Фотодатчик принцип работы: назначение и устройство. Принцип работы фотоэлектрических датчиков

Содержание

назначение и устройство. Принцип работы фотоэлектрических датчиков

a:2:{s:4:»TEXT»;s:9369:»Использование различных фотоэффектов

     Во время своей работы https://techtrends.ru/catalog/fotoelektricheskie-datchiki/» target=»_blank»>фотоэлектрические датчики используют три возможных фотоэффекта, которые зависят от того, как изменяются свойства предмета при наличии изменений в уровне освещения.


    Эффекты бывают внешними, когда под воздействием получаемой световой энергии электроны вылетают из катода лампы.
    Внутренние эффекты отличаются тем, что сопротивление полупроводника зависит от уровня освещенности.
    Вентильный эффект появляется, когда возникает движущая сила, которая зависит от освещения.




Виды устройств

     Можно встретить фотоэлектрические датчики аналогового или дискретного вида.


    У аналоговых выходной сигнал может меняться пропорционально имеющемуся уровню освещения. Обычно такие устройства применяют при создании элементов освещения, управляемых автоматически.

    Дискретные устройства изменяют значение на диаметрально противоположный показатель при достижении определенного уровня освещенности. Они могут выполнять всевозможные задачи на действующей технологической линии и широко используются в промышленности.


     Оптический бесконтактный прибор регулирует изменение поступающего светового потока в рабочей области и может срабатывать на большом расстоянии, реагируя на изменение объектов, их отсутствие или присутствие. Конструкция этого прибора имеет две части, которые отвечают за правильное функционирование — это приемник и излучатель. Они могут находиться как в одном подходящем корпусе, так и в разных.




Группы устройств

     В зависимости от используемого метода работы, фотоэлектрические датчики принято делить на четыре группы:


    Работающие по принципу пересечения луча. В этом случае излучатель и работающий с ним в паре приемник имеют два отдельных корпуса, поскольку этого требует технология работы. Два прибора устанавливаются друг напротив друга, а при взаимодействии излучатель посылает луч, который воспринимается приемником. Если какой-либо объект пересекает этот луч, то прибор тут же посылает соответствующий сигнал.
    Датчики с принципом отражения от рефлектора. Подобные приборы характеризуются тем, что у них излучатель и приемник располагаются в одном корпусе. Помимо этого агрегата, также используется специальный рефлектор, который устанавливается напротив прибора. Во время работы устройство посылает луч, он отражается от рефлектора и воспринимается приемником. Специальный поляризационный фильтр позволяет настроить работу оборудования так, чтобы устройство воспринимало только отражение от рефлектора и ничего лишнего. Рефлекторы бывают разными, поэтому их выбирают, исходя из имеющейся ситуации — дальности расстояния и особенностей монтажа. Если во время работы луч перестает отражаться и поступать к приемнику, значит, на линии появился какой-то объект, и сигнал об этом устройство передает дальше.

    Приборы с отражением света от объекта. У этих агрегатов приемник и сопутствующий ему излучатель также располагается в одном корпусе. В этом случае работа строится так, что рефлектор не нужен, поскольку его роль выполняют различные объекты — луч отражается от них, попадает в приемник, и датчик посылает нужный сигнал.
    Датчики с фиксированным отражением. По сути, это усовершенствованный вариант предыдущего варианта оборудования. Приборы работают по такому же принципу, но они более чутко улавливают и определяют состояние объекта. Например, при помощи подобных датчиков можно обнаружить вздувшуюся упаковку на линии или пакет, наполненный не до конца.





     Также датчики могут делиться не только по принципу работы, но и по своему назначению. Существуют приборы общего назначения и специализированные. Вторые предназначены для выполнения более узких задач и решения конкретных вопросов. Например, они могут распознавать наличие этикетки, контрастной границы и других подобных элементов. Все датчики выполняют задачу обнаружения каких-либо объектов на расстоянии, и в зависимости от особенностей элемента, это расстояние может значительно варьироваться.



«;s:4:»TYPE»;s:4:»HTML»;}

Фотоэлектрические датчики: назначение, устройство, области применения

15.03.2021

Фотоэлектрические датчики применяются в закрытых помещениях для автоматизации различных видов технологических процессов в промышленности и на производстве, а также для выполнения широкого перечня других задач. Основной функцией устройства является бесконтактное получение информации о состоянии находящегося перед ним объекта: определение соответствия заданным параметрам скорости его перемещения, размеров, степени прозрачности и других данных. Полученные при помощи отраженного светового пучка данные преобразуются в электрический сигнал, который поступает на контроллер. В зависимости от принципа кодирования светового сигнала, примененного в конкретной модели датчика (амплитудной, временной или частотной модуляции), требуемый параметр отображается в виде частоты, продолжительности или количества световых импульсов.

Особенности конструкции

Основными элементами конструкции любого фотоэлектрического датчика являются:

  • Излучатель (источник светового луча). В качестве этого элемента применяют светодиод – полупроводник, излучающий свет с определенной длиной волн или цветом при прохождении через него электрического тока. Применяются инфракрасные светодиоды, позволяющие отслеживать направление луча, создающие больше света и выделяющие меньше тепла по сравнению с другими типами, а также желтые, синие и красные, оптимальные для применения в ситуациях, когда необходимо отслеживать цвет или оттенок наблюдаемого объекта. Конструкция излучателей отличается прочностью, устойчивостью к механическим повреждениям и позволяет выполнять работы в широком температурном диапазоне окружающей среды.
  • Приемник светового сигнала (фотодетектор). Фототранзистор или фотодиод чувствительный к длине волн света и его интенсивности. В зависимости от типа получаемых воздействий изменяет параметры проходящего через него тока.
  • Линза – предназначена для ограничения области принимаемого света, а также увеличения расстояния обнаружения исследуемого объекта.
  • Выходное устройство с дискретным или аналоговым выходом, осуществляющее переключение в пользовательской цепи. Применяются несколько типов таких устройств (электромеханическое реле, полевой транзистор, симистор и другие), каждое из которых имеет свои преимущества, недостатки и, соответственно, сферу применения.

Особенности конструкции определяются сферой применения и требованиями к прибору. Так, датчики, предназначенные для определения температуры или освещенности (например, датчики, управляющие автоматическим включением и отключением осветительных приборов), могут не оснащаться световым излучателем, а некоторые упрощенные модели не имеют линз.

В большинство датчиков для обеспечения искусственного светового потока применяются лампы накаливания, с целью обеспечения более долгого срока службы работающие на напряжении 70-80% от номинального. В качестве альтернативы допускается применение более экономичных и эффективных газоразрядных ламп, однако, в силу больших габаритов и меньшего ассортимента применение такого источника света не настолько популярно.

Для предотвращения искажения сигнала в результате воздействия помех в некоторых моделях устройств размещается микроэлектронный операционный усилитель выходного сигнала.

Основные разновидности фотодатчиков

В зависимости от способа передачи воздействия светового луча на фотодетектор фотодатчики подразделяют на несколько видов.

  • Фотоэлектрические датчики, воспринимающие изменение характеристик светового потока при передвижении исследуемого объекта, а также при изменении его формы или размеров. Конструкция таких устройств предусматривает создание параллельного и равномерного светового излучения при помощи излучателя и линзы. Исследуемый объект или связанная с ним механическим способом заслонка размещаются в световом потоке. В случае изменения размера или месторасположения наблюдаемого элемента, а также при изменении положения заслонки изменяется количество света, попадающего на приемник светового сигнала (фотодетектор).
    Для получения более точных данных о происходящих изменениях перед попаданием на фотодетектор световой поток предварительно проходит через оптическую систему. Такой тип устройств оптимален при необходимости выполнения работ связанных с измерением геометрических параметров наблюдаемого объекта (длины, ширины, площади, высоты), а также частоты вращения детали и при считывании информации с перфолент или перфокарт.

  • Фотоэлектрические датчики, работающие по принципу анализа изменений отраженного от наблюдаемого объекта светового луча. Сформированный светодиодом луч, проходя через оптическую систему, сужается и попадает на поверхность объекта. Отраженный свет проходит через фокусирующую линзу и поступает на приемник светового сигнала. Количество поступившего света зависит от особенностей поверхности исследуемого объекта: качества и вида обработки, отражающей способности, наличия защитных или декоративных покрытий и других факторов. Такие устройства применяются для определения особенностей поверхности объекта, а также считывания и шифрования графической информации (текстов, изображений) с бумажных и других носителей.

  • Фотодатчики, принимающие световой поток, создаваемый самим исследуемым объектом. Излучаемый поток света фокусируется линзой и поступает на датчик. Применяются для определения характеристик излучения, создаваемого контрольно-измерительными приборами (оптико-электронными измерителями температуры, атомно-эмиссионными спектральными анализаторами и другими).

Виды фотоэлементов и принцип их работы

  • Фотоэлементы с внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) преобразовывают энергию светового излучения в электрический сигнал при помощи вакуумных или наполненных газом стеклянных колб с напылением на части внутренней поверхности тонкого металлического слоя, выполняющего функцию катода и предназначенного для получения электрического тока малой мощности. В роли анода выступает размещенная внутри колбы проволочная петля или металлический диск, предназначенный для улавливания фотоэлектронов. К катоду и аноду подключается внешний источник электрического тока. При воздействии излучения на катод часть электронов получает дополнительную энергию, после чего они попадают в вакуумную среду колбы и, благодаря возникшему в результате подключения к электродам источника питания электрическому полю, направляются к аноду. Величина возникающего фототока прямо пропорциональна силе светового потока. К недостаткам таких устройств относится невысокая прочность стеклянной колбы, вероятность повреждения электродов и снижение чувствительности фотоэлементов при длительной эксплуатации.

  • Вентильные фотоэлементы (с запорным слоем) состоят из нижнего металлического электрода, электронных и запирающего слоев, а также верхнего полупрозрачного металлического электрода. Все элементы помещены в пластиковый корпус с отверстием, пропускающим световой поток. При прохождении светового потока и попадании его на фотослой проводник и полупроводник приобретают разноименные заряды. Основными преимуществами таких элементов является устойчивость к механическим повреждениям, высокая чувствительность и отсутствие потребности в источнике питания. К недостаткам относится инерционность, чувствительность к температуре окружающей среды и относительно невысокий срок службы.

  • Фотодиоды – полупроводниковые диоды, способные изменять свои свойства под воздействием светового потока. При отсутствии воздействия света диод обладает стандартными характеристиками. В зависимости от схемы расположения в электрической цепи фотодиод может выполнять различные функции. При работе в вентильном режиме потребность в дополнительном источнике питания отсутствует, а сам диод совмещает функции фотодиода и триода, являясь усилителем фототока, возникающего под воздействием светового излучения. Такой режим применяется для выполнения измерений размеров исследуемого объекта, его перемещений и температуры. Для работы в фотодиодном режиме требуется применение внешнего источника питания, при этом диод приобретает большую чувствительность, что делает возможным его применение для считывания информации с перфокарт, перфолент и других носителей.

  • Фоторезисторы – при воздействии светового потока на фотоэлемент возрастает их проводимость и увеличивается сила тока в цепи. Такие элементы компактны, прочны, высокочувствительны, а также могут работать и на переменном, и на постоянном токе. В то же время они достаточно инерционны и подвержены температурным воздействиям.

Возможные ограничения и область применения

В процессе монтажа, настройки и эксплуатации датчиков следует придерживаться ряда требований и рекомендаций:

  • Обеспечить защиту места установки датчика от воздействия лучей ярких источников света, а также люминесцентных ламп.
  • Во избежание возникновения помех использовать кабель минимально возможной для конкретных условий установки длины.
  • При установке учитывать, что расстояние срабатывания датчика зависит от материала, формы поверхности и габаритов объекта.
  • В процессе монтажа датчиков соблюдать необходимое расстояние от поверхности установки, исключающее возможность отражение света от поверхности.
  • Избегать прокладки кабеля датчика в одном канале с высоковольтным кабелем.
  • Очищать оптический элемент сухой тканью, не применяя щелочей и кислот.

Помимо промышленного производства фотоэлектрические датчики применяют и для выполнения широкого перечня других задач:

  • Управления производственным оборудованием и станками.
  • В качестве одного из основных элементов пропускной системы метрополитена.
  • Контроля площади лекал и других заготовок сложной геометрической формы.
  • В процессе плазменной резки металла для считывания заданной программы с перфокарты.
  • При выполнении ряда процессов в типографии – подсчет листов, контроль правильности резки и укладки, а также управление работой станка.

Также фотоэлектрические датчики используются в современных наукоемких отраслях (робототехнике и других).

Основные характеристики фотоэлектрических датчиков

При выборе устройства для конкретных целей и условий эксплуатации следует руководствоваться прилагаемой производителем документацией, в которой указаны все необходимые характеристики прибора:

  1. Практическая способность обнаружения наблюдаемых объектов – одна из основных характеристик, определяющая условия, в которых устройство сможет полноценно выполнять свои функции.
  2. Максимальное и минимальное расстояние до объекта. В зависимости от характеристик конкретной модели этот показатель может составлять от 5 мм до 250 м. Подбирается в зависимости от специфики применения.
  3. Ширина луча, влияющая на разрешение датчика и определяющая параметры объектов контроля.
  4. Время реагирования, скорость включения, выключения и обработки объекта. Особенно такой параметр важен при использовании датчиков на конвейерных линиях с большой скоростью движения и количеством обрабатываемых объектов.
  5. Энергопотребление датчиков. Работа устройств не должна оказывать чрезмерной нагрузки на систему электроснабжения и влиять на работу другого применяемого на предприятии оборудования.

Также стоит обратить внимание на размеры и вес устройств (подойдут ли они для эксплуатации в конкретных условиях или потребуют выполнения дополнительных работ при установке), сложность монтажа, требования к температурному режиму и влажности в помещении и другие факторы.


Принцип работы оптического датчика

Задача определения наличия объекта, несмотря на кажущуюся простоту решения, до сих пор остаётся важной и зачастую нетривиальной для многих отраслей промышленности. На малых расстояниях с этим справляются бесконтактные индуктивные и емкостные датчики, а также различные варианты контактных выключателей. Однако нередки случаи, когда задача требует обнаружить объект на больших дистанциях – до нескольких десятков метров. В этом случае на помощь приходит ещё один вид бесконтактных датчиков – оптические датчики.

Оптические датчики, также называемые оптоэлектронными или фотоэлектрическими – совокупное название огромного класса устройств, которые объединены общим принципом работы и основными элементами конструкции. В зависимости от задачи те или иные элементы конструкции, а также габариты датчика могут различаться кардинально – от крохотного цилиндра диаметром не более миллиметра до громоздких и тяжелых устройств, способных работать на дистанциях более ста метров.

В общем случае каждый оптоэлектронный датчик состоит из двух основных компонентов – излучателя и приёмника. В свою очередь, излучатель обычно включает в себя:

  • излучатель (светодиод, лазер, либо иной вариант)

  • генератор

  • настроечный элемент (потенциометр/кнопка/винт)

  • индикатор работы

Приёмник же является более сложным устройством и включает:

  • фотодиод

  • демодулятор

  • триггер Шмитта

  • электронный элемент переключения

  • настроечный элемент (потенциометр/кнопка/винт)

  • индикаторы работы и срабатывания

В отдельных случаях приёмник датчика может также включать в себя таймер, обеспечивающий возможность настройки задержки срабатывания, либо более сложные варианты электроники, например, счётчик, который вызывает переключение выходного сигнала датчика только после последовательного обнаружения определенного количества объектов. Также весьма распространена функция индикации стабильности сигнала, которая позволяет определить нестабильный уровень освещённости приёмника, например, в случае, когда объект находится на границе зоны чувствительности.

