LUCRAREA

TRADUCTOARE DE PROXIMITATE

Scopul lucrarii

Studiul structurii traductorului de proximitate inductiv, determinarea histerezei, dependenta distantei de actionare de tensiunea de alimentare.

Consideratii teoretice

Proximitatea inseamna gradul de apropiere dintre doua obiecte, dintre care unul este obiectul de referinta. Prin acesta se poate controla pozitia unui obiect fara contact, interstitiul dintre suprafete, prezenta unui obiect metalic in campul de lucru.

Caracteristica lor este de tip releu, avand doua valori extreme, nivelul “0” respectiv nivelul “1” nivele intre care trecerea se face brusc. Specificul acestor traductoare este histereza (δ), adica trecerea de la un nivel la altul a marimii de iesire depinde de sensul (directia) de variatie a marimii de intrare (fig.12.1). Forma constructiva este compacta, continand si circuite de prelucrare.

Fig.12.1. Caracteristica traductoarelor de proximitate

Schema bloc a unui senzor de proximitate inductiv se prezinta in fig.12.2.

Fig. 12.2. Schema bloc a senzorului de proximitate inductiv

Elementul sensibil ES este o bobina care face parte dintr-un oscilator OSC. In jurul bobinei se intretine astfel un camp magnetic alternativ. La aparitia unui obiect metalic se induc in acesta curenti turbionari, care se reflecta asupra campului magnetic al bobinei, creand fluxuri de sens opus. Astfel se modifica frecventa de oscilatie al oscilatorului. Blocul electronic sesizeaza aceasta variatie si comuta starea elementului de iesire dintr-o stare in alta. Blocul final consta dintr-un tranzistor de putere cu colector in gol.

Cu acest tip de traductor se pot sesiza prezenta obiectelor metalice, de exemplu starea inchisa a unui ecran protector. Dar se poate folosi si la realizarea traductoarelor de viteza.

Traductorul inductiv de tip TCA105N este un senzor de proximitate realizat sub forma unui circuit integrat cu opt terminale. Prin conectarea in exterior la pinii 2, 3, 4 a unui condensator si a unei bobine se realizeaza un oscilator cu o frecventa cuprinsa intre 1 si 5MHz. Are doua iesiri complementare, ambele fiind tranzistoare cu colector in gol. La iesiri (pinul 7 sau 8) se conecteaza o rezistenta de sarcina R_S. La apropierea unui obiect metalic feromagnetic oscilatiile se amortizeaza ceea ce duce la cuplarea la masa a rezistentei de sarcina.

Structura interna a acestui traductor se prezinta in fig.12.3.

Fig. 12.3. Schema interna a senzorului TCA105

Exista doua variante constructive in functie de modul de conectare a bobinei si a condensatorului.

In fig.12.4.a este prezentata schema de functionare a traductorului de proximitate cu fanta. Circuitul de intrare este in configuratie de oscilator, oscilatiile fiind intretinute de cuplajul inductiv intre bobinele L₁ si L₂ realizate pe oale de ferita si pozitionate pe aceeasi axa, la o distanta de cativa mm una de alta. Datorita frecventei de lucru mai mari de 1MHz, oscilatiile in etajul de intrare mentin iesirile circuitului in starea actionata”. Prin introducerea unei piese de fier in fanta cuplajul magnetic se intrerupe, oscilatiile se amorseaza, iar iesirile trec in starea “blocat

Fig.12.4. Moduri de conectare a bobinei sesizoare

Senzorul de tip βSM 235 este un traductor magnetic integrat de proximitate al carei functionare se bazeaza pe efectul Hall. Sesizeaza prezenta unui camp magnetic de intensitate relativ redus, in jur de B=50mT. Scoate la iesire un semnal electric cu valoare cuprinsa intre 1 si 10mV. Aceste circuite contin in acelasi cristal de siliciu atat senzorul Hall cat si blocurile de prelucrare a semnalelor oferite de acesta si poarta denumirea comerciala de senzor magnetic comutator. Pentru functionarea lui este nevoie de prezenta campului magnetic (prezenta unui mic magnet permanent).

Document online: Condensul - ce putem face pentru a micsora riscul aparitiei condensului? Proiect: Echipamente si instalatii de stingere a incendiului - prescriptii generale

Principiul de functionare: la sesizarea prezentei unui camp magnetic de inductie B, senzorul Hall furnizeaza o tensiune diferentiala, proportionala cu inductia. Aceasta tensiune este preluata de amplificatorul diferential, care o aplica unui comparator cu histerezis ce lucreaza ca un comutator. Daca circuitul este plasat intr-un camp magnetic a carui inductie depaseste valoarea corespunzatoare a pragului de deschidere, comparatorul comanda prin intermediul unui amplificator injectia unui curent in baza tranzistorului de iesire, care este adus in saturatie, iar colectorul sau poate absorbi un curent important. Daca inductia magnetica scade sub valoarea corespunzatoare pragului de blocare, iesirea comparatorului revine in starea initiala, iar tranzistorul de iesire va fi blocat. Intre pragul de iesire si cel de blocare exista un histerezis, necesar pentru a asigura imunizarea circuitului fata de zgomote.

Comutarea dintr-o stare in alta se poate obtine prin:

deplasarea unui magnet – se poate folosi ca traductor de prezenta sau de rotatie. Deplasarea magnetului se poate face frontal sau transversal. Cursa magnetului trebuie sa depaseasca doua distante de prag, una pentru deschidere, cealalta pentru blocare.

ecranarea campului magnetic – se poate realiza prin intercalarea unui material feromagnetic (banda de latime peste 1mm) intre sursa si senzor.

concentrarea campului magnetic – se realizeaza prin apropierea unui material feromagnetic in spatele senzorului, amplasat intr-un camp insuficient de intens pentru a produce bascularea. Prezenta obiectului feromagnetic permite bascularea prin cresterea inductiei.

