Бесконтактные выключатели (БВ)

Бесконтактные выключатели работают без механического воздействия со стороны контролируемых механизмов и по сути являются датчиками положения. Они применяются в схемах управления электроприводами станков, механизмов, машин, а также могут служить датчиками уровня жидкостей и сыпучих материалов. Бесконтактные выключатели предназначены для коммутации цепей управления посредством выходного коммутирующего элемента, в качестве которого используются реле, транзисторы, симисторы. Как правило, БВ содержат индикатор (светодиод), который показывает состояние коммутирующего элемента.

.

Рис. Внешний вид БВ

По принципу действия БВ бывают индуктивными, емкостными магниточувствительные. оптические, ультразвуковые.
Принцип работы индуктивного БВ заключается в следующем: с помощь катушки с не замкнутым сердечником, являющейся сенсором, в ближней зоне создается электромагнитное поле. Чаще всего катушку включают в резонансный контур генератора, амплитуда колебаний которого зависит от значения индуктивности. При внесении ферромагнитного предмета в активную зону сенсора амплитуда генератора уменьшается, срабатывает триггер и переключает выходной коммутационный элемент.

Рис. Функциональная схема индуктивного БВ.

Сенсоры индуктивных БВ могут так же включаться в задающие цепи автогенераторов, строится по дифференциальной, мостовой схемам, либо включаться в цепи генераторов тока

Перечень функциональных возможностей бесконтактных датчиков широк. Обнаружение положения объекта, подсчет, позиционирование и сортировка предметов на конвейерах, контроль перемещения и скорости, обнаружение поломок механизмов, определение угла поворота, измерение перекоса и еще много других функций заложено в понятие «датчик приближения», как еще называют бесконтактный выключатель.
Именно потому их используют в самых разных отраслях: от металлообработки до пищевого производства, как элемент автоматизации транспорта и для контроля в станкостроении, для управления водо- газо, нефтеснабжением и на морских нефтеперерабатывающих платформах. Чтобы подобрать подходящий переключатель, стоит ознакомиться с классификацией датчиков по принципу их

Принцип работы емкостного БВ показан на рисунке хх Сенсором датчика служит открытый конденсатор, включенный в колебательный контур генератора. Генератор настроен таким образом, что при отсутствии предметов в активной зоне сенсора генерация отсутствует. При попадании любого предмета (металлического или диэлектрического) в активную зону емкость сенсора увеличивается и возникает генерация. В генераторе возникают колебания с амплитудой, зависящей от расстояния до материала, размеров его, а также от его диэлектрической проницаемости. Амплитуда колебаний преобразуется демодулятором в изменение уровня постоянного напряжения, что вызывает срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика.

Рис. Функциональная схема емкостного датчика.

Емкостные датчики применяются для контроля заполнения резервуаров жидким, порошкообразным или зернистым веществом, как конечные выключатели на автоматизированных линиях, конвейерах, роботах, обрабатывающих центрах, станках, в системах сигнализации, для позиционирования различных механизмов и т. д.

Рис Применение емкостных БВ для контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов

Емкостные и индуктивные датчики выпускаются с питанием постоянным, переменным током или с универсальным питанием (переменным или постоянным). Они имеют схожие схемы включения, которые зависят от типа выходного коммутирующего элемента, в качестве которого чаще всего применяются транзисторы NPN или PNP структур, реже с релейными или симисторными ключами.

Рис. Двухпроводная схема подключения ВБ

Рис. Трех проводная схема подключения ВБ с выходными ключами NPN, PNP структур

Рис. Четырех проводная схема подключения ВБ с выходными ключами NPN, PNP структур

Магниточувсвительные выключатели по принципу действия подразделяются на магниторезисторном, на эффекте Холла, герконовые.

Герконовые БВ

Основным элементом герконового датчика является магнитоуправляемый герметизированный контакт (геркон) показаный на рисунке хх. Геркон представляет собой контакты из ферромагнитного материала запаяные в стеклянную трубку. При внесении геркона в магнитное поле, если напряженность поля достигает определенного значения, его контакты замыкаются. Это происходит потому, что контакты являются магнитопроводом с зазором, в котором при нарастании индукции возникает сила притяжения. Благодаря упругости, контакты размыкаются при исчезновении магнитного поля. Магнитное поле может быть создано как постоянным магнитом, так и электромагнитом. Герконовый датчик кроме геркона может содержать схему индикации.

На рисунке хх показана схема применения герконового БВ.

Рис Работа герконового БВ при экранировании внешнего поля ферромагнитным экраном

Герконовые БВ применяются для контроля (позиционирования) положения движущихся частей механизмов, в качестве охранных и пожарных извещателей.

Достоинствами магниточувствительных БВ с герконом являются:
- простота, дешевизна;

-возможность переключения нагрузок высокого напряжения постоянного и переменного тока ( до 300 В).
- низкое (близкое к нулю) падение напряжения, гальваническая развязка управляющей и управляемой цепи.

К недостаткам следует отнести слабую нагрузочную способность контактов (до 1А), а так же многократное срабатывание при недостаточной напряженности магнитного поля, так называемый «дребезг» контактов.

БВ на эффекте Холла.

Сенсором таких датчиков служит элемент Холла, который генерирует напряжение при внесении его в магнитное поле.

Рис. БВ на элементе Холла.

Когда выходное напряжения сенсора достигает определенной величины, срабатывает триггер, который включает коммутирующий элемент. Обычно датчик в своей конструкции содержит магнит, который воздействует на датчик, а контролируемый механизм при движении экранирует датчик от магнитного поля, тем самым вызывая переключение комутирующего элемента.

Преимущества магниточувствительных бесконтактных выключателей на эффекте Холла:
- высокая надежность и больший ресурс срабатывания из-за отсутствия механических контактов;
- большая частота коммутации.