Датчики скорости и частоты вращения

Датчик устанавливается напротив ферромагнитного зубчатого колеса или другого элемента с регулярно расположенными выступами. При прохождении каждого зуба возле чувствительного торца изменяется магнитное поле, и на выходе появляется импульс либо период переменного напряжения. Частота сигнала пропорциональна количеству зубьев, проходящих возле датчика за единицу времени.

Частота вращения определяется по формуле:

n = 60 × f / z,

где n — скорость в об/мин, f — частота сигнала в Гц, z — число зубьев колеса. Поэтому при подборе необходимо учитывать одновременно максимальные обороты и количество зубьев: один и тот же вал может создавать разную частоту сигнала при использовании разных задающих колёс.

Сигнал датчика может использоваться для:

• контроля частоты вращения вала;
• определения наличия или остановки вращения;
• наблюдения за разгоном и выбегом агрегата;
• определения направления вращения при наличии фазосмещённых каналов;
• передачи данных в ПЛК, регулятор или систему мониторинга;
• формирования токового сигнала 4…20 мА через отдельный преобразователь.

Функции регулирования, сигнализации и аварийного останова реализуются системой управления. Датчик является измерительным элементом, поэтому его совместимость с входным модулем и алгоритмом защиты должна быть подтверждена проектной документацией.

Активные датчики Холла
Активному датчику требуется внешнее питание. Электронная схема формирует прямоугольный цифровой сигнал заданного уровня, начиная с нулевой частоты. Такой вариант целесообразно рассматривать, если важны контроль на малой скорости, подключение к цифровому входу ПЛК, определение направления вращения или применение нескольких каналов.

В линейке «ТЕТА ТЕХНОЛОГИЯ» к активным решениям относятся:

• ДСМХ-001 — два выходных канала со сдвигом фаз для измерения скорости и определения направления;
• ДСМХ-001.4 — четыре выхода, включая прямые и инверсные сигналы;
• ДСМХ-002 — один PNP-выход для контроля скорости без определения направления.

Пассивные датчики VR/MPU
Пассивный датчик содержит постоянный магнит и катушку. При прохождении ферромагнитного зуба изменение магнитного потока индуцирует переменное напряжение. Внешнее питание не требуется, но амплитуда сигнала зависит от скорости, рабочего зазора и геометрии зубчатого колеса. При остановке сигнал отсутствует, а на малых оборотах его уровень может быть ниже порога входного устройства.

К этому типу относится ДСМ. Он предназначен для измерения скорости зубчатых колёс на двигателях, турбинах, компрессорах, редукторах и других вращающихся агрегатах. При выборе проверяются сопротивление катушки, минимальная скорость, ожидаемая амплитуда и характеристики MPU/VR-входа системы.

ДСМХ-001 питается напряжением 9–30 VDC и работает в диапазоне частот 0–20 000 Гц. На официальной странице указаны рабочий зазор 0,2–3 мм, оптимальный зазор 1,0 ± 0,5 мм, рабочая температура от −40 до +120 °C и степень защиты IP66/IP68. Двухканальное исполнение формирует сигналы со сдвигом фаз 90°, а ДСМХ-001.4 — прямые и инверсные сигналы.

Эту модель следует рассматривать, если системе необходимо определять не только скорость, но и направление вращения. До заказа проверяются требования контроллера к фазировке, уровням выходов, распиновке и нагрузке.

ДСМХ-002 — одноканальный датчик Холла с PNP-выходом. Диапазон измеряемых частот составляет 0–25 000 Гц, питание — 9–30 В постоянного тока, рабочий зазор — 0,2–3 мм. Для изделия заявлены рабочая температура от −40 до +120 °C и степень защиты IP66/IP68.

Модель подходит для рассмотрения, когда требуется один цифровой сигнал без определения направления. Базовая резьба — M14×1,5; возможность другого исполнения должна согласовываться по заявке.

ДСМ не требует внешнего питания и формирует синусоидальное переменное напряжение. Для стандартного исполнения указаны сопротивление катушки 230 Ом ±10%, рабочий зазор 1,0–1,5 мм при максимальном значении 3 мм, резьба 5/8-18 UNF-2A, рабочая температура от −65 до +220 °C и степень защиты IP65. На странице продукта также описаны заказные варианты резьбы и сопротивления.

Пассивный ДСМ выбирают не только по оборотам. Необходимо проверить минимальную амплитуду сигнала, порог входа регулятора, сопротивление катушки, зазор и параметры зубчатого колеса.

Подбор начинается с типа входа системы управления. Если вход ожидает переменное напряжение пассивного MPU, активный PNP-датчик нельзя подключать вместо него без проверки схемы. Аналогично пассивный датчик не является автоматической заменой активного изделия, даже если совпадают резьба и габариты.

Для технического согласования необходимы:

1. Минимальная, номинальная и максимальная скорость.
2. Число, модуль, ширина и материал зубьев.
3. Тип входа ПЛК, регулятора или системы защиты.
4. Форма сигнала, число каналов и необходимость определения направления.
5. Напряжение питания и допустимая нагрузка.
6. Резьба, длина корпуса, глубина установки и рабочий зазор.
7. Кабель или разъём, распиновка и длина линии.
8. Рабочая температура и требования к степени защиты.
9. Артикул и документация установленного датчика, если выполняется замена.

При недостатке данных рекомендуется предоставить фотографию шильдика, установочный чертёж, схему подключения или демонтированный образец. Совпадение одного параметра не подтверждает взаимозаменяемость.

Если система автоматизации принимает унифицированный токовый сигнал, частотный выход датчика можно подключить через измеритель-преобразователь. Модуль «Модуль 4…20 мА» принимает сигнал в диапазоне 0–50 кГц и формирует выход 0…20 или 4…20 мА. Питание составляет 9–32 В, между входом и выходом предусмотрена гальваническая развязка.

Преобразователь не является обязательным для каждого датчика. Его применимость определяется типом сигнала, требуемым временем реакции, диапазоном частот и входом контроллера.

На сайте кострукторского бюро «ТЕТА ТЕХНОЛОГИЯ» представлен каталог датчиков Jaquet, Ai-Tek, Woodward, Dynalco, Braun, Noris, Shinkawa и других производителей. Подбор возможного российского исполнения выполняется по модели, артикулу, технической документации или образцу.

Для проверки замены сопоставляются:

• принцип действия;
• питание и выходной каскад;
• количество каналов;
• диапазон частот;
• резьба и установочные размеры;
• рабочий зазор и зубчатое колесо;
• распиновка и подключение;
• температура и степень защиты.