Принцип действия оптических датчиков в общем случае сводится к реакции фотодиода приёмника на свет от излучателя, что вызывает при достижении определенной интенсивности освещения срабатывание триггера приёмника и переключение выходного сигнала. В основном применяются светодиодные либо лазерные источники света красного спектра, что обеспечивает устойчивость датчика к помехам. Кроме того, точная настройка электроники датчика на работу с определенной длиной волны света позволяет существенно снизить влияние посторонних засветок на стабильность срабатывания.

По конструкции оптические датчики можно подразделить на одно- и двухкомпонентные. Приёмник и излучатель однокомпонентного датчика размещены в едином корпусе, в то время как для двухкомпонентных датчиков эти элементы разнесены по разным корпусам. Основных типов же датчиков три:


  • барьерные или однонаправленные – изготавливаются по двухкомпонентной схеме и срабатывают на пересечение объектом луча, который проходит от отдельно стоящего излучателя к приёмнику. Для датчиков такого типа характерна наибольшая среди данного класса устройств дальность действия, которая может достигать более 100 метров, а также высокая надёжность срабатывания в силу простоты принципа действия. Помимо прочего, данные датчики в отдельных случаях способны работать в средах с высоким уровнем загрязнённости.


  • рефлекторные или отражательные – имеют однокомпонентную схему и работают на отражение луча излучателя от установленного отдельно отражателя. Зачастую подобные датчики применяются в системах конвейеров для подсчёта объектов. Как и барьерные, рефлекторные датчики срабатывают на пересечение луча. В случае, если существует возможность появления в зоне действия датчика объекта, поверхность которого имеет сильную отражающую способность (металлическая, зеркальная), датчики оснащаются поляризационным фильтром, который препятствует срабатыванию датчика на отраженный от объекта свет, поскольку в таком случае направление волны света отличается от отраженного от рефлектора.

  • диффузные – также изготавливаются по однокомпонентной схеме и предназначены для непосредственного определения наличия объекта посредством приёма рассеянного отраженного от объекта света излучателя. Данные датчики отличаются наименьшей дальностью действия среди всех оптических датчиков, которая составляет обычно не более 2 метров. Кроме того, они чувствительны к отражающей способности поверхности объекта, поэтому их применимость для контроля наличия объектов разного цвета и/или с более или менее зеркальной поверхностью ограничена. Для повышения надёжности датчики оснащаются функцией подавления внешней засветки, а также большинство из них имеют возможность точной подстройки как при помощи потенциометра, так и посредством электронной калибровки по кнопке или внешнему сигналу. Также данная категория датчиков нередко имеет функцию подавления заднего фона, которая позволяет срабатывать только на объекты, находящиеся на определенном расстоянии от датчика, несмотря на возможное наличие объектов в пределах зоны действия датчика, но дальше искомого объекта.

На выходе оптического датчика обычно находится стандартный транзистор PNP/NPN. В отличие от иных датчиков дискретного типа, имеющих стандартное обозначение выхода как НО (нормально открытый) либо НЗ (нормально закрытый) контакт, для оптических датчиков введены специальные обозначения:

  • Light ON – переключение происходит при наличии попадающего на фотодиод света от излучателя

  • Dark ON – переключение происходит при прерывании луча, т. е. при отсутствии попадающего на фотодиод света

В зависимости от типа датчика меняется и соответствие его выхода классической классификации НО/НЗ:

Тип

Срабатывание на свет (Light ON)

Срабатывание на отсутствие света (Dark ON)

Барьерный

НЗ

НО

Рефлекторный

НЗ

НО

Диффузный

НО

НЗ

BJX фотоэлектрические датчики Autonics

Компактные фотоэлектрические датчики серии BJX с большим расстоянием срабатывания от компании Autonics – это версия серии BJ с увеличенным расстоянием срабатывания. Модельный ряд представлен датчиками с работой на пересечение луча, диффузным и рефлекторным отражением.

Датчики серии BJX оснащены высокоэффективной линзой, которая срабатывает на расстоянии до 30 м (на пересечении луча), отличаются повышенной устойчивостью к помехам, минимальной чувствительностью к внешнему освещению, поэтому обнаруживает объекты с максимальной точностью. Благодаря функции защиты от взаимных помех можно устанавливать несколько датчиков рядом, а MSR (функция подавления ложных отражений) обеспечивает обнаружение объектов с высоким светоотражающим коэффициентом.

Выбрать и купить оптический датчик положения Autonics вы можете в интернет-магазине …


Общее описание

Фотоэлектрические датчики положения серии BJX оснащены высокоэффективной линзой, которая срабатывает на расстоянии:

  • На пересечении луча – до 30 м;
  • Диффузное отражение –  до 1 м;
  • Рефлекторное отражение – до 3 м (рефлектор MS-2A).

Датчик работает в двух режимах на свет/на затемнение. Оснащен регулятором чувствительности и встроенной защитой от неправильного подключения полярности с системой защиты выхода от коротких замыканий.

Степень защиты IP65 позволяет использовать фотоэлектрический датчик движения серии BJX в пыльных помещениях с минимальной влажностью. За счет алгоритма шумоподавления у датчиков диффузного и рефлекторного типа наблюдается повышенная стойкость к помехам, поэтому допускается установка нескольких датчиков поблизости.

Корпус имеет компактные размеры: 20х32х11 мм.


Принцип работы фотодатчиков серии BJX

На задней стенке датчика расположен потенциометр регулировки чувствительности, переключать выбора рабочего режима (на затемнение/на свет).

Вверху находится двойной индикатор-светодиод для обозначения текущего рабочего режима и устойчивого обнаружения.

Функция MSR используется для рефлекторного обнаружения объектов, которые сами имеют определенную отражающую способность. С ее помощью обеспечивается подавление собственного отражения объекта за счет поляризации света. При обнаружении на просвет срабатывает система подавления перекрестных помех.

Для определения состояния датчика установлен цветной индикатор:

  • желтый СИД – срабатывание,
  • зеленый СИД – стабильный сигнал.

Оптические датчики по принципу работы делятся на три типа: барьерные, диффузные и рефлекторные.

  • Датчики барьерного типа устроены так, что излучатель и приемник помещены в разные корпуса, установленные на одной оси друг напротив друга. Если в активную зону попадает предмет, то он прерывает прохождение луча. Приемник фиксирует изменения потока света и подает сигнал на устройство управления.
  • Рефлекторные датчики – это устройства, в которых передатчик сигнала и приемник помещены в один корпус. Луч отражается с помощью рефлектора. Он обнаруживает объекты с глянцевой и cветоотражающей поверхностями с помощью поляризационного фильтра.
  • Диффузные датчики – это приборы, в которых отражатель и приемник сигнала помещены в один корпус. Приемник определяет интенсивность луча, который отражается от проходящего объекта. Чтобы обеспечить повышенную точность срабатывания, датчик дополнен функцией подавления внешней засветки.

У оптических датчиков есть индикатор рабочего состояния, настраивающий срабатывание на объект, расположенный на неблагоприятном фоне.  


Технические характеристики фотоэлектрических датчиков Autonics BJX
  • Напряжение питания: 12…24В DC ±10%
  • Ток потребления: ≤20 мА
  • Сопротивление изоляции: ≥20 Мом (при 500 В постоянного напряжения по мегомметру)
  • Виброустойчивость: Амплитуда 1,5 мм при частоте 10-55 Гц
  • Рабочая температура: -25…+60°С (при хранении -40…+70°С)
  • Относительная влажность: 35-85%
  • Допустимое освещение: солнечный свет – макс. 11 000 люкс, лампа накаливания – макс. 3000 люкс
  • Регулировка чувствительности: есть
  • Режим работы: на свет/на затемнение
  • Управляющий выход: PNP или NPN открытый коллектор
  • Время отклика: 1 мс
  • Источник света: красный LED (660 нм)
  • Индикация: желтый (работа), зеленый (стабильное состояние)
  • Степень защиты: IP65 (IEC)
  • Защита от короткого замыкания по току
  • Материал корпуса: полибутилентерефталат и поликарбонат
  • Способ установки: вертикально

Габаритные размеры

Срабатывание на пересечение луча

Кабельное соединение
Разъемное соединение

Датчики диффузного и рефлекторного типа

Кабельное соединение
Разъемное соединение

Код заказа


Назначение и области применения датчиков серии BJX

Компактные фотоэлектрические датчики серии BJX с большим расстоянием срабатывания предназначены для использования в системах обнаружения некрупных элементов в системах массового производства. Области применения:

  • Определение малоразмерных проводниковых комплектующих на производстве электронных изделий;
  • Управление технологическими процессами на производстве, если требуется обнаружить, позиционировать или подсчитать те или иные объекты;
  • Передача цифрового сигнала на контролеры;  
  • Определение маркировки на упаковках;
  • Определение предметов на транспортере или конвейере в тарном производстве.


Возможные ограничения
  • Не допускается использовать в помещениях, где содержатся горючие и взрывоопасные газы;
  • Запрещено использовать в условиях повышенной влажности, вибрации или проникновении прямых солнечных лучей;
  • Нельзя устанавливать вблизи тепловых источников;
  • Датчик запрещено очищать с использованием воды или органических растворителей.

У нас можно купить компактные фотодатчики серии BJX, а также проконсультироваться с инженером по вопросам монтажа и эксплуатации.


Документация

Принципы работы датчиков в газоанализаторе

Принципы работы датчиков в газоанализаторе

19. 02.2020

При выборе того или иного газоанализатора можно опираться на различные критерии, но критически важно подобрать подходящий для поставленной задачи принцип измерения, руководствуясь типом измеряемого газа, средой, в которой выполняются измерения, и целью.

На сегодняшний день самыми востребованными типами датчиков являются:

• термокаталитический
• термокондуктивный
• полупроводниковый
• электрохимический
• гальванический
• инфракрасный (оптический)
• интерферометрический
• фотоионизационный (ФИД)
• пиролитический
• фотометрический

Термокаталитический

Самый распространенный и универсальный тип датчика, принцип работы которого основан на вычислении количества тепла, выделяемого при сгорании горючего газа или паров в катализаторе. Керамический принцип является разновидностью термокаталитического, однако в отличие от последнего использует другой тип катализатора – мелкодисперсный (керамический). Архитектурно датчик состоит из двух чувствительных элементов – рабочего и компенсирующего. Рабочий элемент представляет собой спираль из драгоценного металла (как правило, платины) и катализатора, чувствительного к горючим газам. Воздушная смесь, содержащая горючий газ, вступает в реакцию с катализатором, увеличивая температуру элемента, и, как следствие, приводит к изменению электрического сопротивления спирали в почти линейной зависимости от концентрации газа. Компенсирующий элемент состоит из платиновой спирали и стекла, которое не обладает чувствительностью к горючим газам, и предназначен для компенсации окружающих условий.

   

  
Преимущества термокаталического датчика: линейность выходной характеристики, быстрый отклик, устойчивость к изменениям в температуре и влажности окружающей среды, а также долговечность. 
Применение: измерение довзывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР.   
Газоанализаторы: GP-03, GX-2009, GX-3R/Pro, GX-2012, GX-8000, GD-A80, SD-1GP
Преимущества керамического датчика: линейность характеристики, более быстрый отклик, возможность измерения ПДК (в единицах млн-1), устойчивость к изменениям в окружающих условиях. 
Применение: измерение довзрывоопасных концентраций (ДВК) и предельно-допустимых концентраций (ПДК) горючих газов и паров. 
Газоанализаторы: GX-6000, SD-1NC

Термокондуктивный
Принцип работы термокондуктивного датчика основан на измерении разницы в теплопроводности. Как в случае с термокаталитическим датчиком, сенсор состоит из рабочего и компенсирующего элемента. Контакт с газом происходит на рабочем элементе, а компенсирующий элемент изолирован. При попадании целевого газа на рабочий элемент происходит изменение в теплоотдаче, связанное с теплопроводностью и приводящее к росту температуры элемента. Это, в свою очередь, приводит к изменению сопротивления платиновой спирали. 


Полупроводниковый
В данном типе датчиков используется полупроводник с металлоксидным напылением, сопротивление которого меняется при контакте с газом. Датчик состоит из нагревательной спирали и проводника, нанесенного на трубку из глинозёма, а по краям трубки находятся контакты из драгоценного металла, предназначенные для измерения сопротивления. При попадании газа на поверхность датчика он окисляется, что приводит к уменьшению электрического сопротивления, которое преобразуется в концентрацию. 


Преимущества: линейная характеристика, стабильность показаний, долговечность, возможность измерения негорючих газов (аргона, азота и углекислого газа), а также возможность измерений в бескислородной среде.  
Применение: измерение высоких концентраций горючих газов и паров.
Газоанализаторы: GX-2012, GX-8000
Преимущества: чувствительность к сверхнизким концентрациям, которые сложно фиксировать другими типами датчиков, долговременная стабильность, устойчивость к отравлению, а также селективность.
Применение:  измерение ПДК широкого спектра токсичных и горючих газов.
Газоанализаторы: GX-2012GT, GD-A80V, SD-1GH

Электрохимический Гальванический
В основе данного принципа измерения лежит процесс электролиза. Датчик состоит из трех электродов — рабочего (газопроницаемой пленки с нанесенным катализатором из драгоценного металла), референсного и интегрирующего, — которые размещены в пластиковом корпусе с электролитом. В датчике используется потенциостатическая цепь, которая обеспечивает постоянное напряжение между рабочим и референсным электродами. Ток, возникающий в ходе химических реакций на рабочем и интегрирующем электродах, пропорционален концентрации измеряемого газа.


Принципиальная схема датчика гальванического типа повторяет простой аккумулятор: датчик состоит из катода, изготовленного из драгоценного металла, анода (проволоки), которые помещены в электролит, а также разделительной мембраны, прикрепленной к внешней стороне катода. Кислород, проходя через разделительную мембрану, на катоде восстанавливается, а на аноде — окисляется. Возникающий электрический ток конвертируется в напряжение и в таком виде подается на выход, при этом напряжение пропорционально концентрации кислорода. 


Преимущества: линейный выходной сигнал, высокая точность и хорошая воспроизводимость результатов.
Применение: измерение ПДК токсичных веществ.
Газоанализаторы: HS-03, CO-03, CX-5, GX-3R/Pro, GX-2012, GX-6000, GX-8000, RX-8500, RX-8700, SC-8000, TP-70D, SD-1EC, GD-70D
Преимущества: простота, долговечность в сравнении с электрохимическим датчиком, не требует внешнего питания, линейная выходная характеристика, быстрый отклик и отсутствие зависимости от колебаний температуры/влажности.
Газоанализаторы: OX-03, GX-2012/GT, GX-6000, GX-8000, RX-8000, RX-8500, RX-8700, SD-1OX, GD-70D

Инфракрасный (оптический)
Данный принцип измерения основан на известном факте о том, что многие газы поглощают инфракрасные лучи и каждый из этих газов имеет определенный спектр поглощения. Сенсор состоит из источника ИК-света и датчика, между которыми установлены оптический фильтр и измерительная ячейка. Поступая в измерительную ячейку, газ поглощает некоторое количество инфракрасного света, а датчик при этом фиксирует снижение интенсивности поступающего ИК-света и на базе известной зависимости (калибровочной кривой) генерирует выходной сигнал. Несмотря на то, что зависимость не линейная, она хороша известна производителям датчиков. 


Интерферометрический
Принцип интерферометрии основан на измерении коэффициента рефракции газа. Архитектурно интерферометрический сенсор состоит из источника света и оптической системы из зеркал, линз, призмы и светочувствительного датчика. Свет от источника разделяется плоскопараллельным зеркалом на два луча (А и В) и отражается призмой. Луч А движется по круговому маршруту через камеру D, наполненную измеряемым газом, а луч В – через камеру E с референсным газом. После этого лучи А и В встречаются в точке С зеркала и, проходя через систему зеркал и линз, формируют на светочувствительном датчике картину интерференции. Данная картина сдвигается в пропорции к разнице в коэффициенте рефракции между измеряемым и референсным газами. Датчик измеряет сдвиг, чтобы измерить коэффициент рефракции, и преобразует его в концентрацию газа или количество тепла. 


Преимущества: быстрый отклик, повторяемость, стабильность при изменении окружающих условий, отсутствие эффектов старения и отравления.
Применение:  измерение довзывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР, а также концентрации в диапазоне от 0 до 100% объема.
Газоанализаторы: GX-3R Pro, GX-6000, RX-8000, RX-8500, RX-8700, SD-1RI
Преимущества: низкая погрешность измерений, долговременная стабильность, высокая линейность и быстрый отклик, отсутствие влияния изменений в температуре и давлении (за счет механизма коррекции).   
Применение: измерение концентраций горючих газов, углекислого газа и элегаза, а также калорийности природного газа.
Газоанализаторы: FI-8000

Фотоионизационный (ФИД)
В фотоионизационных датчиках измеряемый газ ионизируется с помощью ультрафиолетового света, а это, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока. Когда газ попадает в ионизационную камеру, он подвергается воздействию УФ-света, под воздействием которого газ начинает терять электроны и генерировать катионы (положительные ионы). Электроны и катионы, в свою очередь, притягиваются катодом и анодом, возбуждая электрический ток, который пропорционален значению концентрации. Для ионизации требуются фотоны с энергией выше энергии данного конкретного газа, поэтому в ФИД, как правило, используют УФ-лампы с энергией 10,6 эВ (изготовлены из фторида магния и наполнены криптоном) или 11,7 эВ (изготовлены из фторида лития и наполнены аргоном). 


Пиролитический
В основе этого принципа лежит процесс пиролиза измеряемого газа с образованием оксида, частицы которого измеряются датчиком. Пиролитический сенсор состоит из нагревателя, в центре которого находится кварцевая трубка с нагревательным элементом, и датчика частиц, содержащего две камеры – рабочую и компенсационную. Измеряемый газ (например, TEOS или NF3) под воздействием температуры окисляется и попадает в рабочую камеру датчика частиц с источником α-частиц, который используется для ионизации воздуха и возбуждения электрического тока. Как только частицы газа попадают в камеру, они начинают поглощать ионы, приводя к снижению тока ионизации. Это снижение выходного сигнала пропорционально концентрации измеряемого газа. Компенсационная камера позволяет компенсировать флуктуации температуры, влажности и давления окружающей среды.


Преимущества:  чувствительность к низким концентрациям, широкий спектр измеряемых веществ.
Применение: измерение крайне малых концентраций (на уровне ppm и ppb) летучих органических соединений.
Газоанализаторы: GX-6000
Преимущества: непревзойденная стабильность показаний (благодаря использованию источника америция-241 с периодом полураспада около 400 лет), быстрый отклик, линейность выходного сигнала и устойчивость к изменениям в окружающих условиях.
Применение: измерение ПДК высокотоксичных газов.
Газоанализаторы: GD-70D

Читайте также

  • При выборе того или иного газоанализатора можно опираться на различные критерии, но критически важно подобрать подходящий для поставленной задачи принцип измерения, руководствуясь типом измеряемого газа, средой, в которой выполняются измерения, и целью.

  • В последние годы на металлургических предприятиях особое внимание уделяется вопросу безопасности. Это связано с участившимися случаями отправления угарным газом, нехватки кислорода, а также опасностью взрыва из-за утечек метана и водорода. Предлагаем вашему вниманию презентацию решений RIKEN для металлургического производства, призванных свести к минимуму риски взрыва и отравления.

  • В медицинских учреждениях широкое применение нашли технические и медицинские газы, например, жидкий азот (N2), который используется в трансплантации, криотерапии и криобиологии. Низкая температура (-196°C), при которой азот находится в жидком состоянии, обеспечивает длительное хранение донорской крови, плазмы, стволовых клеток, а также органов.

Принцип действия и применение калориметрических датчиков потока EGE-Elektronik

Подробное описание конструкции и принципа действия, рекомендации по применению и способам монтажа, калориметрических датчиков потока производства компании EGE-Elektronik.

Все о калориметрических датчиках

Принцип работы калориметрических датчиков протока

В основу работы датчиков положен термодинамический принцип действия. Измерительный зонд датчика принудительно (изнутри) нагревается на несколько градусов выше температуры среды (потока жидкости) в которую он погружен. При наличии протока тепло, генерируемое в зонде, отводится потоком среды, таким образом зонд охлаждается. Установившаяся в зонде температура измеряется и сравнивается с температурой контролируемой среды. При этом измеренная разница температур пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и скорости протока (расходу) измеряемой среды.

Чувствительность датчиков и температура среды

Чувствительность термодинамических датчиков зависит от теплотехнических свойств измеряемой среды. Так, чувствительность стандартного датчика вследствие меньшей теплопроводности, для масла, например, должна быть в 3 раза, а для воздуха в 30 раз выше чем для воды. Термодинамические датчики потока работают без использования подвижных частей, поэтому отсутствует опасность коррозии подшипников, надлома крыльчатки или деформации обтекателей. Это обстоятельство обусловило их высокую надежность, что высоко ценится во всех отраслях промышленности.

Контроль в охлаждающих системах
  • Параметры потока охлаждающей воды в сварочных установках контролируются при помощи компактных приборов, чувствительные элементы которых изготовлены из нержавеющей стали. При этом необходимое охлаждение обеспечивается даже при высоком темпе сварочных операций. При отказе системы охлаждения сварочный робот автоматически отключается.
  • Для защиты металлорежущих инструментов и продления срока их службы, в металлообрабатывающих центрах непрерывно контролируется поток хладагентов.
  • Валки прокатных станов и ролики в волочильных машинах должны постоянно охлаждаться. Этот процесс также контролируется термодинамическими датчиками, которые могут применяться и при экстремальных — до + 160ºC — температурах окружающей среды. При этом регулирование требуемых параметров обеспечивается дистанционно специальными, установленными в нормальных условиях эксплуатации приборами.
Контроль транспортировки жидких сред
  • Защита от работы всухую различных насосов является широко распространенным видом применения компактрых датчиков с встроенными функциями задержки времени выключения.
  • В дозирующей технике большое значение имеет контороль потока дозируемых материалов. Прохождение даже самых малых доз может быть воспринято при помощи проточных датчиков. При этом датчики встраиваются непосредственно в трубопровод как часть его участка.
  • Засорение различного рода фильтрующих и просеивающих установок также может осуществляться при помощи контроля протока. При достижении характеристиками потока граничных значений выдается сигнал на замену фильтрующего материала. Если замены не происходит, то, во избежание работы всухую, отключается насос в следующей стадии процесса. Для решения этой задачи применяются датчики с двумя точками срабатывания
Контроль протекания процессов
  • Контроль хода процессов различного рода очистки или промывки, в том числе с применением агрессивных сред, может быть обеспечен датчиками, изготовленными из таких специальных материалов как сплав Хастеллой или тантал.
  • Работа устройств вытяжки опасных для здоровья человека паров с рабочих мест в лабораториях, а также систем вентиляции помещений в проиводствах, перерабатывающих гексан, контролируется при помощи датчиков потока воздуха.
  • Также при помощи датчиков потока могут контролироваться и документироваться процессы очистки и стерилизации оборудования по месту.

Конструкция, монтаж датчиков и материалы для их изготовления

Особенности конструкции

На острие штифта датчика находится температурнозависимый измерительный элемент. Измерительное острие и крепежная часть с нарезанной на ней резьбой являются одним целым и у многих датчиков изготовлены из нержавеющей стали. Этим достигается абсолютная герметичность и высокая стойкость по отношению к избыточному давлению. Для вызывающих коррозию, особенно окисляющих, измеряемых сред применяются особые материалы, поскольку нержавеющая сталь по отношению к ним стойкой является лишь условно.
При стандартном использовании, способ монтажа датчиков может не зависеть от направления движения измеряемой среды.
Принципиально важно следить за тем, чтобы штифт датчика в каждом случае был погружен в нее полностью. Необходимо учитывать, что острие датчика уменьшает сечение трубы, в которой он устанавливается. При небольших диаметрах это вызывает увеличение скорости протока. Во избежание нарушений в работе датчика, возникающих за счет нестабильности динамических характеристик потока, не допускается установка непосредственно, ближе чем на расстоянии 4…8 диаметров трубы, перед или после датчика каких-либо устройств, влияющих на их качество.
Измерительные датчики исполнений STK… с короткой резьбой предназначены для монтажа только на тройниках. Их монтажная длина определена таким образом, чтобы острие датчика было полностью окружено средой измерения, касаясь при этом противоположной стенки трубопровода. Измерительные датчики исполнений ST… с длинной резьбой предназначены для труб большого диаметра или для присоединения через длинные резьбовые штуцеры. Все стандартные резьбы измерительных датчиков являются циллиндрическими трубными резьбами типа G в соответствии с международным стандартом DIN ISO 228 и соответствуют нормам BSP (British standard pipe thread).

Способы установки погружных датчиков
Встраивание в вертикальный трубопровод

По этому способу измерители потока монтируются в открытых системах с возможными воздушными включениями.

Встраивание в горизонтальный трубопровод

При боковом монтаже ни воздушные подушки, ни осадок не вызывают погрешностей измерения в том случае, если датчик полностью погружен в измеряемую среду.

Встраивание снизу (горизонтальный трубопровод)

Встраивание снизу также гарантирует выполнение функции измерения даже, если в трубе находится воздух. Тем не менее, уровень измеряемой среды не должен находиться ниже верхней кромки чувствительного элемента датчика. Встраивание сверху возможно только в том случае, если трубопровод полностью заполнен, а газовые или воздушные включения отсутствуют.

Уплотнение

Для уплотнения могут применяться плоские прокладки, фторопластовые уплотнительные ленты или жидкие уплотнительные материалы. При давлениях свыше 30 бар или при высоком крутящем моменте затягивания плоские неметаллические прокладки могут быть повреждены. В таких случаях в стенке трубопровода необходимо выполнить выемку, предотвращающую перекос прокладки под воздействием высокой нагрузки. Для фторопластовых прокладок такая технология рекомендуется во всех случаях. Для высоких давлений применяются металлические прокладки. К каждому измерительному датчику прилагается прокладка из материала AFM 34. Прокладки специального назначения из других материалов, таких, например, как медь или фторопласт, поставляются по отдельному запросу.

Подключение к процессу

В качестве альтернативы циллиндрической трубной резьбе типа G при изготовлении измерителей потока всех типов конструкций может применяться коническая резьба NPT. Существует два типа такой резьбы. Резьба NPT соответствует международному стандарту ANSI B 1.20.1, не является самоуплотняющейся и требует применения такого уплотнительного материала как, например, фторопластовая лента PTFE. Применение с резьбой такого типа плоских прокладок не допускается. Резьба NPTF соответствует международному стандарту ANSI B 1.20.3, является самоуплотняющейся и не требует применения дополнительных уплотнителей. Применяя резьбу такого типа, необходимо учитывать, чтобы материалы, из который изготовлены датчик и та деталь трубопровода, в которую он вкручивается, совпадали по твердости. Это предотвращает разрушение резьб. Без специального запроса на датчик нарезается резьба типа NPT без самоуплотнения.


Фланцевые подключения

Специфика таких отраслей как химия, фармацевтика и пищевая промышленность требует применения стандартизированных трубных соединений. Измерители потока для этих отраслей поставляются с ответными фланцами в соответствии с требованиями стандартов DIN или ASME. Фланец приваривается к датчику с использованием таких коррозионно устойчивых способов как лазерная или аргонная сварка.

Типичные подключения в пищевой промышленности

Применение измерителей потока в пищевой и фармацевтической промышленности из соображений гигиены предъявляет особые требования к их как механическим, так и электронным компонентам. Датчики с присоединением типа «Triclamp» соответствуют требованиям раздела 3-A санитарного стандарта 28-03. Выполняемые периодически процессы мойки и дезинфекции технологического оборудования, в силу температурных перепадов, накладывают дополнительную нагрузку на электронные элементы датчиков, что требует осуществления дополнительных мер по их защите. Материалами, из которых изготавливаются датчики для этих отраслей являются, в основном, нержавеющие стали типов 1.4404 и 1.4435. По требованию потребителя могут поставляться и такие соединительные элементы как, например, клапаны Varivent фирмы GEA или фланцы типа APV.

Подключения датчиков удлиненного исполнения

Датчики потока поставляются с длиной ввинчиваемой части от 25 до 300 мм. Для применения во взрывоопасных зонах, начиная с длины 110 мм, они состоят из двух частей, соединенных друг с другом коррозионно устойчивой лазерной сваркой. Длина измерителя потока должна быть выбрана таким образом, чтобы острие штыря находилось в зоне с устойчивыми динамическими характеристиками потока жидкости.

Удлиненные конструкции датчиков необходимы в следующих случаях:

  • при измерении характеристик потоков малой скорости в трубах большого диаметра;
  • при монтаже датчиков с использованием стандартных резьбовых фланцев;
  • при монтаже датчиков с использованием удлиненных приваренных муфт для трубопроводов с изоляционным покрытием.

Переменное значение L определяется от острия штыря и включает в себя толщину прокладки. Стандартными для датчиков обычного исполнения являются длины 80 и 120 мм, для взрывобезопасного — 80, 110, 140 мм.

Подключения проточных датчиков (inline)

Проточные датчики встраиваются непосредственно в линию трубопровода. Эта конструкция не содержит никаких погружаемых в поток измерительных щупов. Проточные датчики производства фирмы EGE-Електроник серии 500 предназначены для измерения расхода жидкости в пределах от 0,5 мл/мин до 6 л/мин. Датчики этого типа отличаются гладкой измерительной трубой, малой потерей давления в потоке и быстрой реакцией на изменение его характеристик. Потребителю предоставляется большой выбор различных вариантов для подключения их к процессу.

