Датчики приближения компании Autonics

 

 

Компания Autonics, пройдя c 1977 года долгий путь разработки и производства, заслужила право называться производителем датчиков номер один на южнокорейском рынке.

Среди многообразия ее продукции для промышленной автоматизации (шаговые двигатели и драйверы к ним, температурные датчики и средства индикации, мультиметры, контроллеры, импульсные источники питания и т.п.) стоит отметить обширный ряд различного рода датчиков.

Бесконтактные индуктивные и емкостные датчики приближения широко представлены в номенклатуре Autonics.

 

Устройство и принцип работы
индуктивного датчика приближения

Устройство бесконтактного индуктивного датчика приближения можно представить в виде блок-схемы (рис. 1).

 

 

Рис. 1. Упрощенная схема устройства индуктивного датчика приближения

Начальным звеном служат генератор колебаний и электромагнитная система с сердечником и обмотками. Наибольшее распространение получила двухобмоточная конфигурация на одном чашеобразном сердечнике. Параметры индуктивных катушек и пассивных элементов генератора подбираются так, чтобы колебания поддерживались как можно дольше.

Генератор проектируется таким образом, чтобы при подаче напряжения питания в довольно широком диапазоне (10...30 В) в нем устойчиво возникали колебания. Конфигурация сердечника обеспечивает формирование заданного электромагнитного поля во внешнем пространстве.

Если в области генерируемого электромагнитного поля появляется металлический предмет, то в нем индуцируются вихревые токи. Из-за потерь на взаимоиндукцию амплитуда колебаний генератора снижается с уменьшением расстояния до металлического предмета.

Демодулированный аналоговый сигнал поступает на триггер (это может быть триггер Шмидта), который в свою очередь выдает бинарный сигнал о том, что амплитуда колебаний генератора снизилась до порогового значения.

Пронормированный аналоговый сигнал может дать информацию о расстоянии до металлического предмета. Так работают некоторые индуктивные датчики расстояний. Индуктивный датчик, выдающий сигнал в виде двух логических уровней, получил название индуктивного выключателя.

Для обнаружения немагнитных предметов индуктивному датчику непременно нужна металлическая мишень, расположенная на детектируемом предмете. Минимальный размер квадратной мишени устанавливается производителем и, как правило, ее сторона близка к диаметру чувствительной поверхности (рис. 2), которая ограничена диаметром ферритового сердечника, входящего в состав электромагнитной системы датчика.

 

 

Рис. 2. Расположение мишени относительно чувствительной поверхности

Область, где сконцентрировано изменяющееся магнитное поле, называется активной зоной, и она, как правило, соизмерима с диаметром чувствительной поверхности.

Чувствительной пластиной (мишенью) служит стальной квадрат (сталь 40, Fe360). Нормой считается толщина мишени в 1 мм.

Номинальное расстояние переключения Sном (расстояние, при котором приближение мишени к чувствительной поверхности сенсора вызывает изменение логического уровня сигнала) указывается в паспорте прибора, но это расстояние не учитывает технологический разброс датчика, температуру окружающей среды и уровень напряжения питания.

• Принимая во внимание производственные разбросы датчика, устанавливают эффективный зазор при определенном рабочем напряжении и температуре окружающей среды 25°С (как правило: 0,9 Sном ≤ Sэфф ≤ 1,1 Sном).
• Учитывая все технологические разбросы датчика, изменения рабочего напряжения и температуры получают расстояние полезного зазора Sпол, на практике часто удовлетворяющего условию 0,8 Sном ≤ Sпол ≤ 1,2 Sном.
• Надежное срабатывание бесконтактного выключателя производитель гарантирует в пределах так называемого рабочего зазора Sраб: 0 ≤ Sраб ≤ 0,8 Sном.

Различные металлы и сплавы по-разному оказывают влияние на уровень колебаний в магнитной системе и поэтому требуют поправочного коэффициента для определения своего рабочего зазора. Такой поправочный коэффициент получил название коэффициента редукции, примеры его представлены в таблице 1.

