Senzorii sunt produse fundamentale în industria de fabricare a echipamentelor electronice de informare și reprezintă componente specializate printre noile componente electronice prioritizate pentru dezvoltare. Industria senzorilor, recunoscută pe scară largă pe plan intern și internațional ca un sector promițător de înaltă-tehnologie, atrage atenția la nivel mondial pentru conținutul tehnologic ridicat, rentabilitatea economică puternică, penetrarea extinsă pe piață și perspectivele largi de piață. Condus de piața în plină expansiune a industriei de informații electronice, sectorul senzorilor din China a stabilit o bază industrială solidă. S-au înregistrat progrese semnificative în ceea ce privește inovarea tehnologică, cercetarea și dezvoltarea independentă, comercializarea realizărilor și capacitățile competitive, contribuind substanțial la dezvoltarea economică națională.
Odată cu apariția erei informației, senzorii au devenit mijlocul principal prin care oamenii pot obține informații atât din domeniul natural, cât și din cel industrial. În producția industrială modernă,-în special procesele automatizate-diverși senzori monitorizează și controlează parametrii cheie pentru a menține echipamentele în condiții optime de funcționare și pentru a asigura calitatea produsului. Senzorii dețin o poziție și mai proeminentă în cercetarea științifică fundamentală.
Astăzi, senzorii au pătruns într-o gamă extrem de largă de domenii, inclusiv producția industrială, explorarea spațiului, oceanografia, protecția mediului, studiile de resurse, diagnosticarea medicală, bioinginerie și chiar conservarea relicvelor culturale. Evident, rolul vital al tehnologiei senzorilor în dezvoltarea economică și progresul social este incontestabil. Statisticile indică faptul că veniturile anuale ale pieței globale de senzori inteligenți sunt proiectate să crească cu o rată de 10% pe an. În prezent, există 65 de milioane de dispozitive cu senzori cu procesoare instalate în întreaga lume, o cifră estimată să ajungă la 2,8 trilioane până în 2019.
Considerații cheie pentru selectarea senzorului
Cunoștințele senzorilor constituie o ramură substanțială a ingineriei electrice care necesită o experiență vastă pentru a fi stăpânită. Vom explora acest lucru în continuare în discuțiile viitoare. Astăzi, ne concentrăm în primul rând pe criteriile de selecție.
1. Determinați tipul pe baza obiectului de măsurare și a cerințelor de ieșire
Pentru a efectua o anumită sarcină de măsurare, primul aspect este selectarea principiului senzorului adecvat. Această decizie necesită analizarea mai multor factori. De exemplu, debitmetrele includ tipuri electromagnetice, vortex și ultrasonice. Selectarea debitmetrului adecvat necesită țintirea unor obiective specifice. În plus, luați în considerare modul de ieșire necesar-cum ar fi semnalele de curent cu 2 sau 4 fire (0-20mA, 4-20mA), semnalele de tensiune 0-10V sau protocoalele de comunicare.
2. Selectare bazată pe sensibilitate
De obicei, în intervalul liniar al unui senzor, se preferă o sensibilitate mai mare. Numai cu sensibilitate ridicată semnalul de ieșire corespunde semnificativ modificărilor cantității măsurate, facilitând procesarea semnalului. Cu toate acestea, rețineți că sensibilitatea ridicată face ca senzorul să fie susceptibil la zgomot extern fără legătură cu cantitatea măsurată. Acest zgomot poate fi amplificat de sistem, compromițând precizia măsurării. Prin urmare, senzorul în sine ar trebui să aibă un raport semnal-la-zgomot ridicat pentru a minimiza interferența de la sursele externe.
Sensibilitatea senzorului este direcțională. Când măsurați un vector unidirecțional cu cerințe direcționale mari, selectați un senzor cu sensibilitate scăzută în alte direcții. Pentru vectorii multidimensionali, minimizați sensibilitatea transversală-a senzorului.
3. Evaluarea caracteristicilor răspunsului în frecvență
Răspunsul în frecvență al unui senzor determină intervalul de frecvență măsurabil, care trebuie să rămână fără distorsiuni-în limitele permise. În practică, răspunsul senzorului prezintă întotdeauna o anumită întârziere, în mod ideal minimizată. Răspunsul în frecvență mai mare permite frecvențe de semnal măsurabile mai largi. Pentru măsurătorile dinamice, caracteristicile răspunsului trebuie să se alinieze cu proprietățile semnalului (stațiune-, tranzitorie, aleatoare etc.) pentru a preveni erorile excesive.