Материалы, используемые для изготовления датчиков
Химическая стойкость корпусов измерительных датчиков

Химическая стойкость применяемых материалов должна проверяться в каждом конкретном случае. Не возникнет никаких проблем, если датчик и трубопровод, на котором он устанавливается, изготовлены из одного материала. Еще практичней изготавливать датчик из более устойчивого материала.
Кабельные розетки для датчиков ST… изготавливаются из никелированной латуни. Для применений, в которых используются сильно щелочные моющие средства, при изготовлении кабельных розеток предпочтительней применять поливинилиденфторид (PVDF).

Нержавеющие стали принадлежат к группе хром-никелевых сплавов с такими дополнительными легирующими добавками как, например, молибден или титан. Сочетание различных легирующих добавок определяет коррозионную устойчивость материала в окружающей среде. Поэтому, нержавеющие стали содержат большое количество легирующих компонентов, содержание которых обозначается в их марке в соответствии с международным стандартом DIN EN ISO 7153-1. Нержавеющая сталь 1.4571(VA4), благодаря ее коррозионной стойкости, применяется во многих отраслях. Она используется в водоснабжении, климатических установках, переработке мяса и рыбы, производстве напитков, виноделии и кулинарии. В то же время, к хлорсодержащим или бедным кислородом средам нержавеющие стали устойчивы только условно. Здесь требуется применение особых сплавов.

Специальные материалы

Хастеллой B2 (2.4617) принадлежит к группе высоко коррозионностойких никель-молибденовых сплавов. Этот материал характеризуется высокой стойкостью в средах с малым содержанием кислорода, таких, например, как соляная кислота в полном диапазоне концентраций и широком температурном диапазоне. Он применим также для хлористого водорода, серной, уксусной и фторной кислот. Хорошая устойчивость к воздействию точечной и щелевой коррозии, коррозионному растрескиванию, вызванному хлоридными соединениями, коррозии от различного рода царапин и расслоения, температурной коррозии расширяет сферу его применения. Не рекомендуется его применение в средах, содержащих соли на основе железа и меди.

Хастеллой C-22 (2.4602) принадлежит к группе высоко коррозионностойких никель-хром-молибден-вольфрамовых сплавов. Этот материал характеризуется высокой стойкостью к воздействию точечной и щелевой коррозии, коррозионному растрескиванию в кислых и обедненных кислородом средах. Материал проявляет хорошую устойчивость к большому количеству агрессивных сред, включая такие окислители как хлориды железа и меди, горячие среды, серная, азотная, фосфорная, уксусная и муравьиная кислоты, сухой хлор. Кроме того, он хорошо устойчив к влажному хлорному газу, гипохлориду натрия и диоксиду хлора.

Титан (3.7035) является легким металлом, прочность которого не уступает прочности самых лучших конструкционных сталей. Химическая сопротивляемость этого металла обеспечивается образованием стойкой оксидной пленки на его поверхности, как это происходит и с нержавеющими сталями. В случае механического повреждения этого слоя, он, под воздействием кислорода образуется снова. Титан устойчив даже по отношению к «царской водке». В совсем не содержащей кислорода или слабокислой среде титан нестабилен. Особенно хорошо титан проявляет свои свойства в средах, содержащих хлориды. Опыт применения титана в химической и бумажной промышленности показывает, что он является единственным материалом, гарантирующим безотказное производство. Исключительные свойства титана дают, также, оптимальные результаты при его использавании в системах охлаждения морской воды и опреснительных установках. Материал наряду с другими металлами и металлокерамическими материалами входит в состав футеровки B3, которая повышает химическую стойкость и, вместе с тем, срок службы корпусов датчиков.

Химическая устойчивость футеровки B3*
Среда/стойкость

Cl2 / +++
HCl (25%) / +++
Br2 / +++
HBr (20%) / +++
F2 / +
HF (15%) / +
HA** / +++
NaOH / ++
Соленая вода*** / +++
Слабокислые среды / ++
HNO3 (30%) / ++
H2SO4 (25%) / +++

Примечания:

* — Покрытие является твердым, износостойким и устойчивым по отношению к таким абразивам как, например, мел, тина, песок или стекловата. Устойчивость покрытия относительно указанных в таблице материалов достоверна при температуре до 30 ºC.

** — Устойчивость по отношению к уксусной кислоте действительна для полного диапазона концентраций.

*** — Устойчивость по отношению к соленой воде проверена посредством климатического теста(тест Кестерниха).

Устойчивость к высоким температурам

Высокотемпературные датчики потока изготавливаются из материалов, устойчивых к воздействию температуры и устанавливаются на трубопроводах с теплоизоляцией из фторополимеров. Температурный диапазон работы специальных датчиков серии 400 находится в пределах от + 10 до + 120 ºC. При этом допускается кратковременное, не более 10 мин, повышение температуры до 135º C. Высокотемпературные датчики потока серии 500 могут использоваться при температурах до 160 ºC.

Датчики взрывобезопасного исполнения

Датчики, подлежащие использованию во взрывоопасных по наличию газа и пыли зонах проходят аттестацию на соответствие европейским требованиям по эксплуатации оборудования в потенциально взрывоопасных средах ATEX 100a/ATEX95 и применяются в комплекте с соответствующими вторичными приборами серий SZA, SEA или SS400 из номенклатуры EGE. В зависимости от категории допуска, эксплуатация датчиков разрешается в соответствующих зонах: 0,1 или 2 для газа; 20, 21 или 22 — для запыленных сред. В качестве стандартного материала для изготовления взрывобезопасных датчиков потока используется нержавеющая сталь 1.4571. По специальному запросу могут быть, также, использованы другие нержавеющие стали и сплавы, в том числе Хастеллой, Монель и некоторые виды бронз. При выборе материала для изготовления принимается во внимание его устойчивость к коррозии.

Электрическое подключение

Датчики поставляются либо с четырехполюсным штекерным разъемом M12, либо с жестко закрепленным и выведенным наружу отрезком четырехжильного кабеля. Длина кабеля, соединяющего датчик со вторичным прибором не должна превышать 100 м. При удалении датчика от прибора на расстояние свыше 30 м и в зонах с высоким уровнем различного рода помех должен применяться экранированный кабель. В каждом случае необходимо следить за тем, чтобы выбранное сечение жил кабеля соответствовало условиям применения.

Вторичные приборы и компактные датчики

Вторичные приборы

Приборы серий SKZ…/ SKM… предназначены для установки на несущей шине. Они обрабатывают сигналы, поступающие с датчиков и формируют выходные аналоговые и релейные сигналы. Настройка приборов осуществляется при помощи расположенных на лицевой панели двух потенциометров или, в приборе SRM 522, соответствующих клавиш. Многоцветная светодиодная полоска индицирует состояние потока измеряемой среды. Приборы серии SKZ дополнительно обеспечивают задержку срабатывания управляющих выходных каналов и контроль температуры. При монтаже приборов необходимо учитывать, что они не должны подвергаться нагреву. Расстояние между двумя рядом установленными приборами должно быть не менее 10 мм.

Ex — приборы

Приборы серий SEA…/ SZA… предназначены для обработки сигналов взрывобезопасных датчиков. Они включают датчик в индивидуально изолированный электрический контур, который гальванически развязан от электрических цепей питания, а также вывода аналоговых и релейных сигналов. Все приборы исполнения Ex без учета дополнительных мер защиты для взрывоопасных зон должны иметь класс защиты не ниже IP 20 в соответствии со стандартом EN 60529. Дополнительное оборудование таких приборов предусматривает либо установку разделительной перегородки между изолированными и неизолированными подключениями так, чтобы расстояние между ними составляло не менее 50 мм, либо заделку каждого контактного соединения в специальную не сползающий термоусадочный кембрик. В качестве альтернативного варианта допускается применение обжимной технологии.

LED — строки (светодиодные линейки)

Все приборы снабжены многоцветной светодиодной линейкой, которая визуально отображает изменения характеристик потока. Свечение красного светодиода говорит о том, что значение скорости потока не достигает установленного значения и выходной сигнал отсутствует. Желтый светодиод сигнализирует о достижении скоростью потока заданного значения и включении выходного сигнала. Четыре зеленых светодиода могут, в дополнение к желтому, отражать относительный размер превышения скоростью потока заданного значения.

Компактные датчики

Компактные датчики совмещают в одном корпусе функции измерительного датчика и вторичного прибора, что обеспечивает возможность выставления заданных значений непосредственно по месту измерения. С тем, чтобы сократить влияние различного рода помех на результаты измерения и выходные управляющие сигналы, длина кабеля для дистанционной передачи сигнала ограничена.

Датчики модификаций SN…/ LN…

Приборы серии SC 440 скомпонованы в изготовленном из нержавеющей стали корпусе. Срок их службы в промышленных условиях составляет не менее 20 лет. Они отличаются компактностью, надежностью и поставляются в двух вариантах исполнения: ввинчиваемое и штекерное. Компактные приборы серий SN 450 / LN 450 предлагаются в корпусе из искусственного материала. Их исполнение варьируется в зависимости от таких электрических характеристик как питание (постоянным или переменным током) и тип выходных сигналов (PNP- выход, релейный выход, аналоговый выход). Существуют, также, специальные исполнения, обеспечивающие контроль граничных значений температуры или задержку времени срабатывания управляющих каналов.

Проточные компактные датчики серии SDN/SDNC

Проточные (inline) компактные датчики серии SDN

Датчики серии SDN 500… встраиваются «в линию», непосредственно в трубопровод. Их измерительная труба является внутри гладкой и не имеет никаких выступающих в поток частей. Они отличаются коротким временем реакции и широким диапазоном измерения. Благодаря небольшим размерам они могут устанавливаться в местах с ограниченным монтажным пространством. Датчики этой серии оснащаются PNP-выходами, а также релейными и аналоговыми выходами. Они распознают даже пульсирующие малые потоки.

Проточные компактные датчики серии SDNC

Приборы серии SDNC 503 отличаются малогабаритной кубической формой, широким диапазоном измерения и устанавливаются при помощи ввинчиваемого адаптера, формирующего эффективный для измерения расхода профиль потока. Приборы этой серии поставляются полностью готовыми к монтажу, используются для измерения расхода воды и водных растворов и имеют удобный для учета расхода импульсный выход.

Параметры для выбора датчиков потока

Диапазон обнаружения

Диапазон обнаружения определяет значения скоростей потока, для которых датчик может сформировать поддающийся оценке сигнал. Если при заказе не указывается среда измерения, все характеристики датчика указываются в расчете на водную среду. Поскольку различные среды имеют различную теплопроводность, для них отличаются, также, и диапазон обнаружения и температурный дрейф. При этом значения температурного дрейфа принимают более высокие значения на нижних и верхних границах диапазона обнаружения. Диапазон обнаружения не ограничивает максимальную скорость потока, для измерения которой разрешается применять датчик. Так, например, датчик с верхним пределом обнаружения 3 м/c может быть установлен в потоке со скоростью 10 м/c.

Рабочий диапазон

Рабочий диапазон обозначает часть диапазона обнаружения, в которой устанавливаются характеристики потока для датчика или, иными словами, определяет его шкалу измерения. В других секторах диапазона обнаружения эти характеристики могут оказаться недостоверными и выходные сигналы датчика не будут соответствовать скорости потока.

Максимальный расход

Все технические характеристики каждого датчика определяются относительно номинального максимального расхода, который он может достоверно измерить. Это необходимо, поскольку выходная характеристика датчика является нелинейной. Следовательно, соответствие значения сигнала, формируемого датчиком определенной скорости потока устанавливается по его расположению на рабочей кривой линии. Как правило, номинальные значения скорости потока располагаются в линейной части графика, описываемого с помощью функции натурального логарифма. Для этой рабочей точки и определяются соответствующие значения времени включения, выключения, готовности а также гистерезис и температурный градиент.

Напряжение питания

Напряжение питания должно соответствовать диапазону напряжений, в котором датчики функционируют надежно. При питании датчиков напряжением постоянного тока необходимо учитывать, что границы диапазона устанавливаются с учетом остаточной пульсации.

Потребляемый ток

Потребляемый ток — это максимальное значение тока, потребляемое датчиком без внешней нагрузки.

Коммутируемый ток

Коммутируемый ток — это максимальное значение тока, которое могут коммутировать выходные каналы датчика в течение длительного времени. Для PNP-выходов это значение действительно при температуре окружающей среды не выше 25º С. Повышение температуры снижает максимальное значение тока. Для приборов с релейными выходами это значение зависит от категории использования (AC-12 или DC-12) в соответствии со стандартом EN 60947-5-1.

Коммутируемое напряжение

Коммутируемое напряжение — это максимальное напряжение, включая остаточную пульсацию, которое могут коммутировать релейные выходы.

Коммутируемая мощность

Коммутируемая мощность — это максимальная мощность которую могут коммутировать релейные выходы.

Температура окружающей среды

Этот параметр устанавливает минимально и максимально допустимое для эксплуатации датчика значение температуры окружающей среды.

Температура измеряемой среды

Этот параметр устанавливает минимально и максимально допустимое для эксплуатации датчика значение температуры измеряемой среды.

Температурный градиент

Этот параметр устанавливает максимальное, не влияющее на работу датчика, значение изменения температуры среды в единицу времени. Изменения температуры со скоростью, превышающей это значение могут привести к сбоям в его работе.

Время готовности

Это время после подачи питания, необходимое для перехода датчика в стабильное рабочее состояние. По истечении этого времени датчик либо может быть настроен, либо способен сформировать достоверный сигнал. Перед подачей питания скорость потока должна находиться в рабочем диапазоне, а температура корпуса датчика должна быть равна температуре измеряемой среды.

Время реакции

Время реакции состоит из времени включения и времени выключения выходного сигнала. Время включения — это время, прошедшее от момента достижения скоростью потока заданного значения до индикации состояния потока. Это время минимально при низкой скорости потока и возрастает по мере ее возрастания. Время выключения — это время, прошедшее от момента снижения скорости потока ниже заданного значения до индикации состояния потока. Это время минимально при высокой скорости потока и возрастает по мере ее убывания.

Устойчивость к давлению

Устойчивость к давлению зависит от прочности корпуса датчика. Если давление измеряемой среды не превышает установленного максимального значения, датчик формирует стабильный сигнал и его корпус не повреждается. Устойчивость к давлению датчиков с ввинчиваемой конструкцией может оказаться ниже, чем указано в их технических данных, поэтому их использование при давлениях, близких к максимальным следует исключить.

Класс защиты

Класс защиты устанавливает степень защиты датчика от проникновения твердых тел и воды в соответствии со стандартом EN 60529. Для датчиков класс защиты зависит от места и способа установки. Датчики, непосредственно соприкасающиеся со средой измерения всегда имеют степень защиты, соответствующую классу IP 68.

Время задержки включения

Эта переменная может быть установлена в пределах от 0 до 25 с и вызывает задержку выдычи выходных сигналов управления при отклонении скорости потока от установленных значений. Например. Если установлено отличное от нуля время задержки, то управляющий выход еще включен в тот момент, хотя скорость потока уже упала ниже заданной. Иными словами, красный светодиод(«Нет потока») и желтый(«Выход активирован») горят одновременно. По истечении времени задержки желтый светодиод гаснет и горит только красный.