Таблица 1. Коэффициенты редукции для различных материалов  

Материал	Коэффициент редукции
Cталь 40	1
Чугун	0,93...1,05
Никель	0,65...0,75
Нерж. сталь	0,6...1,0
Алюминий	0,3...0,45
Латунь	0,35...0,5
Медь	0,24...0,45

Встроенный в индуктивный выключатель триггер обладает гистерезисом, который указывается в паспорте. Под гистерезисом в данном случае понимается разность между точкой включения при приближении мишени и точкой выключения при ее удалении. В документации гистерезис указывается в процентах от Sном.

Паспортный параметр частоты переключений указывает на максимально возможное число переключений датчика в секунду. Ряд моделей индуктивных выключателей от Autonics обладают частотой переключений до 1,5 кГц. Эта частота характеризует способность генератора и магнитной системы восстанавливать прежний уровень колебаний после удаления мишени. Чем выше частота переключений, тем менее инертна система.

Датчики можно сравнивать по экономичности - току холостого хода, потребляемого от сети питания при отключенной нагрузке.

При включенном датчике под нагрузкой при номинальном токе на нем устанавливается конечное падение напряжения от нескольких до 10 В.

 

Датчики приближения

Среди обширного ряда производимых систем промышленной автоматики у Autonics присутствуют индуктивные и конденсаторные датчики приближения.

Рассмотрим бесконтактные индуктивные датчики фирмы Autonics, которые объединены в семейства: PRD, PRW, PRA, PR.

 

Серия PRD

Серия PRD (рис. 3) позиционируется как семейство датчиков с увеличенной активной зоной - зоной, величина которой прямо пропорциональна расстоянию переключения.

 

 

Рис. 3. Индуктивные бесконтактные выключатели серии PRD

 

Технические параметры для датчиков с двухпроводным интерфейсом представлены в таблице 2.

Таблица 2. Технические характеристики двухпроводных датчиков приближения серии PRD  

Модель	PRDT12-4DO	PRDT12-8DO	PRDT18-7DO	PRDT18-14DO
	PRDT12-4DC	PRDT12-8DC	PRDT18-7DC	PRDT18-14DC
	PRDT12-4DO-V	PRDT12-8DO-V	PRDT18-7DO-V	PRDT18-14DO-V
	PRDT12-4DC-V	PRDT12-8DC-V	PRDT18-7DC-V	PRDT18-14DC-V
	PRDLT12-4DO	PRDLT12-8DO	PRDLT18-7DO	PRDLT18-14DO
	PRDLT12-4DC	PRDLT12-8DC	PRDLT18-7DC	PRDLT18-14DC
	PRDLT12-4DO-V	PRDLT12-8DO-V	PRDLT18-7DO-V	PRDLT18-14DO-V
	PRDLT12-4DC-V	PRDLT12-8DC-V	PRDLT18-7DC-V	PRDLT18-14DC-V
	PRDWT12-4DO	PRDWT12-8DO	PRDWT18-7DO	PRDWT18-14DO
	PRDWT12-4DC	PRDWT12-8DC	PRDWT18-7DC	PRDWT18-14DC
	PRDWT12-4DO-I	PRDWT12-8DO-I	PRDWT18-7DO-I	PRDWT18-14DO-I
	PRDWT12-4DC-I	PRDWT12-8DC-I	PRDWT18-7DC-I	PRDWT18-14DC-I
	PRDWT12-4DO-V	PRDWT12-8DO-V	PRDWT18-7DO-V	PRDWT18-14DO-V
	PRDWT12-4DC-V	PRDWT12-8DC-V	PRDWT18-7DC-V	PRDWT18-14DC-V
	PRDWT12-4DO-IV	PRDWT12-8DO-IV	PRDWT18-7DO-IV	PRDWT18-14DO-IV
	PRDWT12-4DC-IV	PRDWT12-8DC-IV	PRDWT18-7DC-IV	PRDWT18-14DC-IV
Расстояние переключения, мм	4 ± 10%	8 ± 10%	7 ± 10%	14 ± 10%
Гистерезис	Максимум до 10% от расстояния переключения
Размер стандартной железной мишени, мм	12х12х1	25х25х1	20х20х1	40х40х1
Рабочий зазор, мм	0...2,8	0...5,6	0...4,9	0...9,8
Напряжение питания (рабочее напряжение), В	12...24 постоянного тока (10...30)
Ток холостого хода (остаточный ток), мА	Максимум 0,6
Частота переключения, Гц	450	400	250	200
Падение напряжения на датчике, В	Максимум 3,5
Температурный дрейф	В пределах ±10% от расстояния переключения при 20°С в диапазоне от -25°...75°С
Номинальный ток, мА	2...100
Сопротивление изоляции, МОм	Минимум 500 (при приложении 500 В постоянного тока)
Прочность диэлектрика	1500 В/50...60 Гц в течение 1 минуты
Вибростойкость	Амплитуда 1 мм с частотой колебаний 10...55 Гц по трем направлениям осей X, Y, Z в течение 2 часов
Перегрузка	500 м/с2 (50g) в направлении осей X, Y, Z, троекратно
Рабочая температура, °С	-25...75
Температура хранения, °С	-30...80
Влажность, % RH	35...95
Встроенные защиты	От переполюсовки питания, токовая защита, защита от перенапряжения
Степень защиты корпуса	IP 67 (IEC)
Вес, г	PRDT: 74	PRDT: 72	PRDT: 115	PRDT: 110
	PRDLT: 94	PRDLT: 92	PRDLT: 145	PRDLT: 140
	PRDWT: 44	PRDWT: 42	PRDWT: 80	PRDWT: 45