Structura interna a senzorului se prezinta in fig.12.5.

Fig.12.5. Schema bloc intern a senzorului βSM 235

Se prezinta sub forma unui tranzistor de tip BD avand o fata sensibila. Tensiunea de alimentare este redus. Are multiple modalitati de utilizare, ca senzor de orizontalitate (magnetul inclus in pendul), de nivel (magnetul pe flotor), limitator de cursa la roboti, traductor numeric rotativ incremental pentru viteza sau pozitie unghiulara, traductor de curent (depasirea unei valori maxime), senzor de intensitate de camp magnetic.

Experimentari

In general, un traductor inductiv de proximitate are tranzistorul final de iesire tip npn cu colector in gol.

Alimentarea traductorului ICPE IPO5LN024A-Electrocontact se face conform fig.12.6. Intre iesire (rosu sau albastru) si +Vcc (maro) se leaga elementul care va fi comandat de traductor (bobina unui releu). Trebuie avut grija ca curentul absorbit de bobina (sau alt element) sa nu depaseasca valoarea maxima care poate sa treaca prin tranzistorul final al traductorului. Masa (galben sau negru) se conecteaza la – sursei.

Fig.12.6. Modul de alimentare a traductorului inductiv

Traductorul de prezenta optic (fotocelula) OC 5213 OCT-CPKG/US –IFM Electronic are schema de conectare in fig.12.7.a. Are un buton de reglare a sensibilitatii, domeniul de masura este cuprins intre 80-600 mm, tensiunea de alimentare este cuprinsa intre 10-30 V c.c./100mA si are un led galben de avertizare prezeni are un led galben de avertizare prezenta obiect in perimetrul traductorului.

Traductorul de prezenta optic (fotocelula) OC 5009 OLT-FPKG/US –IFM Electronic are schema din fig.12.7.b. Domeniul de masura este cuprins pana la 1 m, tensiunea de alimentare este cuprinsa intre 10-36 V c.c./200mA. Are un led verde care avertizeaza alimentarea cu tensiune a traductorului, un led galben de sesizare prezenta, led rosu care avertizeaza posibilitatea prezentei unui obiect in perimetrul traductorului. Are si un buton de configurare senzor.

Fig.12.7. Scheme de conectare traductoare optice IFM Electronic: a. OC 5213 OCT-CPKG/US; b. OC 5009 OLT-FPKG/US

In fig.12.8 se prezinta un senzor de prezenta utilizat in sistemele de alarma. Are un buton de modificare a sensibilitatii actionarii (pentru distanta), un buton pentru durata de actionare (pana la ordinul minutelor) si un buton pentru iluminare  (pentru noapte si zi).

Fig.12.8. Senzor de prezenta utilizat la alimentarea unui bec cu incandescenta

Pentru sesizarea cuplarii traductorului se leaga pe un contact normal deschis al releului un ohm-metru, acesta va indica rezistenta infinita sau rezistenta zero corespunzator celor doua stari al traductorului. Se fac urmatoarele determinari:

• Se apropie si se indeparteaza lent un obiect metalic de suprafata activa a traductorului. Se determina distantele la care traductorul cupleaza si decupleaza si se calculeaza histereza.
• Se apropie si se indeparteaza lent obiectul metalic din partea laterala determinand gradul de acoperire la care traductorul cupleaza si decupleaza. Se calculeaza histereza.
• Se verifica influenta tensiunii de alimentare asupra distantelor de actionare modificand tensiunea la valorile 20V apoi la 15V.
• Determinarile se pun in evidenta prin desenarea caracteristici in diferite situatii.

Traductorul integrat de proximitate tip TCA105 se va studia in conexiunea realizata conform fig12.4.a. La iesirile complementare (pinii 7 si 8) sunt legate LED-uri pentru sesizarea cuplarilor (fig.12.9).

Fig.12.9. Conexiune pentru traductorul TCA105

Se fac urmatoarele determinari:

Pe pinul 3 (borna comuna a bobinelor) se vizualizeaza cu osciloscop oscilatiile din bobine si variatiile de amplitudine a acestora la introducerea piesei de fier in fanta.

Se determina amplitudinea la care iesirile se cupleaza si decupleaza. Se determina perioada respectiv frecventa oscilatiilor.

Datele obtinute se noteaza.

Senzorul magnetic comutator de tip βSM 235 se alimenteaza conform fig.12.10.a.

Fig.12.10. Montajul utilizat pentru masuratori cu βSM 235

Se fac urmatoarele masurari:

• Se masoara cu ajutorul unui teslametru (domeniul 0,1T) inductia campului magnetic din intrefier la care cupleaza respectiv decupleaza comutatorul magnetic (bobina de pe miez se alimenteaza cu un curent pana la 1A). Cu ajutorul celor doua valori ale inductiei magnetice se determina histereza senzorului.
• Se determina distanta minima de siguranta la care se poate fixa senzorul pentru a utiliza ca traductor de turatie.
• Se verifica functionarea senzorului la ecranarea campului magnetic introducand intre senzor si sursa de camp un obiect metalic respectiv nemetalic.
• Se verifica functionarea senzorului prin concentrarea campului. Pentru acesta se plaseaza senzorul intr-un camp slab apoi se apropie un material feromagnetic in spatele senzorului.
• Datele obtinute si observatiile facute se vor nota.