Контроль обрыва провода

Система контроля обрыва провода деактивирует управляющий выход, если датчик не подключен или кабель связи с ним поврежден. При этом включается сигнализация «Нет потока». В приборах SEA 401 для сигнализации обрыва провода предусмотрен отдельный управляющий выход.

Принцип работы индуктивных датчиков перемещения

Предлагаем Вам ознакомиться с физическими основами работы индуктивных датчиков перемещения производства компании RDP Electronics Ltd (United Kingdom), с их основными параметрами, преимуществами и сферами применения.

Сам термин LVDT (Linear Variable Differential Transformer) — означает линейный дифференциальный трансформатор с переменным коэффициентом передачи.

Рассмотрим принцип работы датчиков на LVDT технологии.

Первичная возбуждающая обмотка
Вторичная обмотка 1
Вторичная обмотка 2
Результирующий сигнал от суммы вторичных обмоток

В принципе имеется две схемы работы — с выходным напряжением и выходным током.


Схема работы с выходным током (4-20мА)

Схема работы с выходным напряжением

Рассмотрим более детально сам процесс измерения перемещения.

Датчик перемещения, работающий по технологии LVDT, состоит из трех обмоток трансформатора — одной первичной и двух вторичных. Степень передачи тока между первичной и двумя вторичными обмотками определяется положением подвижного магнитного сердечника, штока. Вторичные обмотки трансформатора соединены в противофазе.

При нахождении штока в середине трансформатора, напряжение на двух вторичных обмотках равны по амплитуде, а т. к. они соединены противофазно, суммарное напряжение на выходе равно нулю — перемещения нет.

Если шток перемещается от серединного положения в какую либо сторону — происходит увеличение напряжения в одной из вторичных обмоток и уменьшение в другой. В результате суммарное напряжение будет не нулевым — датчик будет фиксировать смещение штока.

Соотношение выходной фазы сигнала по сравнению с фазой возбуждающего сигнала дает возможность электронике понять, в какой части обмотки находится в данный момент шток.

Основная особенность принципа работы индуктивных датчиков перемещения состоит в том, что прямой электрический контакт между чувствительным элементом и трансформатором отсутствует (связь осуществляется через магнитное поле), что дает пользователям абсолютные данные по перемещению, теоретически бесконечную точность разрешения и очень долгий срок службы датчика.

Особенности схемы работы с выходным током — т. к. цепь генератор/демодулятор встроена в сам датчик перемещения и питается от выходного тока 4-20 мА, то нет необходимости во внешнем оборудовании для формирования сигнала.

Особенности схемы работы с выходным напряжением — цепь генератор/демодулятор, встроенная в датчик перемещения обеспечивает возбуждение и преобразует сигнал обратной связи в напряжение постоянного тока. При этом так же не требуется внешнее оборудование для формирования сигнала.

Особенности измерения выходного сигнала.
1) Если выходное напряжение измеряется не фазочувствительным (среднеквадратичным) вольтметром, то отклонение штока в любую сторону от центрального положения в трансформаторе датчика будет соответствовать увеличению выходного напряжения.

Заметим, что кривая не касается горизонтальной оси. Это происходит из-за остаточного выходного напряжения.

2) Если используется фазочувствительная демодуляция, то по выходному сигналу можно судить, в какой части трансформатора находится шток в данный момент.

Для формирования сигнала всегда используется фазочувствительная демодуляция, т.к. это исключает влияние на выходной сигнал остаточного выходного напряжения и позволяет пользователю знать положение штока в трансформаторе.

Диапазон линейности индуктивного датчика перемещения.
Если мы рассмотрим выходную кривую вне механического диапазона типичного LVDT датчика, то можно заметить, что на краях диапазона кривая изгибается. Это значит, что механический диапазон существенно шире линейного участка работы.

При калибровке датчика, важно, что электрическая нулевая точка используется в качестве ссылки, и что датчик используется в пределах ± FS (полного диапазона) вокруг электрического нулевом положения.

Если проводить калибровку не беря за основу точку ноля вольт, одно из положений полного диапазона будет за пределами линейного диапазона и, следовательно, может привести к ошибке линейности.

 

Типы индуктивных датчиков перемещения

Тип 1 — несвязанные преобразователи, которые имеют якорь, который отделен от тела корпуса. Части датчика должны быть установлены таким образом, что якорь не прикасался к внутренней трубке корпуса. Сделав это, можно получить абсолютное отсутствие трения при движении чувствительного элемента датчика.

Тип 2 — монолитные преобразователи, которые имеют тефлоновый подшипник, который направляет якорь (шток) по внутренней трубке.

Тип 3 — монолитные преобразователи с возвратной пружиной, которая толкает якорь (шток) наружу.

 

Внутреннее строение типичного индуктивного датчика перемещения LVDT

 

Преимущества индуктивных датчиков перемещения LVDT

1. Преимущества над линейными потенциометрами (POTS).

  • Не имеют контакта корпуса и внутренних деталей с чувствительным элементом, что означает, что нет никакого износа при движении штока. POTS датчики имеют контакт с чувствительным элементом и могут быстро изнашиваются, особенно под воздействием вибрации.
  • Можно легко обеспечить защиту от влаги и пыли на требуемом уровне, даже стандартные версии LVDT датчиков обычно имеют гораздо лучший уровень защиты от внешний воздействий, чем POTS.
  • Вибрация не вызывает влияния на пропадание сигнала, в отличие от POTS, где скользящий бегунок может прервать контакт с проводником при вибрации.

2. Преимущества над магнитострикционными датчиками.

  • Не восприимчивы к ударам и вибрации.
  • Менее восприимчивы к паразитным магнитным полям окружающей среды.
  • Система формирования сигнала может быть удалена от чувствительного элемента на некоторое расстояние, что позволяет использовать датчики при работе с высокой температурой и высоким уровнем радиации.
  • Магнитострикционные датчики не имеют короткого штока ±100мм или менее, а это как раз наиболее востребованный диапазон технического применения датчиков перемещения.

3. Преимущества над кодерами (датчиками положения).

  • Имеют лучший аналоговый частотный отклик.
  • Имеют более прочный корпус.
  • Сразу после включения «знают» положение штока, в отличии от кодеров, которым надо указывать постоянную ссылку на известное положение.

4. Преимущества над переменными векторными резистивными преобразователями (VRVT)

  • LVDT датчики как правило более дешевы.
  • Имеют меньший диаметр корпуса.
  • Более прочные и не изнашиваются.
  • Могут использоваться значительно дольше.

5. Преимущества над линейными емкостными датчиками

  • LVDT датчики как правило более дешевы.
  • Менее восприимчивы к внешним условиям эксплуатации.
  • Значительно более прочные.

 

Особенности индуктивных датчиков перемещения LVDT

  • Максимальная рабочая температура 600°C.
  • Минимальная рабочая температура –220°C (для справки, температура жидкого азота -196°C, температура жидкого гелия -269°С). 
  • Могут работать при уровне радиации 100,000 рад.
  • Могут работать при давлении 200Бар.
  • Могут работать под водой, при этом вода может попадать внутрь датчика не причиняя ему вреда. Существует специальная серия подводных датчиков, которые могут без тех. осмотра работать под водов в течении 10-ти лет, работать под водой на глубине до 2,2км. Кабельные разъемы могут подсоединяться так же под водой.

 

Основные сферы применения LVDT датчиков

Промышленные измерительные системы

  • Регулирующие вентили — везде, где существуют регулирующие вентили индуктивные датчики перемещения могут быть использованы для контроля положения штока вентиля. Особенно, где есть ответственные участки работы, например, в клапанах пара для турбин на электростанциях.
  • Контроль положения шлюзов — погружные датчики перемещения подходят для измерения положения шлюзов в водохозяйственных и канализационных системах.
  • Измерение зазора между валками.
    Для поддержания равномерной толщины проката зазор между валками часто измеряется на обоих концах.
  • Контроль перемещения штоков вентилей на подводных нефте/газо проводах.
  • Контроль работы гидравлических активаторов — измерение перемещения объекта, который передвигает активатор. Благодаря очен высокой износостойкости, данные LVDT датчики перемещения могут выдерживать миллионы циклов перемещения.
  • Контроль положения/перемещения режущих инструментов, отрезающих рулонные материалы.
  • Измеряет положение/смещение роликов, которые используется для выпрямления полосового проката перед штамповкой.
  • Могут быть использованы для динамического измерения размеров (диаметров) рулонов продукта, например, инициировать сигнал к системе управления, когда рулон достигает максимального/минимального размера при наматывании/сматывании материала.

Станки

  • Могут быть использованы в испытательных приспособлениях для измерения круглости, плоскостности и т.д. частей машин для анализа качества их изготовления.
  • Могут быть использованы для оценки и контроля взаимного расположения компонентов деталей в сборке, когда требуется юстировка/подгонка размеров взаимного расположения деталей.

Авиация/космонавтика

  • Могут быть использованы для оценки реакции привода на действие активатора. Например, преобразователь измеряет положение отклонения закрылков крыла самолета при техническом обслуживании. Тут очень важно измерить скорость срабатывания активатора после подачи на него управляющего сигнала, а так же скорость изменения положения закрылков.
  • Анализ Ротора вертолета
    Датчики LVDT используются на вертолетах, чтобы измерить угол наклона лопастей ротора.
  • Могут быть использованы для оценки смещения корпуса двигателя при нагревании.
  • Могут быть использованы для измерения смещения (деформации) лопасти турбины при внешнем воздействии.
  • Могут быть использованы для измерения отклонения диафрагмы сопла реактивного двигателя.
  • Могут быть использованы для испытания крыльев самолетов для измерения их отклонения при нагрузке.

Строительство / Проектирование зданий и сооружений

  • Могут быть использованы для измерения вибрации или деформации мостов при изменении трафика движения или порывов ветра.
  • Могут быть использованы для измерения смещения грунта при строительстве, контроля оползней и насыпных дамб.
  • Могут быть использованы при испытании крупногабаритных строительных конструкций, балок, пролетов моста и т. д. на силовую деформацию.

Автомобилестроение

  • Могут быть использованы для контроля смещения корпуса двигателя при его испытаниях.
  • Идеальным применением LVDT датчиков может быть тестирование компонентов подвески автотранспорта.
  • Могут быть использованы для контроля изготовления прецизионных компонентов.
  • Могут быть использованы для настройки компонентов двигателя, таких как дизельные форсунки.
  • Могут быть использованы для тестирования сидений, дверей, педалей и ручек транспортных средств для моделирования продления их срока службы.
  • Могут быть использованы для измерения профиля поверхности заготовки, например стекла или других площадных объектов.

Выработка энергии

  • Могут быть использованы для измерения биения вала турбины.
  • Могут быть использованы для контроля положения главного парового клапана, который регулирует поток пара в турбину. Клапан постоянно корректирует свое положения для поддержания постоянной скорости вращения турбины. LVDT датчики идеально подходят для работы в зоне высоких температур, грязи и постоянной вибрации.
  • Могут быть использованы для контроля положения перепускного клапана. Когда откроется перепускной клапан, датчик может испытать температуру 200°C.

Обзор фотоэлектрических датчиков | OMRON Промышленная автоматизация

1. Большое расстояние срабатывания

Датчик пересечения луча, например, может обнаруживать объекты на расстоянии более 10 м. Это невозможно с помощью магнитных, ультразвуковых или других методов измерения.

2. Практически нет ограничений на обнаружение объектов

Эти датчики работают по принципу, согласно которому объект прерывает или отражает свет, поэтому они не ограничены, как датчики приближения, обнаружением металлических объектов.Это означает, что их можно использовать для обнаружения практически любого объекта, включая стекло, пластик, дерево и жидкость.

3. Быстрое время отклика

Время отклика чрезвычайно короткое, потому что свет распространяется с высокой скоростью, а датчик не выполняет никаких механических операций, поскольку все цепи состоят из электронных компонентов.

4. Высокое разрешение

Невероятно высокое разрешение, достигаемое с помощью этих датчиков, основано на передовых конструкторских технологиях, которые позволили получить очень маленький точечный луч и уникальную оптическую систему для приема света.Эти разработки позволяют обнаруживать очень маленькие объекты, а также определять точное положение.

5. Бесконтактное зондирование

Вероятность повреждения обнаруживаемых объектов или датчиков мала, поскольку объекты могут быть обнаружены без физического контакта.
Это гарантирует годы службы датчика.

6. Цветовая идентификация

Скорость, с которой объект отражает или поглощает свет, зависит как от длины волны излучаемого света, так и от цвета объекта.Это свойство можно использовать для определения цветов.

7. Простая регулировка

Расположить луч на объекте просто с помощью моделей, которые излучают видимый свет, потому что луч видим.

Принципы работы фотоэлектрических устройств

Определения:

Свет Типы выходного сигнала Вкл / Темно Вкл: Для фотоэлемента та же терминология. в качестве индуктивных и емкостных датчиков используются: NO = нормально разомкнутый, NC = нормально закрытый.Это относится к состоянию устройства в отсутствие обнаруживаемого продукта. В случае фотоэлементов, свет горит / горит темный используется. В случае прямого отражения типов, NO горит, а NC горит темным. Для других типов НЕТ горит темным, а NC светится.

Обнаружение Расстояние (Sn): Пространство, в котором можно почувствовать объект. В случае типов прямого отражения это максимальное значение. расстояние между фотоэлементом и объектом.В случае отражателя или типы барьеров, это расстояние между устройством и отражателем. или между единицами.

Мощность Supply: Диапазон напряжения питания, при котором будет работать датчик.

Мощность Задержка включения: Это промежуток времени между подачей питания и работа вывода. Это сделано для того, чтобы избежать нежелательного переключения. когда устройство находится под напряжением.

Мощность Сток: Сила тока, необходимая для работы датчика.

Напряжение Падение: Падение напряжения на датчике при максимальном движении нагрузка.

Переключение Ток (макс.): Количество непрерывного тока, разрешенного для протекания через датчик, не повредив датчик. Это дано как максимальное значение.

Короткий Защита цепи: Защита от повреждения датчика, если нагрузка закорочена.

Эксплуатация Частота: Максимальное количество циклов включения / выключения, которое устройство способен за одну секунду. Согласно EN 50010.

Свет Иммунитет: Максимальный предел лампы накаливания или солнечного света. При превышении этого предела фотоэлемент может работать некорректно из-за помех. на ресивере.

Принцип работы фотоэлектрического датчика — Обучение электрика

Из этой статьи вы узнаете о принципе работы фотоэлектрического датчика и его типах. Фотоэлектрические датчики используются для определения присутствия объекта путем пропускания света. Фотоэлектрический датчик используется для обнаружения объекта с изменением уровня приема света по сравнению с уровнем излучения света. Свет, излучаемый фотоэлектрическими датчиками, может быть инфракрасным или видимым. Фотоэлектрический датчик состоит в основном из излучателя для излучения света и приемника для приема света.Когда излучаемый свет прерывается или отражается воспринимающим объектом, он изменяет количество света, попадающего на приемник. Приемник обнаруживает это изменение и преобразует его в электрический выходной сигнал.

