Traductor de Proximitate

8/18/2019 Traductor de Proximitate

1/16

1


2/16

ContentsArgument...................................................................................................................... 3

1 Traductoare inductive de proximitate..................................................................5

Principalele caracteristici functionale:.....................................................................6

2. Traductoare magnetice de proximitate..............................................................6

3. Elemente sensibile capacitive pentru traductoare de proximitate......................

! Elemente sensibile fotoelectrice pentru traductoare de proximitate..................

6. Traductoare integrate de proximitate...............................................................11

Senzorul inductiv integrat de proximitate.......................................................................11

2


3/16

ArgumentTraductoarele, cunoscute frecvent sub numele de elemente de masura sunt destinate

pentru masurarea marimilor conduse si a unor marimi semnificative pe baza carora se pune înevidenta echilibrul proceselor. Prin intermediul lor, vom obtine informatiile necesare conduceriiautomate a proceselor în circuit închis, fiind montate de regula pe bucla de reactie.

Traductoarele sunt elemente din structura sistemelor automate care au rolul de a masura valorile parametrului reglat si de a converti acest parametru (marime) întro marime fizica ce estecompatibila cu marimea de intrare în elementul urmator al sistemului. Traductoarele se compundin elementul sensibil si elementul traductor ,

erformantele traductoarelor pot fi apreciate pe baza urmatoarelor caracteristici!

Sensibilitatea reprezinta limita raportului dintre variatia infinit mica a marimii de iesiresi cea de intrare, c"nd ultima tinde spre zero, adica!

#ste necesar ca aceasta sensibilitate sa fie constanta pe tot domeniul de masura, adica elementulsa fie liniar, în caz contrar sensibilitatea put"nduse defini în $urul oricarui punct de functionare.%n mod normal, elementele de masurat prezinta un anumit prag de sensibilitate, adica o valoarelimita ∆i sub care nu mai apare o marime masurabila la iesire.

Precizia se defineste ca valoarea relativa a erorii exprimata în procente!

obisnuit elementele de masurat din sistemele automate av"nd clase de precizie de &,' ÷ , *,fiind necesar sa fie cu cel putin un ordin de marime superioara preciziei regla$ului în ansamblu.

Liniaritatea se refera la aspectul caracteristicii statice a elementelor si, aceastacaracteristica nu trebuie sa prezinte curburi si histerezis pe tot domeniul de variatie al marimilor de intrare si iesire.

Comportarea dinamica. Aceasta caracteristica se refera la capacitatea elementului de areproduce c"t mai exact si fara înt"rziere variatiile marimii masurate. Se apreciaza pe bazafunctiei de transfer a elementului, adica pe baza constantelor de timp ce intervin sau, uneori pe baza benzii de trecere

Reproductibilitate, reprezinta proprietatea elementelor de asi mentine neschimbatecaracteristicile statice si dinamice pe o perioada c"t mai lunga de timp, în anumite conditii demediu admisibile.

-Timpul de raspuns reprezinta intervalul de timp în care un semnal aplicat la intrare se varesimti la iesirea elementului. Acest timp poate fi oric"t de mic, dar niciodata nul, put"nd fiasimilat cu inertia.

Gradul de finete se caracterizeaza prin cantitatea de energie absorbita de traductor dinmediul de masura, recomand"nduse sa fie c"t mai mica pentru a nu influenta desfasurarea

3


4/16

procesului. Alegerea traductorului se va face în functie de parametrul reglat, în functie de mediulde masura, în functie de tipul semnalului! continuu, electric sau neelectric, discontinuu,

!


5/16

T+A-T/A+# # P+/0121TAT#1n general (in sens larg) proximitatea exprima gradul de apropiere dintre doua obiecte,

dintre care unul reprezinta sistemul de referinta.Se poate realiza controlul pozitiei unui obiect care se deplaseaza, fara contact intre acesta si

referinta.1n categoria masurarilor de proximitate intra ! sesizarea capetelor de cursa 3 sesizarea interstitiului dintre suprafete 3 sesizarea prezentei unui obiect in campul de lucru etc.

