Генераторные бесконтактные торцевые выключатели

В генераторных БПВ торцевого типа управляющий элемент, представляющий собой токопроводящую пластину, вносит при приближении возмущение в высокочастотное электромагнитное поле, создаваемое катушкой индуктивности контура автогенератора. При этом в управляющем элементе находятся вихревые токи, создающие собственное электромагнитное поле. Электромагнитное поле вихревых токов оказывает обратное воздействие на катушку генератора, вызывая в ней изменение реактивного сопротивления и, следовательно, изменение сигнала на выходе автогенератора по частоте и по амплитуде от начальных значений f ₀ и A ₀, соответствующих такому положению управляющего элемента, при котором происходит скачкообразное изменение состояния порогового устройства (рис.2).

Это изменение выходного сигнала автогенератора регистрируется, в конечном счете, исполнительным устройством, подключенным к выходу БПВ.

Выходным сигналом автогенератора является напряжение частотой несколько сотен килогерц. На выход порогового устройства этот сигнал должен поступить однополярным. Поэтому между генератором и пороговым устройством включается выпрямитель.

На рис.3 приведена зависимость напряжения на выходе генератора U от расстояния l между управляющим элементом и чувствительной поверхностью выключателя. Значение напряжения U_c соответствует срабатыванию порогового устройства выключателя при приближении управляющего элемента к чувствительной поверхности, значение U _в – возврату порогового устройства выключателя в исходное состояние при удалении управляющего элемента от чувствительной поверхности. Этим двум значениям напряжения соответствуют l _вкл и l _откл расстояния срабатывания и отключения БПВ. Из графика видно, что при достаточном удалении управляющего элемента изменение амплитуды незначительно. С точки зрения выбора режима работы генератора наибольший интерес представляет средний линейный участок кривой, так как крутизна определяет возможности БПВ по чувствительности и обеспечению стабильности

работы. Величина напряжения генератора определяет максимальное расстояние воздействия, на которое может быть настроен выключатель. Для обеспечения стабильности работы БПВ необходимо, чтобы амплитуда генерации превышала верхнее значение напряжения U _в, так как при изменении положения точек U _с и U _в по кривой под влиянием внешних факторов, в частности при изменении температуры, параметры выключателя будут меньше изменяться, если новые значения U _с и U _в будут оставаться на линейном участке кривой. Крутизна характеристики U =ƒ(l) определяет дифференциал хода δ, который определяется для данных значений U _с и U _в разностью / l _вкл - l _откл /. С возрастанием крутизны уменьшается приращение расстояния срабатывания ∆ l, характеризующее стабильность положения точки срабатывания выключателя.

Основными конструктивными элементами, определяющими функциональные параметры генератора, являются катушка индуктивности, магнитопровод и заливочный компаунд. Конструктивные исполнения магнитопроводов генераторных БПВ определяются их функциональным назначением и габаритами. В большинстве случаев используются ферритовые сердечники броневого типа (рис.4).

График (рис.5) иллюстрирует характер зависимости между геометрическим размером ферритового броневого сердечника (внешним диаметром D) и максимальным расстоянием срабатывания Н, принятым для торцевых БПВ.

Рис.5. Зависимость максимального расстояния срабатывания БПВ от геометрических размеров магнитопровода

Рассмотрим взаимодействие преобразователя с управляющим элементом. Размеры магнитной системы определяют дальность распространения электромагнитного поля и, следовательно, максимальное расстояние срабатывания БПВ. Поскольку поле создается осесимметричной системой катушки с магнитопроводом, оно имеет радиальную симметрию. В сечении плоскостью поле имеет тороидальную форму. Положением управляющего элемента относительно оси симметрии поля и чувствительной поверхности определяется точка срабатывания БПВ. На рис.6 показана статическая рабочая характеристика БПВ с осью симметрии Z. Положение рабочей характеристики очень сильно зависит от материала, размеров и формы управляющего элемента. В большинстве случаев принято управляющие элементы изготавливать из стали толщиной 1мм квадратной формы с длиной стороны не менее диаметра выключателя. Точка прямого срабатывания БПВ А и точка отключения В при движении управляющего элемента в радиальном направлении r изменяют свое положение относительно оси симметрии Z в зависимости от расстояния между управляющим элементом и чувствительной поверхностью. Соответственно изменяется и дифференциал хода при радиальном δ _r и осевом δ _z перемещениях управляющего элемента.

На рис.7 приведена динамическая характеристика БПВ, которая показывает связь между скоростью V_r движения управляющего элемента в радиальном направлении, при которой на заданном расстоянии Z его от чувствительной поверхности происходит четкое срабатывание БПВ. Значение скорости управляющего элемента не должно превышать V_max.

В нашей стране разработан и освоен производством ряд серий торцевых БПВ, основные характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1