传感器捕获有关电子系统及其周围的重要信息。在智能工厂、家庭和办公室互联、农业运营、铁路网络、飞行运营和交通基础设施中,传感器收集环境数据,如压力、声音、温度、湿度和光强度等,监测活动、管理资源和控制操作。这些信息可以直接驱动系统响应,监测维护、跟踪设备的运作,使复杂电子系统良好的运行。传感器收集的信息可以立即触发动作,也可以数字化进行进一步分析。
数据从传感器通过一个线缆和连接器组成的网络,传输到处理单元。简单的系统可能需要一个或少量的传感信道,复杂系统可能需要多个信道。
将传感器信号数字化具有更大的优点,例如将主机系统的信号进行模数转换。来自传感器的信号通常需要收集到控制器中进行转换和分析。这可能会受到诸如传感器成本或功率需求、传感通道数量或主机上可用的模拟输入数量等因素的影响。各种各样的标准化连接器适用于处理模拟传感器信号,并且具有密封、屏蔽和锁定等选项,满足不同的应用要求。
连接器选择
直接用线束连接传感器似乎是一个简单的解决方案,特别是通道数量很少的应用。然而,用线连接会降低系统组装速度,容易出现接线错误,并使现场维护复杂化。传感器短导线或辫子线连接,也可以焊接到子弹型或类似的连接器上,如6 mm铲式连接器。然而,如果需要多通道传感器,接线过程可能费力,且容易出错,连接可能不可靠。
圆形连接器
工业连接器系统是可以提供多种优点。包括标准化尺寸的圆形锁定连接器,如英制7/8和M型公制连接器,如M8和M12螺纹型连接器等。
M12圆形连接器
M型连接器根据IEC 61076-2进行了标准化,其中包括螺钉锁紧和推拉类型。这些标准化连接器在工业控制系统中得到广泛采用。大尺寸的M23圆形连接器也是可用的,并可以容纳大量的模拟通道。另一方面,较小的M5圆形连接器,通常包含两个、三个或四个触点,可以用于需要少量通道或空间需要小连接器大小的应用。一些制造商为特定应用设计的连接器系列,如食品工业,需要对高压冲刷和清洗化学品的特殊弹性。或者像铁路系统应用,受到持续冲击和振动和天气条件的影响。
圆形连接器可用于各种应用,包括连接信号、电、以及现场总线数据线等。因此,当在同一系统中使用不同类型时,可以使用不同的编码来防止错配。IEC 61076-2 M8/M12规范为信号传输、电源连接和以太网或现场总线数据连接指定了不同的编码。这些编码定义了引脚和配合凸耳的相对位置,并有助于防止连接器的配合错误。
除了M型圆形连接器一样,同轴型也值得考虑。例如,RCA音频连接器和3.5 mm插头型连接器,都是完善和熟悉的标准连接器。这些可以提供一种可靠和经济有效的方法来连接模拟信号,特别是与单声道或立体声音频声道。同样地,BNC连接器易于采购,并广泛应用于音频/视频行业以及电气测试和测量设备中。
矩形连接器
矩形亚微型D型连接器(D-subs)是一种经济和普遍存在的连接器类型,常用于工业和实验室设备。可提供线对板、表面安装(SMT)、通孔线对板和线对线版本,D-sub连接器覆盖的接触密度从9个针到100以上。D形界面可防止错配和折叠螺丝。挤压释放锁闩可以防止不必要的断开,即使是在恶劣的情况下,比如在火车或飞机上可能遇到的断开。可选的功能包括提供干扰屏蔽的金属背面外壳。
D-sub 连接器
机械完整性
必须确保连接在任何时候都是可靠的。许多因素可能会威胁到连接的完整性,包括冲击和振动、腐蚀和人为干扰。
例如,M型和圆形连接器上的锁紧环易于使用,可防止两个连接器半分离。提供有效保护,防止因高冲击或振动负荷而未配合,也防止不合格或未经授权的个人操作使得意外断开。
BNC连接器的特点是一个卡口连接,可以确保安全,而RCA,¼英寸,和3.5毫米插头与插座中的固定弹簧接合。
电气特性
工业应用中传感器常用的模拟信令标准包括0-10V、0-5V、1-5V、2-10V和4-20 mA等。虽然这些有各种电气方面的优点和缺点,如易于检测电压信号,以及用于4-20 mA信号的相同两条电线为传感器供电,但它们对连接器选择的影响最小。然而,当连接器配合时,低欧姆接触电阻有助于保持电流和电压信号的完整性。值得注意的是,连接器系统有时被设想为同时处理电源和数字信号的混合传感器,这有助于简化布线和增强整体外观。
环境公害
M8和M12圆形连接器为工业应用设计,防水IP等级可达IP67和IP69K。在户外环境中使用,可能会有各种危险,比如偶尔的飞溅到大雨或洪水。虽然密封可以防止湿气和其它污染物的进入,如灰尘可能干扰电气连接,但主要品牌提供的连接器系统通常包含镀金针用于腐蚀环境和低欧姆接触阻力的应用。
此外,设备设计人员可以选择经济和坚韧的塑料外壳,或提供抗压性能、热保护和固有屏蔽等优点的金属材料。
连接器系统
在整个机柜、产品系列或现场安装中指定单个连接器系统有几个优点。首先,该系统通常会提供适合不同布线需求的配置。这些连接器包括用于在线电缆安装、面板安装、线到板连接和其它直角方向的连接器。从同一个组合中选择连接器可以给线路提供高质量、有序的外观。
来自同一系列的连接器可能具有特殊的功能,如360屏蔽,在配合时保持跨连接器的两个部分的连续性。其它有价值的属性包括在现场轻松组装连接器的特点,理想情况下不需要特殊的工具,使用同一个系统可以使维修和升级更加精简。
选择一个首选的连接器系统还可以简化采购和库存管理,并可实现规模经济。此外,供应商通常可以提供现成的或定制的电缆,预组装与所需的连接器,经过测试并使用。应始终考虑产品寿命,确保更换部件可用于未来的设备维护和维修。
工业连接器,如圆形、D型和同轴连接器是连接模拟传感器的好选择。这些连接器可以相对容易地处理典型的信号幅度和速度。为了为给定的应用选择正确的连接器,设计师需要考虑诸如安装和维修、环境危害和断开风险等因素。然而,来自领先制造商的高质量连接器系统提供了鲁棒性能来面对这些挑战。