Щелевой оптический датчик положения KTIR0411S. Характеристики, применение.

KTIR1KTIR0411S
В промышленной автоматике  датчики положения являются основным источником информации для определения физического положения механических узлов оборудования.

 

Когда-то в качестве таких датчиков применялись концевые выключатели. Недостатки их очевидны:

  • не высокая надежность;
  • ограниченный ресурс работы;
  • низкая точность;
  • низкое быстродействие;
  • механический дребезг.

Все эти недостатки усугубляются тем, что обычно датчики положения физически располагаются в местах с тяжелыми условиями эксплуатации. Это:

  • вибрации;
  • пыль;
  • высокая влажность;
  • широкий диапазон рабочих температур.

На смену концевым выключателям пришли бесконтактные оптические датчики положения. Они состоят из оптического излучателя и фотоприемника. Световой поток от излучателя попадает на фотоприемник, что вызывает определенное состояние датчика. Наличие непрозрачного объекта на пути светового луча приводит к изменению светового потока на фотоприемнике, а значит и к другому состоянию датчика.

Одним из самых распространенных оптических датчиков положения является KTIR0411S производства фирмы Kingbright. У него:

  • низкая  цена;
  • высокие технические характеристики;
  • удачная конструкция.

В своих разработках, я предпочитаю применять именно эти датчики.

 

Устройство и принцип действия датчика KTIR0411S.

Датчик KTIR0411S выполнен в пластиковом литом корпусе, в котором расположены:

  • оптический излучатель – арсенид галлиевый светодиод;
  • оптический приемник – кремниевый фототранзистор.

В корпусе датчика, между излучателем и приемником, находится щель шириной приблизительно 3 мм. Наличие или отсутствие в этой щели светонепроницаемого предмета и показывает датчик.

KTIR2KTIR3KTIR0411S

 

 

 

 

 

 

Поэтому датчики такого типа имеют другие названия:

  • щелевой оптрон;
  • щелевой оптический датчик;
  • фотопрерыватель;
  • photo interrupter;
  • фотоинтерраптор.

Размеры  и назначение выводов датчика KTIR0411S.

Эта информация и последующие технические характеристики взяты с сайта производителя  ktiro411s.pdf.

DimKTIR

Схема включения  щелевого оптрона KTIR0411S.

Для функционирования фотопрерывателя,  через светодиод необходимо подать ток 20-30 мА (выводы + и E), и контролировать состояние выхода фототранзистора (выводы + и D). Замкнутое состояние транзистора фотоприемника означает, что световой поток не прерван.  Схема включения датчика KTIR0411S может быть такой.

Scheme KTIRСхема включения KTIR0411S

Резистор R1 ограничивает ток светодиода на уровне 25 мА, а резистор R2 – ток коллектора выходного транзистора на уровне 5 мА.  Напряжение + 5 В на выходе схемы означает, что светонепроницаемый предмет находится в щеле фотопрерывателя.

Вот пример механической конструкции узла позиционирования приемного барабана станка для розлива и запайки ампул.

PrimerKTIR1Пример конструкции с KTIR0411S

На вал барабана закреплен образцовый диск с вырезанными окошками. Вернее он закреплен на вал шагового двигателя с одной стороны, а сам барабан на вал двигателя с другой стороны. Т.е. у шагового двигателя, барабана и диска общий вал.

Образцовый диск выполнен с высокой точностью на аппарате лазерной резки. Датчик положения размещен так, что диск краем входит в щель фотопрерывателя. При повороте барабана, диск прерывает поток светового луча в положении, где заканчиваются окошки. Т.е. контроллер станка определяет положение барабана и останавливает его в местах, где начинаются окошки. Очень простая и надежная конструкция.

 

Предельно допустимые параметры щелевого оптического датчика KTIR0411S.

 Параметр Обозначение Значение
Входной светодиод
 Прямой ток светодиода IF 50 мА
 Обратное напряжение светодиода  VR  6 В
 Мощность рассеивания светодиода  PD  75 мВт
 Пиковый прямой ток (длительность импульса < 100 мкс, скважность < 1%)  IFP 1 А
 Выходной транзистор
 Прямое напряжение коллектор-эмиттер  VCEO 35 В
 Обратное напряжение коллектор-эмиттер  VECO  6 В
 Ток коллектора IC 20 мА
 Мощность рассеивания выходного транзистора PC 75 мВт
 Рабочий диапазон температур TOPR -25...+85 C°

Главное:

  • на светодиод нельзя подавать ток больше 50 мА;
  • на выходной транзистор  – напряжение больше 35 В и ток больше 20 мА.

Эксплуатационные параметры оптического датчика положения KTIR0411S.

 Параметр Обозначение Значение
   Входной светодиод
 Прямое напряжение на светодиоде (ток 20 мА)  VF  1.2 - 1.5 В
 Обратный ток светодиода (напряжение 5 В)  IR  10 мкА
 Выходной транзистор
 Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (ток коллектора 1 мА, ток светодиода 40 мА) VCE(sat) 0.4 В
 Ток закрытого транзистора (напряжение коллектор-эмиттер 20 В)  ICEO 100 нА
 Передаточная характеристика
 Коэффициент передачи тока (напряжение коллектор-эмиттер 5 В, ток светодиода 20 мА)  CTR  38 %
 Время отклика на положительный фронт (напряжение коллектор-эмиттер 2 В, ток коллектора 2 мА)  tr  5 - 25 мкс
 Время отклика на отрицательный  фронт (напряжение коллектор-эмиттер 2 В, ток коллектора 2 мА) tf 4 - 20 мкс

Главные из этих параметров.

Прямое напряжение на светодиоде – учитывается при расчете ограничительного резистора. Ток через светодиод датчика  вычисляется по формуле

I = ( U – VF ) / R1

В предыдущей схеме I = ( 12 – 1.2 ) / 430 = 0.025 А.

Параметр CTR (коэффициент передачи тока)  влияет на  выбор тока через светодиод датчика.

Максимальный выходной ток датчика Iвых макс = I светодиода * CTR / 100.

Для приведенной схемы максимальный выходной ток равен 0.025 * 0.38 = 9.5 мА. Т.е. резистор R2 должен ограничивать ток выходного транзистора на уровне не более 9.5 мА. Иначе ток ограничит сам датчик, но напряжение на его выходе  будет приподнято.

 

Щелевые оптроны KTIR0411S применяются практически во всех изделия фирмы ”РОСТ”, из раздела фасовочное оборудование. Еще один пример конструкции.

PrimerKTIR2Пример конструкции KTIR0411S

Датчики показали себя с самой лучшей стороны. Вот фильм работы станка. Все механизмы позиционируются щелевыми оптическими датчиками положения KTIR0411S.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *