Czujniki indukcyjne są używane w układach automatyki przemysłowej i innych zastosowaniach technologicznych ze względu na zdolność wykrywania obecności (lub braku) metalowych elementów, ich położenia, a nawet monitorowania prędkości bez konieczności fizycznego kontaktu z tymi obiektami. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej na ich temat.
Zasada działania czujnika indukcyjnego
Czujniki indukcyjne działają, wykorzystując zjawisko indukcji elektromagnetycznej do bezdotykowego wykrywania obiektów metalowych, które znajdują się w polu magnetycznym wytworzonym wokół czoła czujnika.
Wewnątrz sensora znajduje się cewka owinięta dookoła ferrytowego rdzenia. Gdy przepływa przez nią prąd przemienny (AC), czujnik wzbudza pole elektromagnetyczne. Jeśli w polu magnetycznym wytwarzanym wokół sensora, w pobliżu czoła czujnika, znajdzie się metalowy obiekt, indukowane są w nim prądy wirowe generujące własne – wtórne – pole. Obecność wtórnego pola zmienia indukcyjność cewki i wielkość prądu płynącego przez cewkę, co jest wykrywane przez obwód detekcji i powoduje zmianę sygnału wyjściowego.
Budowa czujnika indukcyjnego
Na standardowy sensor indukcyjny składają się:
-
Cewka indukcyjna z rdzeniem ferrytowym, przez którą przepływa prąd zmienny wzbudzający pole magnetyczne. Jest umieszczona z przodu obudowy, blisko czoła czujnika.
-
Oscylator generujący prąd przemienny podawany na cewkę czujnika indukcyjnego zasilanego prądem stałym.
-
Obwód detekcji śledzący zmiany w polu wywołane obecnością prądów wirowych w wykrywanych przedmiotach znajdujących się w polu czułości czujnika.
-
Przerzutnik Schmitta odpowiadający za przetwarzanie sygnału pochodzącego z obwodu detekcji na sygnał binarny (wykryto/nie wykryto). Umożliwia interpretowanie wyników przez układ sterowania.
-
Wzmacniacz zwiększający poziom sygnału wyjściowego z obwodu detekcji do wartości stosowanych w układach automatyki przemysłowej.
-
Obudowa chroniąca wewnętrzne komponenty przed uszkodzeniami mechanicznymi i wpływem środowiska.
Więcej informacji na temat budowy i podłączania czujników indukcyjnych znajdziesz na naszym blogu.
Jakie są rodzaje czujników indukcyjnych?
Wyróżnia się kilka podstawowych rodzajów czujników indukcyjnych pozwalających dobrać odpowiedni sensor do konkretnej aplikacji:
-
Czujniki jednofazowe – wykorzystują jeden oscylator do wzbudzania pola magnetycznego. Doskonale nadają się do wykrywania metalowych obiektów znajdujących się w niewielkiej odległości od czoła czujnika.
-
Czujniki dwufazowe – mają dwa oscylatory, które wzbudzają pola magnetyczne o przeciwnych fazach. Umożliwiają precyzyjne wykrywanie obiektów wykonanych z metalu z większej odległości.
-
Czujniki analogowe – w przeciwieństwie do rozwiązań standardowych dających sygnał prostokątny, analogowe czujniki generują sygnał proporcjonalny do odległości od obiektu.
-
Czujniki dławikowe – działają na zasadzie zmiany szerokości szczeliny powietrznej w obwodzie rdzenia ferromagnetycznego, co wpływa na indukcyjność układu.
-
Czujniki solenoidalne – wykorzystują zmianę indukcyjności cewki w zależności od przesunięcia rdzenia ferromagnetycznego wewnątrz cewki.
-
Czujniki wiroprądowe – pracują podobnie do rozwiązań dławikowych, ale wykorzystują materiały diamagnetyczne.
Co wykrywa czujnik indukcyjny?
Sensory indukcyjne pozwalają wykryć:
-
Obecność lub brak metalowego elementu: czujniki zbliżeniowe są zaprojektowane głównie do wykrywania elementów wykonanych z metali przewodzących, takich jak stal węglowa, stal nierdzewna, miedź, mosiądz, aluminium.
