БЕСКОНТАКТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

СВЕТА - КОНЦЕВЫЕ

При всей своей простоте традиционные контактные выключатели имеют множество недостатков. Основной из них – это низкий ресурс при коммутации высоких нагрузок: при размыкании контактов между ними возникает искра, приводящая к их обгоранию и выходу из строя.

Бесконтактные выключатели

Если в цепях постоянного тока с этим явлением в некоторой степени может бороться конденсатор, подключенный параллельно контактам (классический пример – трамблер контактного зажигания), то в цепях переменного тока единственным способом увеличения ресурса контактов является тугоплавкая вольфрамовая напайка.

Второй недостаток – это высокая чувствительность к загрязнению: попадание масла, пыли или песка способно если не полностью разорвать цепь, то как минимум уменьшить площадь соприкосновения контактов и вызвать их перегрев.

Сказанное относится в том числе и к таким коммутационным устройствам как реле различных типов и исполнений.

Развитие силовой электроники позволило создать транзисторные и симисторные ключи с крайне низким сопротивлением в открытом состоянии – от десятых до сотых долей ома, благодаря этому они способны пропускать большие токи без заметного нагрева (напомним, что тепловая мощность, выделяемая на ключе, определяется как квадрат тока, умноженный на сопротивление открытого ключа).

Таким образом стало возможным создание индуктивных, емкостных и оптических бесконтактных выключателей – удобных, долговечных и стойких к воздействию внешних условий.

Конструктивно бесконтактный выключатель состоит из трех частей:

Про электронные датчики на этом сайте есть еще один материал, размещенный здесь.

Принцип работы чувствительного элемента может быть различным. В зависимости от конкретных условий работы и требуемого быстродействия выключателя могут использоваться следующие варианты:

Емкостный датчик использует в своей работе собственную емкость человеческого тела. Чувствительный элемент емкостного датчика – это пластина, являющаяся фактически обкладкой конденсатора, подключенного к мультивибратору. Выход мультивибратора соединяется с преобразователем частота-напряжение и пороговым элементом (компаратором).

Поднося руку к емкостному датчику, человек создает определенную электрическую емкость, запускающую времязадающий RC-контур мультивибратора. Чем меньше расстояние между телом человека и емкостным датчиком, тем больше емкость образующегося конденсатора и ниже частота, генерируемая мультивибратором. Как только она становится ниже заданного порога, пороговый элемент открывает ключ.

Индуктивный датчик в отличие от емкостного реагирует не на расстояние до объекта, а на движение рядом с ним магнитного предмета либо предмета, выполненного из способного намагничиваться сплава. В первом случае индуктивный датчик имеет простой металлический сердечник, во втором – намагниченный (как, например, у автомобильного датчика положения коленвала или гитарного звукоснимателя).

В зависимости от того, приближается или отдаляется предмет, индуктивный датчик генерирует импульс тока разного направления. Обработка сигнала датчика осуществляется обычным пороговым элементом – как только напряжение на обмотке индуктивного сенсора превышает заданное значение, срабатывает триггер, открывающий ключ.

Оптические датчики состоят из инфракрасного (для избавления от помех, создаваемых солнечным светом) светодиода и работающего с ним в паре фототранзистора. В зависимости от типа датчика они могут работать на отражение света (таким образом, например, работают считыватели штрих-кода) или на прерывание потока (объект должен оказаться между датчиком и источником света).

Ультразвуковые датчики используют кварцевые излучатели звука, улавливаемого затем настроенным на ту же частоту приемником. Также их называют датчиками объема и движения – в помещении, где нет движущихся предметов, время возврата и амплитуда принятого датчиком сигнала будут постоянными.

Как только в помещение кто-нибудь войдет или в нем начнется движение, картина распределения звуковых волн изменится, соответственно изменится и сигнал, принимаемый датчиком.

