一,電感式接近開(kāi)關(guān)工作原理
電感式接近開(kāi)關(guān)由三大部分組成:振蕩器、開(kāi)關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場(chǎng),并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí),在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流,從而導(dǎo)致振蕩衰減,以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào),觸發(fā)驅(qū)動(dòng)件,從而達(dá)到非接觸式之檢測(cè)目的
電路板圖:
原理圖:
電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的選型及使用、調(diào)試方法
電感式接近開(kāi)關(guān)由于其有體積小,重復(fù)定位精度,使用壽命長(zhǎng),性能好,性,防塵,防油,乃振動(dòng)等特點(diǎn),被用于各種自動(dòng)化線,機(jī)電設(shè)備及石油、化工、、科研等多種行業(yè)。
一.工作原理
電感式接近開(kāi)關(guān)是一種利用渦流感知物體的傳感器,它由頻振蕩電路、放大電路、整形電路及輸出電路組成。
振蕩器是由繞在磁芯上的線圈而構(gòu)成的LC振蕩電路。振蕩器通過(guò)傳感器的感應(yīng)面,在其前方產(chǎn)生一個(gè)頻交變的電磁場(chǎng),當(dāng)外界的金屬物體接近這一磁場(chǎng),并達(dá)到感應(yīng)區(qū)時(shí),在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流效應(yīng),從而導(dǎo)致LC振蕩電路振蕩減弱或停止振蕩,這一振蕩變化,被后置電路放大處理并轉(zhuǎn)換為一個(gè)有確定開(kāi)關(guān)輸出信號(hào),從而達(dá)到非接觸式檢測(cè)目標(biāo)之目的。
二.電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的電氣指標(biāo)
1. 工作電壓:是指電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的供電電壓范圍,在此范圍內(nèi)可以傳感器的電氣性能及工作。
2. 工作電流:是指電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器連續(xù)工作時(shí)的zui大負(fù)載電流。
3. 電壓降:是指在額定電流下開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí),在開(kāi)關(guān)兩端或輸出端所測(cè)量到的電壓,
4. 空載電流:是指在沒(méi)有負(fù)載時(shí),測(cè)量所得的傳感器自身所消耗的電流。
5. 剩余電流:是指開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí),流過(guò)負(fù)載的電流。
6. 極性保護(hù):防止電源極性誤接的保護(hù)功能。
7. 短路保護(hù):超過(guò)極限電流時(shí),輸出會(huì)周期性地封閉或釋放,直至短路被。
三.電感式接近開(kāi)關(guān)傳感器的選型
1. 根據(jù)安裝要求,合理選用外形及檢測(cè)距離。
2. 根據(jù)供電,合理選用工作電壓。
3. 根據(jù)實(shí)際負(fù)載,合理選擇傳感器工作電流。
、常用色線對(duì)照:(供參考)
類(lèi)型
+V 棕 紅
GND 蘭 黑
Vout 黑 綠
四.使用方法
1. 直流兩線制接近開(kāi)關(guān)的ON狀態(tài)和OFF狀態(tài)實(shí)際上是電流大、小的變化,當(dāng)接近開(kāi)關(guān)處于OFF狀態(tài)時(shí),仍有很小電流通過(guò)負(fù)載,當(dāng)接近開(kāi)關(guān)處于ON狀態(tài)時(shí),電路上約有5V的電壓降,因此在實(shí)際使用中,必須考慮控制電路上的zui小驅(qū)動(dòng)電流和zui驅(qū)動(dòng)電壓,確保電路正常工作。
2. 直流三線制串聯(lián)時(shí),應(yīng)考慮串聯(lián)后其電壓降的總和。
3. 如果在傳感器電纜線附近,有壓或動(dòng)力線存在時(shí),應(yīng)將傳感器的電纜線單獨(dú)裝入金屬導(dǎo)管內(nèi),以防干擾。
4. 使用兩線制傳感器時(shí),連接電源時(shí),需確定傳感器先經(jīng)負(fù)載再接至電源,以免損壞內(nèi)部元件。當(dāng)負(fù)載電流<3mA時(shí),為工作,需接假負(fù)載。
R≤US/(IL-3)
P>US2/R
P為假負(fù)載消耗功率;
R為假負(fù)載阻值;
IL為傳感器的負(fù)載電流
使用儀器:萬(wàn)用表、示波器、電源(+12V)
調(diào)試步驟:
1. 接好電源,測(cè)量T1的c極電壓應(yīng)為6V;
2. 用示波器觀察T1的e極,應(yīng)有頻振蕩波形;若無(wú)振蕩波形,應(yīng)仔細(xì)檢查電感線圈接線是否正確,T1周?chē)鶵、C參數(shù)是否正確無(wú)誤,采取相應(yīng)措施處理,直到出現(xiàn)振蕩波形為止;
3. 用示波器觀察輸出,應(yīng)為電平,且LED不亮,然后用金屬物體靠近電感線圈,其輸出應(yīng)變?yōu)殡娖?,同時(shí)LED亮,說(shuō)明工作正常;
4. 若不正常,應(yīng)檢查T(mén)2、T3、T4的狀態(tài)及周?chē)?,無(wú)金屬物體接近電感線圈時(shí),T2導(dǎo)通,T3、T4截止,有金屬物體接近時(shí),T2截止,T4導(dǎo)通。
二,霍爾接近開(kāi)關(guān)工作原理
原理簡(jiǎn)介:
當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí),薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差,這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應(yīng)。兩端有的電位差值稱為霍爾電勢(shì)U,其表達(dá)式為
U=K&miot;I&miot;B/
其中K為霍爾系數(shù),I為薄片中通過(guò)的電流,B為外加磁場(chǎng)(洛倫慈力Lorrentz)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,是薄片的厚度。
由此可見(jiàn),霍爾效應(yīng)的靈敏度與外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系。
霍爾開(kāi)關(guān)就屬于這種有源磁電轉(zhuǎn)換器件,它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,利用集成封裝和組裝工藝制作而成,它可方便的把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成實(shí)際應(yīng)用中的電信號(hào),同時(shí)又備工業(yè)場(chǎng)合實(shí)際應(yīng)用易操作和性的要求。
霍爾開(kāi)關(guān)的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)表征的,當(dāng)B值達(dá)到一定的程度(如B1)時(shí),霍爾開(kāi)關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn),霍爾開(kāi)關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出,和其他傳感器類(lèi)似有NPN、PNP、常開(kāi)型、常閉型、鎖存型(雙極性)、雙信號(hào)輸出之分。
霍爾開(kāi)關(guān)有無(wú)觸電、功耗、長(zhǎng)使用壽命、響應(yīng)頻率等特點(diǎn),內(nèi)部采用環(huán)氧樹(shù)脂封灌成,所以能在各類(lèi)惡劣環(huán)境下的工作。霍爾開(kāi)關(guān)可應(yīng)用于接近傳感器、壓力傳感器、里程表等,作為一種的電器配件。
接近開(kāi)關(guān)是工程中經(jīng)常用到的一種元件設(shè)備了,一般來(lái)說(shuō),接近開(kāi)關(guān)常見(jiàn)的有電容式、電感式和霍爾接近開(kāi)關(guān)三種。電感式接近開(kāi)關(guān)必須檢測(cè)金屬材料。電容式傳感器可用無(wú)接觸的方式來(lái)檢測(cè)任意一個(gè)物體。與只能檢測(cè)金屬物的電感式傳感器比較,電容式傳感器也可以檢測(cè)非金屬的材料?;魻柦咏_(kāi)關(guān)由霍爾原件組成,有能耗,無(wú)損性長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。
