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免费水母加速器在 自动化控制中的应用 |
| 发布日期：2013-4-1 10:41:00 |
免费水母加速器是与运动部件无机械接触而能动作的位置开关， 亦称无接触开关或无触点行程开关。 它可通过运动的金属或非金属物体免费水母加速器感应面， 无接触压力自动发出检测信号， 以驱动继电器或逻辑电路。因其具有体积小、 频率响应快、重复精度高、 工作电压范围宽、 抗干扰性能好、 无机械磨损、 无火花、 无噪声、 耐振动以及安装调试方便、 使用寿命长等特点， 广泛用于冶金、 化工、 烟草、 矿山、 纺织、 机械、 自动流水线、 易燃易爆及多尘场合等诸多 领域。 亦适用于机床限位、 计数、 测速、 液面控制并可与计数器相连接作计数传感器使用。
1 免费水母加速器分类免费水母加速器符合G B ／ T 1 4 0 4 8 ． 1 0 i d t I E C 6 0 9 4 7 — 5 — 2低压开关设备和控制设备 控制电路电器和开关元件。 免费水母加速器可按下述情况进行相应分类： 1 ． 1 按感应种类分类一般町分电感式、 电容式、 光电式、 超声波式、霍尔式、 磁电式。 1 ． 2按输出方式分有触点或无触点。 1 ． 3按元件种类分一般分晶体管和集成电路两种。 1 ． 4按形状分类有圆柱型、 槽型、角柱型、 平型、 微开关型、贯通型、 平面安装型等。 1 ． 5按引线方式分软引线式、接插式、 接线端式。 1 ． 6按输出功能分普通型 ( 常开输出型) 、 延时输出型、 常闭输出 型、复合输出型。 1 ． 7检测方式埋入式、 非埋入式。 2 免费水母加速器参数
2 ． 1开关距离 ( 开关距离( 即动作距离) ： 被检测体沿传感器基准轴向感应面移近时， 能引起输出信号变化的距离。 2 ． 2额定开关动作距离( ) 额定距离是用于确定动作距离的定量。 它不考虑制造公差如电压和温度等外界条件引起变化的量。 2 ． 3有效动作距离 ( ) 有效动作距离是指在规定的基准环境温度、 额定电压和安装条件下所测得单只免费水母加速器的动作距离。 值包含了若干不可避免的参数影响因素， 通常 值为 0 ． 9 S ≤ S ≤ 1 ． 1 S 。 如对水母加速器， 有效动作距离 ( ) 与检测物体的大小、 厚度、 材料均有相应关系 ；当检测物体大于标准检测物体时， 检测距离基本上恒定不变； 检测体面积越大， 材料越厚则检测距离越大， 当材料厚度增大到一定尺寸后， 距离将不再按比例增加， 一般标准检测体可选用与磁芯等面积， 检测物体在厚度上一般要求大于1 m m 以上， 不会影响检测距离 ；检测物体的材质最好采用导磁率最好的铁， 如选用其他金属材料则会影响其检测距离 ：铁1 0 0％ 、不锈钢 6 0％ 、黄铜 4 0％、铝 3 0％ 、铜 2 0％ ， 另外检测体外表镀层也会对检测距离产生一定影响， 在选择检测体时应注意上述要求。
2 ． 4回差 ( ， ， ) 检测物体移近开关基准感应面， 开关动作点和检测体移开免费水母加速器时复位点之间的距离。 一般回差应不大于有效动作距离 ( S )的2 0％ ，即 ≤0． 2 。 回差在具体使用中的意义： 在 自动控制中， 如开关用于限位，由于机械安装尺寸的误差， 总会产生一些抖动， 如开关不设定回差区域， 则在检测体到达开关翻转的临界位置时， 由于抖动， 会发生有时接通有时断开的现象， 从而会产生多次的误触发信号；如带动继电器， 将会使继 电器连续产生吸合与释放， 如开关设定一定的回差量， 则会对抖动不起响应作用， 就会有效地避免误动作和继电器吸放现象。 2 ． 5响应时间