Датчики этой серии выпускаются двух типов: двух- и трехпроводные постоянного тока. Типовая точность 10%. Внутри серии как двухпроводные, так и трехпроводные исполнения имеют активные зоны по 4, 8, 7 и 14 мм.

Гистерезис выключателей серии PRD характерен и для других семейств - до 10%.

Напряжение питания лежит в стандартном диапазоне от 12 до 24 В (расчетное от 10 до 30 В). Ток холостого хода производитель гарантирует не выше 0,6 мА. Рабочие частоты: 450, 400, 250 и 200 Гц.

Для каждой рабочей частоты датчика с двухпроводным интерфейсом существуют свои зона чувствительности датчика (4, 8, 7 и 14 мм, соответственно) и размер чувствительной металлической пластины толщиной в 1 мм (12х12, 25х25, 20х20 и 40х40, соответственно). Датчики с трехпроводным интерфейсом имеют иной ряд рабочих частот: 500, 400, 300 и 200 Гц, соответственно перечисленным габаритам чувствительной пластины.

Выходной номинальный ток для трехпроводных датчиков - 200 мА, что в два раза превышает максимальный выходной ток двухпроводных, величина которого лежит в диапазоне от 2 до 100 мА.

Сенсоры серии PRD (как и представители других серий индуктивных выключателей Autonics) выполнены в корпусе со степенью защиты IP67. Вес датчиков разных моделей внутри серии колеблется от 42 до 145 грамм. Длина проводника с ответным разъемом стандартна для всей серии и составляет 300 мм.

Датчики серии PRD защищены от переполюсовки питания и оснащены светодиодным индикатором срабатывания.

Трехпроводные выключатели данной серии отличаются меньшим падением напряжения на датчике (1,5 В), большим номинальным током (200 мА) при близких частотах переключения.

Принципиальное отличие двухпроводного исполнения от трехпроводного наглядно показано на рис. 4

    

Рис. 4. Схемотехническое различие двухпроводных и трехпроводных сенсоров Autonics

 

Серия PRW

Отличительной чертой серии PRW (рис. 5) является повышенная частота переключений по сравнению с PRD-исполнением (таблица 3).

 

 

Рис. 5. Датчик серии PRW компании Autonics

Таблица 3. Технические характеристики двух проводных индуктивных датчиков приближения серии PRW  

