Czujniki zbliżeniowe to bezkontaktowe urządzenia wykorzystywane do wykrywania obecności obiektów lub wskazywania ich braku. Działają one przy użyciu różnych technologii, takich jak pole elektromagnetyczne, światło lub dźwięk, znajdując zastosowanie w szerokim spektrum aplikacji przemysłowych, w tym w maszynach budowlanych, takich jak JCB.
Czujniki Indukcyjne
Charakterystyka i Zasada Działania
Czujniki indukcyjne to bezkontaktowe sensory, które wykrywają przedmioty wykonane z materiałów ferromagnetycznych, na przykład obiektów stalowych. Ich konstrukcja opiera się na czterech głównych częściach: rdzeniu ferrytowym z cewką, oscylatorze, przerzutniku Schmitta oraz wzmacniaczu wyjściowym.
Oscylator generuje symetryczne pole magnetyczne, które promieniuje od rdzenia do detektora. Gdy element wykonany z materiału ferromagnetycznego zbliża się do czujnika, wkracza jednocześnie w tak zwane pole detekcji. Powoduje to indukowanie małego prądu na powierzchni metalu, co prowadzi do zmiany reluktancji (oporu magnetycznego) obwodu magnetycznego. W efekcie redukuje to amplitudę oscylacji. Im bliżej obiektu do czujnika i jego pola detekcji, tym większa redukcja oscylacji, a nawet ich ustanie. Przerzutnik Schmitta reaguje na te zmiany, dostosowując stan wyjścia czujnika.
Typy Wyjścia i Okablowanie
Stan wyjścia czujnika może być konfigurowany jako NO (ang. normal open) - normalnie otwarty - co oznacza, że stan wyjścia jest wysoki (ON), gdy obiekt wkroczy w strefę detekcji czujnika. Konsekwentnie, konfiguracja NC (ang. normal closed) - normalnie zamknięty - prowadzi do przełączenia wyjścia w stan niski (OFF). Stan wyjścia jest następnie odczytywany przez zewnętrzny licznik impulsów lub sterownik PLC.
W praktyce, czujniki indukcyjne często występują w wersji PNP lub NPN, zwykle w postaci pałeczki z gwintem. W przypadku problemów z okablowaniem, np. w czujniku z trzema przewodami (czarny, niebieski, brązowy), kluczowe jest prawidłowe podłączenie, aby zapewnić poprawne działanie urządzenia.
Wybór i Zalety
Dobór czujnika rozpoczyna się od określenia odległości detekcji, geometrii czujnika oraz wykończenia samego detektora. Dostępne są również wersje ekranowane. Czujniki indukcyjne, choć nie oferują dużego zasięgu detekcji, nadrabiają to swoją uniwersalnością w zastosowaniach wykrywania obiektów metalowych. Dzięki brakowi ruchomych elementów konstrukcyjnych narażonych na zużycie, ich poprawna instalacja gwarantuje długą i bezawaryjną pracę. Przykładowo, czujniki indukcyjne mogą być wykonane w klasie szczelności IP67, co umożliwia im pracę w zanieczyszczonym środowisku lub w warunkach narażenia na płyny.
Czujniki Pojemnościowe
Charakterystyka i Zasada Działania
Czujniki zbliżeniowe pojemnościowe są wszechstronne, zdolne do wykrywania zarówno obiektów wykonanych z materiałów ferromagnetycznych, jak i tych, które nie wykazują tych właściwości, np. tworzyw sztucznych czy cieczy.
Konstrukcja czujnika pojemnościowego opiera się na wykorzystaniu dwóch płytek przewodzących (o różnych potencjałach) umieszczonych w głowicy pomiarowej. Powietrze otaczające sensor pełni rolę izolatora, a w stanie normalnym pojemność układu jest znikoma. Podobnie jak w czujnikach indukcyjnych, płytki są połączone z oscylatorem, przerzutnikiem Schmitta oraz wzmacniaczem wyjściowym. Gdy obiekt pojawi się w strefie detekcji czujnika, pojemność układu wzrasta. Powoduje to zmianę amplitudy oscylacji i w konsekwencji zmianę stanu przerzutnika Schmitta oraz wyjścia.
Właściwości i Montaż
Ze względu na konieczność naładowania płytek tworzących kondensator, czujniki pojemnościowe cechują się wolniejszą odpowiedzią (od 10 Hz do 50 Hz) przy zasięgu od 3 mm do 60 mm. Z powodu możliwości detekcji bardzo wielu materiałów, konieczny jest odpowiedni montaż, aby obiekty nie będące "celem" nie były wykrywane. Z tego powodu zaleca się stosowanie czujników indukcyjnych w przypadku detekcji materiałów ferromagnetycznych (metalu), aby uniknąć zakłóceń mogących powstawać z powodu obecności innych obiektów.
