Działanie i technologia czujników indukcyjnych

Czujnik indukcyjny to bezdotykowy czujnik do wykrywania metalowych obiektów. Czujniki indukcyjne są często wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych do określania i kontrolowania pozycji, ruchów lub odległości metalowych obiektów.

Do rodzajów czujników indukcyjnych należą indukcyjne czujniki zbliżeniowe i indukcyjne czujniki odległości, które mogą wykrywać metalowe obiekty w ich pobliżu, wykorzystując indukcyjną zasadę pomiaru. Indukcyjne czujniki zbliżeniowe wykrywają obecność metalowego obiektu i generują sygnał przełączający. Indukcyjne czujniki odległości mierzą odległość od metalowego obiektu poprzez zmianę indukowanego napięcia.

Tutaj znajdują się wszystkie nasze indukcyjne czujniki zbliżeniowe i indukcyjne czujniki odległości:

Czujniki indukcyjne działają bezdotykowo, wykorzystując pola elektromagnetyczne do rozpoznawania metalowych obiektów w swoim otoczeniu. Cewka, która działa jako element czujnika, jest częścią oscylatora LC. Przez ten obwód rezonansowy przepływa prąd elektryczny, wskutek czego powstaje zmienne pole elektromagnetyczne, które wychodzi z aktywnej powierzchni czujnika. Prądy wirowe są indukowane w każdym metalowym przedmiocie zbliżającym się od strony czołowej, który pobiera energię z oscylatora. Powoduje to zmianę poziomu na wyjściu oscylatora, który przełącza stopień wyjściowy w przypadku czujników cyfrowych za pomocą wyzwalacza Schmitta lub wpływa na analogowy sygnał wyjściowy w przypadku czujników pomiarowych w zależności od odległości od obiektu.

Czujniki indukcyjne z interfejsem IO-Link mogą być używane zarówno jako czujniki przełączające z regulowanym punktem przełączania, jak i jako czujniki pomiarowe z cyfrową transmisją wartości zmierzonej przez IO-Link. Dwukierunkowa komunikacja za pośrednictwem IO-Link umożliwia łatwiejszą parametryzację i dostępność cyfrowych wartości zmierzonych, a także transmisję dodatkowych danych diagnostycznych, takich jak temperatura wewnętrzna czujnika lub liczba cykli przełączania. Umożliwia to monitorowanie stanu czujnika i modułu maszyny bez dodatkowych czujników oraz lepsze planowanie okresów międzykonserwacyjnych.

Czujnik indukcyjny przełącza się z pewnej odległości do metalowego obiektu. Odległość ta jest nazywana odległością przełączania. Międzynarodowa norma EN 60947-5-2 definiuje odległość przełączania w następujący sposób: Odległość przełączania jest to odległość, z której standardowa płytka pomiarowa poruszająca się w kierunku powierzchni aktywnej wyłącznika zbliżeniowego powoduje zmianę sygnału.

Normatywna płytka pomiarowa
Normatywna płytka pomiarowa to znormalizowana metalowa płyta wykorzystywana do kalibracji i kontroli czujników indukcyjnych. Jest kwadratowa, o grubości 1 mm, wykonana z Fe 360 (ST 37). Długość boku odpowiada średnicy aktywnej powierzchni czujnika lub trzykrotności nominalnej odległości przełączania Sn, w zależności od tego, która wartość jest większa. Zastosowanie normatywnej płytki pomiarowej zapewnia, że charakterystyka czujnika może być mierzona i porównywana w standardowych warunkach.

Znamionowa odległość przełączania Sn
Znamionowa odległość przełączania Sn to odległość, w której czujnik wykrywa metalowy obiekt w idealnych warunkach (np. przy użyciu normatywnej płytki pomiarowej) i wysyła sygnał przełączający. Odległość ta jest określana podczas produkcji czujnika i określa teoretyczną odległość przełączania, przy której czujnik powinien wykryć obiekt. Nie uwzględnia ona tolerancji produkcyjnych ani zmian wynikających z warunków zewnętrznych, takich jak napięcie i temperatura.

Rzeczywista odległość przełączania Sr
Rzeczywista odległość przełączania to rzeczywista zmierzona odległość, przy której czujnik wykrywa metalowy obiekt w określonym zastosowaniu przy określonej temperaturze, napięciu i warunkach instalacji. Rzeczywista odległość przełączania może nieznacznie odbiegać od znamionowej odległości przełączania ze względu na tolerancje i wahania produkcyjne. Dla indukcyjnych wyłączników zbliżeniowych powinna wynosić od 90% do 110% nominalnej odległości przełączania w temperaturze 23 ±5 °C.

Użytkowa odległość przełączania Su
Użytkowa odległość przełączania Su opisuje obszar rzeczywistej odległości przełączania, w którym czujnik pracuje niezawodnie. Uwzględniane są zmienne czynniki, takie jak temperatura, wahania napięcia i tolerancje mechaniczne. Odległość przełączania pojedynczego czujnika zbliżeniowego, jest mierzona w całym zakresie temperatur pracy i przy napięciu zasilania między 90% a 110% wartości znamionowej.

Zapewniona odległość przełączania Sa
Zapewniona odległość przełączania Sa to odległość, do której czujnik zawsze zapewnia bezpieczny sygnał przełączania, niezależnie od warunków otoczenia, takich jak temperatura, napięcie i tolerancje produkcyjne. W przypadku indukcyjnych czujników zbliżeniowych zapewniona odległość przełączania wynosi od 0% do 81% znamionowej odległości przełączania. Jest to najbardziej konserwatywna wartość, która zapewnia niezawodne przełączanie czujnika we wszystkich możliwych warunkach.