Модель	PRWT08-1.5DO PRWT08-1.5DC PRWT08-1.5DO-I PRWT08-1.5DC-I PRWT08-1.5DO-IV PRWT08-1.5DC-IV	PRWT08-2DO PRWT08-2DC PRWT08-2DO-I PRWT08-2DC-I PRWT08-2DO-IV PRWT08-2DC-IV	PRWT12-2DO PRWT12-2DC PRWT12-2DO-I PRWT12-2DC-I	PRWT12-4DO PRWT12-4DC PRWT12-4DO-I PRWT12-4DC-I	PRWT18-5DO PRWT18-5DC PRWT18-5DO-I PRWT18-5DC-I	PRWT18-8DO PRWT18-8DC PRWT18-8DO-I PRWT18-8DC-I	PRWT30-10DO PRWT30-10DC PRWT30-10DO-I PRWT30-10DC-I	PRWT30-15DO PRWT30-15DC PRWT30-15DO-I PRWT30-15DC-I
Расстояние переключения, мм	1,5 ± 10%	2 ± 10%		4 ± 10%	5 ± 10%	8 ± 10%	10 ± 10%	15 ± 10%
Гистерезис	Максимум до 10% от расстояния переключения
Размер стандартной железной мишени, мм	8х8х1		12х12х1		18х18х1	25х25х1	30х30х1	45х45х1
Рабочий зазор, мм	0...1,05	0...1,4		0...2,8	0…3,5	0...5,6	0...7	0...10,5
Напряжение питания (рабочее напряжение), В	12...24 постоянного тока (10...30)
Ток холостого хода (остаточный ток), мА	Максимум 0,6
Частота переключения, Гц	1500	1000	1500	500		350	400	200
Падение напряжения на датчике, В	Максимум 3,5
Температурный дрейф	В пределах 10% от расстояния переключения при 20°С в диапазоне от -25 до 75°С (для PRWT08 ±20%)
Номинальный ток, мА	200
Сопротивление изоляции, МОм	Минимум 50 (при приложении 500 В постоянного тока)
Прочность диэлектрика	1500 В/50...60 Гц в течение 1 минуты
Вибростойкость	Амплитуда 1 мм с частотой колебаний 10...55 Гц по трем направлениям осей X, Y, Z в течение 2 часов
Перегрузка	500 м/с2 (50g) в направлении осей X, Y, Z, троекратно
Индикатор состояния	Красный светодиод
Рабочая температура, °С	-25...75
Температура хранения, °С	-30...80
Влажность, % RH	35...95
Встроенные защиты	Токовая защита, защита от перенапряжения
Степень защиты корпуса	IP 67 (IEC)
Вес, г	30		45		65		130

Датчики серии PRW имеют расширенную линейку рабочих частот: 200, 400, 350, 500, 1000, 1500 Гц. Модели, работающие на 1; 1,5 кГц, требуют мишени с малыми габаритами - 8х8х1 мм.

Выходные токи для двух- и трехпроводных интерфейсов аналогичны серии PRD.

В данном семействе представлены двухпроводные модели сенсоров, питающиеся от сети переменного тока 100...240 В. Эти датчики обладают большей инерционностью (частота переключений 20 Гц), падением напряжения до 10 В и током холостого хода на уровне 2,5 мА. Датчики моделей PRW12-2AC/PRW12-2AO...PRW30-15AC/PRW30-15AO (литера А указывает на работу в сети переменного тока) могут встраиваться в бюджетные малопроизводительные системы автоматизации: инерционность окупается снижением затрат на сетевые преобразователи и большей помехоустойчивостью. Подключение нагрузки к датчикам такого типа схематически показано на рис. 6. Есть встроенная защита по напряжению.

 

 

Рис. 6. Способ подключения нагрузки к двухпроводному датчику переменного тока серии PRW

 

Серия PRA

Датчики серии PRA разработаны для применений в области промышленной автоматики, где не исключено попадание брызг расплавленного металла от сварочного робота на металлизированную или пластиковую чувствительную поверхность, что может вызвать ложное срабатывание датчика, неверно указывая на обнаружение измерительной пластины.

Брызгоустойчивые датчики серии PRA (рис. 7) защищены тефлоновым покрытием, позволяющим избежать вышеописанной проблемы.

 

 

Рис. 7. Датчик брызгостойкой серии PRA

 

В целом по своим техническим характеристикам эта серия близка к PRD-исполнению, но она оснащена кабелем длиной 2 м (30 см вместе с разъемом в сериях PRD и PRW).

Метрика головок с датчиком: М12х1; М18х1; М30х1,5. Оконечный выходной разъем - М12х.

