Jak určit snímač PNP nebo NPN?

Mezi všemi snímači používanými v průmyslu stále převládají diskrétní, tedy ty se dvěma stavy výstupního signálu – on/off (jinak – 0 nebo 1). V zásadě se takové snímače používají k určení určitých koncových poloh a princip činnosti může být jakýkoli – indukční, optický, kapacitní atd.

Všechny tyto snímače mají společnou jednu charakteristiku – výstupní obvody. Zde jsou dvě hlavní možnosti:

– Reléový výstup je samozřejmě založen na použití relé. Napájecí obvod snímače je galvanicky oddělen od výstupu, což umožňuje použití těchto snímačů pro spínání vysokého napětí.

— tranzistorový výstup používá na výstupu tranzistor PNP nebo NPN a připojuje kladný nebo záporný vodič.

Trochu teorie. Tranzistory PNP a NPN jsou klasifikovány jako bipolární a mají tři vývody: kolektor, báze a emitor. Samotný tranzistor se skládá ze tří částí, nazývaných regiony, oddělených dvěma pn přechody. V souladu s tím má tranzistor PNP dvě oblasti P a jednu oblast N, respektive NPN dvě N a jednu P. Směr toku proudu je také odlišný:

— u PNP, když je na emitor přivedeno napětí, proud teče z emitoru do kolektoru;

– U NPN přivedení napětí na kolektor způsobí tok proudu z kolektoru do emitoru.

To vyžaduje připojení napájení s přímou polaritou vzhledem ke společným svorkám pro tranzistory NPN a obrácenou polaritou pro PNP.

Jakýkoli bipolární tranzistor pracuje na principu řízení proudu báze pro regulaci proudu mezi emitorem a kolektorem. Jediný rozdíl v principu činnosti tranzistorů PNP a NPN je polarita napětí přiváděných do emitoru, báze a kolektoru. V závislosti na implementaci předpětí pn přechodu jsou možné různé provozní režimy tranzistorů, ale obecně se v senzorech používají dva:

– saturace: stejnosměrný proud mezi emitorem a kolektorem (uzavřený kontakt)

— přerušení: žádný proud mezi emitorem a kolektorem (otevřený kontakt)

Podívejme se blíže na zapojení a aplikační vlastnosti například indukčních snímačů s tranzistorovým výstupem. Rozdíl je v přepínání různých vodičů napájecího obvodu: PNP připojuje plus zdroje, NPN připojuje mínus. Rozdíly připojení jsou jasně uvedeny níže; Vpravo je snímač s výstupem PNP, vlevo je výstup NPN.

Zásadní rozdíl mezi logikou PNP a NPN

Rozdíl mezi logikou snímače PNP a NPN

Častěji se používá varianta s výstupem na bázi PNP tranzistoru, protože se rozšířila obvodová konstrukce se společným záporným vodičem napájecího zdroje. Výstupní napětí závisí na napájecím napětí snímače a obvykle se pohybuje v úzkém rozmezí, například 20. 28 V.

Výběr snímače podle typu použitého tranzistoru je dán především obvodovým návrhem použitého regulátoru nebo jiného zařízení, ke kterému má být snímač připojen. Dokumentace k regulátorům a spínacím zařízením obvykle uvádí, který tranzistorový výstup umožňují používat.

Nyní o kompatibilitě. Obecně existují čtyři hlavní typy výstupu senzoru:

Kromě typu použitého tranzistoru spočívá rozdíl také ve výchozím stavu výstupu – ten může být v normálním (pokud není čidlo aktivován) stavu rozpojený (rozepnutý) nebo zkratovaný (sepnut). Odtud označení NO (NO) – normálně otevřený (normálně otevřený) a normálně zavřený (normálně zavřený).

Co dělat, když potřebujete vyměnit jeden senzor za jiný, ale není možné nainstalovat analog se stejnou logikou a výstupními obvody? Pokud se změní pouze počáteční stav výstupu (NO na NC a naopak), může existovat několik řešení:

– provádění změn v konstrukci, která iniciuje senzor

— provádění změn v programu (změna algoritmu)

— přepínání výstupní funkce snímače (pokud je to možné)

Nahradit optický senzor změnou typu použitého tranzistoru je větší problém než pouhá změna algoritmu nebo posunutí nějakého konstrukčního prvku. Změna obvodů snímače s sebou nese také nutnost provést významné změny v jeho schématu zapojení. Samozřejmě to není vždy přijatelné, ale v některých případech je to jediné východisko.

Výměna snímače PNP za NPN

Zvažte obvod uvedený výše vlevo (jako příklad je použit snímač s tranzistorem PNP). V případě neaktivního snímače s normálně otevřeným výstupem neprotéká jeho výstupními kontakty žádný proud; U normálně uzavřeného je situace odpovídajícím způsobem opačná. Vlivem toku proudu přes zátěž vzniká úbytek napětí.

Spolu s hlavním (externím) zatížením snímače, kterým může být vstup regulátoru, může existovat také vnitřní zatížení, ale to nezaručuje, že snímač bude pracovat stabilně. Pokud snímač nemá žádný vnitřní odpor zátěže, nazývá se takový obvod obvod s otevřeným kolektorem – může fungovat výhradně za přítomnosti vnější zátěže.

Vraťme se ke schématu. Aktivace senzoru s výstupem PNP poskytuje +V napětí přes tranzistor na vstup regulátoru. Realizace tohoto obvodu se snímačem s výstupem NPN vyžaduje pro zajištění chodu tranzistoru do obvodu přidat další rezistor (jehož hodnota se obvykle volí v rozmezí 4.9-10 kOhm). V tomto případě, když je senzor neaktivní, je napětí přiváděno přes přidaný odpor na vstup regulátoru, čímž je obvod ve skutečnosti normálně uzavřen. Aktivace senzoru zajišťuje, že na vstupu regulátoru není žádný signál, protože tranzistor NPN, kterým prochází téměř veškerý přídavný odporový proud, vstup regulátoru obchází.

Tento přístup tedy umožňuje nahradit snímač PNP snímačem NPN za předpokladu, že přefázování snímače není problém. To je přijatelné, když snímač funguje jako počítadlo pulzů – hlídá počet otáček, počet dílů atd.

Pokud taková změna není přijatelná a je nutné zachovat logiku systému, můžete se vydat složitější cestou.

Schémata připojení PNP snímačů k zařízení se vstupem NPN a naopak

Základem je přidání dalšího bipolárního tranzistoru do propojovacího obvodu, jehož typ se volí na základě typu vstupu zařízení, ke kterému je snímač připojen, a také dvou přídavných zatěžovacích odporů. Je-li použito zařízení se vstupem NPN, je zapotřebí přídavný tranzistor. Aktivace snímače iniciuje sepnutí externího tranzistoru, který již dodává napětí na vstup zařízení. Tento obvod, na rozdíl od výše uvedeného, ​​zachovává logiku systému, ale je složitější na sestavení.

Seberozvoj
Věda a vzdělání
Výroba

Dmitrij Korshunov

Další publikace autora

Pomoc senzorů při přepravě zboží skladem.

Vzhledem k potřebě vysokorychlostní a technologické modernizace moderního logistického a skladového průmyslu roste potřeba plně automatizovaných a inteligentních skladů. Automatizované dopravníkové systémy jsou důležitou součástí skladového ekosystému a nabízejí jedinečné výhody. Podél trasy zboží je instalováno velké množství senzorů pro sledování stavu uzlů, polohy, rychlosti a vzdálenosti. Mnoho výrobců poskytuje širokou škálu fotoelektrických senzorů, jako je potlačení pozadí, protilehlé, difúzní, polarizované, aby odolávaly vlivům prostředí. Jejich výkon není ovlivněn barvou, tvarem, materiálem nebo rychlostí, kterou se předmět pohybuje po dopravní lince. Zařízení se vyznačují vysokou přesností, nastavitelnou vzdáleností odezvy a snadnou instalací. V tomto článku se blíže podíváme na produkty, které si poradí s úkoly automatizace skladu. Kontrola vzdálenosti mezi náklady Během přepravy zboží může být vzdálenost mezi předměty příliš velká nebo naopak malá, což může ovlivnit bezpečnost a efektivitu procesu. Měřící světelné závory jsou vybaveny funkcí alarmu a autodiagnostiky. Mohou být instalovány na dopravníku pro sledování vzdálenosti mezi paletami v reálném čase. Identifikace palet Aby mohl proces přepravy pokračovat, musí náklad projít předběžnou kontrolou pro další třídění. Senzor fungující na principu potlačení pozadí dokáže rychle určit typ pohybující se palety na dopravní lince, nemá potíže s rozpoznáním barev a složitých povrchů a řídí rozložení zátěže na paletách. Výpočet rozměrů Existuje velká rozmanitost obalů, jejichž rozměry musí splňovat určité parametry. Vysoce přesné světelné závory s krátkou dobou odezvy jsou vhodné pro kontinuální měření rozměrů nákladu. Detekce zatížení nakládací rampy Fotoelektrické senzory se používají k detekci přítomnosti předmětu na nakládací rampě a zaznamenají, zda je prázdná nebo naložená. Mohou snadno detekovat palety různých výšek a mají potlačení pozadí. Zařízení v reálném čase zjišťují, zda se zátěž zastavila. Zařízení jsou vhodná pro raketoplány, vysokozdvižné vozíky, manipulátory atd.

Význam průmyslových senzorů v moderní metrologii

Díky modernímu pokroku ve vědě a technice se věří, že lidstvo vstoupilo do takzvané éry čtvrté digitální revoluce neboli „Průmyslu 4.0“. V tomto ohledu prochází transformací i oblast metrologie (nauka o měřicích přístrojích a metodách). Tradiční měřicí systémy ustupují inovativním senzorovým technologiím, které dokáží produkovat přesná měření v reálném čase. S pomocí rychlých vylepšení měřicích nástrojů je možné posunout průmysl na novou úroveň. Senzory jsou pokročilá zařízení, která nejen sbírají informace o vzdálenosti, tlaku nebo posunutí, ale také tyto informace analyzují a přenášejí. Mají autodiagnostické funkce a lze je také kombinovat do jedné sítě. V tomto článku zjistíme, jakou roli hrají v moderní metrologii a jaké jsou jejich výhody. Klíčové vlastnosti • Senzory mají vestavěné mikrokontroléry, které umožňují zpracování dat in-situ, což má za následek rychlou odezvu; • Bezdrátové nebo kabelové komunikační moduly umožňují přenášet indikátory do jiných zařízení; • Funkce autodiagnostiky zaručuje přesnost a spolehlivost bez neustálého lidského zásahu. Senzory jsou nyní základem pro propojené, automatizované a inteligentní měřicí systémy, které významně přispívají v následujících oblastech: Zajištění přesnosti a spolehlivosti Senzory zvyšují spolehlivost měření prostřednictvím modernizovaných algoritmů a samokalibračních funkcí. Tímto způsobem jsou chyby měření omezeny na minimum a kvalita výsledků dosahuje vysokých standardů. Tato funkce také pomáhá zkrátit prostoje, ke kterým by jinak došlo v důsledku ruční kalibrace. Sběr a analýza informací v reálném čase V dynamických, neustále se měnících průmyslových prostředích je tento parametr kritický. Například ve výrobě je nutné pravidelné monitorování zařízení a procesů, aby se předešlo vadným výrobkům, snížilo se množství odpadu a zvýšila se produktivita. Preventivní údržba Analýzou trendů výkonu zařízení mohou senzory předvídat problémy dříve, než nastanou, a indikovat potřebu plánované údržby. Tím se výrazně prodlužuje životnost zařízení. Výměna dat Provázanost senzorů vytváří podmínky pro bezproblémovou výměnu dat mezi různými zařízeními a systémy. Automatizace a řízení Senzory poskytují vysokou úroveň automatizace ve výrobě. Lze vytvořit automatizované systémy zpětné vazby, kde nepřetržitě monitorují parametry a upravují procesy v reálném čase. To je užitečné zejména v prostředích, která vyžadují přísné monitorování, jako je farmaceutický průmysl nebo výroba polovodičů. Kontrola kvality Senzory pomáhají dosahovat vysoké kvality produktu a snižují počet závad. To je zásadní v průmyslových odvětvích, jako je automobilový a letecký průmysl, kde to přímo ovlivňuje bezpečnost a produktivitu. Aplikace Výroba: Senzory monitorují výkon zařízení, měří rozměry produktu a podmínky prostředí. Tyto informace se používají k optimalizaci výrobních procesů. Automobilový průmysl: Senzory monitorují přesnost montáže i výkon vozidla a zvyšují bezpečnost a spolehlivost vozidla. Letecký a kosmický sektor: V podnicích je nutné např. hlídat těsnost letadel. Budoucnost senzorových zařízení pro automatizaci Umělá inteligence a strojové učení: Integrace umělé inteligence do senzorů zlepší analýzu výsledků. Miniaturizace: Budou ještě menší, zvýší se jejich všestrannost a rozšíří se rozsah jejich aplikací.

