Поскольку движок на 3000 об/мин, частота оборота пластины 50 Гц. Пластина двойная, итого 100 Гц. Благодаря тому, что пластина несимметричная, контроллер может определять не только на частоту, но и на направление вращения.

Применение индуктивного датчика для контроля вращения двигателя

Время отклика 0,1 мс / 0,1 мс. Этот параметр тесно связан с частотой коммутации, и говорит о длительности фронта сигнала на выходе. Иначе говоря, это максимальное время реакции датчика – от появления / исчезновения активатора в зоне срабатывания до появления /исчезновения сигнала на выходе.

Гистерезис при переключении < 15%. Это очень полезная функция, она позволяет устранить дребезг и ложные срабатывания датчика.

Точность повторения < ±1,0%. Этим параметром PromPower гарантирует степень идентичности характеристик и габаритов датчиков одного наименования.

Степень защиты IP67. Параметр говорит о том, что датчики могут работать в самых сложных условиях – при наличии песка, грязи, под прямыми струями воды, и даже с кратковременным погружением. Конечно, я не рекомендую доводить оборудование до такого состояния, но даже в таких условиях датчик точно не будет самым слабым звеном.

Рабочая температура -25°C ~ +70°C. Такой диапазон не означает, что за его пределами датчик откажется работать. Это значит, что датчик может давать сбои, и его работа производителем не гарантируется.

Температурный дрейф < ±10%. Речь идет о дрейфе электрических параметров в пределах рабочей температуры – например, возможно изменение зоны срабатывания.

Защита от КЗ. Полезная функция, которая сейчас по умолчанию присутствует во всех датчиках, источниках питания и других полупроводниковых устройствах. Защита от КЗ значительно повышает надежность оборудования в целом.

Практический пример подключения индуктивного датчика PromPower

Практический пример с нашим датчиком: я подключил его к блоку питания, на выход датчика подключил вольтметр. То есть, датчик работал без нагрузки. Точнее, нагрузка была в сотни килоом, и ею можно пренебречь.

Общий вид испытательной установки для теста датчика Prom Power. На этом фото – датчик активен

Что я выяснил:

1. Напряжение на выходе при неактивном датчике – 0,5 В. Именно это напряжение формирует ток утечки в несколько миллиампер.
2. Напряжение на выходе, когда датчик активен – 24 В. То есть, перепад напряжения без нагрузки отсутствует.
3. Расстояние срабатывания – 8 мм, что соответствует заявленному.

Фото подключения:

Цепь питания 220 В, подаче напряжения на блок питания через автомат. Датчик пассивен

Питание и подключение датчика

Проверка датчика в штатном режиме показана на видео:

Испытания и краш-тесты.

Мне было интересно, как отреагирует датчик в непростых ситуациях, в которых он работать не должен. Меня интересовало два варианта:

1. Защита от КЗ в разных состояниях, при КЗ на плюс и минус.
2. Переполюсовка питания.

Всё закончилось без последствий, ни одного датчика при краш-тесте не пострадало. Не верите? Вот видео, как датчик терпит замыкание у себя на выходе:

Видео с переполюсовкой и повторной проверкой:

Конечно, я знаю, как бы я мог убить датчик – подать ему на питание или на выход 220 В, или расклепать его молотком. Но это не наш метод) Если есть ещё адекватные тесты, где неизвестно, как вывезет датчик – пишите в комментариях, я попробую.

Как выбрать индуктивный датчик?

Чтобы было легче ориентироваться, предлагаю ознакомиться с ассортиментом индуктивных датчиков PromPower.  Достаточно определиться с нужными параметрами, и будет понятно, какой датчик под них подходит.

Напоследок скажу: Идеальных датчиков не бывает. Бывают датчики, идеально соответствующие поставленной задаче!

Понравилось? Поставьте оценку, и почитайте другие статьи блога!

(Пока оценок нет)

Загрузка...