Типы фотоэлектрических датчиков

Есть три типа фотоэлектрических датчиков: —

  1. Светоотражающий фотоэлектрический датчик
  2. Фотоэлектрический датчик сквозного прохода
  3. Световозвращающий фотоэлектрический датчик
Светоотражающий фотоэлектрический датчик

В случае световозвращающего фотоэлектрического датчика излучатель и приемник устанавливаются в одном корпусе.когда датчик излучает свет. Свет падает на воспринимающий объект и отражается на приемнике. Это вызывает изменение количества света на приемнике. это изменение света используется для создания электрического выхода.

Применение световозвращающего фотоэлектрического датчика
  • Обнаружение нескольких объектов на общей конвейерной системе.
  • Обнаружение полупрозрачных объектов.
  • Определите уровень наполнения внутри контейнеров.
  • Обнаружение наличия деталей, коробок и веб-материалов.
  • Обнаружение определенных идентифицирующих признаков для определения ориентации объекта.
  • Обнаружение нежелательных условий для задач проверки продукции.

Прочитайте статьи по фотоэлектрическому датчику

Фотоэлектрический датчик на пересечение луча

В этих датчиках излучатель и приемник установлены напротив друг друга, как показано на рисунке. Когда объект проходит между лучами, луч прерывается. эти прерывания используются для обнаружения присутствия объекта.

Использование фотоэлектрического датчика сквозного пучка
  • Обнаружение очень маленьких объектов.
  • Определение уровня заполнения контейнеров.
  • Обнаружение сращенных или перекрывающихся материалов.
  • Определите точное местоположение определенного объекта.
  • Обнаружение содержимого контейнера.
  • Обнаружение непрозрачных объектов.
Фотоэлектрические датчики с отражением от рефлектора

Излучатель и приемник установлены в одном корпусе, и свет от излучателя обычно отражается обратно в приемник с помощью отражателя, установленного на противоположной стороне.Когда воспринимаемый объект прерывает свет, он уменьшает количество получаемого света. Это уменьшение интенсивности света используется для обнаружения объекта.

Применение световозвращающего фотоэлектрического датчика
  • Обнаружение крупных объектов.
  • Обнаружение объектов, движущихся с высокой скоростью.
  • Обнаружение светоотражающей ленты на высоких скоростях.
  • Sense прозрачный (прозрачный) предмет из стекла или пластика.

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о принципе работы фотоэлектрического датчика

Связанные

Основы фотоэлектрических датчиков

Сводка

    По мере того как мир производства становится все более и более автоматизированным, промышленные датчики становятся ключом к повышению как производительности, так и безопасности.
Основы фотоэлектрических датчиков

По мере того, как производственный мир становится все более и более автоматизированным, промышленные датчики становятся ключом к повышению как производительности, так и безопасности.

Промышленные датчики — это глаза и уши нового производственного цеха, они бывают всех размеров, форм и технологий. Наиболее распространены индуктивные, емкостные, фотоэлектрические, магнитные и ультразвуковые технологии. Каждая технология имеет уникальные сильные и слабые стороны, поэтому требования самого приложения будут определять, какую технологию следует использовать.Эта статья посвящена фотоэлектрическим датчикам и определяет, что они собой представляют, их преимущества и некоторые основные режимы работы.

Фотоэлектрические датчики широко используются в повседневной жизни. Они помогают безопасно управлять открыванием и закрыванием гаражных ворот, включать смесители для раковины по взмаху руки, управлять лифтами, открывать двери в продуктовом магазине, обнаруживать автомобиль-победитель на гонках и многое другое.

Фотоэлектрический датчик — это устройство, определяющее изменение интенсивности света.Обычно это означает либо необнаружение, либо обнаружение источника света, излучаемого датчиком. Тип света и метод обнаружения цели различаются в зависимости от датчика.

Фотоэлектрические датчики состоят из источника света (светодиод), приемника (фототранзистор), преобразователя сигналов и усилителя. Фототранзистор анализирует поступающий свет, проверяет, исходит ли он от светодиода, и соответствующим образом запускает выходной сигнал.

Фотоэлектрические датчики имеют много преимуществ по сравнению с другими технологиями.Дальность срабатывания фотоэлектрических датчиков намного превосходит индуктивные, емкостные, магнитные и ультразвуковые технологии. Их небольшой размер в сравнении с диапазоном чувствительности и уникальное разнообразие корпусов делают их идеальными для практически любого применения. Наконец, с постоянным развитием технологий фотоэлектрические датчики становятся конкурентоспособными по цене по сравнению с другими сенсорными технологиями.

Режимы измерения
Фотоэлектрические датчики обеспечивают три основных метода обнаружения цели: рассеянный, светоотражающий и сквозной, с вариациями каждого из них.

Рассеянный режим
При измерении в диффузном режиме, иногда называемом режимом приближения, передатчик и приемник находятся в одном корпусе. Свет от передатчика попадает в цель, которая отражает свет под произвольными углами. Часть отраженного света возвращается к приемнику, и цель обнаруживается. Поскольку большая часть передаваемой энергии теряется из-за угла цели и способности отражать свет, диффузный режим приводит к более коротким диапазонам восприятия, чем достижимый в режимах на отражение и сквозной луч.

Преимущество состоит в том, что вторичное устройство, такое как рефлектор или отдельный приемник, не требуется. Факторы, влияющие на дальность обнаружения в рассеянном режиме, включают цвет, размер и покрытие цели, поскольку они напрямую влияют на ее отражательную способность и, следовательно, ее способность отражать свет обратно в приемник датчика. В приведенной ниже таблице показано влияние цели на диапазон чувствительности при обнаружении в диффузном режиме.

ТАБЛИЦА ОТРАЖАТЕЛЬНОСТИ В ДИФФУЗИОННОМ РЕЖИМЕ

* Значения в этой таблице предназначены только в качестве ориентировочных, поскольку множество факторов определяют точный диапазон чувствительности в приложении.

Режим рассеянного сходящегося пучка
Режим сходящегося пучка — более эффективный метод определения диффузной моды. В режиме сходящегося луча линза передатчика фокусируется в точную точку перед датчиком, а линза приемника — в ту же точку. Диапазон срабатывания фиксирован и определяется как точка фокусировки. Затем датчик может обнаруживать объект в этой фокусной точке плюс или минус некоторое расстояние, известное как «окно восприятия». Объекты перед или за этим сенсорным окном игнорируются.Окно восприятия зависит от отражательной способности цели и настройки чувствительности. Поскольку вся излучаемая энергия сосредоточена в одной точке, доступно большое количество избыточного усиления, которое позволяет датчику легко обнаруживать узкие цели или цели с низкой отражательной способностью.

Рассеянный режим с подавлением фона
Рассеянный режим обнаружения с подавлением фона обнаруживает цели только на определенном «отрезанном» расстоянии, но игнорирует объекты за пределами расстояния.Этот режим также минимизирует чувствительность к цвету цели среди вариаций диффузного режима. Одним из основных преимуществ диффузного режима с подавлением фона является возможность игнорировать фоновый объект, который может быть неправильно идентифицирован как цель стандартным фотоэлектрическим датчиком в диффузном режиме.

Рассеянный режим с подавлением фона может работать как на фиксированном, так и на переменном расстоянии. Подавление фона может быть выполнено технически двумя способами: механическим или электронным способом.

Рассеянный режим с механическим подавлением фона
Для механического подавления фона в фотоэлектрическом датчике есть два принимающих элемента, один из которых принимает свет от цели, а другой — свет от фона. Когда отраженный свет на приемнике цели больше, чем свет на приемнике фона, цель обнаруживается и активируется выход. Когда отраженный свет в приемнике фона больше, чем в приемнике цели, цель не обнаруживается, и выходной сигнал не меняет состояние.Точка фокусировки может быть механически отрегулирована для датчиков переменного расстояния.

Рассеянный режим с электронным подавлением фона
При электронном подавлении фона внутри датчика используется позиционно-чувствительное устройство (PSD), а не механические части. Передатчик излучает световой луч, который отражается обратно в две разные точки на PSD как от цели, так и от фонового материала. Датчик оценивает свет, падающий на эти две точки на PSD, и сравнивает этот сигнал с предварительно установленным значением, чтобы определить, изменяет ли выход состояние.

Режим отражения от рефлектора
Светоотражающий режим — это второй основной режим фотоэлектрического зондирования. Как и в случае измерения в диффузном режиме, передатчик и приемник находятся в одном корпусе, но для отражения света от передатчика обратно в приемник используется отражатель. Цель обнаруживается, когда она блокирует луч от фотоэлектрического датчика до отражателя. Отражающий режим обычно позволяет использовать более длинные диапазоны зондирования, чем рассеянный режим, из-за повышенной эффективности отражателя по сравнению с отражательной способностью большинства целей.Целевой цвет и отделка не влияют на диапазон чувствительности в режиме световозвращения, как в рассеянном режиме.

Фотоэлектрические датчики с обратным отражением доступны с поляризационными фильтрами или без них. Поляризационный фильтр пропускает свет только под определенным фазовым углом обратно к приемнику, что позволяет датчику видеть блестящий объект как цель, а не как отражатель. Это связано с тем, что свет, отраженный от отражателей, сдвигает фазу света, тогда как свет, отраженный от блестящей цели, — нет.Поляризованный световозвращающий фотоэлектрический датчик должен использоваться с рефлектором в форме уголка, который представляет собой тип рефлектора, способный точно возвращать световую энергию по параллельной оси обратно в приемник. Поляризованные световозвращающие датчики рекомендуются для любого применения с отражающими целями.

Неполяризованные светоотражающие фотоэлектрические датчики обычно допускают более широкий диапазон чувствительности, чем поляризованные версии, но могут ошибочно идентифицировать блестящую цель как отражатель.

Режим отражения от рефлектора для обнаружения четких объектов
Обнаружение четких объектов может быть достигнуто с помощью режима световозвращения для фотоэлектрического датчика обнаружения четких объектов. В этих датчиках используется схема с низким гистерезисом для обнаружения небольших изменений света, которые обычно возникают при обнаружении четких объектов. Датчик режима четкого объекта использует поляризованные фильтры на датчике-передатчике и приемнике для уменьшения ложных срабатываний, вызванных отражениями от цели.

Режим отражения от отражения с подавлением переднего плана
Датчики на отражение от рефлектора с подавлением переднего плана не будут ошибочно идентифицировать глянцевые цели как отражатель, когда они находятся на определенном расстоянии или в мертвой зоне.Этот режим подходит для обнаружения упакованных в термоусадочную пленку поддонов, так как стандартный датчик режима световозвращения может ошибочно принять глянцевое покрытие за отражатель и не изменить состояние. Оптические отверстия перед элементами передатчика и приемника в корпусе датчика образуют зону, исключающую ошибочное обнаружение отражающего материала.

Режим сквозного луча
Режим сквозного луча, также называемый встречным режимом, является третьим и последним основным методом обнаружения для фотоэлектрических датчиков.В этом режиме используются два отдельных корпуса: один для передатчика, а другой — для приемника. Свет от передатчика направлен на приемник, и когда цель прерывает этот световой луч, активируется выход на приемнике. Этот режим является наиболее эффективным из трех и обеспечивает максимально возможную дальность срабатывания фотоэлектрических датчиков.

Датчики, работающие в режиме сквозного луча, доступны в различных стилях. Наиболее распространены один корпус передатчика, один корпус приемника и один световой луч между двумя корпусами.Другой тип — это «щелевые» или «вилочные» фотоэлектрические датчики, которые объединяют передатчик и приемник в один корпус без необходимости юстировки. Световые решетки представляют собой массивы из множества различных передатчиков в одном корпусе и множества разных приемников в другом корпусе, которые, будучи нацелены друг на друга, создают виртуальный «лист» световых лучей.

Оптоволоконное зондирование
Оптоволоконные датчики направляют свет от передатчика через пластиковые или стеклянные кабели, называемые оптоволоконными кабелями.В приложениях, связанных с небольшими целями или неблагоприятными условиями, оптоволоконные кабели могут быть оптимальным решением. Волоконно-оптические кабели позволяют определять либо рассеянный, либо сквозной режим.

Стекловолоконные кабели состоят из крошечных стеклянных нитей, скрепленных вместе внутри специальной оболочки. Стекловолоконные кабели обычно более прочны, чем пластиковые версии, более эффективны в передаче света, что приводит к увеличению дальности срабатывания, и хорошо работают как с видимым красным, так и с инфракрасным светом.

Пластиковые оптоволоконные кабели изготавливаются из светопроводящего пластикового моноволокна и помещаются в защитную оболочку из ПВХ. Пластиковые волоконно-оптические кабели, как правило, более гибкие и экономичные, чем стеклянные, их можно отрезать по длине и работать только с видимым светом.

БОКОВОЙ / КОРОБКА
Специальные фотоэлектрические датчики
В дополнение к стандартным режимам работы фотоэлектрических датчиков также существует несколько датчиков для конкретных приложений.Эти датчики используются для решения многих нетрадиционных фотоэлектрических приложений, таких как обнаружение изменений цвета объекта, пористых объектов и невидимой маркировки на продуктах.

Примеры датчиков для конкретных приложений:

Color — Цветовые датчики доступны в большом количестве стилей и опций. Самые простые датчики цвета — это одноканальные устройства, которые можно запрограммировать на обнаружение одного цвета. Более продвинутые устройства могут обнаруживать до десяти или более уникальных цветов и позволяют программировать несколько оттенков на одном канале.Типичные области применения включают контроль качества, когда на продукте отмечаются разные цвета по мере завершения этапа производства. Другое возможное применение — программирование нескольких оттенков цвета на одном канале. Эти цвета могут указывать на приемлемый для производителей диапазон цветовых отклонений для готового продукта при окрашивании или литье под давлением.

Контрастность — Датчики контрастности используются для определения разницы в двух цветах или материалах. Датчик сначала обучается двум различным условиям.Затем он оценивает текущие условия, и если отраженный свет от текущей цели ближе к первому условию, выход останется выключенным. Если отраженный свет от текущей цели ближе ко второму условию, выход изменит состояние. Типичное применение для определения контраста — обнаружение регистрационных меток перед резкой или переработкой бумаги в упаковочной промышленности.

Люминесценция — Датчики люминесценции используются для обнаружения чернил, смазок, клея, красок, мела и других материалов с люминесцентными свойствами.Следы на неправильном фоне и четкие или невидимые отметки легко обнаруживаются с помощью источника ультрафиолетового света. Типичные области применения люминесцентных датчиков — это обнаружение прозрачных защищенных от несанкционированного доступа пломб на флаконах с лекарствами или обнаружение дефектного продукта, помеченного мелом (например, сучка на куске дерева).

Световые решетки — Световые решетки используются для создания сетки или светового полотна. Есть много вариантов, размеров и применений для световых решеток. Миниатюрные световые решетки с высоким разрешением можно использовать для подсчета мелких деталей.Решетки большего размера могут использоваться для обеспечения выталкивания детали из пресса перед следующим циклом прессования. Световые решетки безопасности используются для создания безопасного «периметра» вокруг машины, чтобы операторы были защищены от потенциально опасных частей машины.

Пассивный инфракрасный — Пассивные инфракрасные датчики используются для обнаружения движения объекта в пределах определенной зоны или зоны зондирования. Термин пассивный используется потому, что датчик не излучает свет, а вместо этого обнаруживает инфракрасное излучение от объекта с температурой, отличной от окружающей среды.Типичное применение пассивных инфракрасных датчиков — это управление автоматическими дверями или освещением.

