Czujnik pojemnościowy zbliżeniowy

Czujnik pojemnościowy – zbliżeniowy.

Czujnik pojemnościowy służy do detekcji dowolnego typu przedmiotów, cieczy lub substancji. Lista obiektów, które potrafi wykryć jest długa: szkło, metale, dowolnego typu ciecze, papier, ceramika, materiały sypkie, ziarna, zboża, ludzka dłoń itp. Z tymi czujnikami, z którymi ja miałem do czynienia, napotkałem na jedno ograniczenie: nie potrafiły wykryć przedmiotów z tworzywa sztucznego. Przed zakupem warto to sprawdzić, np. zabierając ze sobą próbkę przedmiotu, który chcemy wykrywać i przetestować na miejscu u sprzedawcy. Czujnik pojemnościowy może mieć dowolną obudowę: cylindryczną, prostopadłościenną lub specjalną. Najbardziej popularne są wykonania w obudowie cylindrycznej.

Czujnik pojemnościowy
Czujnik pojemnościowy

 

Zasada działania polega na zbliżeniu do czoła czujnika wykrywanego przedmiotu. Pod jego wpływem zmienia się pojemność układu, dzięki czemu czujnik zmienia stan na wyjściu. Typowy sygnał wyjściowy z czujnika pojemnościowego to sygnał cyfrowy PNP lub NPN, o obciążalności prądowej ok. 100-300mA. Gdy kupimy w takim standardzie i chcemy go podłączyć np. pod lampkę kontrolną, to musimy pamiętać, żeby nie przekroczyć prądu wyjściowego, gdyż zwyczajnie spalimy wyjście. Najlepiej wtedy podłączyć czujnik przez przekaźnik, o odpowiednich parametrach lub kupić czujnik z wyjściem przekaźnikowym. Gdy go podłączamy do sterownika PLC, wtedy dobieramy czujnik pod odpowiednie wejście w sterowniku. Z ważniejszych parametrów, o których musimy pamiętać podczas zakupu to: napięcie zasilania, typ wyjścia, temperatura pracy, stopień ochrony obudowy IP, częstotliwość przełączania, zasięg czujnika. Zasięg czujnika pojemnościowego zależy od jego rozmiaru. Np. czujnik pojemnościowy w obudowie M18 posiada zasięg około 16mm, a w obudowie M30 około 30mm. Te zasięgi będą się różniły w zależności od producenta. Z tyłu obudowy znajduje się potencjometr do regulacji czułości.

Przykładowe aplikacje i zastosowania.

Kontrola napełnienia zbiornika z proszkiem. Czujnik jest przykręcony do dna zbiornika. Gdy jego czoło jest przykryte proszkiem, sygnalizuje on że, zbiornik jest napełniony.

Czujnik pojemnościowy - kontrola zasypu zbiornika
Czujnik pojemnościowy – kontrola zasypu zbiornika

Kontrola napełnienia cylindra szklanego. Na poniższym zdjęciu widzimy, że czujnik nie musi się stykać bezpośrednio z wykrywanym materiałem. Jest to możliwe dzięki regulacji czułości. Możemy tak”znieczulić” czujnik, żeby nie wykrywał pustego cylindra, a jedynie zapełniony.

Czujniki pojemnościowy kontrola napełnienia zbiornika.
Czujniki pojemnościowy kontrola napełnienia cylindra szklanego.

Kontrola napełnienia puszek aluminiowych. Podobna sytuacja jak u góry.

Czujnik indukcyjny kontrola napełnienia puszek.
Czujnik indukcyjny kontrola napełnienia puszek.

Kontrola obecności tafli szkła.

Czujnik pojemnościowy - kontrola obecności tafli szkła
Czujnik pojemnościowy – kontrola obecności tafli szkła

 

Czujnik indukcyjny – zastosowania

Czujnik indukcyjny – zastosowania

Czujnik indukcyjny – wykrywa obecność metalowych elementów, również nieżelaznych. Czujniki indukcyjne są najbardziej rozpowszechnionymi sensorami w każdej gałęzi przemysłu. Stosowane są często jako wyłączniki krańcowe, wykrywają obecność suportów maszyn, służą jako czujniki bazowania, mogą być użyte do pomiaru prędkości obrotowej wirujących przedmiotów itp. Zasięgi czujników indukcyjnych to zazwyczaj klika, kilkadziesiąt milimetrów. Gdy wykrywany element jest wykonany np. z aluminium lub miedzi, podane zasięgi czujników będą inne od znamionowych. Gdy nie wiemy ile one wynoszą, dobrze jest zapytać o to producenta bądź sprzedawcę.

Przykłady zastosowań czujników zbliżeniowych, indukcyjnych:

Wyłącznik krańcowy

 

Czujnik indukcyjny
Czujnik indukcyjny pracujący jako wyłącznik krańcowy.

Na powyższym zdjęciu widzimy czujnik indukcyjny, cylindryczny, pracujący jako wyłącznik krańcowy. Wykrywa on obecność elementu metalowego dystrybutora dozującego, który wykonuje ruch w prawą i lewą stronę. Gdy dozator dojeżdża do czujnika i ten wystawia sygnał o obecności jednostki, następuje zmiana kierunku obrotów i suport przesuwa się w przeciwną stronę.

Kontrola położenia wału

Czujnik indukcyjny
Czujniki indukcyjne – kontrola położenia wału w prasie hydraulicznej.

Zdjęcie przedstawia układ kontroli położenia wału w prasie hydraulicznej. Z każdej strony znajduje się para czujników. W początkowej fazie ruch odbywa się z nominalną prędkością, w momencie gdy pierwszy z czujników zadziała, układ zwalnia i pracuje z mniejszą prędkością, gdy dojedzie do drugiego, wówczas następuje zmiana kierunku obrotów wału prasy.

Kontrola obrotów wału przenośnika kubełkowego

Czujnik indukcyjny
Czujnik indukcyjny – kontrola obrotów wału przenośnika kubełkowego.

Czujnik kontroluje czy przenośnik kubełkowy pracuje. Gdy metalowe elementy zaczynają wirować, sygnał z czujnika podawany jest do sterownika nadrzędnego. Dodatkowo można zrobić kontrolę prędkości obrotowej – zliczając częstotliwość impulsów mamy informacje o prędkości układu. Gdy zadana prędkość będzie niższa od znamionowej, oznaczać to może poluzowanie lub zerwanie pasa w przenośniku. Jak widzimy na zdjęciu, obudowa z tworzywa nie ma wpływu na prawidłową detekcję metalowych elementów przez czujnik.

Kontrola zamknięcia zasuwy

Czujnik indukcyjny
Czujnik indukcyjny – kontrola zamknięcia zasuwy.
Czujnik indukcyjny
Czujnik indukcyjny – kontrola położenia dźwigni zaworu.

Oba czujniki mają za zadanie informować o tym, czy zasuwa, bądź dźwignia zaworu znajduje się w odpowiednim położeniu – czy nie zostały ręcznie przestawione.

Kontrola drgań

Czujnik indukcyjny
Czujnik indukcyjny – kontrola drgań

Czujnik indukcyjny może być użyty do kontroli drgań w układzie. Na powyższym zdjęciu widzimy sensor, który wykrywa obecność śruby. Gdy układ wpadnie w duże wibracje i śruba zbliży się do czujnika na odpowiednią odległość, układ zostanie automatycznie wyłączony i zgłosi błąd.

Kontrola położenia nakrętki

Czujnik indukcyjny
Sensor indukcyjny – kontrola położenia nakrętki.

Czujnik bada położenie nakrętki, gdy w wyniku drgań zmieni ona swoje położenie, układ nadrzędny zostanie o tym poinformowany.

Czujniki zbliżeniowe

Czujniki zbliżeniowe – to rodzaj czujników, które na wyjściu dają sygnał zero-jedynkowy, czyli informują nas czy np. jakiś przedmiot znajduje się  w zasięgu czujnika czy też nie. Detekcja przebiega bezdotykowo, co oznacza że wykrywany element nie musi bezpośrednio dotykać sensora. Czujniki zbliżeniowe, to najbardziej rozpowszechnione sensory w automatyce.  Spotykamy je niemal w każdym zakładzie przemysłowym, urządzeniu bądź w maszynie.