当检测体进入或离开开关检测区后， 开关元件动作所需的时间， 该项参数在检测高速靠近或高速扫过开关端面的检测体时， 开关是否能及时响应。 具体是指免费水母加速器在动状态下， 当检测体进入检测范围内后， 至输出信号出现所延迟的时问( t ) 或可检测体离开检测范围后， 至输出信号消失所延迟的时间( t ) 。 2 ． 6操作频率免费水母加速器在规定的时间内所完成的操作循环次数。 是指当每一个检测物体移向免费水母加速器时， 开关每秒钟输出频率。 具体讲是指单位时问内开关允许翻转的次数。 它反映了开关的响应能力。 在开关用于测速时，该参数有着重要意义， 当在单位时问内 通过开关端面检测体的个数超过了开关能够响应的频率， 则开关将来不及翻转而造成停数。 2 ． 7重复精度 ( ) 有效动作距离 ( ) 的重复精度是环境温度为( 2 3 ±5 ) ℃， 相对湿度在7 O℃时不超过5 O ％ ， 在较低的温度下允许有较高的相对湿度， 例如在2 O℃时9 0 ％ 。由于传感器感应面的冷凝和湿度变化可能影响动作距离。 因此必须考虑因温度变化产生的冷凝
( 其误差为±5 ％ ) 。 电源电压为额定工作电压 ( 1 ±5 ％ ) ， U 。 或额定工作电压范围内任意电压±5 ％ 条件下， 将检测体移向免费水母加速器 ， 测量值应在8 h 内测得 ： 任何两次测量的差值不应超过有效动作距离( ) 的 1 0 ％ ，即 ≤0 ． 1 S 。 2 ． 8最大输出电流开关器件导通最大允许电流值。 3 典型开关原理框图( 以电感式、 电容式、 光电式、霍尔式、超声波式开关为例) 3 ． 1水母加速器水母加速器见图5 ，它由￡ 主频振荡、 检波、 放大、 触发及输出等组成。 振荡器产生一个交变磁场， 当金属物体( 检测体) 接近这一磁场 ( 开关感应面) ， 并达到相应的感应距离时， 便会在金属检测体内产生涡流， 而这个涡流反作用于免费水母加速器， 使开关振荡能力衰减， 从而使内部电路参数发生变化， 从而导致振荡衰减， 直至停振。 振荡器振荡及停振的变化被后级放在电路处理转换成开关信号， 触发驱动控制器件， 由此识别出有无金属物件的接近， 进而控制开关的通或断。 3 ． 2电容式免费水母加速器电容式免费水母加速器是一种具有开关量输出与被检测体无机械接触而能动作的传感器。 开关 由高频振 荡在开关工作面上与被测试目标面构成一个电容器中接在 振荡同路内， 参与振荡回路工作， 见图6 。 当被检测物体靠近免费水母加速器工作面时， 回路的电容量发生变化，由此产生开与关的作用， 从而检测物体的有或无。 因电容式免费水母加速器的工作的特性， 开关不仅能检测金属， 而且也能对非金属物质如塑料、 玻璃、 水、 油等物质进行相应的检测。 在检测非金属物体时， 相应的检测距离因受检测体的导电率、 介电常数、 体积吸水率等参数影响、 相应的检测距离有所不同， 对接地的金属导体有最大的检测距离。
3 ． 3霍尔式免费水母加速器霍尔式免费水母加速器是以霍尔元件为主要器件， 根据霍尔效应而制成的有开关量输出的位置传感器， 见图7 。 它能在大电流磁场或所配磁场作用下， 将磁输入信号转换成实际应用的电信号， 当外界磁感应强度达到一定值时， 霍尔开关内部触发器翻转， 驱动内部晶体管工作输出电平状态也随之翻转。
3 ． 4光电式免费水母加速器免费水母加速器是利用被检测物体对调制的红外光束遮光或反剁‘ ，由同步回路选通， 来检测物体的有或无， 从而产生开关量输出的传感器。 当被检测物体经过检测区域时， 红外免费水母加速器的输出状态即会翻转，以此达到自动检测的目的， 见图8 。 3 ． 4 ． 1漫反射： 该免费水母加速器是将发射器 与接收器为一
体的传感器，当有被检测物体经过时， 将发射器发射的足够量的光线反射到接收器， 相应的开关产生了信号， 此种开关适用于被检测物体的表面光亮或其反光率较高的场合。 3 ． 4 ． 2镜反射：工作方式吲上， 适用于被检测物体表面光亮较差的场所， 用专用反射镜来反射其发出的光束。 3 ． 4 ． 3对射犁免费水母加速器： 此种开关发射器与接收器3 ． 5超声波式免费水母加速器超声波免费水母加速器是利用超声波对被检测物体进