Оценить возможности датчиков серии PRA можно по таблице 4, где перечислены модели с двухпроводным интерфейсом. В целом это семейство обладает типовыми характеристиками для индуктивных выключателей Autonics.

Таблица 4. Технические характеристики двухпроводных индуктивных датчиков приближения серии PRA  

Модель	PRAT12-2DO PRAT12-2DC	PRAWT12-2DO PRAWT12-2DC	PRAT18-5DO PRAT18-5DC	PRAWT18-5DO PRAWT18-5DC	PRAT30-10DO PRAT30-10DC	PRAWT30-10DO PRAWT30-10DC
Расстояние переключения, мм	2 ± 10%		5 ± 10%		10 ± 10%
Гистерезис	Максимум до 10% от расстояния переключения
Размер стандартной железной мишени, мм	12х12х1		18х18х1		30х30х1
Рабочий зазор, мм	0...1,4		0...3,5		0...7
Напряжение питания (рабочее напряжение), В	12...24 постоянного тока (10...30)
Ток холостого хода (остаточный ток), мА	Максимум 0,6
Частота переключения, Гц	1500		500		400
Падение напряжения на датчике, В	Максимум 3,5
Температурный дрейф	В пределах 10% от расстояния переключения при 20°С в диапазоне от -25 до 75°С
Номинальный ток, мА	2...100
Сопротивление изоляции, МОм	Минимум 50 (при приложении 500 В постоянного тока)
Прочность диэлектрика	1500 В/50...60 Гц в течение 1 минуты
Вибростойкость	Амплитуда 1 мм с частотой колебаний 10...55 Гц по трем направлениям осей X, Y, Z в течение 2 часов
Перегрузка	500 м/с2 (50g) в направлении осей X, Y, Z, троекратно
Индикатор состояния	Красный светодиод
Рабочая температура, °С	-25...75
Температура хранения, °С	-30...80
Влажность, % RH	35...95
Встроенные защиты	Токовая защита, защита от перенапряжения
Степень защиты корпуса	IP 67 (IEC)
Вес, г	63	45	122	65	181	130

 

Серия PR

В серии PR (рис. 8) представлены как двух- и трехпроводные модели постоянного тока, так и двухпроводные переменного тока.

 

 

Рис. 8. Датчик серии PR

В целом технические характеристики датчиков этой серии близки к серии PRW (таблица 5), но двухпроводное исполнение серии PRA ориентировано на сеть 24 В постоянного тока, и выходной разъем на конце двухметрового провода отсутствует. Вместо разъема - оголенные проводники под клеммники корпуса автомата-контроллера.

Таблица 5. Технические характеристики двухпроводных индуктивных датчиков приближения серии PR  

Модель	PRT08-1.5DO PRT08-1.5DC	PRT08-2DO PRT08-2DC	PRT12-2DO PRT12-2DC	PRT12-4DO PRT12-4DC	PRT18-5DO PRT18-5DC	PRT18-8DO PRT18-8DC	PRT30-10DO PRT30-10DC	PRT30-10DO PRT30-10DC
Расстояние переключения, мм	1,5 ± 10%	2 ± 10%		4 ± 10%	5 ± 10%	8 ± 10%	10 ± 10%	15 ± 10%
Гистерезис	Максимум до 10% от расстояния переключения
Размер стандартной железной мишени, мм	8х8х1		12х12х1		18х18х1	25х25х1	30х30х1	45х45х1
Рабочий зазор, мм	0...1,05	0...1,4		0...2,8	0...3,5	0...5,6	0...7	0...10,5
Напряжение питания (рабочее напряжение), В	12...24 постоянного тока (10...30)
Ток холостого хода (остаточный ток), мА	Максимум 0,6
Частота переключения, Гц	1500	1000	1500	500		350	400	200
Падение напряжения на датчике, В	Максимум 7
Температурный дрейф	В пределах 10% от расстояния переключения при 20°С в диапазоне от -25 до 75°С (для PRT08 ±20%)
Номинальный ток, мА	2...100
Сопротивление изоляции, МОм	Минимум 50 (при приложении 500 В постоянного тока)
Прочность диэлектрика	1500 В/50...60 Гц в течение 1 минуты
Вибростойкость	Амплитуда 1 мм с частотой колебаний 10...55 Гц по трем направлениям осей X, Y, Z в течение 2 часов
Перегрузка	500 м/с2 (50g) в направлении осей X, Y, Z, троекратно
Индикатор состояния	Красный светодиод
Рабочая температура, °С	-25...75
Температура хранения, °С	-30...80
Влажность, % RH	35...95
Встроенные защиты	Токовая защита, защита от перенапряжения
Степень защиты корпуса	IP 67 (IEC)
Вес, г	36		63		122		181

