Подключение и питание датчиков

При подключении датчика к измерительному прибору (вольтметру, амперметру, частотомеру, асциллографу) или к управляющему устройству (реле, контроллеру, устройству ЧПУ) всегда следует максимально тщательно согласовывать параметры (формат) выхода датчика с параметрами (форматом) входа последующего устройства. При плохом согласовании нарушается правильная работа, что приводит к ошибкам измерения и управления.

Входное воздействие в датчике преобразуется в выходное изменение величины постоянного напряжения и тока или в изменение частоты, амплитуды, фазы, скважности. Сигнал датчика может быть представлен также в цифровом виде (код) или иметь релейный тип (да/нет). Вид и параметры сигнала датчика всегда указываются в его паспорте. Параметры входа измерительного прибора или управляющего устройства, сопрягаемого с датчиком, также должны быть известны. В противном случае правильное согласование маловероятно, и результаты измерения входного воздействия на датчик не будут достоверны. Так, например, если соединить токовый выход датчика с низкоомным входом измерительного прибора, то измерительный прибор начнет показывать не ток на выходе датчика, а ток, определяемый сопротивлениями выхода датчика и входа прибора.

Сигнал датчика, особенно аналоговый сигнал малой мощности, подвержен искажениям в результате наводок со стороны силовых цепей. Поэтому провода датчика и интерфейсные устройства часто экранируют и располагают, по возможности, дальше от силовых устройств и силовых проводов. Силовые провода, особенно те, которые идут от преобразователя к двигателю, также должны быть экранированы, а экран заземлен. С целью уменьшения помех провода, соединяющие датчик с устройством управления, стараются делать как можно короче. Защищают датчик от помех не только по сигнальным цепям, но и по цепям питания, подключая датчик к отдельному стабилизированному источнику питания.

Для согласования выхода датчика и входа последующего устройства и уменьшения помех часто требуется включить между ними интерфейсный преобразователь типа АЦП (аналого-цифровой) или ЦАП (цифро-аналоговый), усилитель или делитель, гальваническую развязку на основе оптики, электроники, электромеханики и т. п. В современных управляющих устройствах такие интерфейсные преобразователи часто встраиваются непосредственно в управляющее устройство.

Одной из важных особенностей датчиков является предохранение от ошибок при их установке и подключении и, как следствие, отказов во время работы, в том числе по вине пользователей. Большинство датчиков защищены от неправильной подачи питающего напряжения: нарушения полярности, скачков напряжения при переключении, превышения допустимого значения тока и короткого замыкания.

Датчики положения

Основными видами датчиков положения являются путевые (концевые) выключатели (датчики обнаружения) и датчики расстояния. Путевые выключатели обеспечивают переключение в цепях управления электроприводов машин, механизмов или их органов в определенных точках движения. Датчики расстояния, в отличие от выключателей, регистрируют положение объекта во всем диапазоне перемещения. Сигнал этих датчиков изменяется при изменении положения объекта.

Микровыключатели и герконы

Микровыключатели и магнитоуправляемые герметичные контакты (герконы) замыкают (размыкают, переключают) электрическую цепь управления двигателем, когда рабочие органы исполнительного устройства достигают конца пути (концевой выключатель) или заданного положения, предполагающего изменения режима работы (путевой выключатель). Например, в подъемно-транспортных машинах они отключают электродвигатель и включают тормозное устройство при подходе к крайним положениям, что предохраняет механизм от аварии.

Микровыключатели имеют электрические контакты, которые замыкаются и размыкаются путем механического воздействия на толкатель, связанный с контактами. Контакты геркона замыкаются и размыкаются под действием магнитного поля. Количество контактов в микровыключателе и герконе может быть два и более.

Микропереключатель (рис. 7.9) содержит нормально замкнутый контакт 6, нормально разомкнутый контакт 7 и механизм, позволяющий быстро, без образования микродуги, замкнуть контакты.

Рис. 7.9. Микровыключатели

1, 5 – рычаги; 2 – кнопка; 3 – пружина; 4 – корпус; 6, 7, 8 – контакты; 9 – колба

Механизм состоит из рычагов 1 и 5 и плоской пружины изгиба 3. В верхнем положении рычага 5 пружина развивает силу F, которая создает момент относительно точки А и сжимает контакты 6. При нажатии на кнопку 2 рычаг 5 переводится в нижнее положение, и сила изогнутой пружины сжимает контакты 7. Если отпустить кнопку, рычаги 1 и 5 вернутся в исходное состояние. Переключение контактов происходит быстро с характерным щелчком из-за того, что момент от силы F меняет свой знак при переходе рычага 5 через среднее положение.

Магнитоуправляемый датчик – герметичный контакт (геркон) замыкает нормально разомкнутые или размыкает нормально замкнутые контакты при приближении магнита (рис. 7.10).

F

S

N

N

Рис. 7.10. Магнитоуправляемый контакт (геркон):

1, 2 – неподвижные токоподводы – магнитопроводы; 3 – подвижный магнитопровод; 4 – плоская пружина, размыкающая контакты; 5 – подвижный контакт; 6 – неподвижный упругий контакт; 7 – колба геркона; 8 – магнит;
9 – линии магнитного поля

Геркон содержит токоподводы 1 и 2 – магнитопроводы, выполненные из ферромагнитного материала – магнитомягкой стали, и подвижный магнитопровод 3. Магнитопровод 3 закреплен на плоской пружине 4, стремящейся отвести его от магнитопровода 1, образовать зазор между магнитопроводами 1 и 3. При приближении магнита 8 к колбе геркона 7 магнитное поле магнита проходит через все три магнитопровода геркона, возникает сила F (см. рис. 7.10), стремящаяся замкнуть магнитопроводы 1 и 3, преодолевая усилие пружины 4.

На магнитопроводе 3 закреплен подвижный электрический контакт 5, а на магнитопроводе 1 закреплен неподвижный упругий контакт 6. При приближении магнитопроводов 1 и 3 контакты 5 и 6 замыкаются. При отведении магнита 8 от колбы геркона пружина 4 размыкает контакты.

На объекте, положение которого контролируется, закрепляется либо сам геркон, либо магнит, заставляющий контакты замыкаться, или, если контакты нормально замкнуты, размыкаться. Для надежной работы геркона важно обеспечить правильное положение магнита относительно колбы и, соответственно, магнитопроводов геркона.

Для исключения окисления контакты вместе с магнитопроводами помещаются в герметичную стеклянную колбу 7, заполненную инертным газом.