Introductie
De detectie van de aan- of afwezigheid van een object op afstand wordt 'proximity sensing' genoemd. Magnetische sensoren hebben een speciale plaats onder de leden van de familie van naderingssensoren.
Ze staan bekend om hun superieure detectiebereik in vergelijking met hun broer of zus, inductieve naderingssensoren.
Deze blog is bedoeld om het overzicht van magnetische naderingssensoren/schakelaars en hoe ze kunnen worden gebruikt in toepassingen voor nabijheidsdetectie.
Wat is een magnetische naderingsschakelaar?
Magnetische naderingssensoren/schakelaars zijn contactloze positiedetectiesensoren. Ze detecteren objecten met behulp van de magnetische eigenschap ze. Met andere woorden, magnetische naderingssensoren zijn speciaal ontworpen om met magneten te werken.
Als het gaat om het detecteren van magnetische objecten door niet-magnetiseerbare materialen zoals plastic, hout of zelfs aluminium, worden magnetische naderingssensoren uiterst nuttig.
Ze zijn niet alleen verkrijgbaar in vele maat-/pakketvarianten, maar hebben ook een hoge mechanische stabiliteit bij extreme schokken/trillingen.
Werkingsprincipe magnetische naderingsschakelaar:
Er zijn verschillende technologieën die worden gebruikt in magnetische naderingssensoren:
- Variabele terughoudendheid
- Variabele reluctantiesensoren zijn gebouwd met behulp van een permanente magneet en een opneemspoel die om een ferromagneet is gewikkeld. Deze sensoren hebben geen externe voeding nodig. Wanneer een magneet de sensor passeert, wordt er een spanning in de spoel geïnduceerd en wordt het analoge signaal uitgevoerd. Er zijn 'actieve' varianten van hen die worden aangedreven en die nauwkeurigere detectie-informatie kunnen bieden, zoals: nulsnelheid.
- Reed-schakelaars
- Reed-schakelaar-gebaseerde magnetische sensoren bestaan uit een hermetisch afgesloten glazen bol. De glazen bol omsluit twee 'rietjes' die magnetisch zijn. Wanneer een magneet in de buurt van de schakelaar wordt geplaatst, komen de twee tongen met elkaar in contact, waardoor het circuit wordt voltooid.
- Hall-effect
- Hall-effectsensoren gebruiken het gelijknamige principe om het magnetische veld te meten dat wordt gegenereerd door een magnetisch object. Er zijn twee soorten Hall-sensoren, digitale en analoge. Digitale sensoren geven een logisch HOOG of LAAG signaal af. Analoge sensoren geven een spanning/stroom af die evenredig is aan de sterkte van het magnetische veld.
- GMR (Giant Magneto-Resistive Effect) Inductief
- GMR-sensoren bestaan uit een brug van tarwesteen stroomkring. Twee van de weerstanden zijn speciaal ontworpen om internals te hebben die gebruik maken van ferromagnetische en niet-ferromagnetisch materiaal. Hierdoor verandert de weerstand van de weerstanden bij blootstelling aan een magnetisch veld.
Het brugcircuit van tarwesteen produceert een spanningssignaal dat evenredig is met het aanwezige magnetische veld. Deze spanning wordt door een signaalconditioneringstrap naar een comparator geleid.
De comparator vergelijkt het signaal met drempels en schakelt de uitgangstrap om het signaal uit te voeren.
Schakelschema magnetische nabijheidssensor
Magnetische sensoren kunnen zeer nuttig zijn, niet alleen bij industriële automatiseringstaken, maar ook bij algemene schakeltaken zoals het in-/uitschakelen van een AC-gevoed apparaat.
Het volgende circuit is zo'n toepassing waarbij een magnetische reed-schakelaar wordt gebruikt om een relais aan te sturen. Door even een magneet op de reed-schakelaar te plaatsen, wordt het relais aan/uit geschakeld.
Het circuit heeft drie hoofdblokken, het ingangscircuit, het tijdvertragingscircuit en de flip-flop. Door een magneet dicht bij de reed-schakelaar te brengen, wordt pin 2 van de NE555-timer kortgesloten naar aarde.