 

Емкостные датчики приближения CR

При контроле уровней жидких и сыпучих, в том числе немагнитных и непроводящих материалов успешно применяются емкостные датчики серии CR. Управляющий объект изменяет диэлектрическую проницаемость емкости колебательного контура генератора, что сказывается на рабочей частоте генератора. Изменение частоты демодулируется в изменение напряжения, заставляющее срабатывать триггер. Триггер изменяет коммутационное состояние выключателя.

Технические характеристики емкостных бесконтактных выключателей Autonics серии CR приведены в таблице 6.

Таблица 6. Технические характеристики ёмкостных датчиков приближения серии CR  

Модель	CR18-8DN CR18-8DP CR18-8DN2	CR30-15DN CR30-15DP CR30-15DN2	CR18-8AO CR18-8AC	CR30-15AO CR30-15AC
Расстояние переключения, мм	8 ± 10%	15 ± 10%	8 ± 10%	15 ± 10%
Гистерезис	Максимум до 20% от расстояния переключения
Размер стандартной железной мишени, мм	50х50х1
Рабочий зазор, мм	0...5,6	0...10,5	0...5,6	0...10,5
Напряжение питания (рабочее напряжение)	12...24 постоянного тока (10...30)		100...240 переменного тока (85...265)
Ток холостого хода (остаточный ток), мА	15		–
Частота переключения, Гц	–		До 2,2
Падение напряжения на датчике, В	50		20
Температурный дрейф	Максимум 1,5		Максимум 20
Номинальный ток, мА	В пределах 10% от расстояния переключения при 20°С в диапазоне от -25 до 75°С
Сопротивление изоляции, МОм	Максимум 200		5...200
Прочность диэлектрика	Мин. 50 (при приложении 500 В постоянного тока)
Вибростойкость	1500 В/50...60 Гц в течение 1 минуты
Перегрузка	Амплитуда 1 мм с частотой колебаний 10...55 Гц по трем направлениям осей X, Y, Z в теч. 2 часов
Индикатор состояния	500 м/с2 (50g) в направлении осей X, Y, Z, троекратно
Рабочая температура, °С	Красный светодиод
Температура хранения, °С	-25...75
Влажность, % RH	-30...80
Встроенные защиты	35...95
Степень защиты корпуса	Защита от переполюсовки питания, surge protection		surge protection
Степень защиты корпуса	IP 66 (IEC)	IP 65 (IEC)	IP 66 (IEC)	IP 65 (IEC)
Вес, г.	72	212	63	220

 

Заключение

Компания выпускает широкий ассортимент бесконтактных сенсоров, способных покрыть основные потребности в автоматизации легкой и пищевой промышленности, а также в отдельных областях металлообработки (устойчивые к горячим брызгам от сварки представители серии PRA).

Коммутируя несколько сенсоров по структуре логического «И», «ИЛИ», «Исключающего ИЛИ» можно успешно решать широкий круг задач контроля:

• Появления и наличия объекта;
• Позиционного отклонения;
• Точности посадки;
• Перемещения и положения объекта.

Встраивая и комбинируя бесконтактные сенсоры, не стоит забывать об ограничениях по взаимному расположению датчиков относительно друг друга и металлических конструкций (рис. 9).

 

 

Рис. 9. Требования по взаимному расположению датчиков и металлоконструкций

 

Невыполнение требований технической документации приведет в лучшем случае к снижению чувствительности датчика, в худшем - к неправильной работе прибора. За более детальной информацией можно обращаться к технической документации, доступной на сайте производителя http://www.autonics.com/.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: [email protected]