Jak vybrat správný přibližovací senzor – návody k nákupu DirectIndustry

Senzor přiblížení, nazývaný také detektor, umožňuje detekovat přítomnost objektu v těsné blízkosti, aniž byste se ho museli dotknout. Pro detekci přítomnosti nebo nepřítomnosti objektu se používají především následující typy senzorů:

• Induktivní
• Kapacitní
• Magnetický
• Ultrazvukové
• Optický

Jak vybrat bezkontaktní senzor?

• Jaký je detekovaný objekt: pevný, kapalný, zrnitý, kovový atd.?
• Jaká je vzdálenost mezi senzorem a objektem?
• Jaký tvar má detekovaný objekt?

Технология	Induktivní	kapacitní	Magnetický	Ultrazvukové	Oční optika
Vzdálenost	< 80 mm	< 60 mm	< 100 mm	< 15 m	< 200 m
Cena	30-200 €	100-200 €	20-120 €	200-1000 €	60-300 €
materiály	Kovové části	Jakékoliv materiály	Magnetické díly	Jakékoli materiály v jakékoli formě (pevné, kapalné atd.)	Detaily s displejem z objektu

Jaké jsou výhody výběru indukčního senzoru přiblížení?

Indukční snímače přiblížení jsou nejrozšířenější na trhu. Obsahují oscilační obvod, který generuje elektromagnetické pole. Detekují jakoukoli kovovou část, která je v jejich blízkosti, protože se na ní objevují indukované proudy, což snižuje vibrace, tyto informace jsou čteny senzorem. Hlavní vlastnosti indukčního snímače jsou:

• Jeho použití je omezené kovové části
• Relativně nízká vzdálenost : až 80 mm, vzdálenost se liší v závislosti na typu slitiny.
• Nízká cena : Stojí polovinu ceny optického senzoru.
• Odolné a stabilní na drsné podmínky prostředí, necitlivé na otřesy a vibrace, prach atd.
• Frekvence spínání je dostačující vysoký (několik kHz), což umožňuje řídit průchod dílů vysokou rychlostí i při rotaci.
• Pohyblivé části se neopotřebovávají

APLIKACE

Indukční snímače se používají v obráběcích strojích, textilních strojích, automobilovém průmyslu, montážních linkách atd. Používají se k detekci kovových částí v obtížných prostředích a tam, kde je třeba zkontrolovat rychle se pohybující části.

Jaké jsou výhody volby kapacitního senzoru přiblížení?

Princip činnosti kapacitních snímačů přiblížení je podobný principu činnosti indukčních snímačů. Elektromagnetické pole je generováno kondenzátorem umístěným na přední straně snímače. Blížící se objekt mění intenzitu a frekvenci vibrací. Na rozdíl od indukčních senzorů, kapacitní senzory detekují nejen kovové předměty, jsou určeny pro všechny druhy předmětů a materiálů libovolného tvaru (pevné, kapalné, viskózní, práškové atd.). Hlavní vlastnosti kapacitního snímače jsou:

• Nízká vzdálenost : < 60 mm
• Cena je o něco vyšší než u indukčního snímače
• Používá se pro díly jakéhokoli typu a z jakýchkoliv materiálů
• Schopný nalézt předmětů přes nekovové přepážky
• Citlivý na vlhkost a husté páry
• Široký použitý pro stanovení úrovně (např. přes plastové lahvičky) a pro detekci průhledných materiálů na krátké vzdálenosti
• Nepodléhá mechanickému opotřebení, životnost nezávisí na intenzitě používání
• Vhodné pro průmyslové prostředí (znečištěná atmosféra)
• Vysoký výkon

ПРИМЕРЕНИЕ:

Kapacitní senzory se používají na balicích linkách, balírnách a tam, kde se hladiny náplně měří přes plastové nebo skleněné stěny.

Jaké jsou výhody výběru magnetického senzoru přiblížení?

