Hoe kunnen fabrikanten precisie en betrouwbaarheid in geautomatiseerde processen garanderen? Dit artikel gaat in op verschillende soorten sensoren, van nabijheid tot optisch, en belicht hun specifieke toepassingen en selectiecriteria. Door inzicht te krijgen in sleutelfactoren zoals gevoeligheid, frequentierespons en stabiliteit, leert u hoe u de juiste sensor voor elke toepassing kunt kiezen, wat uiteindelijk de productie-efficiëntie en productkwaliteit ten goede komt.
Sensoren zijn een basistype elektronische informatieapparatuur in de productie-industrie en het zijn speciale onderdelen van nieuwe elektronische apparaten die worden ontwikkeld.
De sensorindustrie wordt zowel nationaal als internationaal erkend als een high-tech industrie met grote ontwikkelingsvooruitzichten, vanwege de hoge technische inhoud, goede economische voordelen, een sterk penetratievermogen en brede marktvooruitzichten.
Aangedreven door de bloeiende elektronische informatie-industrie heeft de sensorindustrie een zekere industriële basis gevormd en aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van technologische innovatie, onafhankelijk onderzoek en ontwikkeling, voltooiingstransformatie en concurrentievermogen, waardoor belangrijke bijdragen zijn geleverd aan de bevordering van de nationale economische ontwikkeling.
Met de komst van het informatietijdperk zijn sensoren het belangrijkste middel en de belangrijkste methode geworden voor mensen om informatie te verkrijgen op het gebied van natuur en productie.
In de moderne industriële productie, vooral in geautomatiseerde productieprocessen, worden verschillende sensoren gebruikt om verschillende parameters in het productieproces te bewaken en te controleren, om ervoor te zorgen dat apparatuur in een normale of optimale staat werkt en producten van hoge kwaliteit produceert. In fundamenteel onderzoek hebben sensoren een uitstekende status.
Tegenwoordig zijn sensoren al doorgedrongen tot zeer brede gebieden zoals industriële productie, ruimtevaart, oceaandetectie, milieubescherming, onderzoek naar hulpbronnen, medische diagnose, biotechniek en zelfs de bescherming van culturele relikwieën.
Het is duidelijk dat sensortechnologie een belangrijke rol speelt bij de ontwikkeling van de economie en de bevordering van sociale vooruitgang. Statistische cijfers laten zien dat de jaarlijkse omzet van de wereldwijde markt voor intelligente sensoren zal stijgen met 10% per jaar.
Momenteel zijn er wereldwijd 65 miljoen sensorapparaten geïnstalleerd met processors en dit aantal zal in 2019 zijn opgelopen tot 2,8 biljoen.
Sensorkennis is ook een relatief grote elektrische discipline die veel ervaring vereist om goed onder de knie te krijgen. We zullen er in de toekomst meer over uitleggen, maar vandaag hebben we het vooral over de selectie.
Om een specifieke meettaak uit te voeren, moet eerst worden overwogen welk type sensorprincipe moet worden gebruikt. Dit vereist een zorgvuldige analyse van verschillende factoren om tot een beslissing te komen.
Als we bijvoorbeeld een debietmeter nemen, hebben we een elektromagnetische debietmeter, een vortex debietmeter en een ultrasone debietmeter, die afhankelijk zijn van het specifieke doel bij het selecteren van een debietmeter.
Daarnaast is het ook nodig om aan te geven wat voor soort uitgangsmodus gebruikt moet worden, zoals een 2-draads of 4-draads stroomsignaal, een 0-20mA, een 4-20mA, een 0-10V spanningssignaal of een protocolcommunicatie.
Over het algemeen is het wenselijk om binnen het lineaire bereik van de sensor een hogere gevoeligheid te hebben. Dit komt omdat alleen als de gevoeligheid hoog genoeg is, de waarde van het uitgangssignaal dat overeenkomt met de gemeten verandering relatief groot is.
Bovendien is deze gevoeligheid gunstig voor signaalverwerking. Het is echter belangrijk op te merken dat wanneer de gevoeligheid van de sensor hoog is, externe stoorsignalen die niet gerelateerd zijn aan het gemeten object versterkt kunnen worden door het versterkingssysteem en de meetnauwkeurigheid kunnen beïnvloeden.
Daarom moet de sensor zelf een hogere signaal-ruisverhouding hebben en moeten de stoorsignalen van buitenaf zoveel mogelijk worden beperkt.
De gevoeligheid van de sensor is richtingsgevoelig. Als het gemeten object een enkele vector is en een hoge richtingsgevoeligheid vereist, moet een andere sensor met een lagere gevoeligheid in andere richtingen worden gekozen. Als het gemeten object een multidimensionale vector is, moet de kruisgevoeligheid van de sensor zo klein mogelijk zijn.
