Публикация пресс-релизов Поиск по компании
Решения, технологии, стандарты Рынок, отрасль, люди Основы
Отменить подписку Подписка
Производители Системные интеграторы Дистрибьюторы
Продукты месяца Поиск по категории Добавить продукт
Добавить мероприятие
Добавить вакансию Специалисты по АСУ ТП, КИП Специалисты по электротехнике, энергетике Главные инженеры, технологи, электрики Менеджеры по продажам, консультанты, другое
Технические требования Публикация статей Публикация пресс-релизов Media Kit 2014
Перейти:  
 


 

Основы АСУ ТП и КИП - в статьях Ua.Automation.com

Краткое руководство по выбору бесконтактных датчиков

Краткое руководство по выбору бесконтактных датчиков

Март 2013 

Нигде так не очевидна тенденция к использованию бесконтактных конструкций, как при производстве датчиков положения. С другой стороны, сбивающее с толку количество возможных вариантов исполнения, очевидно, затрудняет процесс выбора нужного инструмента для конкретного приложения. Поэтому, для того, чтобы избежать ошибок при выборе датчика положения, рекомендуется следовать некоторым простым рекомендациям.

Шаг №1 при выборе датчика – определить требования, в особенности, к разрешению, частоте срабатывания и линейности. Слишком высокие характеристики датчика означают излишние расходы.

Шаг № 2 – получить общее понимание принципов работы датчика, поскольку именно они определяют его сильные и слабые стороны, и, затем, выбрать подходящую для вас конструкцию датчиков.
 
Ниже – краткое описание некоторых основных типов конструкции датчиков и их основных преимуществ.
 
Резистивные (потенциометрические) датчики – эталон

Несмотря на все большее распространение бесконтактных датчиков, потенциометрические датчики остаются очень популярными, и служат, своего рода, эталоном для сравнения с ними остальных типов датчиков. Они измеряют изменение напряжения по мере продвижения скользящего токосъемного контакта (ов) вдоль контактной резистивной дорожки. Эти датчики широко распространены, компакты и отличаются малым весом. Простое устройство может стоить в районе $1-2, в то время как цена более точных может достигать $100-150 и больше. Резистивные датчики хорошо работают при механических нагрузках средней интенсивности и при благоприятных условиях окружающей среды. К сожалению, они подвержены механическому износу и загрязнению. Для высококачественных устройств производители обычно заявляют длительные сроки службы, но при этом, как правило, не учитывается возможное воздействие вибрации.

Сильные стороны: низкая стоимость; простота; компактные размеры; малый вес. Могут быть очень точными.

Слабые стороны: подвержены износу; вибрации; уязвимы для загрязнений и экстремальных температур.

Оптические датчики

Оптические датчики также широко распространены, и довольно разнообразны: от простых устройств дешевле $10 до высокоточных, со стоимостью до $1500 и больше. Всех их объединяет общий принцип: свет проходит сквозь или падает на специальную решетку, и результирующие сигналы используются для определения положения. На рынке присутствует широкий выбор однокорпусных поворотных энкодеров с разрешающей способностью 100-5,000 делений на оборот. У них возможны ошибки, если линзы или решетка загрязняются посторонними веществами.

Важно отметить, что если для энкодера указана разрешающая способность в 1000 делений на оборот, то это не значит, что его точность равна одной тысячной оборота. Спецификации продукта необходимо тщательно изучать. Особенно это касается устройств, состоящих из более чем одной части, которые требуют очень точной установки. Многие из датчиков этого типа обладают ограниченной устойчивостью к вибрации.

Сильные стороны: высокое разрешение; хорошая точность при правильной установке; широкое распространение.

Слабые стороны: невысокая устойчивость к загрязнениям, вибрации, экстремальным температурам.

Магнитные датчики
 
Все магнитные датчики положения используют один принцип: при перемещении магнита относительно детектора, изменяется напряженность поля. Магнитные датчики лишены многих недостатков оптических датчиков, например, они устойчивы к загрязнениям. С другой стороны, из-за гистерезиса они редко применяются там, где требуется высокая точность. Спецификации датчиков необходимо тщательно изучать, особенно в том, что касается температурных коэффициентов, воздействия близлежащих материалов или источников электрического тока.

