Концевой выключатель: устройство прибора и принцип действия

Почти все автоматические устройства содержат такое устройство, как концевой выключатель, задача которого – отключать их, когда движущаяся часть достигает определенной точки. В системах управления освещением в качестве датчиков используются концевые выключатели. Когда возникают запрограммированные обстоятельства, они генерируют сигнал.

Мы расскажем вам все о функциях и типах устройств окончательного отключения. В представленной нами статье описаны проверенные на практике схемы подключения, указаны правила подключения. Приведены характеристики маркировки, даны предложения по выбору.

Что такое концевые выключатели?

Концевые выключатели – это электрические устройства, предназначенные для размыкания и замыкания рабочей цепи. Они устанавливаются на мобильные механизмы, чтобы ограничить их движение в заданных пределах. Функции, выполняемые этими устройствами, идентичны функциям стандартного переключателя.

Начинка концевых выключателей заключена в прочный корпус, чаще всего металлический. Все его элементы оптимизированы для удобной фиксации и удобной ориентации в пространстве.

Яркие разноцветные светодиоды позволяют контролировать питание датчика и его активацию. Две пары контактов, чаще всего имеющиеся в концевом выключателе, позволяют контролировать состояние его подключения.

Если при замыкании пары сигнал не возвращается, это указывает на неисправность кабеля, ведущего к переключателю. После активации датчика пара разомкнутых контактов может использоваться для передачи сигнала.

Чувствительные датчики – это основа систем защиты от утечек. При обнаружении воды, которое они предназначены для обнаружения, устройства не только сигнализируют о приближающейся аварийной ситуации в звуковом и цветовом режиме, но также блокируют работу систем, по которым транспортируется вода.

Классификация по принципу действия

Выделяют три основные группы концевых выключателей: механические, бесконтактные, магнитные. Основная функция всех этих устройств – автоматическое отключение команды при достижении ее подвижной частью заданного положения. Эти переключатели служат не только для размыкания цепи, но и для ее подключения.

Работа цепи в клеммных датчиках координируется двумя способами: прямым воздействием на подвижные контакты и контролем их положения. В первом случае они называются контактными, во втором – бесконтактными. Примером контактных концевых выключателей являются датчики, отвечающие за закрытие дверей автомобиля.

На фото представлена ​​конструкция концевого выключателя ходового типа. Его основные компоненты: крышка (1), основание (2), контакты (3), ролик (4), рычаг (5), прокладка (6), ввод провода (7)

Датчики этого типа могут не только включать и выключать механизмы, но и устанавливать положение контролируемого объекта. К ним относятся поплавковые выключатели и датчики уровня топлива. Сигналом к ​​их срабатыванию является изменение сопротивления, соответствующее определенному уровню жидкости.

Недостатком контактных датчиков при наличии движущихся механических частей является относительно небольшой срок службы из-за неэффективной защиты от влаги и пыли. Преимущество – простота конструкции, монтажа и эксплуатации. Бесконтактные выключатели намного надежнее защищены от внешних воздействий. Их ресурс еще больше.

Механические концевые фитинги

Управление концевыми выключателями этого типа может быть роликовым или рычажным. Они активируются, как только механизм управления в виде колеса, кнопки или рычага подвергается механической нагрузке.

При этом положение контактов меняется – они могут замыкаться или размыкаться. Процесс сопровождается сигналом: контроль или предупреждение.

Чаще всего концевые выключатели имеют два контакта: разомкнутый и замкнутый. Есть односторонние устройства, но они встречаются редко. В любом случае контакты есть в каждом случае, и на панели отображается рабочая схема с их номерами.

Конструкция роликов ВК останавливается при нажатии на исполнительный механизм на стержневой кнопке. Будучи соединенными динамическими контактами, в момент касания цепь питания разомкнута.

Разница между тумблерами состоит в том, что их подвижные контакты соединены с небольшим рычагом через стержень или через стержень. Действие происходит, когда привод нажимает на этот рычаг.

На фото механический концевой выключатель KW4-3Z-3 с прижимной пластиной. Он отличается от стандартного значения хода рабочего элемента. Используется в станках с ЧПУ, 3D-принтерах

Помимо стандартных концевых выключателей есть микровыключатели. Они работают по такому же принципу, но их регулировка при установке требует большей точности из-за малого хода. Для увеличения рабочего хода прибегают к такому приему, как включение в цепь промежуточного элемента – рычага с роликом.

Этот тип переключателя используется как на производстве, так и в домашних условиях. При строительстве лифта используется большое количество КУ.

Среди них переключатель в форме датчика, который ограничивает минимальную и максимальную высоту лифта, сигнализируя обрыв троса, подающий сигнал на открытие двери и выполнение многих других действий. Во многих квартирах на дверях есть микровыключатели, которые включают свет в комнате при открытии.