Зональные сканеры — Как и пассивные инфракрасные датчики, зонные сканеры используются для обнаружения присутствия или движения объекта в пределах определенной зоны или зоны зондирования. Основное отличие состоит в том, что активные инфракрасные датчики излучают свет и могут обнаруживать движение объекта в области, когда температура цели не может быть определена. Типичным приложением может быть обнаружение транспортных средств, приближающихся к потолочной двери склада, поскольку невозможно определить ни температуру транспортного средства, ни окружающую среду.

Для получения дополнительной информации:
www.am.pepperl-fuchs.com
[email protected]
Тел: 330-486-0001

Об авторе

Гэри Фриджес — менеджер по маркетингу продуктов, а Эд Майерс и Джефф Эллисон — менеджеры по продуктам Pepperl + Fuchs

Для получения дополнительной информации нажмите здесь

Вам понравилась эта замечательная статья?

Ознакомьтесь с нашими бесплатными электронными информационными бюллетенями, чтобы прочитать больше отличных статей..

Подписывайся

Определение, принцип работы, типы, применение

Сенсорная технология развивается чрезвычайно быстро, и фотоэлектрические сенсоры являются отражением этой передовой технологии. В этой статье я собираюсь объяснить, что такое фотоэлектрический датчик. Кроме того, я опишу принцип работы, типы и преимущества фотоэлектрических датчиков.

Что такое фотоэлектрический датчик?

Фотоэлектрический датчик — это электрическое устройство, которое реагирует на изменение интенсивности падающего на него света.Современные фотоэлектрические датчики в стандартной комплектации предлагают точный объектив и интеллектуальную электронику. Оба компонента встроены в прочный корпус из прочного пластика или металла.

Фотоэлектрический датчик имеет большое расстояние срабатывания, быстрое время отклика и высокое разрешение. Его можно использовать для обнаружения практически любого объекта, не касаясь его.

Как работает фотоэлектрический датчик?

Функция фотоэлектрического датчика заключается в использовании света для обнаружения присутствия или отсутствия объекта.Фотоэлектрический датчик состоит из датчика, блока управления и выхода. Источником является светодиод, излучающий мощный луч инфракрасного или видимого света. Детектор обычно представляет собой фотодиод, который определяет наличие или отсутствие света.

Базовые компоненты фотосенсора:

  • Светодиод источника
  • Фотоприемник
  • Линза (для источника и детектора)
  • Силовая цепь (модулятор и демодулятор)
  • Усилитель
  • Выходная цепь

Типы фотоэлектрических датчиков

Существует много различных типов фотоэлектрических датчиков.Самыми популярными технологиями являются сквозной луч, отражение, рассеивание и подавление фона.

1. Определение сквозного луча

Метод пересечения луча состоит из передатчика и приемника, установленных друг напротив друга. Каждый раз, когда объект прерывает прямой путь между передатчиком и приемником, электрический отклик транзистора приемника или диода приемника изменяется. Это изменение может быть использовано для обнаружения объекта с помощью электроники и может быть передано через выходной каскад.

Обнаружение сквозного луча обычно обеспечивает самый большой диапазон и обеспечивает более высокую мощность на меньшем расстоянии для проникновения пара, грязи или других загрязняющих веществ между источником и детектором. Юстировка источника и детектора должна быть точной.

Эффективная площадь луча — это площадь светового столба, проходящего прямо между линзами. Поскольку свет от источников передается непосредственно на фотодетектор, измерение сквозного луча дает следующие преимущества:

  • Имеет самую большую дальность обнаружения.
  • Имеет максимально возможную мощность сигнала.
  • Имеет самый высокий коэффициент контрастности света / темноты.
  • Обладает наилучшей повторяемостью точки срабатывания.

Недостатки измерения сквозного луча:

  • Требуется разводка двух компонентов через зону обнаружения.
  • Может быть сложно выровнять источник и детектор.
  • Если размер обнаруженного объекта меньше эффективного диаметра луча, может потребоваться апертура над линзой.

2. диффузное зондирование

Метод диффузного зондирования требует, чтобы источник и детектор были установлены с одной и той же стороны от обнаруживаемого объекта и были нацелены на точку перед датчиком. Когда объект проходит перед источником и детектором, свет от источника отражается от поверхности объекта обратно к детектору, и объект обнаруживается. Основная сила диффузных датчиков — обнаружение очень маленьких объектов на близком расстоянии.

Оптимальный диапазон для диффузного и рефлекторного датчика более значителен, чем максимальный диапазон. Оптимальный диапазон лучше всего показан на диаграмме избыточного усиления.

Зона обнаружения определяется типом, текстурой и составом объекта.

Преимущества диффузного зондирования:

  • Установка и регулировка просты и требуют подключения проводов с одной стороны.
  • Он может обнаруживать разницу в отражательной способности поверхности.

Недостатки диффузного зондирования:

  • Имеет ограниченный диапазон срабатывания.
  • Диапазон восприятия контраста света / темноты зависит от отражательной способности поверхности целевого объекта.

3. Подавление фона

Подавление фона позволяет диффузному датчику иметь избыточное усиление до заданного предела и недостаточное избыточное усиление за пределами этого диапазона, где он может захватывать движущиеся объекты и давать ложное обнаружение. Используя треугольное расстояние, разработчики датчика создали датчик, который излучает свет, отражающийся на датчике с двух разных позиций цели.

Сигнал, полученный от удаленной цели, вычитается из более близкой цели, обеспечивая высокий избыточный коэффициент усиления для самой близкой цели.

4. рефлективное зондирование

Метод отражающего зондирования требует, чтобы источник и детектор были установлены с одной стороны от обнаруживаемого объекта. Луч света передается от источника к ретроотражателю, который возвращает свет к детектору. Когда объект прерывает отраженный луч, объект обнаруживается.

Отражающий метод широко используется, потому что он гибкий и простой в установке, а также обеспечивает лучшее соотношение цены и качества из трех методов. Обнаруживаемый объект должен быть менее отражающим, чем ретрорефлектор.

Поскольку свет распространяется в двух направлениях (следовательно, на расстояние вдвое больше), рефлекторные датчики не распознают так далеко, как датчики сквозного луча. Тем не менее, рефлекторные датчики представляют собой мощную сенсорную систему, которую легко установить и которая не требует прокладки электрических проводов по обеим сторонам чувствительной области.Основным ограничением этих датчиков является то, что блестящая поверхность на целевом объекте может вызвать ложное обнаружение.

В таблице описаны некоторые преимущества и недостатки каждой технологии.

Поперечный луч

Самая точная
Наибольшая дальность срабатывания
Очень надежная

Необходимо установить в двух точках в системе
: передатчик и приемник
Дорогой — необходимо приобрести передатчик и приемник

Светоотражающий

Стоимость меньше, чем у сквозного луча
Немного менее точна
, чем у сквозного луча
Дальность срабатывания лучше, чем у
диффузного
Очень надежно

Необходимо установить в двух точках системы
: датчик и отражатель
Немного дороже, чем диффузный

Дальность срабатывания менее
на пересечение луча

диффузный

Устанавливать только в одной точке
Стоимость меньше, чем на пересечение луча или на отражение

Менее точен, чем на пересечение луча или на отражение
Требуется больше времени на настройку

Подавление фона

Эффективный с отражающим фоном

Стоимость больше, чем диффузный,
отражающий или проходящий через луч
Требуется больше всего времени на настройку

Применение фотоэлектрических датчиков

Фотоэлектрические датчики широко применяются в промышленности:

  • Обнаружение резьбы язычка.
  • Подсчет пакетов.
  • Определение и определение ориентации микросхемы IC.
  • Обнаружение заторов на конвейере.
  • Обнаружение пробок на бутылках.
  • Обнаружение компонентов внутри металлической тары.
  • Обнаружение предметов разной высоты.
  • Управление высотой стопки.
  • Счетные коробки в любом месте конвейера.
  • Проверочная жидкость во флаконах.
  • Обнаружение этикеток с прозрачным фоном.
  • Проверочные винты правильно установлены.
  • Обнаружение отражающих объектов.

Продолжить чтение

О фотоэлектрических датчиках

Хотите узнать больше о том, что такое фотоэлектрические датчики, как они работают и где их можно использовать? Мы составили это руководство по этим светочувствительным устройствам, чтобы помочь вам в поиске товаров. Здесь мы обозначим:

  1. Какие бывают фотоэлектрические датчики
  2. Как работают фотоэлектрические датчики
  3. Основные типы фотоэлектрических датчиков
  4. Приложения для фотоэлектрических датчиков

Что такое фотоэлектрический датчик?

Фотоэлектрические датчики, также известные как датчики фото глаз, — это устройства, которые реагируют на изменения излучаемого ими света и генерируют выходной сигнал на основе этих откликов.Это один из многих типов фотоэлектрических устройств, семейства продуктов, которые подают электрические сигналы в ответ на свет, будь то инфракрасный, видимый или ультрафиолетовый. Фотоэлектрические датчики света используются в нескольких приложениях автоматизации внутри и вне производства для обнаружения объектов, движения, цвета и положения.

Как работает фотоэлектрический датчик?

Датчики

работают путем обнаружения изменений излучаемого ими света. Обычно входящий свет генерируется излучателем, а датчик выравнивается так, что любое препятствие свету вызывает изменение его выходного сигнала.Лазеры и светодиоды часто используются в качестве источников света в системе фотоэлектрических датчиков. Датчики также калибруются по излучателю, чтобы минимизировать помехи или путаницу, вызванные условиями окружающей среды; модуляция источника света также снижает потенциальные проблемы, вызванные окружающим светом.

Несмотря на то, что существует широкий выбор датчиков, в рабочем состоянии они работают на основе одного из двух принципов: прерывание луча и отражение луча. Те, кто реагирует на прерывания луча, сработают, когда объект блокирует или частично блокирует входящий луч от попадания на датчик.Фотоэлектрические устройства, которые реагируют на отражение луча, имеют эмиттер, расположенный с датчиком; когда излучаемый свет попадает на ближайший объект, он отражается обратно на датчик, генерируя сигнал. Степень обнаруженного света также может использоваться для определения положения ближайшего объекта.

Сенсорные блоки в фотоэлектрическом устройстве обычно представляют собой фотопроводящие элементы, фотоэлектрические элементы или фототранзисторы. Фотопроводящие элементы — это, по сути, резисторы, которые становятся менее эффективными при увеличении света, поэтому яркий свет позволяет большему количеству электричества проходить через него.Фотоэлектрические элементы фактически вырабатывают электричество при попадании света, и интенсивность их излучения зависит от интенсивности падающего света. В фототранзисторе поток электрического тока изменяется в зависимости от уровня света, попадающего в устройство.

Типы фотоэлектрических датчиков

Хотя фотоэлектрические датчики имеют один и тот же принцип работы, они работают немного по-разному в зависимости от их структуры, что дает каждому из них свои преимущества и недостатки. Существует три основных типа фотоэлектрических датчиков: диффузные, световозвращающие и сквозные.

  • Диффузные фотоэлектрические датчики размещают излучатель и приемник света в одном месте. Когда что-то проходит перед этими датчиками, он отражает свет обратно в приемник, и датчик предупреждает систему о том, что объект прошел. Эти датчики проще всего установить, хотя на них могут влиять цвет, текстура, грязь и другие факторы. Они хороши для обнаружения нескольких полупрозрачных объектов, уровня заполнения внутри контейнеров, ориентации объекта и нежелательных условий.
  • Светоотражающие фотоэлектрические передатчики имеют такую ​​же структуру, что и диффузные, но для отражения света обратно в приемник они используют зеркало напротив. Когда объекты проходят между зеркалом и датчиком, датчик замечает отсутствие сигнала и предупреждает систему. Более точные, чем диффузные датчики, и более простые в установке, чем датчики на пересечение луча, они подходят для прозрачных, больших и отражающих объектов, а также для быстро движущихся объектов.
  • Фотоэлектрические датчики на пересечение луча имеют отдельный приемник, расположенный напротив передатчика.Датчики только предупреждают систему, когда объект проходит между передатчиком и приемником, прерывая сигнал. Эти типы датчиков являются наиболее точными и дальнодействующими, а также работают в более грязных условиях, но они требуют отдельной установки из двух частей. Они хороши для обнаружения небольших объектов, уровней заполнения контейнеров, перекрытия и сращивания материалов и точных расстояний.

Приложения для фотоэлектрических датчиков

Фотоэлектрические датчики находят применение в широком спектре автоматизированных производственных операций, поскольку они сигнализируют о состоянии системы блокам управления.Их можно использовать для проверки качества продуктов, для подсчета и регистрации предметов на конвейере, для сигнализации о проблемах в системе и для множества других операций автоматизации, что делает их популярными в таких отраслях, как производство, полиграфия, пищевая промышленность и обработка материалов.

В производственных приложениях используются фотоэлектрические датчики для регулирования скорости продуктов на линии, предотвращая скопление деталей во время сборки. Их также можно использовать для выявления дефектов в продуктах из-за того, что свет проходит через них или отражается от них, подсчитывает количество мелких предметов, сходящих с конвейера, или проверяет, не пропали ли продукты с линии.Несколько датчиков могут триангулировать расстояния или определять цвета, что удобно для полиграфической и упаковочной промышленности. Логистика и погрузочно-разгрузочные работы используют эти датчики для отслеживания транзитных объектов на складе. Они также используются в роботах-сборщиках и грузовиках для обнаружения продуктов, а также для обнаружения объектов вокруг них, с которыми они могут столкнуться. Развлекательные приложения включают отслеживание автомобилей и экипажей в аттракционах тематических парков, а фотоэлектрические датчики продуктов питания и напитков отслеживают упаковку, чтобы гарантировать своевременную выдачу таких вещей, как бутылочные крышки, чтобы не пропустить бутылки.Кроме того, автоматические двери и ворота используют фотоэлектрические датчики, чтобы знать, когда открываться, в том числе в автобусах и лифтах.

Заключение

Мы надеемся, что это руководство дало вам хорошее представление об основах фотоэлектронных датчиков, но это только один из многих типов датчиков, предназначенных для различных приложений и отраслей. Если вам интересно узнать больше, вы можете прочитать о типах датчиков в нашем руководстве. Если вы хотите узнать больше о других промышленных темах, вы также можете ознакомиться с нашим разделом руководств, в котором есть информация по различным темам, от промышленных продуктов до управления логистикой.

Источники:

  1. https://www.ttco.com/what-is-a-photoelectric-sensor
  2. http://www.ia.omron.com/support/guide/43/introduction.html
  3. https://blog.pepperl-fuchs.us/5-applications-for-photoelectric-sensors
  4. https://www.rs-online.com/designspark/seven-uses-for-photoelectric-sensors
  5. https://www.accessscience.com/content/photoelectric-devices/509800

Другие статьи о датчиках

Больше от Instruments & Controls

Каковы основные принципы фотоэлектрического датчика?