Współczynnik korekcji

Odległość przełączania czujników indukcyjnych zależy od materiału mierzonego metalu. Jeśli do tłumienia używane są materiały metalowe inne niż standardowa płytka pomiarowa (Fe 360), podane odległości przełączania należy pomnożyć przez współczynnik korekcji materiału określony w arkuszu danych. Wyniki należy traktować jako wartości orientacyjne. Należy pamiętać, że geometria obiektu pomiarowego, która odbiega od standardowej płytki pomiarowej, również ma wpływ na odległość przełączania. Jeśli w arkuszu danych nie podano współczynników korekcji, można zastosować wartości domyślne podane w poniższej tabeli.

Materiał	Współczynnik korekcji
Stal	1
Miedź	0,25 ... 0,45
Mosiądz	0,35 ... 0,50
Aluminium	0,30 ... 0,45
Stal nierdzewna	0,60 ... 1,00
Nikiel	0,65 ... 0,75
Żeliwo	0,90 ... 1,05

W przypadku wykrywania folii aluminiowych lub materiałów powlekanych metalem można osiągnąć odległość wykrywania zbliżoną do odległości wykrywania stali. Nominalna odległość przełączania Sn zależy od składu i grubości warstw.

W przypadku standardowych czujników odległość przełączania jest zmniejszona nawet o 70% w przypadku metali nieferromagnetycznych. Czujniki indukcyjne Faktor-1 zawierają mikrokontroler, który kompensuje ten wpływ. W związku z tym czujniki Faktor-1 nie mają współczynnika redukcji zależnego od materiału. Są one zatem szczególnie odpowiednie do pomiarów na aluminium lub metalach nieżelaznych, ponieważ można uzyskać większą odległość przełączania.

Histereza przełączania

Histereza jest różnicą pomiędzy punktem włączenia i wyłączenia w miarę zbliżania się i oddalania płytki pomiarowej od inicjatora. Zapewnia stabilną pracę czujników indukcyjnych i zapobiega błędnemu przełączaniu w przypadku wibracji mechanicznych.

Częstotliwość przełączania i pomiar prędkości

Częstotliwość przełączania ustalona zgodnie z metodą pomiarową EN 60947-5-2 stanowi maksymalną możliwą liczbę przełączeń na sekundę. Efektywnie osiągalna częstotliwość przełączania zależy również od określonych właściwości wykrywanego komponentu, takich jak rozmiar lub materiał. Wysokie częstotliwości przełączania indukcyjnych czujników, osiągające zazwyczaj do 5 kHz, umożliwiają realizację szybkich aplikacji oraz dokładne wykrywanie ruchu.

Pomiar prędkości za pomocą czujników indukcyjnych to precyzyjna metoda monitorowania lub dokładnego określania prędkości obracającego się obiektu. Czujnik jest umieszczany w bezpośredniej bliskości obracającego się wału lub obracającego się koła zębatego. Wykrywając struktury metalowe za pomocą pola elektromagnetycznego, generowane są impulsy elektryczne, które są zliczane. Z częstotliwości przełączania tych impulsów można obliczyć prędkość w obrotach na minutę.

Czujniki indukcyjne z interfejsem IO-Link umożliwiają transmisję częstotliwości przełączania bezpośrednio jako cyfrową wartość zmierzoną. Dzięki temu można zrealizować monitorowanie prędkości bez zwiększonych nakładów w związku z integracją.

Czujniki indukcyjne są wykorzystywane w przemyśle i technologii automatyzacji do precyzyjnego wykrywania i pomiaru odległości metalowych obiektów lub części maszyn. Dzięki swojej wytrzymałości indukcyjne czujniki nadają się również do stosowania w trudnych i wymagających warunkach, takich jak na przykład w elektrowniach wiatrowych.

Czujniki indukcyjne wykrywają tylko metale, podczas gdy czujniki pojemnościowe mogą również wykrywać materiały nieprzewodzące, takie jak szkło, ciecze i tworzywa sztuczne. Oba działają bezdotykowo: czujniki indukcyjne wykorzystują pola magnetyczne, na które wpływają metalowe obiekty, podczas gdy czujniki pojemnościowe mierzą zmiany pola elektrycznego spowodowane stałą dielektryczną różnych materiałów.

Ze względu na małe rozmiary czujniki indukcyjne bez problemu mieszczą się w ciasnych konstrukcjach maszyn i umożliwiają efektywne wykorzystanie przestrzeni. Ich krótki czas reakcji sprawia, że idealnie nadają się do zastosowań wymagających precyzyjnego i szybkiego wykrywania. Ponadto funkcjonują one bez elementów ruchomych, co obniża koszty utrzymania i zwiększa długość eksploatacji. Ze względu na te właściwości czujniki indukcyjne nadają się do szeregu zastosowań w różnych branżach.

Więcej zalet można znaleźć na stronach produktów naszych indukcyjnych czujników zbliżeniowych i naszych indukcyjnych czujników odległości.

Profesjonalny montaż ma kluczowe znaczenie dla niezawodnego działania czujników indukcyjnych. Dowiedz się więcej o uruchamianiu, różnych metodach montażu i możliwościach regulacji. Ponadto uzyskasz informacje na temat różnych typów wyjść (np. wyjście PNP lub NPN) oraz odpowiadających im schematów połączeń.