Czym jest czujnik indukcyjny?

Czujniki indukcyjne to elementy stosowane powszechnie w automatyce przemysłowej. Wspólnie z magnetycznymi i pojemnościowymi tworzą grupę czujników zbliżeniowych, najczęściej spotykanych we wszystkich urządzeniach automatyki. Czujników indukcyjnych używa się do bezkontaktowego wykrywania zbliżeniowego obiektów metalowych, wykonanych z aluminium, miedzi, stali czy mosiądzu. Na rynku spotyka się czujniki ekranowane i nieekranowane. Obecność ekranu ma wpływ na szerokość pola wykrywania metalowych przedmiotów. Ekran powoduje ograniczenie tego pola – metal zostanie „zauważony” wyłącznie wtedy, kiedy pojawi się przed czołem czujnika. W przypadku braku ekranowania będzie zlokalizowany również przez boczną część czoła.

Czujniki indukcyjne mogą być zasilane zarówno prądem stałym, jak i przemiennym, a za ich dużą zaletę uważa się odporność na zabrudzenia i możliwość pracy w trudnych warunkach środowiskowych.

Być może zainteresuje Cię też: Co to jest czujnik indukcyjny i jak działa?

Jak podłączyć czujnik?

Do prawidłowego działania czujnik indukcyjny musi zostać najpierw właściwie przyłączony do napięcia zasilania. Sposób podłączenia zależy od tego, czy czujnik jest typu PNP, czy typu NPN. Co to oznacza? Określenia PNP i NPN odnoszą się do układu warstw półprzewodnikowych w tranzystorach:

• PNP: oznacza tranzystor lub układ zbudowany z warstw P, N, i ponownie P (Positive-Negative-Positive).

• NPN: oznacza tranzystor lub układ zbudowany z warstw N, P, i ponownie N (Negative-Positive-Negative).

W kontekście czujników skróty PNP i NPN oznaczają również sposób podłączenia i działania wyjścia elementu – jest to rodzaj wyjścia tranzystorowego. Czujniki PNP są stosowane szerzej w Europie, a NPN w Azji.

Podłączenie czujnika PNP

Za przykład niech posłuży czujnik ze stykiem normalnie otwartym (o funkcji styków piszemy nieco więcej w części o działaniu czujnika indukcyjnego). W takim urządzeniu:

• biegun dodatni (napięcie zasilania, V+) podłącza się przewodem brązowym,

• biegun ujemny (GND, masa) podłącza się przewodem niebieskim,

• wyjście sygnałowe, które zmienia stan w zależności od wykrycia obiektu przez czujnik, podłącza się przewodem czarnym.

Co się dzieje w czujniku PNP?

• W stanie spoczynku, gdy czujnik niczego nie wykrywa, jego wyjście (czarny przewód) nie jest aktywne, więc nie ma na nim napięcia. W tym stanie układ jest „otwarty” i nie przewodzi prądu do obciążenia.

• W stanie aktywnym, gdy czujnik wykryje obiekt, wyjście (czarny przewód) staje się aktywne i podaje sygnał wyjściowy, czyli napięcie dodatnie (+V) do obciążenia, np. do sterownika PLC.

Można powiedzieć, że tranzystor PNP wewnątrz czujnika „zamyka obwód”, dzięki czemu prąd płynie od źródła zasilania (+V) przez obciążenie i wraca do masy (GND). Czujnik PNP zasila więc obciążenie.

Jak podłączyć czujnik indukcyjny NPN? 

W czujniku NPN obciążenie (przewód czarny) jest podłączone do bieguna dodatniego, tak jak przewód brązowy. Niebieski przewód podłącza się do bieguna ujemnego.

Jak pracuje czujnik NPN?

• W stanie spoczynku na wyjściu (czarnym przewodzie) brakuje połączenia z masą (GND), więc układ pozostaje otwarty i obciążenie nie działa.

• W stanie aktywnym wyjście (czarny przewód) zostaje połączone z masą (GND), co pozwala na przepływ prądu przez obciążenie. Czujnik NPN pobiera prąd od obciążenia.

W jaki sposób działa czujnik indukcyjny?

Każdy czujnik indukcyjny składa się z 4 podstawowych członów. Są to:

• cewka,

• oscylator,

• obwód detekcji,

• obwód wyjściowy.

Oscylator generuje prąd zmienny, który przepływając przez cewkę, generuje zmienne pole magnetyczne. Gdy metalowy przedmiot znajdzie się w tym polu, indukują się w nim tzw. prądy wirowe. Prądy te wytwarzają własne pole magnetyczne, które wpływa na pole magnetyczne generowane przez czujnik. Zmiany pola są wykrywane przez czujnik i sygnalizowane za pomocą przełączenia odpowiedniego styku.

Czujniki indukcyjne posiadają styk normalnie otwarty, styk normalnie zamknięty lub zestyk przełączny – informują one o wykrywaniu obecności metalowych obiektów w „polu widzenia” czujnika.

Na rynku dostępne są także czujniki inteligentne, które komunikują się z jednostką nadrzędną, np. za pomocą interfejsu IO-Link, i dodatkowo przesyłają dane diagnostyczne.

Popularne zastosowania czujników indukcyjnych

Czujniki indukcyjne znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach techniki. W przemyśle są wykorzystywane do precyzyjnego monitorowania maszyn i procesów produkcyjnych, takich jak detekcja pozycji elementów na liniach montażowych. W systemach bezpieczeństwa pomagają w automatycznym zamykaniu bram, kontroli dostępu czy wykrywaniu ruchu.

W automatyce budynkowej służą do sterowania systemami otwierania drzwi lub oświetlenia. Natomiast w elektronice przemysłowej, umożliwiają precyzyjną detekcję elementów metalowych w złożonych układach. Wszechstronność tych urządzeń sprawia, że stały się niezbędnym elementem współczesnych systemów sterowania i kontroli, o których więcej dowiesz się, czytając teksty na naszym blogu.