Traductoarele de proximitate au de regula o caracteristica de tip releu, marimea de iesireavand variatii discrete (4 tot sau nimic 4) discerne intre doua valori care reprezinta (conventional) prezenta sau absenta corpului controlat.Aceasta particularitate conduce la realizarea compacta a traductorului, elementul sensibil siadaptorul (#S 5 A) fiind plasate in aceeasi unitate constructiva.

1 Traductoare inductive de proximitate

Schema de principiu a acestui traductor este data in figura . etectorul are rolul de aconverti informatia asupra pozitiei unui obiect metalic (in raport cu fata sensibila) in semnalelectric. 6locul adaptor prelucreaza semnalul electric de la iesirea detectorului si comanda uneta$ final cu iesire pe sarcina de tip releu. 6locul de alimentare furnizeaza tensiunea necesaracircuitelor electronice.

7ig. Schema bloc a traductorului inductiv de proximitate./scilatorul din bloculdetector intretine, prin campul magnetic alternativ, oscilatiile in

$urul bobinei ce formeaza (impreuna cu miezul de ferita) fata sensibila a detectorului.

and un obiect metalic (cu proprietati feromagnetice) intra in campul magnetic aldetectorului, in masa metalului apar curenti 7oucault care genereaza, la randul lor, un campmagnetic de sens opus campului principal pe care il atenueaza puternic si ca urmare blocheazaoscilatiile.

aracteristicile de functionare ale traductorului pot fi apreciate in functie de valorilecotelor utile, notate in figura ' prin! e 8 grosimea ecranului metalic (grosimea obiectuluidetectat)3 l latimea ecranului3 9 8 lungimea ecranului3 x 8 distanta de la marginea ecranului la

5


6/16

centrului fetei sensibile3 : 8 acoperirea fetei sensibile de catre ecranul metalic3 z 8 distanta de laecran la fata sensibila3 z ; 8 distanta nominala de detectie (sesizare).

7ig.' imensiunile de gabarit ale traductorului inductiv de proximitate.

Principalele caracteristici functionale:

a)


7/16

2. Traductoare magnetice de proximitate

Aceste traductoare au o constructie simpla si sunt formate dintrun contact intrerupator(releu de tip +eed) plasat pe un brat al unei carcase sub forma de 4 - 4 si un magnet permanentfixat pe celalalt brat.Trecerea unui obiect metalic printre bratele detectorului (carcasei) modifica

liniile de forta ale magnetului (le ecraneaza) si ca urmare contactul releului isi schimba starea 8figura @. #xista variante constructive la care obiectele magnetice pot actiona direct asuprareleului./bservatie! and viteza de deplasare a magnetului mobil depaseste &= mBs > distanta nominalade actionare se reduce cu un coeficient (&,C &,D) in functie de viteza de lucru.

3. Elemente sensibile capacitive pentru traductoare de proximitate

1n cazul traductoarelor capacitive de proximitate elementul sensibil este format dintrun

condensator care face parte dintrun circuit oscilant. Prezenta unui material conductor sau

dielectric cu permitivitatea E, la o distanta in raport cu fata sensibila a detectorului,modifica capacitatea de cupla$ si amorseaza oscilatiile, figura

7unctionarea este diferita in raport cu natura obiectului controlat.a) 9a detectia materialelor conductoare, obiectul a carui pozitie este controlata formeaza cufata sensibila un condensator a carui capacitate creste odata cu micsorarea distantei Fx dintreobiect si fata sensibila. b) 9a detectia materialelor izolante, fata sensibila este un condensator a carui capacitate

creste, cu atat mai mult, cu cat premitivitatea dielectrica ( ) a obiectului controlat este maimare.

Principalele surse de erori le reprezinta variatiile de temperatura.

/bservatie! Pentru evitarea perturbatiilor, in cazul detectarii obiectelor metalice, acestea seleaga la pamant.

7ig. 8 #lement sensibil capacitiv pentru traducoare de proximitate

! Elemente sensibile fotoelectrice pentru traductoare de proximitate


8/16

7unctionarea acestora se bazeaza pe modificarea fluxului de radiatii care se stabileste intreo sursa (emitator) si un receptor, datorita prezentei obiectului controlat. Se disting doua varianteconstructive !

a) #lement sensibil de tip bariera, la care emitatorul si receptorul sunt de o parte si de alta aobiectului controlat, figura G.

7ig. G 8 #lement sensibil de tip bariera b) #lement sensibil de tip reflector la care fasciculul de radiatii emis de sursa (#) este

transmis spre receptor, situat de aceeasi parte cu emitatorul, in raport cu obiectul controlat, prinintermediul unui paravan reflectorizant (reflector).

Prezenta obiectului controlat modifica intensitatea fluxului luminos receptat dupa reflexie.aca obiectul controlat are proprietati reflectorizante, atunci el poate $uca si rolul de

paravan reflectorizant, (figura C).Sursele emitatoare (#) pot fi realizate cu diode electroluminiscente (9#) cu fascicul

vizibil sau infrarosu (cel mai utilizat) dar si cu lampi speciale care au lentila de focalizare.+eceptoarele (+) utilizeaza fotodiode sau fototranzistoare in domeniul vizibil sau infrarosu, dar pot utiliza si celule fotovoltaice in domeniul vizibil. Hariatia de semnal electric furnizata deelementul sensibil, datorita modificarii pozitiei obiectului detectat 8 este prelucrata de adaptorultraductorului (care contine un formator de impulsuri si un amplificator) apoi transmisaelementului de iesire de tip releu sau contactor static (tiristor sau triac).

7ig. C 8 #lement sensibil fotoelectric de tip reflector./bservatie! Se evita mediile umede care pot aburi lentilele cat si obiectele stralucitoare

(oglinzi) din apropierea zonei de lucru traductorului spre a evita erorile in functionarea acestortraductoare. #lemente sensibile fluidice pentru traductoarele de proximitate

Traductoarele fluidice se caracterizeaza prin simplitate constructiva si functionala. eaceea, aceste traductoare se afla in nomenclatorul ma$oritatii producatorilor mondiali deaparatura fluidica.

"


9/16

Principiile functionale ale elementelor sensibile fluidice deriva din sesizarea modificariiunuia sau a mai multor parametri de stare ai fluidului! presiune, viteza, sens de curgere subinfluenta corpului a carui prezenta trebuie sesizata.

/bservatie! atorita nivelului energetic redus al semnalelor vehiculate in sistemelefluidice, sesizarea proximitatii unui obiect se face fara a perturba starea siBsau structura

obiectului respectiv.#lementele sensibile, frecvent intalnite in costructia traductoarelor fluidice de proximitate,sunt!a) ispozitiv duza paleta intalnit in constructia tuturor adaptoarelor pneumatice unde are rolde preamplificator inaintea eta$ului final de putere.1n acelasi timp dispozitivul duza 8 paleta esteutilizat ca element sensibil al traductorului de proximitate.

Principiul de functionare si caracteristica statica a dispozitivului duza 8 paleta sunt datein figura I. /biectul detectat $oaca rolul paletei (P), iar rezistenta pneumatica + ' reprezinta duza().

7ig. I 8 ispozitiv duza 8 paleta! a) 8 principiul de functionare3

b) caracteristica staticaaca presiunea de alimentare ( ) este constanta, variatia presiunii P' (identica cu

presiunea de iesire ) in functie de valoarea distantei (x) dintre paleta si duza este prezentata in

figura I 8 b. aracteristica statica este liniara numai in zona A6. Se observa ca

pentru x J &, presiunea P' are valoare maxima, adica valoarea presiunii de alimentare ( ),

iar daca x este suficient de mare, presiunea P' scade la valoare presiunii atmosferice (). 1n figura D sunt date modalitatile de apropiere ale obiectului fata de duza. Apropriereaobiectului, fie printro deplasare axiala (frontala), fie printro deplasare laterala produce variatia

presiunii de iesire ( ), astfel ca depasirea unui prag impus pentru variatia presiunii deiesire arata faptul ca obiectul este 4sesizat 4.