Czujniki zbliżeniowe – klasyfikacja

Najbardziej popularne rodzaje czujników zbliżeniowych to:

– Indukcyjne

Czujniki zbliżeniowe indukcyjne
Czujniki zbliżeniowe indukcyjne

– Optyczne

Czujniki zbliżeniowe refleksyjne
Czujniki zbliżeniowe refleksyjne
Czujniki zbliżeniowe odbiciow
Czujniki zbliżeniowe odbiciowe
Czujniki zbliżeniowe bariera optyczna
Czujniki zbliżeniowe bariera optyczna

– Pojemnościowe

Czujniki pojemnościowe
Czujniki pojemnościowe

– Ultradźwiękowe

Czujniki ultradźwiękowe
Czujniki ultradźwiękowe

– Światłowodowe

Czujniki światłowodowe
Czujniki światłowodowe

Czujniki indukcyjne – wykrywają obecność metalowych elementów. Są to najbardziej rozpowszechnione czujniki w każdej gałęzi przemysłu. Stosowane są często jako wyłączniki krańcowe, wykrywają obecność suportów maszyn, służą jako czujniki bazowania, mogą być użyte do pomiaru prędkości obrotowej wirujących przedmiotów itp. Zasięgi czujników indukcyjnych to zazwyczaj klika, kilkadziesiąt milimetrów.

Czujniki optyczne – zwane są również fotoelektrycznymi, służą do detekcji dowolnego typu elementów, również przeźroczystych.  Czujniki optyczne dzielą się na trzy podkategorie:

  •  odbiciowe – wiązka świetlna odbija się od przedmiotu i wraca do czujnika.
  • refleksyjne – czujnik posiada dodatkowe lusterko (odbłyśnik), promień świetlny odbija się od lusterka i wraca do czujnika. Przerwanie wiązki zmienia stan na wyjściu czujnika.
  • bariera optyczna – czujnik składa się z dwóch osobnych urządzeń: nadajnika i odbiornika. Przecięcie wiązki powoduje zmianę stanu na wyjściu czujnika.

Czujniki optyczne posiadają większe zasięgi niż czujniki indukcyjne czy pojemnościowe – od kliku milimetrów do kilkudziesięciu metrów. Typowe zastosowania: wszelkiego rodzaju maszyny, urządzenia, linie technologiczne, informowanie o obecności pojazdów, ludzi itp. Do czujników optycznych możemy zaliczyć również kurtyny bezpieczeństwa, które zabezpieczają strefy niebezpieczne przed dostępem ludzi.

Czujniki pojemnościowe – służą do wykrywania dowolnego typu obiektów: szkła, papieru, metalu, wszelkiego rodzaju cieczy, ziaren, piasku itp. Trzeba zwrócić uwagę w przypadku detekcji tworzyw sztucznych, gdyż nie każdy czujnik pojemnościowy potrafi tego typu materiał wykryć! Zasięgi czujników pojemnościowych to zazwyczaj klika, kilkadziesiąt milimetrów.

Czujniki ultradźwiękowe – czujniki ultradźwiękowe służą do wykrywania dowolnego typu materiałów. Ze względu na cenę nie są tak popularne jak np. czujniki optyczne. Potrafią natomiast wykrywać bardzo dobrze przedmioty przeźroczyste, gdzie optyczne sobie niezbyt radzą – np. bardzo nieregularny kształt przeźroczystej butelki. Zasięgi czujników ultradźwiękowych to od kilkunastu centymetrów do kilku metrów.

Czujniki światłowodowe – w zasadzie można by było zaklasyfikować je do optycznych, ale chciałbym je omówić osobno. Podobnie jak optyczne, czujniki światłowodowe mają swoje podkategorie, dzielą się na odbiciowe i bariery optyczne. Czujnik światłowodowy składa się ze światłowodu i z głowicy. Do poprawnej pracy układu potrzeby jest jeszcze wzmacniacz światłowodowy, czyli urządzenia, które generuje i odbiera wiązkę świetlną z czujnika. Sensory światłowodowe mają przewagę nad optycznymi ze względu na gabaryty. Tam gdzie np. nie zmieści się czujnik optyczny, często możemy zastosować światłowodowy. Dodatkowo wzmacniacz światłowodowy może być oddalony od głowicy światłowodowej o np. metr lub dwa. Dzięki temu, że układ elektroniczny znajduje się dalej, światłowody mogą pracować z trudniejszych warunkach środowiskowych, np. temperatura, wilgotność. Zasięgi wahają się od kilku milimetrów do kilkudziesięciu centymetrów.

W następnych postach omówię szczegółowo każdą z grup czujników.