Porady
Czujniki zbliżeniowe indukcyjne Contrinex, Panasonic, DataLogic do określenia z dużą dokładnością położenia innych elementów metalowych w zaawansowanych układach przemysłowych. Uzupełnij układy sterowania i automatyki o nowe czujniki indukcyjne zbliżeniowe!
Czujniki indukcyjne i wyłączniki zbliżeniowe to prawdziwi wszechstronni pomocnicy w automatyce. Reagują na zbliżenie większości metali, dzięki czemu mogą inicjować określone działania. Zakres ich zastosowań obejmuje m.in. pomiar prędkości obrotowej i odległości, kontrolę położenia oraz realizację złożonych procesów w automatyce przemysłowej.
W naszym poradniku przedstawiamy budowę i zasadę działania tych czujników, a także udzielamy praktycznych wskazówek dotyczących ich doboru.
Zasada działania indukcyjnych czujników zbliżeniowych opiera się na zjawisku indukcji elektromagnetycznej, które objawia się na dwa sposoby: z jednej strony cewka wytwarza pole elektromagnetyczne, gdy przepływa przez nią prąd; z drugiej – w cewce pojawia się prąd, gdy zbliża się do niej pole magnetyczne.
Odkrycie indukcji przypisuje się Michaelowi Faradayowi (1831 r.), natomiast James Clerk Maxwell opisał to zjawisko matematycznie jako prawo indukcji Faradaya.
W typowej konstrukcji indukcyjnego czujnika lub wyłącznika zbliżeniowego znajduje się cewka sterowana przez obwód rezonansowy – oscylator. W momencie, gdy do cewki detektora zbliża się obiekt metalowy, dochodzi do zmiany jej indukcyjności.
Powoduje to zmianę częstotliwości lub natężenia prądu w uzwojeniach. Takie sygnały można zarejestrować, wzmocnić, porównać z wartością progową i wykorzystać do przełączania zewnętrznego obwodu.
W celu wzmocnienia pola magnetycznego cewka może być wyposażona w rdzeń ferromagnetyczny, co dodatkowo zwiększa czułość urządzenia. Możliwe jest również zastosowanie cewki bez rdzenia – preferowane w sytuacjach, gdy konieczne jest objęcie większego obszaru detekcji.
Czujnik indukcyjny składa się przede wszystkim z pętli indukcyjnej lub cewki detekcyjnej. Zazwyczaj jest to uzwojenie z izolowanego przewodu nawiniętego na rdzeń o wysokiej przenikalności magnetycznej, najczęściej w formie pręta ferrytowo-ceramicznego. Ponieważ cewka detekcyjna jest połączona z kondensatorem, tworzy podstawowy obwód rezonansowy.
Pełny oscylator o określonej częstotliwości powstaje poprzez połączenie tego układu ze wzmacniaczem napięciowym lub prądowym, takim jak tranzystor czy komparator z końcówką mocy.
Pod wpływem przyłożonego napięcia w cewce powstaje wysokoczęstotliwy prąd zmienny. Generowane w ten sposób pulsujące pole magnetyczne indukuje prądy wirowe w pobliskich metalowych obiektach.
Im bliżej cewki detekcyjnej znajduje się obiekt i im wyższa jest jego przewodność elektryczna, tym większe są indukowane prądy wirowe. W rezultacie wytwarzane przez nie przeciwne pola magnetyczne silniej oddziałują na amplitudę i częstotliwość drgań.
W przypadku przewodników niemagnetycznych, takich jak aluminium, wzrost obciążenia prowadzi do osłabienia intensywności drgań. Dzieje się tak dlatego, że pole indukowane w obiekcie działa przeciwnie do pola źródłowego, zmniejszając wypadkową impedancję indukcyjną.
Jednocześnie częstotliwość drgań wzrasta. Wpływ ten jest jednak mniej wyraźny w przypadku materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej, takich jak żelazo. Wysoka przenikalność zwiększa indukcyjność cewki, a tym samym obniża częstotliwość rezonansową.