#


10/16

7ig. D 2odalitati de apropiere a obiectului fata de duza! a) 8 deplasare axiala3

b) deplasare laterala

/ calibrare corespunzatoare a curbelor sau va indica cu o precizie de maximum =mm> Kcat de aproape L este obiectul sesizat.

b) Senzorul de proximitate cu 4 $et liber 4 (cu turbulenta)

Acesta este format din doua duze coaxiale ! duza emitatoare , alimentata de la o sursa de presiune constanta si duza receptoare ', figura &.

aca obiectul ce trebuie detectat, nu se afla in spatiul dintre cele doua duze, $etul emis deduza este captat de duza ' si ca urmare in duza receptoare (') se obtine un nivel de presiunemare ce corespunde semnalului logic SJLL(obiectul nu este detectat). Prezenta obiectului intrecele doua duze poate intrerupe partial sau total $etul emis de duza .

7ig. & 8 Senzor de proximitate cu K$et liberL/ scadere a presiunii in duza receptor ', sub o anumita limita, determina semnalul logic S

JL& K, deci obiectul este LdetectatL.Principalul dezavanta$ al acestui tip de detector consta in sensibilitatea mare la impuritatile

din mediu, care sunt antrenate prin $etul de aer si obtureaza duza receptor '.Acest tip de traductor se utilizeaza pentru interstitii care nu depasesc '& mm.

c) Senzorul de proximitate cu impact de $eturi elimina dezavanta$ul anterior (referitor laobturarea duzei receptor cu impuritati).

9a acest senzor duza receptoare, din exemplu anterior, este ea insasi emitatoarea unui $etcare se obtine prin devierea circuitului de alimentare, unde presiunea Pa este micsoarta datoritarezistentei +. eci, ambele duze, si ', sunt emitatoare, figura .

1$


11/16

7ig. Senzor de proximitate cu impact de $eturi!a) 8 Sectiune prin circuitul pneumatic3 b) 8 Schema de principiu

9a functionare se disting doua situatii!a) 1n absenta obiectului ce trebuie detectat, are loc un impact intre cele doua $eturi, astfel ca in

duza ' va exista o presiune Pe relativ mare (ce echivaleaza cu semnalul SJLL logic) datorita $etului puternic din duza .

b) Aproprierea obiectului intre duze intrerupe $etul astfel ca $etul din duza ' devine liber,iar presiunea Pe scade obtinanuse SJL&L logic.Traductorul cu impact de $eturi este folosit in detectarea obiectelor situate la distante relativ mari(circa '&& mm).

/bservatie! Pentru cresterea sensibilitatii (si implicit a distantei de detectie) se utilizeaza senzori

fluidici cu impact de $eturi si ? (trei) duze, descrise in ='>.u un astfel de senzor pot fi detectate obiecte situate la distante de pana la && mm.d) Senzorul de tip 4focar4

Acest tip de senzor utilizeaza o duza de forma unui canal circular, alimentata cu o presiunecorespunzatoare pe circumferinta exterioara, figura '.

7ig. ' 8 Senzor de proximitate de tip KfocarL.1n timpul functionarii se disting doua situatii!

a) 1n absenta obiectului din zona de lucru a traductorului (cand obiectul de sesizat se afla lao distanta mare) $etul creat de presiunea de alimentare (Pa), avand viteza mare la iesirea din duza,antreneaza masa de aer din zona interioara si face ca la iesire sa apara o depresiune.

b) 1n prezenta obiectului se intrerupe expansiunea $etului, astfel ca va apare o componentadinamica a presiunii orientata spre interior, incat la iesire presiunea creste (rezultand o

11


12/16

suprapresiune). istanta de detectie este cuprinsa intre 'MG =mm>. Avanta$ul esential alsenzorului de tip KfocarL consta in imunitatea la impuritatile din mediu, deci nu este necesarautilizarea aerului instrumental (preparat in instalatii speciale).

6. Traductoare integrate de proximitate.

Traductoarele de proximitate realizate cu circuite integrate reprezinta o tendinta actuala side viitor, datorita avanta$elor pe care le ofera! gabarit redus, performante ridicate, pret de costmai mic si fiabilitate mare. ;otiunea de traductor integrat este $ustificata numai daca semnalul dela iesirea acestuia este un semnal unificat, in acceptiunea definitiei din automatizarile industriale.and aceasta conditie nu este indeplinita se poate utiliza denumirea de senzor integrat. 1n cele ceurmeaza se vor prezenta doua exemple de senzori integrati de proximitate realizati in +omania(la 1P+S 6aneasa).Senzorul inductiv integrat de proximitate

Acesta este realizat cu circuitul integrat TA &; a carui schema de principiu (bloc)este data in figura ?. Acesta este capsulat intro carcasa tip 2P @I cu I terminale.

