Как работает индуктивный датчик?
Работа индуктивных и емкостных датчиков основана на принципе резонансного контура. Схема имеет определенную амплитуду вибрации, которая меняется при попадании объекта в активную зону датчика. Общая особенность генераторов состоит в том, что они состоят из усилителя, положительной обратной связи и частотомерных элементов — последний в случае индуктивного датчика образует параллельный LC-резонансный контур.
LC-резонансный контур
Чтобы понять, как они работают, сначала необходимо определить, что определяет частоту цепи. Это представлено следующей формулой:
Из этого видно, что частота резонансного контура является функцией индуктивности (L) и емкости (C).
В индуктивном датчике катушка резонансного контура находится на магнитно-разомкнутом железном сердечнике, частота контура обычно составляет от 100 до 1000 кГц. Эти вибрации создают переменное магнитное поле, которое создает активную зону датчика, излучаемое с поверхности датчика в окружающую среду.При помещении металлического объекта в эту активную зону упомянутая ранее амплитуда вибрации уменьшается на величину потерь энергии, вызванных вихревыми токами, наведенными в металлическом объекте. Благодаря этому явлению датчик определяет, находится ли что-либо в его активной зоне.
Хотя индуктивный датчик потребляет энергию, ее следует свести к минимуму. Современные датчики потребляют несколько микроватт энергии, что дает дополнительные преимущества, помимо экономии средств:
- Отсутствие заметного намагничивающего воздействия на металлический предмет в активной зоне.
- Никаких помех при приеме
- Нет повышения температуры
Принцип подключения индуктивного датчика: 1 – Датчик приближения, 2 – Генератор, 3 – Демодулятор, 4 – Триггер, 5 – Выходной сигнал
Факторы, влияющие на освобождениеКогда датчик обнаружит конкретный объект на определенном расстоянии, зависит не только от датчика, но и от объекта - в первую очередь от его проводимости, поскольку чем меньше сопротивление, тем меньше потери на вихревые токи. Номинальное расстояние срабатывания устанавливается с использованием стандартной стальной пластины толщиной 1 миллиметр (St37).
Плата представляет собой квадратный лист со сторонами, равными диаметру активной поверхности датчика, или в три раза превышающему номинальное расстояние срабатывания. Всегда следует учитывать большее из этих двух значений.
Для остальных металлов применяется понижающий коэффициент, который определяется путем деления расстояния соединения для данного вида материала на расстояние соединения стальной пластины Ст37. Некоторые примеры можно увидеть в таблице ниже.
Даже диаметр катушки влияет на дальность спуска. Чем больше катушка, тем больше расстояние срабатывания. Помимо этих факторов существует так называемый скин-эффект, действие которого тем сильнее, чем больше диапазон частот и электропроводность материала.
Индуктивные датчики в автомобильной промышленности
Мы не случайно упоминаем о металлах только в смысле обнаружения, ведь индуктивные датчики способны обнаружить их приближение/наличие. Обычно они работают от 10 до 30 вольт, а расстояние срабатывания обычно составляет 0,8–10 миллиметров. Они не очень чувствительны к загрязнениям, поэтому могут использоваться в экстремальных условиях и имеют очень хороший срок службы. Общий диапазон температур составляет от -25 до 70 °C, но, конечно, есть примеры, превышающие эти значения.
Поскольку количество металлических деталей в легковом автомобиле значительно и нет недостатка во вращающихся и движущихся компонентах, у нас есть веские основания предполагать, что их можно найти во многих местах.
К ним относятся, например, датчики положения коленчатого или распределительного вала, датчики скорости колес (АБС) или датчик спидометра в коробке передач. С большим приближением можно сказать, что инкрементные энкодеры, которые предназначены для сигнализации вращения и углового положения металлических деталей в автомобилях, практически поголовно являются индуктивными датчиками или существует их индуктивный вариант.
Конечные положения пневмо- и гидронагнетательных цилиндров погрузчиков и многих других устройств оснащены индуктивным датчиком положения поршня.
Как упоминалось ранее, решение можно найти и за пределами автомобильной промышленности. Многие конвейерные ленты оснащены индуктивными датчиками, которые обнаруживают продукт или лотки с продуктом, движущиеся по ленте. Индуктивные датчики настолько надежны, что для оснащения ленточной системы таким датчиком в лоток для перевозки продукта часто встраивают какой-либо металл, который изготовлен из неметаллического материала.
Если само изделие металлическое, помимо определения положения и срабатывания в конечном положении датчик можно использовать для подсчета изделий.
Благодаря своей надежности, экономичности и возможности использования в экстремальных условиях индуктивный датчик по-прежнему остается одним из наиболее часто используемых типов датчиков, и в ближайшем будущем никаких изменений в этой области не произойдет.