מה הם גששי קירבה ?

חיישן קרבה הוא חיישן ללא מגע המזהה את מושא החישה כאשר הוא מתקרב, בניגוד למיקרו-מתג או למתג גבול

 המשתמשים בשיטת חישה מכנית עם מגע.

סוג אינדוקטיבי
כאשר אובייקט (מתכתי) מתקרב לשדה מגנטי בתדר גבוה המיוצר בסליל הזיהוי, נוצרים זרמים מושרים במתכת, הגורמים לאובדן תרמי ולירידה או עצירה של התנודות.
שינוי מצב זה מזוהה על ידי מעגל חישת מצב התנודה, שמפעיל לאחר מכן את מעגל הפלט.

אופן פעולה

כאשר חיישן הקרבה מופעל, התנודות בזרם בתוך 60 מילישניות מוגברות לתדר מסוים, ונוצר שדה חשמלי.
לאחר מכן, אם האובייקט מתקרב, הזרם המושרה סביב אובייקט החישה יעלה, והתנודות בזרם יפחתו. כאשר האובייקט מזוהה במלואו, הזרם יהיה קרוב ל 0 .
התנודות המזעריות של הזרם מוגברות ומפעילות את חלק הפלט.

סוג קיבולי
כפי שמוצג בתרשים הבא, כאשר זרם חיובי (+) מיושם על לוח הקוטב, מטען חיובי (+) ייווצר על לוח הקוטב, מטען שלילי (-) ייווצר על הקרקע, ושדה חשמלי ייווצר בין לוח הקוטב לקרקע.

כאשר אובייקט מתקרב ללוח הקוטב, המטענים באובייקט זזים כתוצאה מהשראה אלקטרוסטטית. מטען שלילי (-) ינוע לכיוון לוח הקוטב, ומטען חיובי (+) ינוע לכיוון הצד השני. מצב זה נקרא קיטוב.

האובייקט מזוהה על פי עוצמת הקיטוב: כאשר האובייקט מתקרב ללוח הקוטב, עוצמת הקיטוב חזקה, וכאשר האובייקט מתרחק, עוצמת הקיטוב נחלשת.

פעולה
חיישן קיבולי פועל בשיטה הפוכה לזו של חיישן אינדוקטיבי.
כאשר מופעלת אספקת הכוח לחיישן, התנודה של הזרם קרובה ל-0 וולט. כאשר אובייקט מתקרב לחיישן, הקיבוליות שלו גדלה, והתנודה של הזרם מתגברת. החלק הפלטי מופעל כתוצאה מהגברת התנודה.

מונחים ופונקציות

■ יעד זיהוי סטנדרטי
זהו התקן של צורה, גודל וחומר המוגדר עבור כל דגם לצורך מדידת הביצועים הסטנדרטיים

■ מרחק זיהוי (Sn)
זהו המרחק בין צד הזיהוי לבין פני השטח של יעד הזיהוי, כאשר הפלט פועל עקב התקרבות יעד הזיהוי לצד הזיהוי.
המפרט של מרחק הזיהוי (Sn) עבור כל סדרה נמדד באמצעות יעד זיהוי סטנדרטי.

■ מרחק כיוון
זהו המרחק בין המשטח הפעיל לבין פני השטח של יעד הזיהוי, כאשר הפלט פועל עקב התקרבות יעד הזיהוי למשטח הפעיל.
המפרט של מרחק הזיהוי (Sn) עבור כל סדרה נמדד באמצעות יעד זיהוי סטנדרטי.

■ היסטרזיס (מרחק דיפרנציאלי)
ההיסטרזיס הוא ההבדל בין מרחק ההפעלה, כאשר החיישן פועל לראשונה כאשר יעד הזיהוי הסטנדרטי מתקרב מכיוון המשטח הפעיל, לבין מרחק החזרה, כאשר החיישן מפסיק לפעול לראשונה כאשר יעד הזיהוי הסטנדרטי מתרחק.
ההיסטרזיס מונע רטט או רעש בפלט עקב ויברציות או תנועות אחרות של יעד הזיהוי.