В автомобилях такие механические концевые датчики включены в цепи сигнализации и освещения. Их особенность – наличие входа с подключенным к нему положительным потенциалом. Корпус представляет собой отрицательную клемму, прижатую к металлическому элементу на корпусе, не покрытому краской.

Этот элемент подключается к массе автомобиля с помощью кабеля. Главное условие – выключатель не должен касаться влажной поверхности. Конечные датчики подключаются при установке автосигнализации по схеме. Их выводы могут быть установлены как на дверях, так и в салоне на осветительных приборах.

Для включения при открытии двери и выключения при закрытии выполняется замыкание на плюс. При наличии освещения потолка и дверей автомобиля используется блок концевых выключателей, выполняющий различные функции. В результате срабатывания замка важные датчики блокируются, когда вы пытаетесь открыть замки.

Характеристики бесконтактных концевых выключателей

Одним из видов концевых выключателей является их бесконтактная модификация (БВК). Связь устройств настроена на активацию, когда определенный объект входит в зону чувствительности.

Эти концевые выключатели изготавливаются по индивидуальному заказу для конкретного материала и определенного размера. Как только объект с этими параметрами попадает в чувствительную зону, амплитуда колебаний генератора изменяется

В самом устройстве нет движущихся частей, так же как нет механического контакта между объектом воздействия и настроенным на него переключающим элементом.

БВК состоит из следующих частей:

• кнопка питания;
• компонент, анализирующий сигнал.
• чувствительный элемент;

Расстояние, на котором устройство начинает работать, устанавливается в зависимости от смены датчика и требований технологического процесса. Исключение из него как движущихся, так и трущихся элементов значительно повышает надежность работы этих устройств.

Датчики приближения или, как их еще называют, датчики приближения обладают обширным функционалом. Есть две категории: переключатели и датчики положения.

Первая задача БВК – определить положение объекта. Кроме того, датчик выполняет подсчет, позиционирование, деление, сортировку объектов. Он может контролировать скорость, движение, вычислять угол поворота, корректировать наклон и многое другое.

В бытовых условиях бесконтактные переключатели до сих пор в основном используются при организации управления освещением. Однако в области обустройства систем «Умный дом» он имеет гораздо более широкую область применения и гораздо больше перспектив.

Чувствительные устройства используются в промышленности, на транспорте, как элемент автоматизации, в нефтепереработке. По принципу обнаружения приближающихся объектов БКВ различают индукционные, емкостные, оптические, ультразвуковые.

Индуктивные бесконтактные датчики

Они настроены как на металлические, так и на аморфные материалы. Среди тех, что реагируют на металл, есть магнитные и ферромагнитные варианты. Внутри датчика находится сердечник – металлический или намагниченный.

Переключатель может питаться с широким диапазоном значений напряжения – от 10 В до постоянного тока, переменного тока – от 264 В. Выходной сигнал формируется при 0,2 А при постоянном токе и 0,5 А при переменном токе

Если более подробно описать конструкцию такого датчика, то он представляет собой преобразователь, который включает в себя медную катушку, расположенную в ферритовой чаше. В его функции входит перенаправление вектора электромагнитных линий на переднюю часть переключателя.

Генератор в цепи может быть с фиксированным отрицательным сопротивлением или любого другого типа. Силовые линии магнитного поля ориентированы перпендикулярно направлению тока, протекающего через катушки намагниченного сердечника.

Переменное силовое поле создается переменным напряжением на вводах сердечника. Следующим важным узлом является формирователь сигнала, который создает гистерезис и диапазон управляющего сигнала. Включает детектор, управляемый триггером.

На схеме показан индуктивный переключатель хода в действии. Его основной элемент – индуктор, питаемый от генератора

Ключом к работе индукционного концевого выключателя являются изменения, которые происходят, когда объект приближается или удаляется. Как только порог напряжения превышает допустимое значение, датчик активируется путем подключения триггера, открывающего ключ.

Емкостные бесконтактные концевые выключатели

После появления объекта запускается контур вибратора емкостного устройства, устанавливаются временные параметры. По мере приближения объекта к датчику емкость датчика увеличивается, а частота, генерируемая мультивибратором, уменьшается.

При превышении порога частоты устройство отключается. Многие модели датчиков движения работают по этому принципу, выключая и зажигая лампочки при обнаружении объекта в чувствительной зоне.

Конструктивная схема емкостного датчика аналогична индуктивному устройству: обе модели имеют генератор и детектор.

Принцип работы емкостного концевого выключателя основан на изменении емкости приемного элемента – конденсатора. В таких датчиках операция переключения начинается, когда диэлектрические и металлические предметы попадают в их поле

Помимо генератора, генерирующего электрическое поле, в их конструкцию входят такие базовые детали, как демодулятор. Он действует как преобразователь амплитуды высокочастотных колебаний с одновременным изменением напряжения. Следующим важным компонентом является триггер, который отвечает за определенный уровень сигнала, переключение и гистерезисную зависимость.

Для увеличения входного сигнала до заданного значения в цепи емкостного переключателя включают усилитель. Светодиодный индикатор отвечает за контроль конфигурации и работы устройства.

Такой элемент, как компаунд, защищает выключатель от влаги и попадания твердых частиц. Корпус из пластика или латуни защищает все внутри от механических повреждений. В комплект также входят застежки.

Переключающий элемент в этом устройстве расположен на конденсаторе и представляет собой пластину, которая взаимодействует с вибратором. Роль порогового элемента выполняет компаратор, подключенный к вибратору. Последний, в свою очередь, подключен к преобразователю частоты и напряжения.

Емкостные концевые выключатели реагируют на твердые, пыльные, жидкие, как электропроводящие, так и непроводящие материалы

Разница между емкостными и индуктивными моделями заключается в том, что первые реагируют на изменение влажности и плотности воздуха. Второе – они нечувствительны к таким воздействиям.

Устройство ультразвуковых выключателей

Конструкция ультразвуковых концевых выключателей предусматривает наличие кварцевых излучателей звука, генерирующих импульсные волны длиной 100 – 500 кНт, и приемника, настройки которого соответствуют определенной частоте.

Когда амплитуда звуковых волн изменяется после маневров движущегося объекта, микропереключатель БВК устанавливает новые значения и на их основе управляет выходными сигналами.

Принцип работы ультразвуковых датчиков основан на изменении времени, в течение которого звуковая волна распространяется от датчика к контролируемому объекту. Дальность обнаружения таких устройств довольно большая – до 10 М. Их большое преимущество в том, что они могут обнаруживать объект любой формы и цвета, отражающий звук.

Работа этого ультразвукового датчика основана на простом принципе: как только сигнал достигает одного из его ног, другой получает импульс с длиной, равной расстоянию от объекта

Эти датчики используются для обнаружения объектов с плоской поверхностью, перпендикулярной центральной линии обнаружения.

Неточности в своей работе могут стать причиной:

1. Внезапные воздушные потоки большой мощности, которые усиливают или ослабляют волну.
2. Резкое изменение температуры. При большом количестве тепла, излучаемого объектом, изменяется скорость распространяющихся волн.
3. Отклонение от вертикали угла между горизонтальной плоскостью объекта и осью датчика. Если эта ошибка превышает 10⁰, датчик работать не будет.
4. Угловые контуры объекта. В этом случае его идентификация очень затруднительна.

Колебания распространяются в твердой, газообразной, жидкой среде и скорость зависит от соответствующих параметров. У ультразвуковых датчиков нет движущихся частей, поэтому нет никакой связи между количеством циклов и сроком службы устройства. Они отличаются повышенной устойчивостью к всевозможным внешним воздействиям.

Оптические бесконтактные устройства

БКВ этого типа управляет объектами, блокируя и отражая излучение. Когда объект попадает в зазор между переключателем и источником света, датчик перестает излучать свет. Элементом, отвечающим за это действие, может быть реле или полупроводник. Дальность реакции достигает 150 метров.

Это фотография концевого датчика оптического типа. Определение положения крайних точек движения движущихся частей в 3D-принтерах, станках с ЧПУ

Датчики приближения работают в широком диапазоне температур от -60 до + 150⁰С. Они выдерживают давление около 500 атм, могут использоваться в агрессивной среде и даже в условиях повышенной взрывоопасности.

Разнообразие магнитных концов

Этот тип переключателей, также называемых поплавковыми или герконовыми переключателями, постепенно заменяет механические модели. Их контакты меняют положение, когда они находятся на некотором расстоянии от магнита. В этом случае сигнал поступает в схему управления.

Геркон содержит один или два контакта из специального материала – ферромагнетика. Магнитный концевой выключатель имеет небольшие размеры. Помещают его в пластиковый или стеклянный корпус и в разрыве встраивают в электрическую цепь.

Контакты в таком переключателе бывают разомкнутые, замкнутые, переключаемые. В устройствах первого типа контакт замыкается при срабатывании. Нормально замкнутые контакты размыкаются при аналогичных обстоятельствах, а переключаемые контакты действуют в зависимости от ситуации.

Выбор модели зависит от конкретных обстоятельств. Герконовые переключатели используются в конструкции откатных ворот. С их помощью конструкция останавливается при достижении крайнего положения при открытии или закрытии.

Некоторые модели поплавков используются в составе охранной сигнализации при входе в дом. Когда дверь закрыта, цепь замыкается из-за воздействия магнитного поля на концевой выключатель. Открытие двери приведет к перемещению магнита и размыканию контакта, вызывая тревогу.