-
Położenie i ruchy obiektów metalowych: sensory te są często używane w układach automatyki przemysłowej do określania położenia oraz monitorowania ruchu metalowych obiektów niezależnie od rodzaju zbliżanego metalu. Ze względu na wysoką częstotliwość przełączania umożliwiają kontrolę procesów produkcji, na przykład w systemach zliczania produktów lub detekcji obecności części maszyn.
-
Odległość od obiektów: niektóre czujniki zbliżeniowe mogą również mierzyć odległość obiektów metalowych od czoła obudowy czujnika.
Zastosowania czujników indukcyjnych
Czujniki indukcyjne są cenione za swoją niezawodność oraz odporność na działanie trudnych warunków przemysłowych, co sprawia, że są idealnym rozwiązaniem w wielu zastosowaniach, takich jak:
-
Automatyka przemysłowa, gdzie używane są do wykrywania obecności i kontroli położenia elementów.
-
Robotyka, do monitorowania ruchów i położenia robotów oraz ich komponentów.
-
Systemy zabezpieczeń, do detekcji obecności metalowych obiektów w strefach chronionych i systemy alarmowe, np. do wykrywania prób otwarcia metalowych drzwi lub okien.
-
Kontrola jakości, np. do wykrywania metalowych zanieczyszczeń w produktach spożywczych
-
Elektronika użytkowa, np. w indukcyjnych płytach grzewczych, które dostosowują poziom grzania do obecności lub braku naczynia
Być może zainteresuje Cię też: Co to jest automatyka przemysłowa?
Jak rozpoznać, czy mamy do czynienia z czujnikiem indukcyjnym?
Elementy te często mają na obudowie symbol czujnika indukcyjnego lub oznaczenia, które pozwalają zidentyfikować ich typ oraz właściwości. Oznaczenia mogą różnić się w zależności od producenta, ale często zawierają informacje o nominalnym napięciu zasilania, rodzaju wyjścia czujnika (NPN lub PNP), a także o strefie działania. Czujniki indukcyjne mają zazwyczaj cylindryczną lub prostokątną obudowę z metalu albo plastiku oraz gwint montażowy (np. M12, M18).
Dodatkowo, jeśli wiesz, jak działa czujnik indukcyjny, jak reaguje na zbliżanie metalu i jaka jest jego odległość przełączania, możesz go sprawdzić przy pomocy dowolnego metalowego przedmiotu.
I w końcu czujniki indukcyjne mają zazwyczaj trzy lub cztery wyjścia czujnika: dwa do zasilania (plus i masa) oraz jeden lub dwa prądu wyjściowego (NPN lub PNP). Kolory przewodów czujnika indukcyjnego mogą się różnić w zależności od producenta, ale standardowo niebieski to masa, brązowy to zasilanie, a czarny to przewód sygnałowy.
Czy czujnik indukcyjny wykrywa aluminium?
Tak, czujnik indukcyjny jest w stanie wykryć aluminium. Chociaż jest to metal o nieco gorszych właściwościach przewodzących niż np. stal węglowa czy miedź, to mimo wszystko nadal wytwarza prądy wirowe i powoduje zmiany w polu elektromagnetycznym po zbliżeniu metalu do czujnika. Jednak ze względu na gorsze właściwości przewodzące mniejsza będzie stała odległość przełączania sensora.
Jak rozpoznać, czy mamy do czynienia z czujnikiem indukcyjny, czy czujnikiem Halla?
Czujnik Halla wykorzystuje efekt Halla, który polega na powstawaniu różnicy potencjałów (czyli napięcia Halla) w umieszczonych w polu magnetycznym przedmiotach metalowych, przez które płynie prąd. Zawiera niezbędne do działania elementy półprzewodnikowe oraz magnesy, co sprawia, że jest bardziej skomplikowany i droższy w produkcji, niż czujnik indukcyjny.
Czujniki indukcyjne reagują na obecność, zbliżenie oraz ruch metalowych elementów. Ich zdolność do bezkontaktowego wykrywania metali, wysoka niezawodność i precyzja sprawiają, że są niezastąpionym elementem nowoczesnych systemów automatyki i kontroli.
Jeżeli interesujesz się automatyką przemysłową, to na naszym blogu znajdziesz więcej ciekawych artykułów, dzięki którym z pewnością poszerzysz swoją wiedzę na ten temat.