4. Bazat pe stabilitatea senzorului
Capacitatea unui senzor de a menține o performanță constantă în timp se numește stabilitate. Factorii care afectează stabilitatea-pe termen lung includ nu numai structura internă a senzorului, ci în primul rând mediul său de operare. Prin urmare, pentru a asigura o bună stabilitate, senzorii trebuie să aibă o adaptabilitate puternică la mediu. Înainte de a selecta un senzor, investigați mediul de operare al acestuia. Alegeți un senzor adecvat pe baza unor condiții specifice sau implementați măsuri pentru a minimiza impactul asupra mediului.
5. Raza de acțiune și acuratețe: cea mai dificilă pereche de echilibrat
Precizia este o măsură de performanță critică pentru senzori, servind drept o legătură vitală în determinarea preciziei generale de măsurare a unui sistem. Cu toate acestea, precizia senzorului este limitată de raza sa: în general, o rază mai mare are ca rezultat o precizie mai mică. În schimb, senzorii de-înaltă precizie le lipsește adesea o rază de acțiune suficientă, ceea ce face ca senzorii de-precizie mare, cu rază mare-să devină extrem de scumpi. Prin urmare, este necesară o abordare echilibrată la selectarea senzorilor.
Când selectați senzorii de eșantionare, asigurați-vă că dispozitivul îndeplinește condițiile fundamentale de funcționare ale aplicației (consultați fișele tehnice ale producătorului).
Cele mai critice șase condiții de funcționare includ:
1) Interval de temperatură;
2) Specificații;
3) Gradul de protecție;
4) Gama de tensiune;
5) Ieșire discretă sau analogică;
6) Variația parametrilor, în special dacă „parametrii ajustabili sunt folositori”.
Când luați în considerare senzori cu capacitate de configurare IO-Link, șase factori suplimentari merită atenție:
1) Viteza de raspuns;
2) Raza de detectare;
3) Repetabilitate;
4) Conectivitate electrică;
5) Tip de montare;
6) Afișaj vizual: dacă aplicația necesită un indicator vizual pe senzor.
În producția industrială modernă, în special în procesele automate, diverși senzori monitorizează și controlează parametrii pe parcursul producției. Acest lucru asigură că echipamentul funcționează normal sau optim, obținând în același timp cea mai înaltă calitate a produsului. Astfel, fără o gamă largă de senzori-de înaltă calitate, producția modernă nu ar avea fundația. Următoarele detaliază câteva tipuri de senzori cele mai comune în producție, împreună cu sfaturi și informații despre aplicații.
Cele mai comune tipuri de senzori
Senzori de proximitate
Senzorii de proximitate detectează prezența obiectelor într-o zonă din apropiere fără contact fizic. Acești senzori sunt dispozitive de ieșire discretă. De obicei, senzorii magnetici de proximitate detectează dacă un actuator a atins o anumită poziție prin detectarea unui magnet situat în interiorul actuatorului.
Achiziționarea unui actuator de la o companie și a unui senzor magnetic de proximitate de la alta nu este, în general, recomandabilă. În timp ce producătorii de senzori pot pretinde compatibilitatea cu actuatoarele X, Y și Z, variațiile de magneți și pozițiile de montare pot duce la probleme de detectare. De exemplu, senzorul se poate alimenta atunci când magnetul este aliniat greșit sau nu reușește să se alimenteze complet. Dacă producătorul actuatorului oferă un senzor de proximitate potrivit, acesta ar trebui să fie alegerea preferată.
Senzorii de proximitate cu tranzistori-nu au piese mobile și oferă o durată de viață extinsă. Senzorii de proximitate bazați-reed utilizează contacte mecanice, ceea ce duce la durate de viață mai scurte, dar la costuri mai mici în comparație cu tipurile de tranzistori. Senzorii Reed sunt cei mai potriviți pentru aplicațiile care necesită curent alternativ și medii cu temperatură înaltă-.
Senzori de poziție
Senzorii de poziție dispun de ieșiri analogice care indică poziția actuatorului pe baza poziției magneților pe actuator. Din punct de vedere al controlului, senzorii de poziție oferă o flexibilitate semnificativă. Inginerii de control pot defini o serie de valori de referință pentru a se potrivi cu variațiile componentelor.
Deoarece acești senzori de poziție se bazează pe magneți (cum ar fi senzorii de proximitate), este recomandabil să obțineți atât senzori, cât și actuatori de la același producător ori de câte ori este posibil. Funcționalitatea IO-Link permite achiziționarea de date de la senzorii de poziție, simplificând controlul și facilitând parametrizarea.
Senzori inductivi
Senzorii de proximitate inductivi folosesc legea de inducție a lui Faraday pentru a detecta prezența obiectului sau pentru a simula ieșirea de poziție. Cel mai important factor la selectarea senzorilor inductivi este determinarea tipului de metal pe care senzorul îl detectează, stabilind astfel distanța de detectare. Comparativ cu metalele feroase, metalele ne-feroase reduc intervalul de detectare cu peste 50%. Manualele de produs ale producătorilor de senzori ar trebui să ofere informațiile necesare pentru selectarea eșantionului.