7ig. @8 Schema bloc a senzorului integrat TA & 8 ;6ornele ', ? si @ reprezinta baza, emitorul , respectiv colectorul unui tranzistor care

premite realizarea unui oscilator ce lucreaza pe frecventa de 2z, daca in exterior semonteaza un circuit adecvat de tip 9, . Schema mai contine un stabilizator de tensiune carealimenteaza oscilatorul /S, blocul comparator cu histerezis, cat si eta$ul de amplificare (iesire).

#ta$ul de iesire ofera doua tensiuni in antifaza compatibile TT9 (de tip tranzistor avandcolectorul in gol). 1n functie de amplitudinea oscilatiilor, unul din tranzistoare este saturat, iarcelalalt blocat.

Schema tipica de cuplare a senzorului TA &; la circuitul oscilant 9, si la o

rezistenta de sarcina ( ) este data in figura @. 1n functionarea senzorului, din aceasta figura,se disting doua situatii!

a) and se aproprie un obiect feromagnetic de bobina oscilatorului (simbolizata cu 9),

ocilatiile se amortizeaza, iar rezistenta de sarcina ( ) este conectata la masa. b) upa indepartarea obiectului feromagnetic, circuitul de intrare incepe sa oscileze din

nou, iar iesirea decupleaza sarcina in gol.

12


13/16

7ig. @ onectarea senzoruluiTA 8 & ; la circuitul 9

7ig. 8 Senzorul de proximitate cu fanta.

aracteristicile principale ale circuitului integrat TA &;, conform =C>, sunt date prin urmatoarele valori limita !

Tensiunea de alimentare J 5'&H 3 curent absorbit la iesire J CmA 3 curent de alimentareJ mA 3 frecventa maxima la oscilator J 2z.Schema senzorului inductiv de proximitate cu fanta (realizat cu TA &;) este

prezentata in figura ircuitul de intrare are configuratie de oscilator. /scilatiile sunt intretinutede cupla$ul inductiv dintre cele doua bobine 9 si 9' plasate pe miezuri de ferita si pozitionateastfel incat bobinele (avand axa de simetrie comuna) sa aiba intre ele o distanta (fanta) de ?MC=mm>.

1n functionarea senzorului se distingdoua situatii!a) 1n lipsa obiectului (feromagnetic) oscilatiile, cu frecventa de aproximativ 2z, din

eta$ul de intrare mentin iesirile circuitului in starea 4 actionata 4. b) 9a aparitia obiectului metalic in fanta cupla$ul magnetic dintre bobine se intrerupe, oscilatiilese amortizeaza iar iesirile trec in starea 4blocat 4./bservatii!a) Halorile parametrilor constructivi ai circuitului oscilant (dimensiunea miezurilor de

ferita, numarul de spire al bobinelor, valoarea capacitatii etc) sunt date in =C> si depindde marimea fantei dintre bobine.

C. Senzorul magnetic integrat de proximitateTermenul 4magnetic4 deriva de la faptul ca acest senzor utilizeaza un detector de tip element

all , care sesizeaza prezenta campurilor magnetice de intensitati relativ mici (aproximativ &mT) si produce semnale de tensiune de ordinul (&) mH. Acest senzor utilizeaza circuiteintegrate specializate de fabricatie romaneasca din seria NS2 '?0 (0 J , ', ?, @) sau NS2 '@0(0 J , ') .

Aceste circuite integrate, contin in acelasi cristal de siliciu atat senzorul all , cat si blocurile de prelucrare a semnalelor oferite de acesta. enumirea comerciala a acestor circuiteeste Ksenzori magnetici comutatoriL. Schema bloc a unui senzor magnetic de tip NS2 '?03('@0) este prezentata in figura G. Parametri de catalog pentru cele doua serii de circuiteintegrate (NS2 '?0 si NS2 '@0) sunt dati in =C>. in punct de vedere calitativ circuitul NS2'@0 este superior circuitului NS2 '?0 prin doi parametri electrici!a) curentul de alimentare (la o inductie de & mT) este de ' mA in cazul circuitului NS2 '@0,

fata de @,? mA (CmA) 8 in cazul circuitului NS2 '?0. b) tensiunea de alimentare! CH 8 la NS2 '@0, fata de &H ('H) 8 la NS2 '?0.