De NE555 is geconfigureerd in monostabiel modus. In deze configuratie, wanneer een 0V-puls wordt toegepast op pin 2, wordt pin 3 gedurende een bepaalde tijd HOOG en LAAG (0V). De tijdconstante wordt bepaald door het RC-netwerk gevormd door R2 en C1.
De uitgang van de NE555 is verbonden met de klokpen (pin 3) van het CD4013 IC. Dit is een D-type flip-flop IC en is geconfigureerd om in 'toggle-modus' te staan.
In toggle-modus wordt elke keer dat een puls wordt toegepast op pin 3, IC2-uitgangsovergangen van HOOG naar LAAG of LAAG naar HOOG.
Pin 1 van IC2 is verbonden met de T1-transistor, die het relais RL1 in-/uitschakelt. Aangezien T1 een NPN-transistor is, wordt het relais ingeschakeld wanneer een positieve spanning wordt gegeven door IC2.
Het relais heeft een vrijloopdiode D1 om schade aan de transistor te voorkomen. Dit onderdrukt de inductieve terugslag wanneer het relais wordt uitgeschakeld.
Hoe een magnetische naderingsschakelaar te testen?
Voor een eenvoudige magnetische naderingsschakelaar zoals een reed-schakelaar, volgt u het onderstaande circuit om de sensor te testen.
Als de sensor goed functioneert, zal het plaatsen van een magneet naast de sensor de LED aanzetten.
Als u een multimeter heeft, stelt u deze in op: continuïteitstest modus of diodemodus: en sluit de twee draden aan op de twee draden van de sensor. Breng een magneet dicht bij de sensor en observeer de aflezing van de multimeter.
De multimeter piept of geeft een zeer kleine waarde in de buurt van nul weer als de sensor goed werkt.
Voor sensoren die een ingebouwde indicatie-LED hebben, is de eerste stap het inschakelen van de sensor met behulp van een spanningsbron. De spanning is afhankelijk van het sensormodel en kan 5V tot 24VDC zijn.
Als de sensor is ingeschakeld, plaatst u een magneet voor de sensor. Als de LED op de sensor brandt, kan worden vastgesteld dat de sensor storingsvrij is.
Een magnetische naderingsschakelaar aansluiten
Voor een 3-draads naderingssensor zijn er twee configuraties, NPN en PNP. PNP-type vereist een zinkend type PLC terwijl NPN-type sensoren een nodig hebben sourcing type: PLC. Onderstaande figuur van RealPars geeft het typische, kleurgecodeerde bedradingsschema voor beide sensortypes aan.
2-draads DC-nabijheidssensoren zijn relatief gemakkelijker te bedraden. Als de PLC een zinkend type is, moet een 2-draads PNP-sensor worden geselecteerd. Als de PLC een sourcing-type is, moet de sensor van het NPN-uitgangstype zijn.
Sluit voor een PNP-sensor de bruine draad aan op +24V en de zwarte draad op de PLC-ingang.
Voor een sensor van het NPN-type sluit u de bruine draad aan op de PLC-ingang en de zwarte draad op de 0V (gemeenschappelijk).
Bereik magnetische nabijheidssensor
Over het algemeen hangt het bereik van magnetische naderingssensoren af van de sterkte van het magnetische veld. De typische detectieafstand voor een magnetische naderingssensor valt binnen het bereik van 0-80 mm en kan iets hoger zijn als de magneet een zeer krachtige magneet is.
Conclusie
Magnetische naderingssensoren zijn verkrijgbaar in verschillende technologieën.
In dit artikel gingen we door de eenvoudige reed-schakelaar naar de meest complexe GMR inductieve sensoren en bespraken het functionele principe erachter, hoe ze te testen en te gebruiken in real-world toepassingen.
Zorg ervoor dat u altijd de opties onderzoekt voordat u een bepaalde sensor selecteert. Dit zorgt voor optimale prestaties van uw systeem.