Аналогичным образом работают и инфракрасные датчики движения, только вместо ультразвука в них используются импульсы света.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СВЕТА

Бесконтактные выключатели позволяют осуществлять не только удобное, но и экономичное управление светом. Простейший пример – это освещение проходных помещений наподобие лестничных пролетов и коридоров: инфракрасный датчик включает освещение только тогда, когда в коридор кто-либо входит, и гасит свет спустя некоторое время после прекращения движения.

По сути своей это является электронным вариантом проходного выключателя, естественно, более простым в эксплуатации так как процесс включения-выключения света полностью автоматизирован.

Благодаря этому минимизируются затраты на дежурное освещение, увеличивается ресурс ламп освещения. Наиболее удобно использовать такие датчики в системах светодиодного освещения. Минимальный ток потребления и работа в цепях постоянного тока позволяет коммутировать осветительные приборы сравнительно маломощными ключами.

Емкостные бесконтактные выключатели света являются основой сенсорных датчиков. В зависимости от размеров и чувствительности емкостного элемента они могут реагировать как на прикосновение пальца к панели, так и на поднесение руки к нему. Чаще всего подобного рода емкостные бесконтактные выключатели оформляются как обычные настенные, просто они не используют клавиш.

Применение емкостных выключателей удобно в тех случаях, когда есть смысл избегать прямого контакта рук с ними, например, на кухне: человек сможет включать и выключать свет мокрыми или испачканными руками, не дотрагиваясь до самого емкостного выключателя.

Бесконтактные выключатели, использующие индуктивный принцип работы датчика, реагируют на металлические предметы, которые есть у входящего в помещение человека – как минимум, это связка ключей. В отличие от емкостных бесконтактных выключателей, они не чувствительны к изменению плотности или влажности воздуха.

С другой стороны, для срабатывания индуктивного выключателя в его «поле зрения» должна обязательно вноситься определенная масса металла – включать таким образом свет в бане, как Вы понимаете, точно не получится.

В начало

КОНЦЕВЫЕ БЕСКОНТАКТНЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Наибольшее распространение бесконтактные выключатели получили в промышленности. На основе емкостных выключателей создаются разнообразные датчики уровня (жидкостей, сыпучих тел), применяемые в дозаторах различного рода. Например, при заполнении жидкостью емкостей в них вводится бесконтактный концевой выключатель, перекрывающий поток жидкости по достижению нужного уровня.

Тематически близкий материал — датчики уровня воды.

Индуктивные бесконтактные выключатели часто являются элементами систем безопасности, так как реагируют не только на массу металла, но и на скорость его движения. Таким образом реализуются ограничители хода штоков, индуктивные датчики поворота зубчатых колес, датчики движения защитных кожухов. Нечувствительность индуктивных сенсоров к грязи, влажности и запыленности позволяет им надежно работать в любых условиях производства.

Оптические сенсоры благодаря точности и высокому быстродействию применяются в станкостроении как концевые выключатели хода подвижных узлов (кареток, суппортов), в системах автоматического управления воротами, где они срабатывают как в финишных точках движения створки (сигнал прекращения подъема/опускания), так и при появлении посторонних предметов перед начавшей опускаться створкой.

Принципиальным отличием концевого бесконтактного выключателя является принцип формирования управляющего сигнала. В обычном бесконтактном выключателе ключом управляет либо схема временной задержки (инфракрасные выключатели света) или триггер, меняющий состояние при каждом срабатывании (емкостные бесконтактные выключатели, включающие и выключающие свет по касанию).

Бесконтактный же концевой выключатель в большинстве случаев подает лишь импульс в блок управляющей электроники (в первую очередь это касается индуктивных сенсоров).

Исключением являются оптические бесконтактные концевые выключатели – они, как и обычные механические концевики, имеют два постоянных состояния, благодаря чему часто используются при усовершенствовании схем, рассчитанных на использование контактных концевых выключателей.

Широкий выбор типов бесконтактных выключателей позволяет выбрать наиболее подходящий для каждого конкретного применения чувствительный элемент. Емкостные выключатели наиболее удобны при реализации сенсорного управления, индуктивные – лучший выбор для работы в условиях загрязнения и вибраций.

В начало

© 2012-2017 г. Все права защищены.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов