ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมและสายเคเบิล
2022-12-08
มีพินหรือหน้าสัมผัสหลายตัวสำหรับถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้า สัญญาณ หรือข้อมูล คอนเนคเตอร์แบบวงกลมเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าทรงกระบอกขนาดต่าง ๆ กันซึ่งได้รับการออกแบบมาให้ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงต่าง ๆ เรียกอีกอย่างว่าการเชื่อมต่อระหว่างกันแบบวงกลม โครงสร้างแบบวงกลมช่วยเพิ่มความทนทานและต้านทานต่อการสั่นสะเทือนและความเสียหายจากแรงกระแทก สัญญาณหรือการรบกวนจากภายนอก การรุกล้ำจากสิ่งแทรกแซงที่อยู่ในสิ่งแวดล้อม และความดันหรืออุณหภูมิที่สูงมาก
เนื่องจากประสิทธิภาพสูงในสภาวะสุดขั้วเช่นนี้ คอนเนคเตอร์และสายเคเบิลแบบวงกลมจึงมีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมและโรงงานอัตโนมัติ การใช้งานอุปกรณ์ทางการแพทย์ ระบบรักษาความปลอดภัยและการป้องกัน การบินและอวกาศ และอื่น ๆ ตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมครอบคลุมการนำเสนอผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายตั้งแต่ตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมมาตรฐานไปจนถึงรุ่น DIN, เมตริก, Hermetic, Push-Pull, Keyed, Mixed Signal และ Micro หรือ Nano นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกแบบไฮบริดที่รวมพลังงาน สัญญาณ และข้อมูลไว้ในอุปกรณ์เครื่องเดียว บทความนี้จะมุ่งเน้นไปที่ตัวเชื่อมต่อและสายเคเบิลแบบวงกลมมาตรฐานเป็นหลัก รวมถึงโครงสร้างพื้นฐาน การกำหนดและรหัส เกณฑ์การเลือก และอื่น ๆ
โครงสร้างตัวเชื่อมต่อแบบวงกลม
ด้วยรูปทรงกระบอก คอนเนคเตอร์แบบวงกลมจึงมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงกว่าคอนเนคเตอร์รูปทรงอื่น ๆ ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยเพิ่มความทนทานต่อความเสียหายจากการกระแทก องค์ประกอบภายนอก และการหลุดแยก ในขณะเดียวกันก็ให้ความทนทานในการใช้งานที่มีรอบการ mating บ่อยครั้ง
จำนวนของหน้าสัมผัสภายในรวมถึงเค้าโครงของหน้าสัมผัสเหล่านั้นจะแตกต่างกันไปตามตัวเชื่อมต่อและประเภทแอปพลิเคชัน เพื่อให้แน่ใจว่าการจัดตำแหน่งและการเสียบที่ถูกต้องในอุปกรณ์จับคู่ที่เข้ากันได้ เปลือกคอนเนคเตอร์แบบวงกลมมักสร้างด้วยเกลียวเพื่อให้สามารถเชื่อมต่อแบบสกรูเข้าได้อย่างปลอดภัยมากขึ้น ซึ่งการสั่นสะเทือนหรือปัจจัยอื่น ๆ อาจทำให้เกิดการแยกส่วนที่ไม่พึงปรารถนา ระบบการเชื่อมต่อประเภทอื่น ๆ ได้แก่ การล็อกด้วยตัวล็อคแบบดาบปลายปืน การล็อคแบบกด/ดึง และการล็อคแบบสแนป
จากระดับสูง คอนเนคเตอร์แบบวงกลมแต่ละอันประกอบด้วยสี่ส่วนหลัก (รูปที่ 1 และ 2):
รูปที่ 1: โครงสร้างพื้นฐานของตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมตัวเมีย (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)
- หน้าสัมผัส : พินและซ็อกเก็ตภายในที่อยู่ในตัวเชื่อมต่อที่ใช้เพื่อสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า คู่ mating ประกอบด้วยหน้าสัมผัสตัวผู้และซ็อกเก็ตตัวเมีย
- ฉนวน: ส่วนประกอบนี้ห่อหุ้มหน้าสัมผัสและฉนวนออกจากกันและเปลือกของขั้วต่อ นอกจากนี้ยังมีระยะห่างที่เหมาะสมของหน้าสัมผัสและถือไว้ในตำแหน่งที่ถูกต้อง
- กรอบ: ในฐานะที่เป็นฝาครอบด้านนอกของคอนเนคเตอร์ กรอบจะปกป้องหน้าสัมผัสและฉนวนในขณะที่ให้กลไกการจัดตำแหน่งและการเชื่อมต่อสำหรับการจับคู่คอนเนคเตอร์สองซีก
- อุปกรณ์เสริม: สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงพิน กุญแจ แหวน แคลมป์ ปะเก็น และส่วนประกอบเพิ่มเติมที่ใช้เพื่อนำทาง ยึดตำแหน่ง และซีลส่วนต่าง ๆ ของตัวเชื่อมต่อ
รูปที่ 2: โครงสร้างพื้นฐานของตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมตัวผู้ (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)
การกำหนดและรหัสตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมทั่วไป
บางทีคอนเนคเตอร์กลมประเภทที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดคือมาตรฐานสไตล์ M ที่ใช้สำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์และแอคทูเอเตอร์ในแอปพลิเคชันเครือข่ายอุตสาหกรรม “M” เรียกง่าย ๆ ว่าขนาดของเกลียวเมตริกบนน็อตข้อต่อและเต้ารับเข้าคู่ ซึ่งทำให้เรามีคอนเนคเตอร์ประเภท M5 (ตัวยึดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 มม.) M8 (8 มม.) และ M12 (12 มม.) ทั่วไป คอนเนคเตอร์กลมและสายเคเบิล M12 เป็นประเภทที่พบมากที่สุดเนื่องจากเป็นมาตรฐานระดับโลกสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์
โดยรวมแล้ว คอนเนคเตอร์สไตล์ M ยังแบ่งออกเป็นหลายประเภทซึ่งกำหนดคีย์และรูปร่างของคอนแทคเลนส์เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเชื่อมต่อที่เหมาะสม การกำหนดและรหัสเหล่านี้กำหนดไว้ดังนี้ (รูปที่ 3):
- A – คอนเนคเตอร์สำหรับเซนเซอร์, ไฟ dc และ 1 Gbit Ethernet (โปรโตคอลสำหรับเชื่อมต่อระบบคอมพิวเตอร์เพื่อสร้างเครือข่าย)
- B – ตัวเชื่อมต่อสำหรับ Fieldbus (เครือข่ายคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรมสำหรับการควบคุมแบบกระจาย) และ Profibus (มาตรฐานเครือข่ายดิจิทัลที่ให้การสื่อสารระหว่างเซ็นเซอร์ภาคสนามและระบบควบคุม)
- C – ตัวเชื่อมต่อที่มีรูกุญแจคู่เพื่อเพิ่มความปลอดภัย ใช้สำหรับไฟ ac สำหรับเซ็นเซอร์และแอคชูเอเตอร์
- D – ตัวเชื่อมต่อสำหรับระบบ 100 Mbit Ethernet และ Profinet (โปรโตคอลสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างตัวควบคุมและอุปกรณ์)
- X – ตัวเชื่อมต่อสำหรับแอพพลิเคชั่นความเร็วสูง 10 Gbit Ethernet รวมถึงจ่ายไฟผ่านอีเธอร์เน็ต (PoE)
- S – ขั้วต่อสำหรับไฟ ac (เปลี่ยนสำหรับชิ้นส่วนรหัส C)
- T – คอนเนคเตอร์สำหรับไฟกระแสตรง (สำหรับเปลี่ยนสำหรับชิ้นส่วน A – อะไหล่ที่เข้ารหัส)
รูปที่ 3: ภาพรวมทั่วไปของตัวเลือกอินเทอร์เฟซต่าง ๆ สำหรับขั้วต่อแบบ M (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)
เกณฑ์การเลือกตัวเชื่อมต่อแบบวงกลม
มีรายการข้อมูลจำเพาะและข้อควรพิจารณามากมายเกือบไม่รู้จบเมื่อเลือกคอนเนคเตอร์กลมและ/หรือสายเคเบิลสำหรับการออกแบบ นอกเหนือจากการตัดสินใจว่าขั้วต่อพลาสติกแบบกลม (CPC) หรือขั้วต่อเปลือกโลหะแบบกลม (CMC) เหมาะสมกว่ากัน ต่อไปนี้เป็นรายการพารามิเตอร์ที่ค่อนข้างครอบคลุมที่ควรพิจารณา:
- เพศ (ตัวผู้/ตัวเมีย): ปลายตัวผู้รวมขาสัมผัสที่เสียบเข้ากับซ็อกเก็ตตัวเมีย (รูปที่ 4 และ 5) ปลั๊กและเต้ารับส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบมาเพื่อจับคู่ภายในแบรนด์หรือผู้ผลิตของตนเอง คอนเนคเตอร์จากผู้ผลิตหลายรายมักจะไม่เชื่อมต่อถึงกัน ดังนั้นโดยทั่วไปแล้ว ตัวเชื่อมต่อจะถูกจัดหามาเป็นคู่ที่จับคู่กัน
รูปที่ 4: การ mating ของคอนเน็กเตอร์แบบวงกลมตัวผู้และตัวเมีย (แหล่งที่มารูปภาพ: Same Sky)
- จำนวนหน้าสัมผัส: จำนวนพินนำไฟฟ้าในตัวเชื่อมต่อที่ต้องใช้เพื่อส่งสัญญาณ ข้อมูล หรือกำลังไฟ ตัวเลขนี้มีตั้งแต่ 1 ถึงหลักร้อย
- ขั้ว: ลวดหรือสายเคเบิลจะเชื่อมต่อกับหน้าสัมผัสนำไฟฟ้าในขั้วต่อได้อย่างไร รวมถึงการบัดกรี การพันลวด การดึงหรือการย้ำ
- ขนาดหน้าสัมผัส: เส้นผ่านศูนย์กลางของหน้าสัมผัสแต่ละเส้นหรือเกจของเส้นลวดที่สามารถจับคู่กับหน้าสัมผัสแต่ละหน้าได้
- พิกัดแรงดันและกระแส: แรงดันไฟฟ้าสูงสุด แสดงเป็นโวลต์ (V) หรือกระแสไฟฟ้า แสดงเป็นแอมป์ (A) ที่ขั้วต่อได้รับการออกแบบมาให้ใช้งานได้
- ความถี่ในการสอดแทรก: ตัวเชื่อมต่อจะเชื่อมต่อและตัดการเชื่อมต่อบ่อยเพียงใด หรือที่เรียกว่ารอบการ mating ความถี่ของการเชื่อมต่ออาจต้องใช้ขั้วต่อหรืออุปกรณ์เสริมป้องกันสายเคเบิลที่แข็งแรงมากขึ้น
- สไตล์การติดตั้ง: ตัวเลือกการติดตั้งทั่วไป ได้แก่ ตัวยึดสายเคเบิล ตัวยึดแผง หรือตัวยึดพื้นผิว
- รูปแบบการ mating หรือการล็อค: เสนอการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยของตัวเชื่อมต่อและสามารถรวมดาบปลายปืน สลัก กดดึง เธรด และตัดการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็ว
- ประเภทแบ็คเชลล์: เกลียวที่ด้านสายเคเบิลของคอนเนคเตอร์แบบวงกลมเพื่อให้รองรับสายเคเบิลได้อย่างปลอดภัย ประเภทแบ็คเชลมีทั้งแบบตรง มุมฉาก หางถักเปีย สปริง สายรัดแบบซีล และแบบจีบ
- วัสดุที่ใช้: วัสดุทั่วไปที่ใช้สำหรับตัวคอนเนคเตอร์ ได้แก่ เหล็กกล้าไร้สนิม อะลูมิเนียม พลาสติก คอมโพสิต หรือทองเหลือง ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดและงบประมาณในการออกแบบ
- การป้องกันทางเข้า:การจัดอันดับ IP ถูกกำหนดโดยมาตรฐาน IEC 60529 ซึ่งครอบคลุมการป้องกันของแข็งและของเหลวที่เข้าสู่ตัวขั้วต่อ ANSI 60529 ครอบคลุม IP ในสหรัฐอเมริกา และ EN 60529 ครอบคลุมในยุโรป
- ปลั๊กและซ็อกเก็ต: ไม่มีแบบแผนการตั้งชื่อมาตรฐาน ดังนั้นผู้ผลิตแต่ละรายอาจใช้คำอื่น แต่โดยทั่วไปแล้วซ็อกเก็ตและแจ็คจะเกี่ยวข้องกับตัวเชื่อมต่อแบบกลมที่ติดตั้งบนแผงควบคุม ในขณะที่ปลั๊กเกี่ยวข้องกับชุดสายเคเบิลของตัวเชื่อมต่อแบบกลม
รูปที่ 5: วิธีกำหนดแจ็คและปลั๊กของเพศต่าง ๆ (แหล่งรูปภาพ: อุปกรณ์ CUI)
สรุป
คอนเนคเตอร์จะสัมผัสกับสารปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมหรือจุ่มน้ำหรือไม่ คอนเนคเตอร์ต้องการการป้องกันจากสัญญาณ EMI หรือ RFI หรือไม่ คอนเนคเตอร์จะได้รับการสั่นสะเทือนมากเกินไปหรือมีการกระแทกบ่อยครั้งหรือไม่ คำตอบของแต่ละข้อจะช่วยกำหนดคุณภาพ คุณสมบัติ และอุปกรณ์เสริมที่จำเป็น แต่ไม่ว่าอย่างไรก็ตาม ตัวเชื่อมต่อแบบวงกลมได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นโซลูชันการเชื่อมต่อระหว่างกันที่เชื่อถือได้และทนทานเมื่อต้องรับมือกับสภาวะการใช้งานที่สมบุกสมบัน Same Sky นำเสนอผลิตภัณฑ์ คอนเนคเตอร์แบบวงกลม ที่หลากหลายและชุดสายเคเบิลแบบวงกลม ที่สามารถตอบสนองความท้าทายด้านการออกแบบเหล่านี้ได้
Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of DigiKey or official policies of DigiKey.