Introduzione
Il rilevamento della presenza o dell'assenza di un oggetto a distanza è chiamato "rilevamento di prossimità". I sensori magnetici occupano un posto speciale tra i membri della famiglia dei sensori di prossimità.
Sono noti per il loro raggio di rilevamento supremo rispetto ai loro fratelli, sensori di prossimità induttivi.
Questo blog si propone di discutere la panoramica di sensori di prossimità magnetici/interruttori e come possono essere utilizzati nelle applicazioni di rilevamento di prossimità.
Che cos'è un interruttore di prossimità magnetico?
I sensori/interruttori di prossimità magnetici sono sensori di rilevamento della posizione senza contatto. Rilevano gli oggetti usando la loro proprietà magnetica. In altre parole, i sensori di prossimità magnetici sono progettati specificamente per funzionare con i magneti.
Quando si tratta di rilevare oggetti magnetici attraverso materiali non magnetizzabili come plastica, legno o persino alluminio, i sensori di prossimità magnetici diventano estremamente utili.
Non solo sono disponibili in molte varianti di dimensioni/confezione, ma hanno anche un'elevata stabilità meccanica in condizioni estreme di urti/vibrazioni.
Principio di funzionamento dell'interruttore di prossimità magnetico
Esistono varie tecnologie utilizzate nei sensori di prossimità magnetici:
- Riluttanza variabile
- I sensori a riluttanza variabile sono costruiti utilizzando un magnete permanente e una bobina di raccolta avvolta attorno a un ferromagnete. Questi sensori non necessitano di alimentazione esterna. Quando un magnete passa vicino al sensore, viene indotta una tensione nella bobina ed emette il segnale analogico. Esistono varianti 'attive' alimentate che possono fornire informazioni di rilevamento più accurate come velocità zero.
- Interruttori reed
- I sensori magnetici basati su interruttori reed sono costituiti da un bulbo di vetro ermeticamente sigillato. Il bulbo di vetro racchiude due "canne" magnetiche. Quando un magnete viene posizionato vicino all'interruttore, le due lamelle entrano in contatto tra loro, completando il circuito.
- effetto Hall
- I sensori ad effetto Hall utilizzano l'omonimo principio per misurare il campo magnetico generato da un oggetto magnetico. Esistono due tipi di sensori Hall, digitale e analogico. I sensori digitali emettono un segnale logico ALTO o BASSO. I sensori analogici emettono una tensione/corrente proporzionale alla forza del campo magnetico.
- GMR (effetto magnetoresistivo gigante) induttivo
- I sensori GMR sono costituiti da a ponte di pietra di grano circuito. Due dei resistori sono appositamente progettati per avere interni che utilizzano ferromagnetico ed non ferromagnetico Materiale. Questo fa cambiare la resistenza dei resistori quando esposti a un campo magnetico.
Il circuito a ponte di Wheatstone produce un segnale di tensione proporzionale al campo magnetico presente. Questa tensione viene fatta passare attraverso uno stadio di condizionamento del segnale in un comparatore.
Il comparatore confronta il segnale con le soglie e commuta lo stadio di uscita per emettere il segnale.
Diagramma del circuito del sensore di prossimità magnetico
I sensori magnetici possono essere molto utili, non solo nelle attività di automazione industriale, ma anche nelle attività di commutazione generiche come l'accensione/spegnimento di un apparecchio alimentato a corrente alternata.
Il seguente circuito è un'applicazione in cui viene utilizzato un interruttore magnetico reed per controllare un relè. Posizionando momentaneamente un magnete sull'interruttore reed, il relè viene attivato/disattivato.
Il circuito ha tre blocchi principali, il circuito di ingresso, il circuito di ritardo e il flip flop. Portare un magnete vicino all'interruttore reed cortocircuita il pin 2 del timer NE555 a terra.
Il NE555 è configurato in monostabile modalità. In questa configurazione, quando viene applicato un impulso 0V al pin 2, il pin 3 diventa ALTO per un certo periodo di tempo e diventa BASSO (0V). La costante di tempo è definita dalla rete RC formata da R2 e C1.
L'uscita del NE555 è collegata al pin dell'orologio (pin 3) dell'IC CD4013. Questo è un IC flip-flop di tipo D ed è configurato per essere in "modalità toggle".
In modalità toggle, ogni volta che viene applicato un impulso al pin 3, l'uscita IC2 passa da ALTO a BASSO o da BASSO a ALTO.
Il pin 1 di IC2 è collegato al transistor T1, che accende/spegne il relè RL1. Poiché T1 è un transistor NPN, accende il relè quando viene fornita una tensione positiva da IC2.
Il relè ha un diodo a ruota libera D1 per evitare danni al transistor. Questo sopprime il contraccolpo induttivo quando il relè si spegne.
Come testare un interruttore di prossimità magnetico
Per un semplice interruttore di prossimità magnetico come un interruttore reed, seguire il circuito sottostante per testare il sensore.
Se il sensore funziona correttamente, posizionando un magnete accanto al sensore si accenderà il LED.
Se hai un multimetro, impostalo su test di continuità modalità o modalità diodo e collegare i due fili ai due fili del sensore. Avvicinare un magnete al sensore e osservare la lettura del multimetro.
Il multimetro emetterà un segnale acustico o visualizzerà un valore molto piccolo vicino allo zero se il sensore funziona correttamente.
Per i sensori che dispongono di un indicatore LED integrato, il primo passaggio consiste nell'accendere il sensore utilizzando una sorgente di tensione. La tensione dipende dal modello del sensore e può essere compresa tra 5 V e 24 V CC.
Quando il sensore è acceso, posizionare un magnete davanti al sensore. Se il LED sul sensore si accende, è possibile determinare che il sensore è privo di guasti.
Come collegare un interruttore di prossimità magnetico
Per un sensore di prossimità a 3 fili, sono disponibili due configurazioni, NPN e PNP. Il tipo PNP richiede a tipo affondante PLC mentre i sensori di tipo NPN necessitano di a tipo di approvvigionamento PLC. La figura sotto da Real Pars indica lo schema elettrico tipico con codice colore per entrambi i tipi di sensore.
I sensori di prossimità CC a 2 fili sono relativamente più facili da cablare. Se il PLC è di tipo sinking, è necessario selezionare un sensore PNP a 2 fili. Se il PLC è di tipo sourcing, il sensore deve essere di tipo con uscita NPN.
Per un sensore PNP, collegare il filo marrone a +24V e il filo nero all'ingresso del PLC.
Per un sensore di tipo NPN, collegare il filo marrone all'ingresso del PLC e il filo nero allo 0V (comune).
Gamma di sensori di prossimità magnetici
In generale, la portata dei sensori di prossimità magnetici dipende dall'intensità del campo magnetico. La tipica distanza di rilevamento per un sensore di prossimità magnetico rientra nell'intervallo 0-80 mm e può essere leggermente superiore se il magnete è molto potente.
Conclusione
I sensori magnetici di prossimità sono disponibili in diverse tecnologie.
In questo articolo, abbiamo esaminato il semplice interruttore reed per i sensori induttivi GMR più complessi e abbiamo discusso il principio funzionale alla base di essi, come testarli e utilizzarli nelle applicazioni del mondo reale.
Assicurati di ricercare sempre le opzioni prima di selezionare un particolare sensore. Ciò garantirà le prestazioni ottimali del sistema.