Сильные стороны: относительно прочные; устойчивы к воздействию большинства жидкостей.
 
Слабые стороны: температурный диапазон; гистерезис; необходима очень точная установка; влияние близлежащих изделий из стали или источников электрического тока; слабая устойчивость к вибрации.

Магнитострикционные датчики
 
Существуют датчики использующие эффект магнитострикции. Когда магнит приближается к определенным материалам, он заставляет энергетический импульс, распространяющийся вдоль материала, отражаться. Положение определяется на основе измерения времени, в течение которого импульс распространяется вдоль полоски магнитострикционного материала. Тонкая полоска материала должна быть аккуратно закреплена в волноводе, таким образом, толчки и вибрация могут вызывать ошибки измерений. Каждый датчик должен быть откалиброван производителем, что делает магнитострикционные датчики относительно дорогими. Данная технология уязвима для различных воздействий – прежде всего, температуры. Показатели точности магнитострикционных датчиков часто приводятся для конкретной температуры.
 
Сильные стороны: высокая прочность; хорошо подходят для высоких давлений; точность растет по мере увеличения измеряемых расстояний.
 
Слабые стороны: относительно дорогие; уязвимы к температурным воздействиям; неточные на малых расстояниях (<100 мм).

Емкостные датчики

Конденсатор – это устройство, накапливающее заряд. Обычно он состоит из двух проводящих пластин, разделенных диэлектриком. Величина заряда зависит от размера пластин, их взаимного расположения, расстояния между ними, электропроводимости промежуточного материала. В своей простейшей форме емкостные датчики измеряют расстояние между пластинами. Оно изменяется на незначительные величины, менее 1 мм, например, при измерениях веса или давления. Также могут использоваться пластины, расположенные вдоль оси измерения. По мере перемещения одной пластины относительно другой, изменяется емкость конденсатора, что позволяет оценить положение.

Емкость зависит от температуры, влажности, присутствия поблизости некоторых материалов, и поэтому емкостные датчики редко используются в системах безопасности.

Сильные стороны: компактные; низкие энергозатраты.
 
Слабые стороны: большие коэффициенты температуры и влажности.

Традиционные индуктивные датчики

Индуктивные датчики линейных перемещений используют принцип переменного магнитного сопротивления. Также они могут использовать конструкцию дифференциальных трансформаторов линейных перемещений (от англ.: linearly variable differential transformers или LVDT). Основной принцип действия: по мере перемещения проницаемого для магнитного поля элемента, меняется индуктивность или коэффициент магнитной связи обмоток трансформатора. Уровень индуцированного сигнала позволяет судить о положении объекта и, надо отметить, что данный подход обладает многими сильными сторонами.
 
В то время как в магнитных или оптических датчиках их электроника находится непосредственно рядом с зоной работы, в индуктивных датчиках может использоваться удаленная электроника, находящаяся в благоприятной среде, в то время как собственно датчик будет находиться в среде неблагоприятной.  

Сильные стороны: высокая точность; надежные; прочная конструкция; устойчивы к неблагоприятной среде; широкое распространение.
 
Слабые стороны: дорогие; громоздкие; тяжелые.

Индуктивные датчики нового поколения
 
Индуктивные датчики нового поколения, такие как производства британской компании Zettlex, используют те же принципы, что и традиционные индуктивные датчики, демонстрируя отличные результаты в неблагоприятных условиях. Однако, в отличие от громоздких трансформаторных конструкций, эти датчики сконструированы с применением технологии печатных схем. Переход к печатным обмоткам дает следующие преимущества:
  • Уменьшение стоимости, размеров и веса
  • Большая гибкость в выборе форм-фактора
  • Устранение неточностей, связанных с изготовлением обмоток
  • Возможность измерений, связанных со сложной геометрией, в 2 или 3 измерениях
  • Многочисленные датчики могут компактно инсталлироваться благодаря применению многослойных печатных плат (к примеру, при резервировании датчиков в системах безопасности).
Электромагнитная совместимость этих датчиков обычно не хуже, чем, к примеру, у LVDT.

Сильные стороны: высокая точность; надежность; прочная конструкция; малые размеры; малый вес; устойчивость к неблагоприятным внешним условиям.
 
Слабые стороны: дороже потенциометрических датчиков.