Tento snímač, známý také jako snímač Hallova jevu, pracuje na podobném principu jako indukční snímače. Magnetický senzor přiblížení také obsahuje kovovou skleněnou čepel, která velmi rychle magnetizuje v těsné blízkosti magnetu a stejně rychle se demagnetizuje v nepřítomnosti magnetu. Magnetický detektor pracuje na velkou vzdálenost, vzhledem k jeho relativně malé velikosti. Část, která má být detekována, musí mít magnet nebo být zmagnetizovaná. Hlavní vlastnosti magnetického senzoru jsou:

• Používá se pro magnetizované díly nebo díly s magnetem
• Nízká cena
• Umožňuje detekovat objekty přes neferomagnetickou bariéru
• Odolné vůči vibracím a nečistotám
• Neopotřebovává se
• Mezi měřeným objektem a obvodem lze uvažovat o galvanickém oddělení.

Jaké jsou výhody volby ultrazvukového bezkontaktního senzoru?

Princip činnosti ultrazvukových bezkontaktních snímačů je založen na vyzařování a příjmu vysokofrekvenčních ultrazvukových vln (asi 200 kHz). Návrat vlny detekuje přítomnost objektu a měří vzdálenost, ve které se nachází (měřením času, který vlna potřebuje k dokončení kruhového objezdu). Tyto ultrazvukové senzory lze použít pro přímou detekci nebo ve světelné závorě. Hlavní vlastnosti ultrazvukového senzoru jsou:

• Detekuje jakékoli předměty (prášek, kov, pevné látky, kapaliny, čiré sklo, plast, lepenka, dřevo atd.)
• Pracuje na vzdálenost několika metrů (15m)
• Necitlivé na podmínky prostředí
• Doba odezvy je omezená rychlost šíření zvuku vzduchem.
• Relativně vysoká cena (od 200 do 1 000 €).
• Citlivé na průvan a do teplota (-10 °C až 50 °C)
• Nedetekuje tlumiče zvuku (vatu, pěnu atd.)

APLIKACE

Tento senzor je spíše navržen pro řešení velmi specifických problémů: detekce na velkou vzdálenost v obtížných podmínkách, detekce průhledných nebo vysoce reflexních objektů atd.
Ultrazvukové senzory lze instalovat například na dopravníky pro detekci lahví nebo obalů. Používají se také v případě, kdy je nutné určit hladinu kapaliny (lahve) nebo granulí (násypky).

Jaké jsou výhody výběru optického senzoru přiblížení?

Tento snímač je na trhu poměrně široce zastoupen. Jeho provoz je založen na optickém principu. Detekuje objekt, když je paprsek světla buď zeslaben nebo přerušen objektem, který jím prochází. V závislosti na objektu procházejícím světelným paprskem a detekční vzdálenosti jsou možné různé konfigurace:

• Typ – potlačení paprsku: vysílač a přijímač jsou od sebe odděleny
• Typ – odraz: světelný paprsek se odráží od předmětu a dopadá na přijímač
• Typ – přímý odraz: když se světlo jednoduše odráží od předmětu.

Optické senzory přiblížení, citlivé na znečištění, nabízejí důležité výhody:

• Detekuje jakékoli předměty (včetně průhledných materiálů)
• Jsou nejmocnější z hlediska detekční vzdálenost : Detekují předměty do vzdálenosti 200 m.

ПРИМЕРЕНИЕ:

Optické senzory se používají pro detekci dílů v textilu, robotice, výtazích a obecném stavebnictví. Uplatnění nacházejí také při manipulaci s materiálem a přepravě. Používají se také pro úkoly, které vyžadují detekci osob, vozidel nebo zvířat.

Jak vybrat správný hladinoměr

• Kde se používají hladinoměry?
• Jaké technologie se používají v hladinoměrech?
• Jaká kritéria zvážit při výběru hladinoměru?

