Емкостные датчики компании SICK AG

18 марта 2007  |  Емкостные, сенсорные CO



Статья рассказывает о емкостных датчиках немецкой компании SICK. Датчики позиционируются как передовые продукты с выдающимися техническими характеристиками. Емкостные датчики позволяют определять присутствие различных материалов, в том числе — через препятствия. Датчики широко применяются в самых различных областях.

Емкостные датчики широко применяются в различных областях благодаря ряду достоинств:

— обнаружение неметаллических объектов;
— отсутствие механического износа;
— бесконтактное обнаружение объекта;
— обнаружение жидкостей и сыпучих материалов.

Рассмотрим подробнее принцип действия емкостных датчиков. Классический емкостной датчик состоит из усилителя, схемы коммутации и RC-цепочки (см. рис. 1), которая является чувствительным элементом датчика. Этот чувствительный элемент состоит из двух электродов, расположенных друг относительно друга подобно «открытому» конденсатору (см. рис. 2). Электроды А и В расположены в контуре обратной связи высокочастотного генератора. В случае отсутствия объектов в области действия поля электродов емкость датчика и амплитуда колебаний имеют низкое значение. По мере приближения объекта к чувствительной поверхности датчика емкость увеличивается, частота колебаний ВЧ-генератора снижается, и это снижение частоты преобразуется в рост выходного напряжения схемы. Пороговая выходная датчика вырабатывает сигнал ВКЛ или ВЫКЛ.


Емкостные датчики компании SICK AG

Емкостные датчики компании SICK AG

Измеряемая емкость зависит от площади поверхности электродов (S), дистанции (d) и диэлектрической постоянной материала (е) между ними: C ~ (?S)/d.

Работа емкостного датчика зависит от того, какой объект к нему приближен: проводит ли материал электрический ток, заземлен объект или нет. На рисунке 3 показаны три возможных схемы работы в зависимости от материала объекта. От свойств материала зависит рабочая дистанция датчика (см. рис. 4), поэтому при ее расчете необходимо учитывать поправочный коэффициент (см. табл. 1). Данный коэффициент зависит от диэлектрической постоянной материала.


Емкостные датчики компании SICK AG

Емкостные датчики компании SICK AG

Емкостные датчики компании SICK AG

В зависимости от материала корпуса, на который устанавливается датчик, а также материала объекта, наличие которого он детектирует, возможны два варианта установки датчика (см. рис. 5):

— монтаж на панель;
— утопленный монтаж.


Емкостные датчики компании SICK AG

При этом надо учитывать ряд важных моментов. При утопленном монтаже в металлическую поверхность двух и более датчиков минимальное расстояние между датчиками не должно быть меньше дистанции, равной диаметру датчика. Аналогично при монтаже на панель это расстояние должно быть больше двух его диаметров (см. рис. 6).


Емкостные датчики компании SICK AG

Емкостные датчики выпускаются множеством различных фирм, как зарубежных, так и отечественных. Рассмотрим основные преимущества емкостных датчиков компании SICK.

Компания позиционирует данный тип датчиков в категории «премиум». Кроме высокой надежности, подтвержденной трехлетней гарантией, емкостные датчики обладают рядом качеств, выгодно отличающих их от продукции других производителей.

Корпус датчика полностью залит высококачественным пластиком, за исключением полости для чувствительного элемента (см. рис. 7), лишенного дефектов, вкраплений и полостей. Это обеспечивает отличную устойчивость к вибрации и ударам, а также высокую степень защиты от воды.


Емкостные датчики компании SICK AG

Следует сказать, что компания SICK AG — одна из немногих, которая обладает собственной лабораторией электромагнитной совместимости. Продукция компании соответствует нынешнему стандарту по электромагнитной совместимости (ЭМС) — EN61000-4-2. Требования к электронным устройствам по невосприимчивости к EMI изложены в стандартах International Electromechanical Commission (IEC), которые первоначально были предназначены для промышленного управляющего оборудования. В настоящее время их применяют по отношению ко всем типам электронных устройств. Эти стандарты стали основой европейских нормативов по ЭМС, а соответствие их требованиям характеристик приборов необходимо для маркетинга электронного оборудования в Европе.