Senzori de presiune și vid
Asigurați-vă că senzorii de presiune sau de vid îndeplinesc intervalele de măsurare atât în unități imperiale (psi) cât și metrice (bar). Specificați cel mai potrivit factor de formă pentru spațiul alocat. În timpul instalării echipamentului, luați în considerare dacă senzorii ar trebui să includă lumini indicatoare sau ecrane de afișare pentru confortul operatorului. Pentru ajustări rapide ale setărilor, luați în considerare senzorii de presiune și vid echipați cu IO-Link.
Senzori de debit
Similar cu senzorii de presiune și vid, senzorii de debit pot fi selectați în funcție de intervalul de debit, dimensiunea și variabilitatea punctelor de referință. Opțiunile de afișare pot fi specificate la comandarea senzorilor. Senzorii de debit cu debite relativ mici pot fi aleși pentru zone specifice sau pentru întreaga aplicație a echipamentului.
Senzori optici
Cei mai obișnuiți senzori optici sunt tipurile de împrăștiere fotoelectrică, reflectorizante și{0}}prin fascicul. Senzorii laser și dispozitivele de detectare cu fibră optică se încadrează, de asemenea, în categorii de senzori optici.
Majoritatea senzorilor fotoelectrici detectează obiecte prin reflectarea luminii sau întreruperea unui fascicul. Datorită costului lor scăzut, versatilității și fiabilității ridicate, acești senzori sunt printre cei mai utilizați în producție. Senzorii fotoelectrici cu reflexie difuză-nu necesită reflector. Ele oferă o performanță excelentă de cost-pentru detectarea prezenței obiectelor din apropiere.
Senzorii fotoelectrici{0}}prin fascicul oferă cea mai lungă rază de detectare. Acești senzori instalează emițătorul și receptorul în două puncte separate. Senzorii de siguranță pentru ușile de garaj sunt exemple de senzori de rază. Când fasciculul este întrerupt, indică prezența unei ținte. Senzorul fotoelectric de tip slot-este o variantă interesantă prin-faze; integrează un emițător și un receptor într-o singură unitate compactă. Senzorii de lumină de tip slot-se folosesc pentru a detecta prezența sau absența componentelor mici.
Senzorii fotoelectrici reflectorizați dispun de un senzor și un reflector pentru detectarea prezenței la -medie. În ceea ce privește precizia și costul, acești senzori se încadrează între tipurile de fascicul difuz și{2}}traversant.
Senzorii cu fibră optică sunt utilizați pentru detectarea prezenței și a distanței. Parametrii acestor senzori versatili pot fi ajustați pentru a detecta diferite culori, fundaluri și intervale de distanță.
Senzorii laser pot fi utilizați pentru detectarea prezenței cu rază lungă de-rază și oferă cea mai înaltă precizie în aplicațiile de măsurare cu rază scurtă-.
Senzorii de vedere sunt potriviți pentru citirea codurilor de bare, numărarea, verificarea formei și sarcini similare. Acestea reprezintă o soluție-eficientă din punct de vedere al costurilor pentru aplicațiile de viziune în care sistemele de camere ar fi prohibitiv de costisitoare sau complexe. Senzorii de vedere citesc coduri de bare, urmăresc componente individuale și execută procese adaptate acelor componente. Senzorii pot verifica numărul de caracteristici prezente pe o piesă. Senzorii de vedere pot determina dacă a fost atinsă o curbă specificată sau o altă formă. Deoarece acești senzori procesează lumina, testarea lor în condiții cât mai apropiate de mediul real de operare-în ceea ce privește lumina ambientală și reflectivitatea de fundal-este critică. În majoritatea aplicațiilor, se recomandă plasarea senzorilor de vedere în interiorul unei carcase pentru a le izola de sursele de lumină externe. Căutați asistență de la producătorul senzorului de vedere în timpul testării senzorului este o idee bună. În plus, nu uitați să asigurați selectarea unui fieldbus adecvat.
Convertizoarele de semnal transformă semnalul analogic de ieșire de la senzor într-un semnal digital pe convertor. O altă opțiune este conversia în date de proces IO-Link.
Alți senzori
1. Comutator magnetic:Acesta este un termen specializat pentru un senzor de cilindru, utilizat în principal pentru a detecta poziția unui piston cilindric. De obicei, furnizorii de butelii furnizează acești senzori adaptați scenariilor de utilizare ale clienților. După cum sugerează și numele, comutatoarele magnetice detectează ținte prin inducție electromagnetică, rezultând o precizie de detecție relativ scăzută.