Rozsah použití bezkontaktních senzorů přiblížení se neustále rozšiřuje. Lze je nalézt v široké škále aplikací: lékařská zařízení, automatizované průmyslové linky, domácí spotřebiče. Tento článek je věnován popisu základních principů činnosti kapacitních a indukčních snímačů a také přehledu bezkontaktních snímačů řady PRDCM a CR od Autonics.

Co mají společného induktosyn frézky, dotyková obrazovka smartphonu, senzor dveří auta a automatické světlo? Odpověď je celkem jednoduchá – všechny uvedené aplikace využívají senzory přiblížení.

Senzory přiblížení jsou prvky, které umožňují detekovat přítomnost, přiblížení nebo odstranění různých objektů. Jedná se o poměrně širokou třídu zařízení, které lze rozdělit do skupin podle různých charakteristik (obrázek 1).

Obrázek 1 – Typy senzorů přiblížení

Podle typu interakce s objektem se senzory přiblížení dělí na kontaktní a bezkontaktní.

Dobrými příklady kontaktních senzorů jsou koncové spínače (např. senzory zavírání dveří v autech).

Kontaktní snímače mohou vykonávat nejen funkci zapnutí/vypnutí, ale také určovat polohu předmětu, například odporové snímače hladiny paliva. Pro ně je výstupem analogový signál – hodnota odporu úměrná hladině kapaliny.

Výhodou kontaktních snímačů je jejich jednoduchost konstrukce a použití. Mezi jejich nevýhody lze zaznamenat přítomnost mechanických pohyblivých částí a ve většině případů nemožnost vytvořit vysokou úroveň ochrany proti prachu a vlhkosti. To má za následek snížení životnosti. Bezkontaktní snímače mají mnohem delší životnost a maximální ochranu před negativními vlivy vnějšího prostředí.

Bezkontaktní snímače zahrnují dvě skupiny: snímače polohy a spínače. Hlavní funkcí bezkontaktních spínačů je reléové spínání stavu výstupu při detekci objektu. Snímače polohy generují na výstupu signál, který závisí na vzdálenosti od objektu.

Každá skupina obsahuje senzory s různými technologiemi detekce: indukční, kapacitní a fotoelektrické.

Tento článek je věnován bezkontaktním indukčním a kapacitním spínačům od Autonics. V první části článku je uveden obecný popis principu jejich fungování a struktury. Následuje analýza jejich hlavních charakteristik a vlastností. Závěrečná část obsahuje přehled dvou řad přepínačů Autonics: indukční PRDCM a kapacitní CR.

Konstrukce a princip činnosti indukčních a kapacitních snímačů přiblížení

Kapacitní a indukční senzory jsou schopny detekovat přítomnost předmětu bez přímého kontaktu s ním. Indukční spínače jsou v tomto případě citlivé pouze na kovové předměty, zatímco kapacitní spínače jsou schopny detekovat jakékoli předměty, jejichž dielektrická konstanta se liší od vzduchu (například voda, dřevo, kov, plast atd.). Podívejme se na princip fungování každého senzoru zvlášť.

Hlavním prvkem indukčního snímače je indukční cívka (obrázek 2). Je připojen ke generátoru. Střídavé elektrické napětí na jeho svorkách způsobuje střídavé magnetické pole. Siločáry budou kolmé na směr proudu v závitech cívky.

Obrázek 2 – Princip činnosti indukčního snímače přiblížení

Pokud v blízkosti cívky nejsou žádné kovové předměty, magnetické siločáry jsou ve vzduchu uzavřeny. A amplituda elektrických oscilací bude maximální.

Pokud se kovový předmět přiblíží k cívce, začne se přes něj uzavírat stále větší část elektrického vedení. Začne se zvyšovat indukčnost cívky. Tento proces je podobný procesu vkládání jádra. V tomto případě zvýšení indukčnosti povede ke snížení amplitudy a/nebo frekvence kmitů.

Pokud je takový systém vybaven detektorem, pak lze změnu amplitudy signálu využít k posouzení přítomnosti kovového předmětu, jeho přiblížení nebo odstranění.