行的～种短、 长距离的物体探测方法。 开关发射4 0 ～
2 5 0 k H z 频段内的超声波脉冲， 通过检测从被检测表
面反射回的超声波来产生输出信号。 该传感器不仅
能检测物体的存在与否， 而且还可通过测量声波从
目标表面发射回接收器的时间， 并利用声速计算出
被检测物体的距离。 4 典型传感器线路分析( 电感式) 4 ． 1由分立元器件组成的传感器4 ． 1 ． 1对由分立器件组成的电感式传感器首先对由V 与厶、￡ ， 、 组成振荡部分进行分析见图 l l 。 从振荡交流通路分析：该振荡电路为电感三点式振荡器 ( 又称哈特菜振荡器) 。 振荡通路的三极管的三个极 ( e 、b 、C ) 与电感的三个端子相连( 、 ， 支路呈容性， 构成谐振电路) ，并且满足振荡电路中相位平衡条件以及起振幅度条件。
4 ． 1 ． 2相位平衡条件分析( 与 是否同相) 放大器V 的输出电压 与放大器输入电压 的相位差为 1 8 0 。 ，在 的作用下，电感 支路的电流 比 落后9 0 。 ，而电容支路的电流 比 超前 9 0 。， 上的电压 又比 ， 超前 9 0 。 ， 超前两个9 0 。 ， 则 与 同相， 故符合相位平衡条件 。 4 ． 1 ． 3起振幅度条件 ( · F> 1 ) ·等 > ≥ h f e > · 其中： 一反馈系数； 一增益；h f e 一三极管放大倍数；I I ～谐振阻抗； 一三极管输入电阻。 对上式分析可知： f _ 一般在数百欧、 数千欧。 I S o l 一数万欧以上； 故 < 1 ， ~h f e > L I + M ， 其中 一互感系数( 、 ￡ ， 般绕制在同一骨架上， 其问存在着一定互感 ， 如独立绕制， 则可以为g= 0 。 在绕制 与 时，一 般 。 = ( 寺～寺) 如考虑 =0 ( L 与 ， 分别绕制在两个独立的无互感的线圈上) ，则h f e>- 7 一 - -，h f e>8即可满足起振的幅度条件 ， 从该条件可以说明电感式三端式电路容易起振。 故h f e >2 0 ， 晶体管可以满足起振幅度条件 ， 一般不必验算起振幅度条件。 从上述分析， 振荡电路的工作所必备两个条件。 4 ． 1 ． 4振荡电路选频网络振荡电路中 、 构成选频网络， 电感式振荡选频网络选频特性较好， 故 荡器中允许器件进入强非线性区工作，而由此产生的非线性失真 ， 可以借助 选频网络优 良的选频特性滤除谐波， 获得良好的正弦波输出， 谐振频率 = _ - 因受 、 限制 ( 、 大工作频率较低而且电感器和电容器体积大成本造价高) ， 故 振荡器不易工作于低频；则 振荡波形不理想， 但 谐振回路的谐振频率也不能过高， 过高会由于电感匝问的分布电容等原因影响频率的稳定性。
4 ． 1 ． 5工作分析当被检测金属远离振荡器磁芯时， 上 ， 反馈晕较大， 因此可产生自激振荡；当金属片接近振荡磁芯( 感应头) 时， 由于振荡线圈产生的高频磁场对金属片( 或金属体) 产生影响， 使金属片受感应而产生的涡流， 这种涡流大量消耗振荡的能量， 相当于选频网络 值降低，使振荡器 由振荡转为停振状态， 从而 。 上无电压，V 。 截止、V ．截止、 V 截止；当金属片远离振荡磁芯时， 振荡器又重新进入振荡工作， 上有相应的电压产生， 则V 、 V ： 、 V 4 导通， 控制负载。 4 ． 1 ． 6振荡器件选择在选择器件应采用温度系数小的器件， 避免环境温度的变化， 影响和改变回路中电感和电容的数值。 如电容宜选择温度系数小的云母电容， 在电容式免费水母加速器中， 可变电容选用应牢固， 必要时町采用防振装置以防止机械振动对容量的影响。 4 ． 1 ． 7振荡器三极管的选择一