13


14/16

7ig. G 8 Schema bloc a senzorului magnetic comutator de tip NS2 '?0./bservatie:9a circuitul NS2 '@0 nu mai exista stabilizatorul tensiunii de alimentare, in rest schema

este aceeasi, ca si la NS2 '?0.1n functionarea acestui senzor se disting doua situatii!

a) aca este sesizat un camp magnetic de inductie 6, senzorul all furnizeaza o tensiunediferentiala, proportionala cu 6. Aceasta tensiune este preluata de amplificatorul diferential careo aplica unui comparator cu histerezis, ce lucreaza ca un comutator. aca circuitul este plasatintrun camp magnetic a carui inductie depaseste valoarea corespunzatoare pragului dedeschidere, comparatorul comanda prin intermediul unui amplificator in$ectia unui curent in baza tranzistorului de iesire, care este adus in saturatie, deci colectorul sau absoarbe un curentimportant (curentul prin sarcina conectata la borna ?). b) aca inductia 6 scade sub valoarea pragului de blocare, iesirea comutatorului revine in stareainitiala, iar tranzistorul de iesire este blocat. 1ntre pragul de dechidere si cel de blocare

(inchidere) exista un histerezis, necesar pentru a asigura imunizarea circuitului fata de zgomote.Principalele cai de basculare a senzorului magnetic comutator, legate direct de aplicatiileindustriale, sunt!• eplasarea magnetului permanent, care se poate face frontal sau transversal. Pentrufunctionarea corecta asenzorului, cursa magnetului trebuie sa depaseasca (datorita histerezisului)doua distante de prag! una la care are loc deschiderea, iar cealalta la care are loc blocarea.• #cranarea campului unui magnet care se poate realiza printro folie feromagnetica plasata intresursa de camp magnetic si senzor.• oncentrarea campului unui magnet ce se poate face prin apropierea unui materialferomagnetic in spatele senzorului, care se afla intrun camp magnetic insuficient de intens pentru a produce bascularea. Astfel inductia magnetica va creste la o valoare capabila sa basculeze senzorul.

/bservatii!1n afara de solutiile mentionate, prin care circuitele NS2 '?0 sau NS2 '@0 8 sunt

utilizate ca senzori de proximitate (limitator de cursa la masiniunelte, roboti industriali, periferice de calculatoare etc), exista si aplicatii in constructia unor traductoare!

traductor de orizontalitate (sau verticalitate), utilizand un pendul cu magnet3

1!


15/16

traductor de nivel avand magnetul introdus intrun flotor ce se poate deplasa ghidat prin dreptul senzorului magnetic comutator.

traductor numeric rotativ incremental pentru viteza sau pozitie unghiulara3 traductor de curent (releu de curent pentru protectie), cand senzorul magnetic

sesizeaza depasirea valorii limita a curentului printro infasurare.

7irmele SP+AO-#, P191PS si 21+/S1T produc traductoare de proximitate caredau la iesire o tensiune continua liniar variabila cu variatia inductiei magnetice 6 in intervalul (&mT 5&mT).

15


16/16

Bibliografie

%ttp:&&'''.scrigroup.com&te%nologie&te%nica(mecanica&T)*+,CT-*)E(+E(

P)-/0/T*TE25#6!.p%p

%ttp:&&'''.scritub.com&stiinta&ica&T)*+,CT-*)E252$11!#.p%p

16
http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/TRADUCTOARE-DE-PROXIMITATE25964.phphttp://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/TRADUCTOARE-DE-PROXIMITATE25964.phphttp://www.scritub.com/stiinta/fizica/TRADUCTOARE252017149.phphttp://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/TRADUCTOARE-DE-PROXIMITATE25964.phphttp://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/TRADUCTOARE-DE-PROXIMITATE25964.phphttp://www.scritub.com/stiinta/fizica/TRADUCTOARE252017149.php

Traductor de Proximitate

Documents

Transcript of Traductor de Proximitate