Činnost kapacitního snímače, jak název napovídá, je založena na použití kapacitních spojení. Samotný senzor je v podstatě jednou z desek prostorového kondenzátoru. Druhou výstelkou je země. Vzduch působí hlavně jako dielektrikum. Protože dielektrická konstanta vzduchu je malá (ε=1), kapacita takového kondenzátoru není velká. Pokud se k senzoru začne přibližovat předmět s vyšší hodnotou ε, začne se zvyšovat celková kapacita (obrázek 3).

Obrázek 3 – Princip činnosti kapacitního snímače přiblížení

Velikost kapacity lze tedy použít k posouzení přítomnosti objektu, jeho přiblížení nebo vzdálenosti. Materiálem předmětu může být v tomto případě prakticky cokoliv, důležitá je pouze hodnota jeho dielektrické konstanty.

Obvykle se měření provádějí pomocí obvodů, které převádějí kapacitu na frekvenci nebo amplitudu oscilací, které se měří pomocí detektoru. V důsledku toho jsou stejně jako v případě indukčního snímače vyžadovány dva povinné prvky: generátor a detektor (obrázek 4).

Obrázek 4 – Strukturní schémata senzorů přiblížení

Kapacitní a indukční spínače mají výstupní signál typu relé (zapnuto nebo vypnuto) (obrázek 5). Z tohoto důvodu má obvod snímače spínací prvek – spoušť, která je vybavena hysterezí pro zamezení falešného spuštění.

Obrázek 5 – Tvorba výstupních signálů spínačů

Podívejme se na hlavní charakteristiky bezkontaktních spínačů.

Hlavní vlastnosti a vlastnosti senzorů přiblížení

Uveďme stručný popis hlavních parametrů bezdotykových senzorů.

Snímací vzdálenost (mm). Jak je uvedeno výše, rozsah senzorů přiblížení je omezený. V blízkosti citlivého prvku snímače je pozorována významná změna naměřené kapacity a indukčnosti (obrázek 2, 3).

Snímač začne „cítit“ objekt pouze v poměrně blízkých vzdálenostech, srovnatelných s velikostí samotného senzoru. Tato zóna citlivosti se nazývá aktivní zóna. V případě indukčních snímačů určuje oblast nejvyšší hustoty magnetických siločar.

Snímací vzdálenost (mm). Po vstupu objektu do aktivní zóny senzor nespíná okamžitě, ale při dosažení určité prahové hodnoty, která je nastavena vnitřním triggerem s hysterezí.

Hystereze. Je nutné eliminovat falešné poplachy. V tomto případě se senzor zapíná a vypíná při různých úrovních vibrací.

Pracovní vzdálenost (vzdálenost nastavení), (mm) — vzdálenost, na kterou je zaručena detekce daného objektu.

V poslední definici byl použit termín „daný předmět“. Je potřeba další objasnění. Jde o to, že všechny uvedené charakteristiky nejsou striktně definovány. Jejich hodnotu ovlivňuje řada faktorů: materiál a velikost objektu, teplotní drift a technologické parametry samotného senzoru. Z tohoto důvodu jsou všechny uvedené charakteristiky měřeny pomocí konkrétního předmětu při normální teplotě (obvykle 20 nebo 25 °C).

Vliv materiálu a rozměrů detekčního objektu na parametry indukčních snímačů. Jak je znázorněno výše, přibližující se kovový předmět působí jako jádro pro snímací cívku. Je zřejmé, že materiál a tvar jádra má významný vliv na hodnotu indukčnosti.

Z tohoto důvodu se všechny jmenovité charakteristiky vztahují ke konkrétnímu objektu, který je vždy uveden v dokumentaci snímače. Typicky se jedná o čtvercovou železnou desku se stanovenými rozměry.

Pokud je zamýšleno použití jiného materiálu, pak je nutné použít redukční korekční faktor (tab. 1).

Tabulka 1 – Příklady redukčních faktorů pro indukční snímače

Materiál

Koeficient