■ תדר תגובה
מספר הפעמים לשנייה שבהן ניתן לבצע זיהוי מבלי לקרות תקלה, כאשר יעד הזיהוי הסטנדרטי מתקרב לחיישן. נמדד ב-Hz.

■ קבוע דיאלקטרי יחסי
זהו היחס בין הקבוע הדיאלקטרי של החומר (ε) לבין הקבוע הדיאלקטרי של הריק (εo). (εs = ε / ε0)
ככל שקבוע הדיאלקטרי היחסי גדול יותר, המרחק לזיהוי ארוך יותר. לכל חומר יש ערך משלו עבור הקבוע הדיאלקטרי היחסי. ערך הקבוע הדיאלקטרי היחסי לחומרים מוצקים גבוה יותר מאשר נוזליים. ישנם ערכים של קבוע דיאלקטרי יחסי עבור חומרים טיפוסיים.

■ קיבול
זו כמות המטען המצטבר (Q) כאשר מיישמים מתח על מוליכים מבודדים. ככל שכמות המטען המצטבר (Q) גדולה יותר, מרחק הזיהוי יהיה ארוך יותר.  הקיבול (C) יגבר ככל שכמות המטען (Q) תגדל. ישנן דרכים להגדיל את הקיבול, כגון הגדלת שטח לוח הקטב, שימוש בחומר עם קבוע דיאלקטרי יחסי גבוה או צמצום המרחק בין שני לוחות הקטב.

התקנה

■ התקנה שטוחה (הגנה)
החלק הגדול ביותר של חיישן הקרבה מוקף במתכת, למעט פני השטח הפעילים, על מנת למנוע את השפעת המתכת המתקרבת מצדדים. למרות שמרחק הזיהוי קצר יותר מאשר בחיישן מסוג non-flush, ניתן להתקין את פני השטח הפעילים של החיישן ברמת המתכת של מעטפת המתכת .

■ התקנה לא שטוחה (ללא הגנה)
החיישן מושפע בקלות על ידי מתכת שמתקרבת מצדדים, משום שפני השטח הפעילים לא מבודדים על ידי מתכת. מרחק הזיהוי ארוך יותר מההתקנה השטוחה, אך כאשר מתקינים את החיישן, יש להתקינו בצד הקמור, ולשמור על מרחק של פי 3 יותר מקוטר החיישן .

■ התקנה מקבילה
כאשר מתקינים מספר חיישני קרבה קרוב אחד לשני, יש השפעת הפרעה הדדית. לכן יש לשמור על מרחק שהוא פי 2 יותר מקוטר החיישן עבור התקנה שטוחה, ופי 3 יותר מקוטר החיישן עבור התקנה לא שטוחה.

■ התקנה פנים אל פנים
כאשר חיישני קרבה מותקנים פנים אל פנים, עשויה להתרחש תקלה בחיישן עקב הפרעה הדדית. לכן, יש לשמור על מרחק שהוא פי 6 יותר ממרחק הזיהוי (Sn: מרחק זיהוי).

■ התקנה הדוקה
כאשר חיישני קרבה מותקנים בצורה הדוקה, עשויה להתרחש תקלה בחיישן עקב הפרעה הדדית.
לכן, יש להשתמש בתדר דיפרנציאלי ליישום כזה, כפי שמוצג בתמונה למטה.
סוג תדר דיפרנציאלי זמין רק עבור סדרת PSN17.

חיבור חשמלי

■  חיבור 2 חוטים ב AC או DC
כאשר משתמשים בדגם מסוג 2-wire, יש לחבר את העומס, אחרת ייתכן נזק לרכיבים פנימיים.
העומס יכול להתחבר לכל אחד מהחוטים.