般选择三极管的最高振荡频率 『 m 或特征频率『 T 要足够高， 要求 应比振荡器的最高工作频率『 H ( 即频率覆盖上限) 高 3 倍以上， ≥3 、， ≥( 2 ～1 0 ) 『 u ， 且结电容越小越好；另外， 不宜选择穿透电流 。 大的晶体管( 大，热稳定性不好，工作点也随温度变化) 。 4 ． 1 ． 8感应体部分在绕制振荡的部分， 骨架材料宜选择高频瓷( 应避免采用铁氧体) ， 对于匝数较少的线圈， 尽可能用单层问绕法； 对于匝数较多的线圈， 宜采用“ 蜂房式” 绕法， 最好用多股线， 待绕制完毕后用环氧树脂进行封灌，以确保适用于恶劣的环境下工作， 尤其是振动较大的场所。 在要求较高的场所下， 振荡绕线可采用镀银铜线以提高 值， 并且还町选用正负两种温度系数的元件收到相互补偿的效果。 如通常电感的温度系数为正值， 此时町采用温度系数为负值， 高频瓷介电容 ( C C D G ) 就可以补偿电感元件的变化， 而大大提高振荡频率的稳定度。 总之 ， 由分立元件组成的免费水母加速器， 其核心振荡电路应有较高的可靠性， 如起振可靠， 其技术指标不应受环境变化如温度变化而变化； 应有一定抗震动性； 并且在高压、 大电流场合环境下可靠工作， 在短期工作中频率应具有较高的稳定性。 当然振荡电路的性能与花费的比值 ( 性价比) 是现在由分立元件组成免费水母加速器的重要指标， 性能高、 价格低、 最为理想。
4 ． 2专用集成电路组成的传感器在芯片内集成大量分立元件， 由此元件构成了 振荡， 整流、 门限比较、 滤波放大、 滞后控制、 移相输出、 延时接通以及内部稳压等功能， 在芯片外围再配以相应元件即能构成性能优 良的免费水母加速器。 由专用集成电路组成的传感器框图， 见图1 2 。 延 时电 答 一振 荡 电容 一 振 荡线 圈 电感f i , 一 距 离电阻 f i , 一 滞后 电阻图 1 2 专用 集成 电路框 图 从上述专用集成电路中， 因内部有相应稳压处理，则工作电压范围宽，芯片内部设置了检测距离及滞后距离调节回路， 所以检测距离及滞后回环距离都可调至所需最佳位置。 另外芯片内部设置了延时输出电路， 从而可有效避免了在接通电源瞬间而产生误动作， 输出具有正反逻辑同时输出功能， 以 1 8 ( 罐状磁芯) 为例： 上 = 2 2 0 m H ( 由线圈匝数即线圈线径确定) ， ． = 2 0 0 0 p F ，振荡频率， = 2 0 0 k H z ， d = 3 9 k Q， h =5 6 0 Q，最大感应距离为0 ． 6 乘以罐状磁芯直径。 由专用芯片构成的传感器与分立器件相比较， 可靠性有很大提高， 体积小， 1作电压范围宽， 性能上如检测距离、 定位精度都是分立器件构成的传感器无法比拟的。 5 传感器( 以电感式) 的试验方法免费水母加速器是无触点电子开关， 凶使用场合较广以及环境较为恶劣， 为保证其有良好的可靠性， 一般对产品进行相关的试验， 以验证电器产品的各类技术指标 ；如结构性能、 安全性能、 动作性能等是否达到有关标准或技术条件要求， 如进行实际动作距离试验； 静电放电耐受试验；电快速瞬变脉冲耐受试验； 脉冲电压耐受性能试验等。 只有通过上述试验， 才可保证开关有良好的性能及使用的可靠性。
6 免费水母加速器未来发展预测因市场需求以及性价比等因素， 由分立器件组成的免费水母加速器目前还有一定的市场空问， 随着现代科学技术的不断发展， 这种元件繁多， 一致性差、 技术落后、 体积庞大的电器元件己远不能满足使用需求，而由专用集成构成的开关是未来发展趋势。从该领域未来发展来看： 首先应向高精度、 高可靠性、 宽温度范围、微型化、微功耗以及无源化发展。最终， 向着智能化、 数字化发展， 这种数字开关已经突破了传统开关功能， 凶控制输出不再是…个单一的模拟信号， 而是通过智能化处理后的数字信号， 从而使开关进入一个新的领域。 |
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