Безконтактні вимикачі

При всій своїй простоті традиційні контактні вимикачі мають безліч недоліків. Основний з них – це низький ресурс при комутації високих навантажень: при розмиканні контактів між ними виникає іскра, яка веде до їх обгорання і виходу з ладу.

безконтактні вимикачі
Якщо в ланцюгах постійного струму з цим явищем в деякій мірі може боротися конденсатор, підключений паралельно контактам (класичний приклад – трамблер контактного запалювання), то в ланцюгах змінного струму єдиним способом збільшення ресурсу контактів є тугоплавка вольфрамовая напайку.

Другий недолік – це висока чутливість до забруднення: попадання масла, пилу або піску здатне якщо не повністю розірвати ланцюг, то як мінімум зменшити площу зіткнення контактів і викликати їх перегрів.

Сказане стосується в тому числі і до таких комутаційним пристроям як реле різних типів і виконань.
Розвиток силової електроніки дозволило створити транзисторні і сімісторних ключі з вкрай низьким опором у відкритому стані – від десятих до сотих часток ома, завдяки цьому вони здатні пропускати великі струми без помітного нагрівання (нагадаємо, що теплова потужність, що виділяється на ключі, визначається як квадрат струму, помножений на опір відкритого ключа).

Таким чином стало можливим створення індуктивних, ємнісних і оптичних безконтактних вимикачів – зручних, довговічних і стійких до впливу зовнішніх умов.

Конструктивно безконтактний вимикач складається з трьох частин:

чутливий елемент (ємнісний, індуктивний і т.д.);
схема обробки сигналу;
силовий ключ.
Про електронні датчики на цьому сайті є ще один матеріал, розміщений тут.
Принцип роботи чутливого елемента може бути різним. Залежно від конкретних умов роботи і необхідної швидкодії вимикача можуть використовуватися такі варіанти:

Ємнісний датчик використовує в своїй роботі власну ємність людського тіла. Чутливий елемент ємнісного датчика – це пластина, яка є фактично обкладанням конденсатора, підключеного до мультивібратором. Вихід мультивибратора з’єднується з перетворювачем частота-напруга і пороговим елементом (компаратором).

Підносячи руку до ємкісному датчику, людина створює певну електричну ємність, яка запускає времязадающій RC-контур мультивибратора. Чим менше відстань між тілом людини і датчиком місткості, тим більше ємність утворюється конденсатора і нижче частота, що генерується мультивібратором. Як тільки вона стає нижче заданого порогу, пороговий елемент відкриває ключ.

Індуктивний датчик на відміну від ємнісного реагує не на відстань до об’єкта, а на рух поруч з ним магнітного предмета або предмета, виконаного з здатного намагнічуватися сплаву. У першому випадку індуктивний датчик має простий металевий сердечник, в другому – намагнічений (як, наприклад, у автомобільного датчика положення коленвала або гітарного звукознімача).

Залежно від того, наближається або віддаляється предмет, індуктивний датчик генерує імпульс струму різного спрямування. Обробка сигналу датчика здійснюється звичайним граничним елементом – як тільки напруга на обмотці індуктивного сенсора перевищує задане значення, спрацьовує тригер, що відкриває ключ.

Оптичні датчики складаються з інфрачервоного (для позбавлення від перешкод, створюваних сонячним світлом) світлодіода і працює з ним в парі фототранзистор. Залежно від типу датчика вони можуть працювати на відображення світла (таким чином, наприклад, працюють зчитувачі штрих-коду) або на переривання потоку (об’єкт повинен виявитися між датчиком і джерелом світла).

Ультразвукові датчики використовують кварцові випромінювачі звуку, сприйманого потім налаштованим на ту ж частоту приймачем. Також їх називають датчиками обсягу і руху – в приміщенні, де немає рухомих предметів, час повернення і амплітуда прийнятого датчиком сигналу будуть постійними.

Як тільки в приміщення хтось увійде або в ньому почнеться рух, картина розподілу звукових хвиль зміниться, відповідно зміниться і сигнал, що приймається датчиком.

Аналогічним чином працюють і інфрачервоні датчики руху, тільки замість ультразвуку в них використовуються імпульси світла.