• יש להקטין את הזרם בסנסור  כך שיהיה קטן מהזרם המחזורי של העומס על ידי חיבור נגד  במקביל.
  • ערך W של הנגד  צריך להיות גדול כדי לאפשר פיזור חום תקין.
• כאשר הזרם המופעל על העומס קטן מ-5mA, יש להשתמש בנגד  כך שהזרם שיזרום דרך העומס יעלה על 5mA.
  • השתמש בנוסחה הבאה כדי לחשב את ערך התנגדות  והזרם המותר.
  • ערך W של הנגד צריך להיות גדול כדי לאפשר פיזור חום תקין.
• העמסה עם זרם התנעה גבוה
  כאשר משתמשים בעומס עם זרם התנעה גבוה (נורה, מנוע, וכו'), זרם התנעה גבוה זורם בגלל ערך התנגדות נמוך בהתחלה והוא חוזר לזרם במצב יציב לאחר זמן מסוים עם ערך התנגדות גבוה. במקרה כזה, זרם גדול מדי יזרום עם הפעלת החשמל וזה עשוי לגרום לנזק למעגל הפנימי של חיישן הקרבה. יש להשתמש ב-relay נוסף או בהתנגדות להגבלת זרם (R) כדי להגן על חיישן הקרבה.

חיבור DC 3 חוטים
בסוג חיישן proximity DC 3-wire, ישנם שני סוגי יציאות, NPN ו-PNP, וניתן להשתמש בהן לפתיחה או סגירה של ממסר, סלנואיד,  PLC וכו'.
במקרה של שימוש בעומס אינדוקטיבי (כגון ממסר, מנוע, מגנט וכו'), יש לחבר דיודה לספיגת קפיצת מתח במקביל לעומס. יש להשתמש בדיודה שהמתח המקסימלי שלה הוא פי שלושה ממתח הספק.

חיבור AND (וגם)

• כאשר החיישנים מחוברים בסדרה (AND), כל החיישנים צריכים לפעול כדי להפעיל את העומסים.
  • המתח השארי, הקשור למספר החיישנים, לא צריך להשפיע על מתח ההפעלה של חיישני הקירבה או על מתח ההפעלה של העומס, ויש לקחת את התנאי הזה בחשבון בבחירת מספר החיישנים שיחוברו בסדרה.

■   חיבור 2 חוטים DC
כדי לחבר חיישנים בסדרה, יש לבחור את מספר החיישנים כך שהוא יתאים לנוסחה הבאה:
VS – (n × VR) ≥ מתח הפעלה של העומס.
(VS: מתח המקור, VR: מתח שארי, n: מספר החיישנים המחוברים)

■   חיבור 3 חוטים DC
חיישן עם פלט NPN וחיישן עם פלט PNP לא יכולים לשמש באותו  מעגל

■  חיבור 2 חוטים AC
בקרוב לעקרון, חיישן קרבה מסוג AC לא יכול לשמש בהתקנה בסדרה.
כדי להשתמש בו בהתקנה בסדרה, יש להוסיף ממסר או נגד  במעגל.
כשמחברים בסדרה, מתח ההפעלה, VL, מחושב כהפחתה של מתח מקור החשמל ומתח שאריות של חיישן הקרבה.
לכן, יש להשתמש בנוסחה:
VL = מתח מקור החשמל – (מתח שאריות של חיישן הקירבה × מספר החיישנים)

התקנה בחיבור מקבילי – OR

• כאשר מחברים במקביל (OR), החיישן יעבוד גם אם רק אחד מהחיישנים נמצא בפעולה.
  • זורם מעט זרם כזרם דליפה כי חיישן הקרבה מפעיל את המעגל הפנימי גם כאשר הוא כבוי.
  • בגלל שמספר החיישנים המחוברים במקביל מגביר את כמות זרם הדליפה, ייתכן שהעומס יעבוד גם כאשר חיישן הקרבה נמצא במצב OFF.

■  חיבור 2 חוטים DC
המספר של חיישני הקירבה שניתן לחבר יכול להיות בתוך הטווח שמספק את הנוסחה הבאה:

n × IL ≤ זרם החזרה של העומס
(IL: זרם הדליפה של החיישן, n: מספר החיישנים המחוברים)
דוגמה לחיבורים:
חיישן proximity PRT18-DO, זרם החזרה של העומס ≤ 3.7 mA,
זרם דליפה של חיישן הקירבה ≤ 0.6 mA
→ ניתן לחבר עד שישה חיישנים במקביל.

■  חיבור 3 חוטים DC
זרם הדליפה שקשור במספר החיישנים לא צריך להשפיע על זרם ההחזרה של העומס, ויש לקחת בחשבון את התנאים האלה כדי לבחור כמה חיישנים לחבר במקביל.
חיישן מסוג NPN וחיישן מסוג PNP לא יכולים להיות מחוברים באותו מעגל.

■  חיבור 2 חוטים AC
בעיקרון, חיישן קרבה מסוג AC לא יכול להיות מחובר בקשר סדרתי (בטור).
למרות שהחיבור במקביל אפשרי כאשר החיישנים אינם פועלים בו זמנית, משום שזרם הדליפה יגדל פי n, עשוי להתרחש כשל בעומס. (n: מספר החיישנים המחוברים)
לכן, יש לחבר ממסר במקביל כדי שהעומס יעבוד כראוי.

חיבור ל PLC

■  חיבור 2 חוטים DC
חיישן קרבה מסוג DC 2-wire יכול להתחבר ל-PLC כאשר מפרטי הקלט של ה-PLC ומפרטי החיישן עומדים בתנאים המפורטים להלן:

1. כאשר מתח ה-ON של ה-PLC והמתח השיירי של הגשש עומדים בנוסחה הבאה:
   VON ≤ VS – VR
2. כאשר מתח ה-OFF של ה-PLC וזרם הדליפה של החיישן עומדים בנוסחה הבאה:
   Ioff ≥ IL
3. כאשר זרם ה-ON של ה-PLC וזרם הפלט של החיישן עומדים בנוסחה הבאה:
   Iout (min) ≤ Ion

■  חיבור 3 חוטים DC
כשמחברים גשש קרבה מסוג DC 3-wire ל-PLC, החיישן המתאים נבחר בהתאם למצב טרמינל המשותף

שינוי מרחק חישה

המרחק החישובי יכול להשתנות בהתאם לתנאי אובייקט החישה.

■ שינוי לפי חומר וגודל
החומר של אובייקט החישה הסטנדרטי הוא מתכת מגנטית (ברזל). יש לוודא כי מרחק החישה עבור אובייקט חישה עשוי מתכת לא מגנטית (אלומיניום, וכו') יתקצר באופן משמעותי.
אם אובייקט החישה קטן יותר מהאובייקט הסטנדרטי, מרחק החישה יתקצר.

שינוי לפי עובי
עובי אובייקט החישה הסטנדרטי הוא 1 מ"מ. אם העובי מעל 1 מ"מ, מרחק החישה לא משתנה. גם אם חומר אובייקט החישה הוא מתכת לא מגנטית (אלומיניום, נחושת, וכו') ועוביו כ-0.01 מ"מ, אובייקט החישה יכיל את אותו מרחק חישה כמו מתכת מגנטית.
אם אובייקט החישה הוא דק מאוד כמו סרט, או שאין לו מוליכות, לא ניתן לגלותו.

■ שינוי לפי ציפוי האובייקט
אם אובייקט החישה מצופה, מרחק החישה עשוי להשתנות. הטבלה למטה מציגה דוגמה מייצגת, והערך המצביע הוא אחוז עבור מרחק החישה ללא ציפוי.

תחזוקה

לשימוש ארוך טווח בגשש הקירבה, יש לבדוק את הפריטים הבאים:

• סביבה בה מותקן גשש החישה ואובייקט החישה, חופשיות מהדק ועיוותים
• חופשיות חוטים וחיבורים, חיבור שגוי, וניתוק
• אבק מתכתי מצורף או מצטבר באזור החישה
• מרחק הגדרה
• סביבה חיצונית וטמפרטורה