Czujniki Fotoelektryczne
Wprowadzenie i Klasyfikacja
Czujniki fotoelektryczne należą do jednych z najszerzej używanych w przemyśle. Są w stanie bezkontaktowo wykrywać obiekty z odległości od 1 mm do ponad 60 m. Klasyfikacja tych czujników odbywa się na podstawie metody, z jaką światło jest emitowane i przechwytywane przez detektor. Wszystkie czujniki fotoelektryczne łączy również podstawowa zasada działania - wykorzystanie światła.
Typ "Through-beam" (Bariera Świetlna)
Ten typ czujników stanowi najbardziej niezawodną grupę czujników fotoelektrycznych. Emiter i detektor są umieszczone w oddzielnych obudowach. Emiter w sposób ciągły emituje wiązkę światła, a detekcja następuje, gdy obiekt przetnie tę wiązkę i zasłoni detektor. Pomimo dużej niezawodności, czujniki tego typu są rzadko wybierane z powodu trudnej instalacji. Jednakże, gdy potrzebne jest wykrywanie przedmiotów usytuowanych w dużej odległości (25 m i więcej), czujniki typu "Through-beam" mogą okazać się właściwym rozwiązaniem. Typowa częstotliwość pracy to 500 Hz, a wyróżniającą cechą jest możliwość pracy w środowisku z zanieczyszczoną atmosferą, np. pyłem. Czujniki "Through-beam" znajdują zastosowanie zarówno w przemyśle, jak i w gospodarstwie domowym, np. do wykrywania przeszkód na drodze automatycznych drzwi garażowych.
Typ z Elementem Odblaskowym (Reflektorowy)
Czujniki z elementem odblaskowym, czyli reflektorem, również charakteryzują się dużym zasięgiem detekcji (do 10 m). Działają na identycznej zasadzie jak czujniki typu "Through-beam": obiekt zostaje wykryty, gdy przerwana zostanie wiązka świetlna pomiędzy czujnikiem a odbłyśnikiem. Emiter i detektor są umieszczone w jednej obudowie. Emiter emituje światło lasera, promieniowanie podczerwone lub wiązkę światła widzialnego, która zostaje odbita od elementu odblaskowego i trafia do detektora. Czujniki tego typu cechuje łatwiejsza instalacja w porównaniu do czujników "Through-beam" oraz mniejsze koszty z powodu umieszczenia emitera i detektora w jednej obudowie. Problematyczne może być wykrywanie obiektów z lśniącą obudową lub szklanych, które mogą odbić promieniowanie i zakłócić pomiar.
Typ Dyfuzyjny
Czujniki dyfuzyjne posiadają wbudowane w jednej obudowie emiter oraz detektor, jednak w tego typu konstrukcji to obiekt wykrywany odbija promieniowanie i tym samym pełni rolę reflektora. Sensory tego typu są używane na przykład w publicznych toaletach, gdzie kontrolują wypływ wody w przypadku ułożenia rąk pod kranem. Z powodu dużej zależności od właściwości fizycznych powierzchni obiektów wykrywanych, czujniki typu "Diffuse" powinny być dobierane do odpowiednich aplikacji. Tylko obiekty, które są w stanie odbić wystarczającą ilość światła i pod właściwym kątem, mogą być wykrywane tego typu sensorem. Dzięki swoim właściwościom czujniki tego typu mogą być również stosowane do rozróżniania przedmiotów jasnych od ciemnych.
Czujniki Ultradźwiękowe
Zasada Działania i Zastosowanie
Czujniki zbliżeniowe ultradźwiękowe są szeroko używane w zastosowaniach przemysłowych. Do działania wykorzystują fale akustyczne, co powoduje, że nie są wrażliwe na przezroczystość lub kolor obiektów. Zastosowanie tego typu czujników pozwala na rozwiązanie aplikacji trudnych dla poprzednich typów, np. detekcji na dużym dystansie przezroczystego szkła lub płyt z tworzyw sztucznych, a także ciągły pomiar poziomu cieczy lub materiałów sypkich.
Ultradźwiękowe czujniki typu "Diffuse" składają się z przetwornika dźwiękowego, który emituje impulsową falę akustyczną, a następnie rejestruje odpowiedź w postaci fali odbitej. Zakres działania dla tego typu czujnika wynosi w standardowych rozwiązaniach do 2,5 m. Czułość sensora może być dostosowana za pomocą potencjometru umieszczonego na obudowie.
tags: #czujnik #zblirzeniowy #jcb