Rodzaje i zastosowanie czujników zbliżeniowych

Dodano: 2021 2 9, Tue


Trudno dziś wyobrazić sobie nowoczesne układy automatyki bez zaawansowanych czujników zbliżeniowych. Takie elementy pełnią kluczową funkcję w wielu urządzeniach, a ich zastosowanie ograniczone jest właściwie tylko pomysłowością inżynierów.

XXI wiek to nie tylko gwałtowny rozwój komputerów i informatyki, ale również automatyki. Coraz bardziej zaawansowane urządzenia potrzebują jednak coraz więcej różnego rodzaju sensorów. Wśród nich znajdziemy zarówno proste czujniki, których podstawowym zadaniem jest sygnalizowanie obecności, jak i bardzo zaawansowane sensory do przetwarzania trójwymiarowego obrazu. Automatyka wykorzystuje jednak najpowszechniej czujniki zbliżeniowe. Ich podstawowym zadaniem jest sygnalizowanie obecności obiektu w sposób bezdotykowy. Najpopularniejsze rodzaje czujników zbliżeniowych wymieniamy poniżej.

Czujniki zbliżeniowe w Onninen


Czujniki indukcyjne

Pierwsze modele takich czujników pojawiły się już w 60. latach XX wieku i do dziś należą do najchętniej montowanych w układach automatyki. Tego rodzaju czujniki (np. Truck BI2-EG08-AN6X-V1131) doskonale sprawdzają się, gdy konieczne jest wykrycie elementu wykonanego z metalu w bardzo małej odległości od sensora. Indukcyjne czujniki zbliżeniowe mogą różnić się obudową i jej rodzajem, ale poza tym składają się z następujących głównych części:

  • cewka,
  • oscylator,
  • obwody detekcji,
  • obwody wyjściowe.

W takich czujnikach prąd zmienny wytwarzany jest przez oscylator, a następnie przechodzi przez cewkę, generując pole magnetyczne. To właśnie od kierunku zamontowania cewki zależy, gdzie usytuowana jest powierzchnia aktywna czujnika. Gdy metalowy obiekt pojawia się w polu detekcji czujnika, wytwarza pole magnetyczne skierowane przeciwnie do pola generowanego przez cewkę. To powoduje zmniejszenie się amplitudy oscylacji i wykrywane jest przez obwód detekcji. W ten sposób zostają aktywowane obwody wyjściowe.

Obudowy czujników indukcyjnych mogą być bardzo różne, ale najpopularniejsze i najczęściej kupowane to sensory cylindryczne (np. XSAV11373 SCHNEIDER). Indukcyjne czujniki zbliżeniowe mogą wykrywać różnego rodzaju metale.

Czujniki laserowe i optyczne

Kolejny rodzaj czujników zbliżeniowych zalicza się do sensorów fotoelektrycznych, w których źródłem światła są na przykład diody laserowe (np. Banner QS18VP6LAF). Często producenci stosuje modulację wiązki światła, co znacznie zmniejsza zakłócenia i pobór energii. Najczęściej znajdziemy na rynku laserowe czujniki zbliżeniowe, w których nadajnik jest zespolony ze źródłem światła, chociaż zdarzają się także modele z odrębnymi modułami. Dzięki czujnikom laserowym możliwe jest wykrywanie nawet bardzo małych obiektów i wręcz ich minimalnych przemieszczeń. Tego rodzaju czujniki reagują błyskawicznie, a do tego charakteryzują się bardzo dużym zasięgiem detekcji. Z drugiej strony problemem może być wysoka wrażliwość laserowych czujników na zanieczyszczenia. Na rynku możemy znaleźć sensory laserowe korzystające z bezpośredniego odbicia od obiektu, korzystające z odbicia od reflektora na obiekcie (obiekt wykrywany, gdy przesłoni emitowaną wiązkę światła), wykorzystujące odbicie światła spolaryzowanego (reaguje tylko na wiązkę z ustalonego wcześniej kierunku, a pozostałe wiązki są ignorowane). Niektóre modele działają z wykorzystaniem tzw. bariery (oddzielone od siebie nadajnik i odbiornik). Detekcja obiektu następuje wtedy, gdy ten obiekt przerwie wiązkę między dwoma modułami. Na rynku dostępne są również czujniki optyczne , które zamiast diody laserowej wykorzystują diody LED (np. XUX1ARCNT16 SCHNEIDER), ale ich zasada działania jest podobna jak w wersji laserowej.

