Электрические датчики в современной металлургии

4. Датчики измерения устройств управления

Из многочисленных датчиков, применяемых в автоматизации технологического оборудования прокатного производства, будем рассматривать только датчики, использующиеся для получения информации о координатах и скорости некоторого элемента автоматической системы. Эти датчики условно разделим на четыре группы: датчики положения, датчики перемещ

ения, датчики размеров и измерители скорости. Эти датчики условно отнесены к группе измерения устройств управления, однако некоторые из них могут с успехом использоваться и в измерении технологических переменных такие, например, как датчики размеров и др.

4.1 Датчики положения

Датчики положения, называемые также позиционными датчиками или путевыми переключателями, которые предназначены для получения сигнала о том, что движущийся орган объекта управления достиг заданного положения. При достижении этого положения выходной сигнал датчика изменяется скачком, т.е. датчик имеет релейную характеристику.

По виду используемой энергии и коммутируемых цепей датчики положения делятся на электрические, гидравлические и пневматические, а по способу воздействия на датчики – контактные и бесконтактные. Датчики, осуществляющие переключения только в конечных точках пути, называются конечными выключателями. Обычно один и тот же тип переключателя может выполнять функцию как путевого (в промежуточных точках хода), так и конечного выключателя.

Электрические контактные переключатели

Эти датчики применяются для коммутаций цепей управления переменного и постоянного тока. Конструктивно они представляют собой устройства, в корпусе которых размещены контакты и толкатель (рычаг), передающий воздействие к подвижным контактам от механических упоров. Переключатели бывают простые и мгновенного действия. В последних подвижный контакт переходит практически мгновенно из одного положения в другое при приложении к толкателю воздействия определенной величины. Переключатели немгновенного действия (простые) применяются при скоростях движущихся органов более 0,07 м/с, поскольку при меньших скоростях происходит усиленный износ контактов от электрической дуги.

В тех случаях, когда требуются небольшие габариты переключателя, применяются микропереключатели, которые имеют мгновенное действие и достаточно высокую точность срабатывания. В системах циклового программного управления необходимо иметь по одной координате несколько путевых команд, поэтому путевые переключатели здесь выполняют в виде блоков микровыключателей, смонтированных в одном корпусе.

Основным недостатком электроконтактных переключателей является малая долговечность, связанная с износом их механических и электрических элементов.

Бесконтактные выключатели

Бесконтактным выключателем (ВБ) называется выключатель, приводимый в действие внешним объектом без механического контакта выключателя и объекта. Коммутация нагрузки производится полупроводниковыми элементами узла коммутации ВБ. Все это обеспечивает высокую надёжность работы бесконтактного выключателя.

В системах управления они, как правило, выполняют функцию датчиков обратной связи, сигнализируя о завершении выполнения конкретным элементом оборудования команды на перемещение. Но этим их применение не ограничивается.

Входя в зону чувствительности бесконтактного выключателя движущийся объект вызывает его срабатывание. При срабатывании ВБ полупроводниковый узел коммутации включает или отключает ток нагрузки (до 400 мА DC или до 500 мА АС). В качестве нагрузки может быть использован вход контроллера, электронной схемы или непосредственно обмотка реле, контактора.

Широкий выбор датчиков типа ВБ производится на предприятии ЗАО «Сенсор» г. Екатеринбурге и Научно-производственной компании «ТЕКО» г. Челябинск.

Электрическая часть бесконтактного выключателя помещена в корпус из никелированной латуни или пластмассы (рис. 13). Для обеспечения работоспособности в экстремальных условиях эксплуатации электрическая часть герметизируется компаундом.

Выбор бесконтактного выключателя при проектировании нового или модернизации существующего оборудования желательно проводить, учитывая три группы функциональных и эксплуатационных параметров:

– вид объекта, воздействующего на чувствительный элемент ВБ;

– требуемые параметры коммутационного элемента ВБ;

– параметры условий эксплуатации и конструктивные особенности оборудования.

Учитывая эти группы и в зависимости от принципа работы чувствительного элемента бесконтактные выключатели подразделяются на индуктивные, ёмкостные и оптические.

Индуктивные бесконтактные выключатели (ВБИ) реагируют на металлические объекты воздействия на расстоянии срабатывания до 150 мм. Объектом может служить как металлический элемент конструкции, так и металлическая пластина, прикрепленная к любой движущейся части оборудования.

Индуктивные бесконтактные выключатели имеют чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с открытым в сторону активной поверхности магнитопроводом (рис. 14).

Рис. 14. Функциональная схема ВБИ

Перед активной поверхностью ВБИ образуется электромагнитное поле. При внесении металлического объекта в это поле колебания генератора затухают, демодулированное напряжение падает, триггер опрокидывается, коммутационный элемент переключается.

При рабочих условиях эксплуатации (в том числе при рабочих значениях напряжения питания и температур окружающей среды) ГОСТ предусматривает надежное срабатывание всех изделий ВБИ в гарантированном интервале срабатывания.

Обычно на практике объект воздействия для ВБИ изготавливается в виде стальной пластины требуемых размеров (толщиной примерно 1 мм, рис. 15), соединенной с движущейся деталью механизма, положение которой нужно контролировать.

Если объект воздействия имеет размеры меньше стандартного, то расстояние срабатывания может измениться.

Индуктивные бесконтактные выключатели наиболее широко используются в качестве конечных выключателей рольгангов, автоматических линий и т.п. (рис. 15.).

Рис. 15. Места расположения ВБИ

Емкостные бесконтактные выключатели (ВБЕ) реагируют на наличие любых объектов воздействия, применяются как датчики уровня жидкостей и сыпучих материалов.

Емкостные бесконтактные выключатели имеют чувствительный элемент в виде вынесенных к активной поверхности пластин конденсатора. Упрощенная функциональная схема ВБЕ изображена на рис. 16.

Рис. 16. Функциональная схема ВБЕ

Приближение объекта из любого материала к активной поверхности ведет к изменению емкости конденсатора, параметров генератора и в конечном итоге к переключению коммутационного элемента.

 Скачать реферат