Безконтактні вимикачі дозволяють здійснювати не тільки зручне, але й економічне керування світлом. Найпростіший приклад – це освітлення прохідних приміщень на зразок сходових прольотів і коридорів: інфрачервоний датчик вмикає освітлення тільки тоді, коли в коридор хто-небудь входить, і гасить світло через деякий час після припинення руху.

По суті своїй це є електронним варіантом прохідного вимикача, природно, більш простим в експлуатації так як процес включення-виключення світла повністю автоматизований.
Завдяки цьому мінімізуються витрати на чергове освітлення, збільшується ресурс ламп освітлення. Найбільш зручно використовувати такі датчики в системах світлодіодного освітлення. Мінімальний струм споживання і робота в ланцюгах постійного струму дозволяє комутувати освітлювальні прилади порівняно малопотужними ключами.

Ємнісні безконтактні вимикачі світла є основою сенсорних датчиків. Залежно від розмірів і чутливості ємнісного елемента вони можуть реагувати як на дотик пальця до панелі, так і на піднесення руки до нього. Найчастіше подібного роду ємнісні безконтактні вимикачі оформляються як звичайні настінні, просто вони не використовують клавіш.

Застосування ємнісних вимикачів зручно в тих випадках, коли є сенс уникати прямого контакту рук з ними, наприклад, на кухні: людина зможе включати і вимикати світло мокрими або забрудненими руками, не торкаючись до самого ємнісного вимикача.
Безконтактні вимикачі, що використовують індуктивний принцип роботи датчика, реагують на металеві предмети, які є у що входить до приміщення людини – як мінімум, це зв’язка ключів. На відміну від ємнісних безконтактних вимикачів, вони не чутливі до зміни щільності або вологості повітря.

З іншого боку, для спрацьовування індуктивного вимикача в його «поле зору» повинна обов’язково вноситися певна маса металу – включати таким чином світло в лазні, як Ви розумієте, точно не вийде.

 

Найбільшого поширення безконтактні вимикачі отримали в промисловості. На основі ємнісних вимикачів створюються різноманітні датчики рівня (рідин, сипучих тіл), що застосовуються в дозаторах різного роду. Наприклад, при заповненні рідиною ємностей в них вводиться безконтактний кінцевий вимикач, який перекриває потік рідини по досягненню потрібного рівня.

Тематично близький матеріал – датчики рівня води.
Індуктивні безконтактні вимикачі часто є елементами систем безпеки, так як реагують не тільки на масу металу, але і на швидкість його руху. Таким чином реалізуються обмежувачі ходу штоків, індуктивні датчики повороту зубчастих коліс, датчики руху захисних кожухів. Нечутливість індуктивних сенсорів до бруду, вологості і запиленості дозволяє їм надійно працювати в будь-яких умовах виробництва.

Оптичні сенсори завдяки точності і високій швидкодії застосовуються в верстатобудуванні як кінцеві вимикачі ходу рухомих вузлів (кареток, супортів), в системах автоматичного управління воротами, де вони спрацьовують як в фінішних точках руху стулки (сигнал припинення підйому / опускання), так і при появі сторонніх предметів перед почала опускатися стулкою.

Принциповою відмінністю кінцевого безконтактного вимикача є принцип формування керуючого сигналу. У звичайному безконтактному вимикачі ключем управляє або схема тимчасової затримки (інфрачервоні вимикачі світла) або тригер, який змінює стан при кожному спрацьовуванні (ємнісні безконтактні вимикачі, які включають і вимикають світло по торкання).
Безконтактний ж кінцевий вимикач в більшості випадків подає лише імпульс в блок керуючої електроніки (в першу чергу це стосується індуктивних сенсорів).

Винятком є оптичні безконтактні кінцеві вимикачі – вони, як і звичайні механічні концевики, мають два постійних стану, завдяки чому часто використовуються при удосконаленні схем, розрахованих на використання контактних кінцевих вимикачів.

Широкий вибір типів безконтактних вимикачів дозволяє вибрати найбільш підходящий для кожного конкретного застосування чутливий елемент. Ємнісні вимикачі найбільш зручні при реалізації сенсорного управління, індуктивні – кращий вибір для роботи в умовах забруднення і вібрацій.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Грибні поразки деревини