Více než fitness tracker: vytvořen ultra citlivý tlakový senzor

S neustálým technologickým vývojem roste poptávka po vysoce přesných snímačích tlaku s širokým provozním rozsahem. Ukázalo se, že jedním z účinných způsobů, jak takových výsledků dosáhnout, je napodobování práce lidské kůže. Kůže je největším orgánem našeho těla. Vědci se jeho strukturou inspirovali již dlouho a snaží se podobných ukazatelů dosáhnout při navrhování flexibilních a nositelných elektronických zařízení, robotů a tlakových senzorů. Jedním ze slibných způsobů, jak dosáhnout významných výsledků, je použití materiálů s porézní strukturou. Vědci navrhli vícevrstvý flexibilní tlakový senzor založený na karbonizované tkanině s vysokou citlivostí a odolností proti opotřebení. Prezentován byl také široký aplikační potenciál senzoru. V provedených testech byl umístěn na různé části těla subjektu, aby rozpoznal ukazatele fyzické aktivity. Pro monitorování byl mechanismus umístěn na koleno, loket a zápěstí. Když se klouby při ohýbání končetin posunuly, senzor okamžitě poslal přes Bluetooth do smartphonu elektrický signál. Při nošení na krku dokázalo zařízení detekovat polykací pohyby a zaznamenávat dobu, po kterou subjekt mluvil. Kromě toho může být použit pro kontrolu držení těla, protože detekuje odchylky v poloze krku. Další fází byla podrobná studie interakce mezi člověkem a strojem. Do rukavice bylo integrováno pět tlakových senzorů, které rozpoznávaly gesta každého prstu. Signály z jednoho zařízení byly shromažďovány nastavením přijímače do vícekanálového režimu. Tímto způsobem byly získávány informace o různých gestech. Dalším krokem studie bylo získání dat o uchopování předmětů rukou. Tento proces se skládá ze tří fází: prsty se přiblíží k uchopení předmětu, přidržení a uvolnění. Vynález dokázal nejen rozpoznat samotný pohyb, ale také určit, který předmět byl držen – malý a lehký, nebo velký a těžký. Úspěch experimentu demonstruje působivý potenciál zařízení při identifikaci gest a zlepšení hmatového vnímání inteligentních robotů. Díky své složité a komplexní struktuře má mechanismus působivou přesnost a široký pracovní rozsah 0-200 kPa. Senzor navíc vykazoval vysokou rychlost odezvy 60/90 ms.