Czujniki ultradźwiękowe

Czujniki ultradźwiękowe to zdecydowanie młodsze o co najmniej 30 lat rozwiązanie niż na przykład czujniki optyczne lub indukcyjne. W sensorach ultradźwiękowych (np. Banner QS18UPAQ8) fala ultradźwięków emitowana jest w kierunku wykrywanych obiektów. Gdy ta fala natrafi rzeczywiście na obiekt, odbija się od niego i wraca do czujnika. W tym przypadku problem polega jednak na tym, że ultradźwięki mogą odbić się także od obiektów, które nie są przedmiotem pomiaru (na przykład obudowa maszyny). Aby zatem uniknąć zafałszowania pomiaru, liczony jest czas, jaki mija od wysłania do odbioru fali. Gdy ten czas jest krótszy od wcześniej założonego, czujnik uzna, że wykrył obiekt, gdy jest dłuższy – odbicie nastąpiło od maszyny lub ściany. Czujniki ultradźwięków mają bardzo wiele zalet, m.in. odporne są nawet na duże zabrudzenia, mogą pracować zanurzone w cieczy, wykrywają różnego rodzaju obiekty.

Czujniki magnetyczne

Czujniki magnetyczne (np. Electronic MZ070186) należą do jednych z najprostszych sensorów zbliżeniowych. Ich zasada działania polega na sterowaniu stykami pod wpływem pola magnetycznego, którego źródłem może być elektromagnes lub magnes stały. W zależności od modelu czujnika styki mogą być przystosowane do przewodzenia małych prądów lub do dużych obciążeń indukcyjnych. W przeciwieństwie do innych czujników zbliżeniowych sensory magnetyczne charakteryzują się nieskomplikowaną budową, nie ma tam elektroniki, która mogłaby się zepsuć. Takie czujniki mają także dużą wytrzymałość na przeciążenia i przepięcia, a sensory można stosować w różnych układach automatyki (np. do siłowników pneumatycznych). Należy jednak liczyć się z małą czułością takich czujników oraz z koniecznością stosowania magnesów lub elektromagnesów.

Czujniki pojemnościowe

Czujniki pojemnościowe (np. L80. CDWM3020ZPM SELS) można wykorzystać zarówno do wykrywania metalicznych obiektów, jak i przeszkód innego rodzaju (woda, drewno, plastik itp.). Szczególnie możliwość wykrywania obiektów z tworzyw sztucznych sprawia, że czujniki pojemnościowe chętnie są montowane w układach automatów pakujących, ale używa się ich również na przykład do detekcji napełnienia zbiornika cieczą itd. Tego rodzaju sensor działa na zasadzie pomiaru zmiany pojemności między obiektem a czujnikiem. W ten sposób powstaje kondensator, którego pojemność zależy od odległości między obiektem a sensorem. Gdy w polu detekcji pojawia się obiekt, wzrasta pojemność kondensatora, co daje sygnał oscylatorowi do pracy. To, czy częstotliwość spadła, czy wzrosła, wykrywane jest przez obwód detekcji i uruchamia wzmacniacz zasilający styki przekaźnika.

Dużą zaletą czujników pojemnościowych jest możliwość łatwego ustawiania ich czułości (dystansu roboczego). Ta czułość zależy od rozmiaru czujnika, a także od tego, z jakiego materiału został wykonany wykrywany obiekt.

Na rynku można wybierać w różnych rodzajach czujników zbliżeniowych, a producenci prześcigają się w innowacyjnych rozwiązaniach konstrukcyjnych. To sprawia, że można bez problemu dobrać odpowiedni sensor do danego układu automatyki i w pełni wykorzystać jego możliwości.

Zobacz czujniki zbliżeniowe w sklepie