При установке магнитов учитывайте их полярность. При неправильной установке они не будут выполнять возложенные на них функции

Тот факт, что в этой конструкции отсутствует механический контакт, является ее преимуществом, что увеличивает долговечность. Они отличаются простейшей конструкцией, основанной на взаимодействии магнитоуправляемых контактов с обычным магнитом.

Правила и характеристики подключения

Хотя сами концевые выключатели довольно просты, они используются в оборудовании со сложными электрическими схемами. Поэтому их подключение должно осуществляться специалистами и строго по принципиальным схемам, исходя из характеристик технологии.

Рассмотрим пример подключения простого механического переключателя в 3D-принтере. Это нужно для установки крайних координат для его каретки. Подключенный концевой выключатель имеет 3 контакта – COM, NO, NC. При разомкнутом датчике на первый и последний контакты подается напряжение + 5В. Второй контакт (NO) заземлен.

На схеме контакты COM (1) и NO (2) находятся в замкнутом состоянии, а COM и NC (3) разомкнуты. Когда каретка принтера достигает крайнего положения, контакты COM и NC соединяются, и она отскакивает на 2 мм

Датчик подключается двумя проводами: красным и черным. При активации устройства должен быть слышен типичный щелчок. Переключатель индикатора подключается по той же схеме, но также имеет третий провод – зеленый.

О его работе сигнализирует горящий светодиод и щелчок. Его разъемы на плате имеют обозначения: для красного провода V (+5 В), для черного провода – G (масса), для зеленого провода – S (сигнальный).

Этими буквами обозначены разъемы оптического переключателя. Он более точно проверит работу погрузчика, но может не работать должным образом в присутствии пыли и солнечных лучей. Работа оптической пары сопровождается включением светодиода и абсолютно бесшумна.

Концевые выключатели широко применяют производители мебели, устанавливая их в шкафах. Подключение производится в соответствии с инструкциями, прилагаемыми к каждой модели. На схеме показано место крепления пластиковой конструкции с ключом. Для центральной двери ее нужно установить так, чтобы она не мешала правильному перемещению другой двери секции по направляющим.

На схемах показан порядок подключения концевых выключателей для раздвижных дверей в шкафах-купе (вариант б) и для распашных дверей (вариант а)

В случае установки концевого выключателя для распашной двери он фиксируется саморезами внутри шкафа. При закрытии дверь нажимает кнопку, размыкает цепь, а освещение не работает. Когда она открыта, дверь отпускает кнопку, и включается освещение.

Маркировка концевого выключателя

Каждое из этих коммутационных устройств имеет соответствующую маркировку. Расшифровав его, можно получить всю информацию о конкретной модели концевого выключателя. Если на нем есть запись VU222M, это означает, что перед вами находится концевой выключатель VU222. Подвижным элементом является модернизированный рычаг.

На данной блок-схеме показано условное обозначение концевого выключателя, предназначенного для работы в цепях управления, работающих от переменного и постоянного тока с максимальным напряжением 660В

Расшифровываем подробно, например, маркировку выключателя ВП 15М4221-54У2. Оснащен подвижным активным элементом серии 15. Имеет замыкающий и замыкающий контакт, снабженный толкателем с роликом.

Степень защиты – IP54 со стороны привода, «U» обозначает климатическое исполнение, цифра 2 – категория размещения. Изделие соответствует ТУ У 31.2-25019584-005-2004.

Ведущие производители в сегменте

Такие датчики производят многие компании. Среди них есть признанные лидеры. Среди них – немецкая компания Sick, как ведущий производитель столь качественной продукции. Autonics поставляет на рынок индуктивные и емкостные датчики приближения.

Качественные бесконтактные датчики производит Российская компания «ТЕКО». Они отличаются очень высокой герметичностью (IP 68). Эти концевые выключатели работают в самых опасных средах, в том числе взрывоопасных, возможны различные способы установки.

Популярны концевые выключатели от украинского производителя «Промфактор». Выпускает выключатели и концевые выключатели ВП, ПП, ВУ. Гарантия при соблюдении всех правил эксплуатации составляет 3 года.

Выводы и полезные видео по теме

Видео № 1. Популярные на концевом выключателе:

Видео №2. Установка КВ на самодельный станок с ЧПУ:

Назначение концевых выключателей может быть самым разным. Они используются как в сложных промышленных системах, так и в повседневной жизни для повышения нашего комфорта. Главное, включать их в электрическую цепь следует только после полного снятия напряжения.

Напишите свои комментарии в блоке ниже. Возможно, вы поделитесь информацией, которая будет полезна посетителям сайта. Оставляйте посты с советами, размещайте фото по теме, задавайте вопросы.