Стандарт EN61000-4-2 включает в себя требования по следующим параметрам:

- IEC 1000-4-2, ESD (электро статический разряд). Касается измерений параметров и требований к ESD и определяет четыре уровня невосприимчивости оборудования к воздушному и контактному ESD;
- IEC 1000-4-3, HF radiated (невосприимчивость к радиационным помехам). Содержит процедуры тестирования оборудования на невосприимчивость к ВЧ-полям частотой 26 МГц...1 ГГц;
- IEC 1000-4-4, Burst (кратковременные электрические броски). Содержит описание процедур и тре бования по невосприимчивости обору дования к кратковременным помеховым броскам на линиях питания и в сигнальных проводниках. В стандарте определены четыре уровня защищенности оборудования от бросковнапряжения на питающих и сигнальных линиях;
- IEC 1000-4-6, HF wire conducted (невосприимчивость к помехам, передающимся по проводным каналам). Первоначально назывался «стандарт IEC 801-6». Содержит описание процедур и требования по невосприимчивости оборудования к высокочастотным помехам, наводимым проводкой системы;
- IEC 1000-4-5, Surge (пиковый шум). Содержит описания процедур и требования по невосприимчивости оборудования к пиковым помехам (например, производимым молнией на силовые, сигнальные и заземляющие проводники).

В таблице 2 перечислены требования по различным параметрам согласно стандартам и указано на соответствие этим требованиям емкостных датчиков компании SICK.


Емкостные датчики компании SICK AG

Датчики компании SICK обеспечивают многократное превышение требований как стандартов (см. рис. 8), так и параметров аналогичной продукции основных конкурентов.


Емкостные датчики компании SICK AG

Дополнительным преимуществом емкостных датчиков немецкой компании является значительно больший рабочий диапазон (см. рис. 9) по сравнению с продукцией других фирм. Все это обеспечивает гораздо более надежную работу емкостных датчиков.


Емкостные датчики компании SICK AG

Рассмотрим ассортимент емкостных датчиков, выпускаемых компанией SICK AG. Технические характеристики изделий представлены в таблице 3.


Емкостные датчики компании SICK AG

Остановимся на каждой серии подробнее. Сначала хотелось бы рассказать о новой серии емкостных датчиков CQ28 в прямоугольном корпусе. Эта серия была сконструирована на основе пожеланий и опыта заказчиков, габариты датчика — одни из самых миниатюрных на рынке. Следует отметить высокую степень защиты и широкий диапазон рабочих температур датчика.

Еще одна серия в прямоугольном корпусе — CQ35 — отличается большим рабочим диапазоном, и применяется в основном в конвейерных линиях.

Датчики в цилиндрическом корпусе СМ18, СМЗО представляют собой стандартные изделия со всеми преимуществами емкостных датчиков компании SICK AG, которые были описаны выше. Следует отметить серию СМЗО АС, отличительной особенностью которой является питание переменным током.

Отдельного упоминания заслуживают емкостные датчики серии СМ18 PTFE с тефлоновым покрытием корпуса. Обладая всеми преимуществами других емкостных датчиков компании SICK, данная серия дополнительно отличается стойкостью к агрессивным жидкостям и газам. Это определяет использование данной серии в химической отрасли, пищевой и упаковочной промышленности, а также полупроводниковой отрасли.

Применение емкостных датчиков позволяет решить две основные задачи:

— определение уровня в резервуаре;
— обнаружение различных объектов.

Соотношение областей производства, где используются емкостные датчики, указано в таблице 4, а примеры можно посмотреть на рисунке 10.


Емкостные датчики компании SICK AG

Емкостные датчики компании SICK AG

Рассмотрим более подробно примеры применения емкостных датчиков в различных отраслях:

Упаковочная и пищевая промышленность:

— определение присутствия или отсутствия содержимого;
— определение наличия паллеты;
— контроль уровня на линиях заливки;
— окончательная проверка готового продукта;
— контроль наличия бутылок.

Бумажная отрасль:

— обнаружение дефектов в бумажных листах;
— контроль высоты при штабелировании.

Пластиковая индустрия:

— определение движения гранул;
— определение уровня в бункерах;
— контроль уровня гранулированного абсорбента.

Деревообрабатывающая промышленность:

— обнаружение присутствия дерева;
— контроль уровня стружки или опилок;
— изготовление деревянных поддонов.

Сельское хозяйство и животноводство:

— зерновые силосные башни;
— контроль уровня зерна;
— определение движения зерна;
— автоматические системы питания;
— поливочные системы.

Мойка автомобилей:

— контроль уровня воды, воска и моющего средства.

В заключение хотелось бы отметить, что основными преимуществами емкостных датчиков является бесконтактное обнаружение объектов, возможность детектирования металлических и неметаллических объектов, а также жидкостей и сыпучих материалов.

ЛИТЕРАТУРА



1. Материалы презентаций компании SICK

Автор: Олег Лысенко, к.т.н.


Код для размещения на форумах или блоге

«
»