Schematyczna budowa
-
Pole magnetyczne
-
Powierzchnia aktywna
-
Cewka
-
Rdzeń ferrytowy
-
Oscylator
-
Komparator
-
Stopień mocy wyjściowej
-
Sygnał czujnika
Indukcyjny czujnik zbliżeniowy działa bezdotykowo i najczęściej wykorzystywany jest do pozycjonowania oraz wykrywania obiektów metalowych.
Zasięg detekcji takiego czujnika zależy od rodzaju metalu. Metale żelazne, takie jak stal czy żeliwo, umożliwiają większy zasięg wykrywania, natomiast metale nieżelazne, np. aluminium czy miedź, mogą go ograniczać nawet o 60%.
Indukcyjne czujniki zbliżeniowe znajdują szerokie zastosowanie m.in. w detektorach metali, sygnalizacji świetlnej, myjniach samochodowych oraz w wielu zautomatyzowanych procesach przemysłowych. Dzięki pracy bez kontaktu fizycznego są szczególnie przydatne w miejscach o utrudnionym dostępie lub narażonych na zanieczyszczenia.
Podłączenie
W przypadku indukcyjnych czujników zbliżeniowych stosuje się dwa podstawowe sposoby podłączenia: przewód z otwartym końcem lub złącze wtykowe. Najczęściej spotykane są wtyki M5, M8, M12 oraz M18 z trzypinowymi lub czteropinowymi stykami.
Odległość przełączania
Odległość przełączania oznacza dystans między obiektem a czujnikiem indukcyjnym, przy którym następuje jego zadziałanie. Im większy udział substancji ferromagnetycznych w obiekcie, tym wyższa czułość sensora i tym samym większa możliwa odległość przełączania.
Rodzaj kontaktu
Czujnik indukcyjny, nazywany również wyłącznikiem zbliżeniowym, sam w sobie nie wykonuje żadnej pracy – dostarcza jedynie sygnał w postaci stanu przełączenia, podobnie jak przekaźnik mechaniczny czy elektroniczny. Również tutaj wyróżnia się trzy podstawowe funkcje: otwieranie, zamykanie oraz przełączanie.
W przypadku czujnika indukcyjnego działającego jako styk rozwierny następuje przerwanie istniejącego obwodu elektrycznego, natomiast jako styk zwierny – jego zamknięcie. Styk przełączny umożliwia z kolei przejście z jednego obwodu do drugiego. Poszczególne stany przełączenia wyzwalane są w momencie, gdy czujnik zostaje aktywowany za pomocą indukcji.
Rodzaj kontaktu
Czujnik indukcyjny, nazywany również wyłącznikiem zbliżeniowym, sam w sobie nie wykonuje żadnej pracy – dostarcza jedynie sygnał w postaci stanu przełączenia, podobnie jak przekaźnik mechaniczny czy elektroniczny. Również tutaj wyróżnia się trzy podstawowe funkcje: otwieranie, zamykanie oraz przełączanie.
W przypadku czujnika indukcyjnego działającego jako styk rozwierny następuje przerwanie istniejącego obwodu elektrycznego, natomiast jako styk zwierny – jego zamknięcie. Styk przełączny umożliwia z kolei przejście z jednego obwodu do drugiego. Poszczególne stany przełączenia wyzwalane są w momencie, gdy czujnik zostaje aktywowany za pomocą indukcji.
Jak duże mogą być odległości przełączania?
Zasadniczo obowiązuje zasada: im większy czujnik, tym większa odległość przełączania. Bardzo małe sensory reagują dopiero przy dystansie poniżej jednego milimetra, średnie w zakresie od 5 do 15 mm. Duże czujniki zbliżeniowe w obudowie prostopadłościennej umożliwiają natomiast wykrywanie obiektów z odległości nawet 50–100 mm..
Czy sposób montażu czujnika ma znaczenie?
Tak, i to bardzo duże. Występują wersje do zabudowy zlicowanej oraz niezlicowanej. W przypadku czujników zlicowanych powierzchnia czujnika po montażu jest równa z otaczającą płaszczyzną. Czujniki niezlicowane wystają natomiast nieco poza nią. Wadą montażu zlicowanego jest mniejsza odległość przełączania – czasem nawet o 50%. Jeśli więc kluczowe jest pewne wykrywanie obiektów także przy większych odległościach, lepszym wyborem będzie czujnik w wersji niezlicowanej.