當(dāng)接近開(kāi)關(guān)靠近要檢測(cè)的物體時(shí),其內(nèi)部的電路開(kāi)關(guān)打開(kāi),而當(dāng)其離開(kāi)檢測(cè)物體時(shí),開(kāi)關(guān)關(guān)閉,這也是接近開(kāi)關(guān)名字的含義。幾種接近開(kāi)關(guān)的體檢測(cè)原理在本文中就不敘述了,若有興趣可查閱相關(guān)資料。本文主要說(shuō)明一下如何與正航電子的CHION 和A5 系列PLC 配合使用接近開(kāi)關(guān)。下面以zui常用的三線NPN 接近開(kāi)關(guān)為例來(lái)說(shuō)明接近開(kāi)關(guān)與PLC 如何接線:
NPN 型指的是接近開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)輸出元件為NPN 晶體管。其輸出原理圖如下:
圖中,接近開(kāi)關(guān)有三根線:電源正極(VCC)、電源負(fù)極(GND 地線)、輸出信號(hào)(CTL)。當(dāng)檢測(cè)及控制電路檢測(cè)到物體接近時(shí),NPN 晶體管打開(kāi),輸出信號(hào)線變?yōu)殡娖健.?dāng)被測(cè)物體離開(kāi)后,NPN 晶體管關(guān)閉,輸出信號(hào)線被Rp 電阻拉至電源電壓。
知道了接近開(kāi)關(guān)的輸出原理,我們?cè)倭私庖幌翽LC 的輸入原理:
PLC 的輸入電路如圖所示。輸入信號(hào)Ix 經(jīng)過(guò)阻容網(wǎng)絡(luò)濾波,接入光耦OP。當(dāng)輸入端Ix 和公共端M 之間的電壓超過(guò)一定值時(shí)(15V),光耦打開(kāi)。
如下兩種接線,哪一種對(duì)呢?
接線一
接線二
種是正確的,應(yīng)該是PLC 的公共端接電源正極,接近開(kāi)關(guān)的輸出線接到PLC 的輸入端。當(dāng)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物體后,NPN 晶體管打開(kāi),Ix 電平變,電流經(jīng)電源正極->M-> 光耦->電阻R2->NPN 晶體管->電源負(fù)極,PLC 檢測(cè)到輸入。
那么*種接線方法為什么不正確呢?當(dāng)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物體時(shí),輸出信號(hào)電平被拉,光耦沒(méi)有輸入,當(dāng)接近開(kāi)關(guān)沒(méi)檢測(cè)到物體時(shí),輸出信號(hào)被VCC 通過(guò)Rp 拉。邏輯上也是對(duì)的呀?
問(wèn)題就在于Rp。
要分析這個(gè)問(wèn)題,還要談到PLC 的輸入電路構(gòu)造。PLC 的輸入點(diǎn)使用的是24V 電平信號(hào),因?yàn)橐?,所以一般?lái)說(shuō),PLC 設(shè)計(jì)成輸入信號(hào)電平于15V 時(shí),認(rèn)為輸入確定為邏輯1,當(dāng)輸入信號(hào)于5V 時(shí),認(rèn)為輸入信號(hào)確定為邏輯0,兩種電平電壓差很大。這樣的輸入信號(hào)能力就比一般的TTL 電平強(qiáng)多了,用于工業(yè)環(huán)境。
所以,在PLC 的輸入電路中,R1 和C1 就是起到濾波和的作用。當(dāng)輸入電壓比較小時(shí)(可能為干擾),R1 起到分流的作用,將一部分電流分走,使光耦不能達(dá)到啟動(dòng)的足夠電流。
當(dāng)按照*種方法接線時(shí),電源電壓信號(hào)經(jīng)Rp、R2 串聯(lián),到達(dá)R1 和光耦輸入端。一般來(lái)說(shuō),接近開(kāi)關(guān)的內(nèi)部上拉一般為弱上拉,也就是Rp 比較大,一般為5~100K 歐姆左右。那么電壓經(jīng)分壓后,PLC 輸入端的電壓也比較了,可能為幾伏到十幾伏,達(dá)不到邏輯1 的電平要求。
因此,*種接線方法是錯(cuò)誤的,應(yīng)按照種方法接線。
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