Введение

Фотоэлектрический датчик — это датчик, который использует фотоэлектрический компонент в качестве элемента преобразования.В электронике фотоэлектрический датчик преобразует силу света в электрические сигналы. Обычно он состоит из трех частей: передатчика, приемника и цепи обнаружения.
Передатчик излучает световой луч к цели, и излучаемый световой луч обычно представляет собой полупроводниковый источник света, такой как светоизлучающий диод (LED), лазерный диод и инфракрасный излучающий диод. Луч излучается непрерывно, либо изменяйте ширину импульса, чтобы этого добиться. Приемник обычно состоит из фотодиода, фототранзистора и фотоэлемента.Перед приемником устанавливаются оптические компоненты, такие как линза и диафрагма. За ним находится схема обнаружения, которая может отфильтровывать эффективный сигнал и предпринимать действия.

Что такое фотоэлектрический датчик?

Каталог


Ⅰ Фотоэлектрический датчик Basic

1.1 Характеристики фотоэлектрического датчика

Фотоэлектрические датчики могут использоваться для обнаружения неэлектрических физических величин, которые непосредственно вызывают изменения в освещении, таких как интенсивность света, освещенность, измерение температуры излучения, анализ состава газа и т. Д., а также может использоваться для обнаружения других неэлектрических величин, которые могут быть преобразованы в изменения количества света, таких как диаметр детали, шероховатость поверхности, смещение, вибрация, скорость, ускорение, а также распознавание формы и рабочего состояния объект. Он обладает такими характеристиками, как бесконтактность, быстрое реагирование, надежная работа и т. Д., Поэтому он широко используется в устройствах промышленной автоматизации и роботах.

1.2 Фотоэлектрический эффект

Принцип действия фотоэлектрических датчиков обычно делится на три категории:
(1) Явление, при котором электроны могут выходить за пределы поверхности объекта под действием света, называется внешним фотоэлектрическим эффектом, например фотоэлектрическим. трубка, фотоумножитель и т. д.
(2) Под действием света изменение сопротивления называется внутренним фотоэлектрическим эффектом, например фоторезистором, фототранзистором и т. Д.
(3) Объект генерирует определенную направленную электродвижущую силу под действием света, называется фотоэлектрическим эффект, например фотоэлектрические элементы.

1.3 Превращение оптических сигналов в электрические

Фотоэлектрические датчики, в которых в качестве чувствительных элементов используются фотоэлектрические компоненты, основанные на фотоэлектрическом эффекте, имеют широкий спектр применений.В зависимости от выходной мощности устройства оно имеет два принципа:
1) Непрерывно изменяющийся фототок может использоваться для измерения интенсивности света и физических величин, таких как температура, светопропускная способность, смещение и состояние поверхности объекта. Например: измеритель освещенности для измерения силы света, фотоэлектрический пирометр, фотоэлектрический колориметр и измеритель мутности, фотоэлектрическая сигнализация, автоматическое устройство обнаружения для проверки качества продукции. Полупроводниковые оптоэлектронные компоненты не только широко используются в гражданской промышленности, но также играют важную роль в военной сфере.Например, из фоторезисторов на основе сульфида свинца можно использовать инфракрасные приборы ночного видения, инфракрасные камеры и системы инфракрасной навигации.
2) Преобразуйте измеряемый материал в непрерывно изменяющийся фототок. Различные фотоэлектрические автоматические устройства изготавливаются с характеристиками «с» или «без» вывода электрического сигнала, когда фотоэлектрические элементы облучаются светом или не светятся. Фотоэлектрический элемент используется как элемент фотоэлектрического преобразования переключаемого типа. Например, фотоэлектрическое устройство ввода электронного компьютера, устройство регулирования температуры переключательного типа, цифровой фотоэлектрический измеритель скорости и т. Д.
На основании вышеупомянутого, типы фотоэлектрических датчиков включают в себя расположение на пересечение луча, расположение с отражением, датчик с отражением от лазера и диффузный тип.

Ⅱ Приложения для фотоэлектрических датчиков

2.1 Какие используются фотоэлектрические датчики?

1) Монитор концентрации дыма и пыли
Предотвращение промышленного образования дыма и пыли — одна из важных задач защиты окружающей среды. Чтобы его устранить, мы должны сначала узнать количество выбросов дыма и пыли.Следовательно, источник дыма и пыли необходимо отслеживать, автоматически отображать и предупреждать о превышении нормы. Мутность дыма и пыли в дымоходе определяется по размеру изменения во время прохождения света в дымоходе. Если он увеличивается, свет, излучаемый источником света, поглощается и преломляется частицами сажи, а свет, достигающий фотодетектора, уменьшается. Следовательно, сила выходного сигнала фотодетектора может отражать изменение мутности дымовых газов.

2) Сканер штрих-кода
Когда сканирующее перо перемещается по штрих-коду, если оно встречает черную линию, свет светодиода будет поглощаться черной линией, и фототранзистор не будет получать отраженный свет, присутствующий высокий импеданс и быть в отключенном состоянии. При попадании в белый интервал свет, излучаемый светодиодом, отражается на основание светочувствительного триода, который генерирует фототок для проведения. После того, как весь штрих-код отсканирован, фототранзистор деформирует штрих-код в электрические импульсные сигналы, которые усиливаются, а затем изменяют форму, образуя последовательность импульсов, и, наконец, обрабатываются компьютером для завершения идентификации информации штрих-кода.

3) Счетчик продукта
Когда продукт движется по конвейерной ленте, он непрерывно экранирует путь света от источника света к фотоэлектрическому датчику, так что схема фотоэлектрического импульса генерирует электрический импульсный сигнал. Каждый раз, когда свет затеняется продуктами, схема фотоэлектрического датчика генерирует импульсный сигнал. Следовательно, количество выходных импульсов представляет собой количество продуктов. Импульс подсчитывается счетной схемой и отображается схемой дисплея.

4) Фотоэлектрический дымовой извещатель
Когда нет дыма, свет, излучаемый светодиодом, распространяется по прямой линии, и фототранзистор не принимает сигнал. Когда нет выхода, но есть дым, свет, излучаемый светодиодом, преломляется частицами дыма, так что триод принимает свет, выходной сигнал отправляет сигнал тревоги.

5) Измерение скорости
Черно-белое покрытие вращающегося вала двигателя. При вращении попеременно появляются отраженный свет и неотраженный свет.Соответственно, фотоэлектрический датчик периодически принимает отраженный световой сигнал и выдает прерывистый электрический сигнал, который усиливается усилителем и схемой формирования. Сигнал прямоугольной формы формируется и выводится, и, наконец, скорость двигателя выводится на электронный цифровой дисплей.

6) Фотоэлементы в фотоэлектрическом обнаружении и автоматическом управлении
Когда фотоэлементы используются в качестве фотодетекторов, их основные принципы такие же, как и у фотодиодов, но их основные конструкции и производственные процессы не совсем такие же.Поскольку фотоэлектрический элемент не требует внешнего напряжения при работе, он имеет преимущества высокой эффективности фотоэлектрического преобразования, широкого спектрального диапазона, хороших частотных характеристик, низкого уровня шума и т.д. лазерная коллимация, звукоизоляция пленки, УФ-мониторы и устройства защиты от воспламенения для газовых турбин и т. д.

2.2 Пример: инфракрасный фотоэлектрический датчик-переключатель

Использует блокировку или отражение инфракрасного луча от измеряемого объекта для определения наличия объект тестирования.Когда обнаруженный объект проходит через зону обнаружения, выходное состояние инфракрасного фотоэлектрического переключателя будет изменено для достижения автоматического обнаружения. Кроме того, могут быть обнаружены объекты, способные отражать и блокировать инфракрасный свет.

Конструкция переключателя с фотоэлектрическим датчиком: параметры и чертежи

Параметры

Описания

Потребление тока

5 мА ~ 30 мА

Выходной ток

Постоянный ток: менее 200 мА Переменный ток: менее 200 мА Релейные выходы, контактный ток: 1 А ~ 3 А

Время отклика

DC: менее 2.5 мс переменного тока: менее 30 мс

Обнаружить объект

Прозрачный, непрозрачный

непрозрачный

Прозрачный, непрозрачный

непрозрачный

Дифференциальное расстояние

Менее 20%

Менее 20%

Угол наведения

3 ° ~ 20 °

3 ° ~ 10 °

3 ° ~ 20 °

3 ° ~ 10 °

Освещенность окружающей среды

Интенсивность поверхностного света: Менее 3000 лк (лампа накаливания) Менее загар 10000 лк (солнечный свет)

Сопротивление изоляции

Более 200 МОм


Ⅲ Разработка фотоэлектрического датчика

3.1 Преимущества

① Большое расстояние обнаружения
Если для сквозного луча задано расстояние обнаружения 10 м или более, он может удаленно обнаруживать другие методы обнаружения (магнитный, ультразвуковой и т. Д.).

② Меньше ограничений на обнаружение объектов
Поскольку принцип обнаружения основан на затемнении и отражении от объекта обнаружения, в отличие от датчиков приближения, которые ограничивают объект обнаружения металлом. Фотоэлектрический датчик может обнаруживать почти все объекты, такие как стекло, пластик, дерево и жидкости.

③ Короткое время отклика
Свет сам по себе является высокоскоростным, а цепь датчика состоит из электронных частей, поэтому нет механического рабочего времени, и время отклика очень короткое.

④ Высокое разрешение
Высокое разрешение может быть достигнуто за счет использования передовых технологий проектирования, позволяющих сконцентрировать проецируемый световой луч на небольшом пятне, или путем создания специальной светоприемной оптической системы. Он также может обнаруживать мелкие объекты и высокоточное положение.

⑤ Бесконтактное обнаружение
Обнаружение может быть достигнуто без механического прикосновения к объекту обнаружения, поэтому это не приведет к повреждению объекта обнаружения и датчика.Поэтому фотоэлектрический датчик можно использовать долгое время.

⑥ Цветовая дискриминация
Отражательная и поглощающая способность света, формируемого объектом обнаружения, различаются в зависимости от комбинации длины волны проецируемого света и цвета объекта обнаружения. Используя эту характеристику, можно определить цвет обнаруженного объекта.

⑦ Простота настройки
В случае проецируемого видимого света, поскольку проецируемый световой луч виден для глаз, положение объекта обнаружения можно легко перемещать.

3.2 Интеллектуальные фотоэлектрические датчики

Откройте для себя лучшие фотоэлектрические датчики будущего. Интеллектуальные фотоэлектрические датчики обеспечивают важные данные для каждой технологической цепочки. Они поддерживают динамические, оптимизированные в режиме реального времени и самоорганизующиеся отраслевые процессы. Функции интеллектуального фотоэлектрического датчика: самокомпенсация, самокалибровка, самодиагностика, числовая обработка, двусторонняя связь, хранение информации и цифровой вывод. С развитием науки и технологий функции умных фотоэлектрических датчиков будут постепенно увеличиваться.Он будет использовать искусственные нейронные сети, искусственный интеллект и технологии обработки информации (такие как технология слияния сенсорной информации, нечеткая теория и т. Д.), Чтобы позволить сенсорам иметь более продвинутый интеллект, навыки анализа и суждения. Таким образом, его функции самоадаптации и самообучения могут выполнять сложные задачи, такие как распознавание изображений, обнаружение функций и многомерное обнаружение.

Ⅳ Часто задаваемые вопросы о фотоэлектрическом датчике

1.Что такое фотоэлектрический датчик?
Фотоэлектрический датчик — это устройство, которое обнаруживает изменение интенсивности света. Обычно это означает либо необнаружение, либо обнаружение источника света, излучаемого датчиком.

2. Как работает фотоэлектрический датчик?
Фотоэлектрический датчик состоит в основном из излучателя для излучения света и приемника для приема света. Когда излучаемый свет прерывается или отражается воспринимающим объектом, он изменяет количество света, попадающего на приемник.Приемник обнаруживает это изменение и преобразует его в электрический выходной сигнал.

3. Где используются фотоэлектрические датчики?
Проверка объектов на производственных линиях или конвейерах: фотоэлектрические датчики могут определять размеры предметов, чтобы выявить любые ошибки или просто определить их отсутствие, а также выявить проблемы, такие как смещение крышек на бутылках. Они широко используются в пищевой и фармацевтической промышленности, а также на упаковочных предприятиях.

4.Какие три типа фотоэлектрических устройств?
Существует три основных типа фотоэлектрических датчиков: световозвращающие, световозвращающие и рассеянные. Каждый датчик имеет свои сильные стороны и может использоваться по-разному.

5. Каковы два основных компонента фотоэлектрического датчика?
В основном фотоэлектрический датчик состоит из двух основных компонентов. Это передатчик (источник света) и приемник (датчик).

6.Каковы три основные части фотоэлектрического датчика?

Фотоэлектрический датчик состоит из источника света, светоприемника, главной цепи и выходной цепи, и части выполняют следующие функции соответственно. Фотодиоды и фототранзисторы светоприемника принимают свет, излучаемый источником света, и преобразуют его в электрический сигнал.

7. Что такое датчик фотоэлектрического переключателя?

Фотоэлектрический датчик — это разновидность переключателя.Это переключатель. выключается и включается наличием или отсутствием полученного света. Неотъемлемые преимущества такого «бесконтактного» переключателя есть. привело к широкому применению во всей отрасли.

8. Для чего нужен фотоэлектрический датчик?

Фотоэлектрический датчик излучает световой луч (видимый или инфракрасный) от своего светоизлучающего элемента. Фотоэлектрический датчик отражающего типа используется для обнаружения светового луча, отраженного от цели.Датчик сквозного луча используется для измерения изменения количества света, вызванного пересечением целью оптической оси.

9. Как подключить фотоэлектрический датчик?

Подключите один черный провод фотоэлемента к черному проводу, идущему от здания. Обязательно скрутите оголенный медный провод так, чтобы он образовал плотное соединение. Подключите второй черный провод фотоэлемента к черному проводу осветительного прибора, убедившись, что медный провод полностью скручен.

10. Как проверить фотоэлектрический датчик?

Самый простой способ определить, как работает ваш фотоэлемент, — подключить мультиметр в режиме измерения сопротивления к двум проводам и посмотреть, как сопротивление изменяется при затенении датчика рукой, выключении света и т. Д. Потому что сопротивление сильно меняется , здесь хорошо работает измеритель с автоматическим выбором диапазона.

Альтернативные модели

Деталь Сравнить Производителей Категория Описание
ПроизводительНомер детали: GAL22V10D-10LJ Сравнить: Текущая часть Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: SPLD GAL Family 10 Macro Cells 125MHz 5V 28Pin PLCC
ПроизводительНомер детали: GAL22V10D-10LJN Сравнить: GAL22V10D-10LJ VS GAL22V10D-10LJN Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: SPLD GAL Family 10 Macro Cells 125MHz 5V 28Pin PLCC
ПроизводительНомер детали: GAL22V10D-10QJN Сравнить: GAL22V10D-10LJ VS GAL22V10D-10QJN Производители: Lattice Semiconductor Категория: CPLD Описание: SPLD GAL Family 10 Macro Cells 125MHz 5V 28Pin PLCC
ПроизводительНомер детали: PALCE22V10H-10JC / 5 Сравнить: GAL22V10D-10LJ VS PALCE22V10H-10JC / 5 Производители: Lattice Semiconductor Категория: Описание: SPLD PAL Family 10 Macro Cells 125MHz 5V 28Pin PLCC
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.