2. Comutatoare de proximitate:Proiectate pe principiile inducției electromagnetice, comutatoarele de proximitate pot detecta doar ținte metalice, cu ușoare variații ale distanței de detectare în funcție de tipul de metal. Intervalele obișnuite de detectare pentru comutatoarele de proximitate includ: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm etc. Comutatoarele de proximitate sunt, în general, de două tipuri: montate-încastrate și montate ne-încastrate-. Un comutator de montare-încastrat înseamnă că capul de detectare nu detectează ținte metalice în jurul circumferinței sale, ci doar detectează ținte direct în fața sa. Cu alte cuvinte, capul de detectare al senzorului nu trebuie să iasă dincolo de suportul metalic de montare. Tipurile ne-încastrate-detectă atât țintele metalice frontale-, cât și cele circumferențiale. Aici, capul senzorului trebuie să iasă din suportul metalic de montare și niciun obiect metalic nu trebuie să fie prezent într-un anumit interval circumferențial pentru a preveni detectarea falsă. Comutatoarele de proximitate oferă o precizie de detecție mai mare decât comutatoarele magnetice. Ele sunt utilizate de obicei în aplicații care necesită o precizie de poziție relativ scăzută, cum ar fi verificarea prezenței produsului sau poziționarea dispozitivului de fixare.
3. Întrerupătoare fotoelectrice:Detectarea fotoelectrică oferă avantaje precum precizie ridicată, răspuns rapid și operare fără-contact. Poate măsura mai mulți parametri, are structuri simple de senzori și oferă configurații flexibile. În consecință, senzorii fotoelectrici sunt aplicați pe scară largă în sistemele de detectare și control. Tipurile obișnuite includ: senzori fotoelectrici reflectorizați, senzori fotoelectrici prin-faze și senzori care utilizează plăci reflectorizante pentru a reflecta fasciculele de lumină. Ultimele două tipuri detectează prin blocarea luminii de la obiectul țintă, în timp ce primul detectează prin detectarea luminii reflectate de țintă. În consecință, ultimele două oferă în mod obișnuit intervale de detecție mai lungi și o precizie mai mare. Datorită preciziei lor ridicate de detecție, senzorii fotoelectrici sunt utilizați în mod obișnuit pentru poziționarea precisă a produselor sau a pieselor robotizate, precum și în sistemele de feedback pentru mecanismele pas cu pas și servo.
4. Senzori cu fibră optică:Senzorii cu fibră optică sunt un alt tip de element de detectare care utilizează conversia semnalului fotoelectric. În comparație cu comutatoarele fotoelectrice, acestea pot detecta de obicei obiecte mai mici, pot funcționa la distanțe mai mari și oferă o precizie mai mare. În consecință, senzorii cu fibră optică sunt utilizați în mod obișnuit în aplicații care necesită o precizie mai mare și ca dispozitive de feedback de poziționare în sistemele pas cu pas și servo.
5. Senzori fotoelectrici:Senzorii fotoelectrici utilizează, de asemenea, semnale fotoelectrice. Cu o zonă mare de detectare, aceștia sunt adesea numiți senzori de zonă. Aplicația lor principală constă în funcțiile de interblocare și siguranță între echipamente, în special în sistemele de protecție umană.
6. Termocupluri:Termocuplurile sunt utilizate în principal pentru a detecta temperaturile ambiante din împrejurimile lor.
7. Scanere cu laser:Scanerele laser funcționează în primul rând pentru a măsura cu precizie contururile dimensionale ale obiectelor țintă.
8. Camere industriale:Cunoscute și ca camere CCD (Dispozitiv cuplat{0}}încărcare) în inginerie, camerele industriale sunt utilizate în principal pentru a detecta forma și poziția obiectelor țintă. Odată cu progresele în tehnologia CCD, camerele industriale de înaltă-rezoluție sunt acum aplicabile în domeniile de măsurare de precizie.
9. Encoder:Pe baza principiilor de funcționare, codificatoarele sunt clasificate în tipuri incrementale și absolute. Codificatoarele incrementale convertesc deplasarea în semnale electrice periodice, care sunt apoi transformate în impulsuri de numărare. Mărimea deplasării este reprezentată de numărul de impulsuri. Fiecare poziție a unui codificator absolut corespunde unui cod digital unic. Prin urmare, valoarea sa afișată depinde numai de pozițiile de început și de sfârșit ale măsurării, nu de procesul intermediar. Codificatoarele sunt de obicei asociate cu motoare pas cu pas sau servomotoare pentru a forma sisteme de control în buclă-închisă sau semi-închisă-.
10. Micro comutator:Un microîntrerupător este un senzor de tip contact-utilizat în principal pentru interconectarea echipamentelor sau pentru detectarea stării ușilor de protecție de siguranță pe utilaje.