De frequentieresponskarakteristieken van sensoren bepalen het frequentiebereik van het gemeten object, dat onvervormd moet blijven binnen het toegestane frequentiebereik.
In de praktijk is er altijd een zekere vertraging in de respons van de sensor, en het verdient de voorkeur dat de vertragingstijd zo kort mogelijk is. Hoe hoger de frequentierespons van de sensor, hoe breder het signaalfrequentiebereik dat kan worden gemeten.
Bij dynamische metingen moeten de responskenmerken gebaseerd zijn op de kenmerken van het signaal (stationair, transiënt, willekeurig, etc.) om significante fouten te voorkomen.
Na gebruik van de sensor gedurende een bepaalde periode wordt het vermogen van de sensor om zijn prestaties te behouden stabiliteit genoemd. De factoren die van invloed zijn op de langetermijnstabiliteit van de sensor hebben niet alleen te maken met de sensorstructuur, maar vooral ook met de gebruiksomgeving van de sensor.
Om ervoor te zorgen dat de sensor een goede stabiliteit heeft, moet de sensor een sterk aanpassingsvermogen aan de omgeving hebben.
Voordat een sensor wordt geselecteerd, moet de gebruiksomgeving worden onderzocht en moeten geschikte sensoren worden geselecteerd op basis van de specifieke gebruiksomgeving of moeten passende maatregelen worden genomen om de invloed van de omgeving te beperken.
Nauwkeurigheid is een belangrijke prestatie-indicator van sensoren, en het is een belangrijke schakel met betrekking tot de meetnauwkeurigheid van het hele meetsysteem. De nauwkeurigheid van de sensor wordt echter beperkt door het bereik.
Over het algemeen geldt: hoe groter het bereik, hoe lager de nauwkeurigheid, maar sensoren met hoge precisie hebben waarschijnlijk onvoldoende bereik. Hierdoor zijn zeer nauwkeurige sensoren met een groot bereik erg duur.
Daarom moeten er aanpassingen worden gedaan bij het selecteren van sensoren op basis van deze overwegingen.
Bij het kiezen van een bemonsteringssensor is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat het apparaat kan voldoen aan de basisbedrijfsomstandigheden van de toepassing (raadpleeg het gegevensblad van de fabrikant).
De 6 belangrijkste bedrijfsomstandigheden zijn:
Wanneer je het gebruik van sensoren met IO-Link overweegt, zijn er nog 6 andere dingen waar je rekening mee moet houden:
In de moderne industriële productie, vooral in geautomatiseerde productieprocessen, worden verschillende sensoren gebruikt om verschillende parameters in het productieproces te bewaken en te regelen, zodat de apparatuur in een normale of optimale staat werkt en de producten de beste kwaliteit bereiken.
Daarom kan gezegd worden dat zonder veel uitstekende sensoren de moderne productie haar basis zal verliezen. Hierna geven we een gedetailleerde introductie van enkele van de meest voorkomende soorten sensoren in de productie, samen met enkele toepassingstechnieken en inzichten.
Nabijheidssensoren detecteren de aanwezigheid van voorwerpen in de buurt zonder fysiek contact. Het zijn discrete uitvoerapparaten.
Gewoonlijk detecteren magnetische naderingssensoren of een actuator een specifieke positie heeft bereikt door een magneet in de actuator te detecteren.
Het is over het algemeen geen goed idee om een actuator van het ene bedrijf te kopen en een magnetische naderingssensor van een ander bedrijf. Hoewel de fabrikant van de sensor kan zeggen dat de sensor compatibel is met X-, Y- en Z-actuators, is de realiteit dat veranderingen in magneten of montagepositie detectieproblemen kunnen veroorzaken.
De sensor kan bijvoorbeeld wel of niet bekrachtigen wanneer de magneet zich niet in de juiste positie bevindt. Als de fabrikant van de actuator proximiteitssensoren aanbiedt die zijn afgestemd op de actuator, verdienen deze de voorkeur.
Nabijheidssensoren op basis van transistors hebben geen bewegende delen en hebben een lange levensduur. Veerdruksensoren gebruiken mechanische contacten, hebben een kortere levensduur, maar zijn minder duur dan transistortypes. Veerbelaste sensoren zijn het meest geschikt voor toepassingen die AC-stroom nodig hebben en toepassingen die werken in omgevingen met hoge temperaturen.
Positiesensoren hebben een analoge uitgang en geven de positie van de actuator weer op basis van de positie-indicator van de magneet die erop is gemonteerd. Vanuit het oogpunt van besturing bieden positiesensoren veel flexibiliteit. Besturingstechnici kunnen een reeks setpointwaarden instellen die zijn afgestemd op veranderingen van componenten.
Aangezien deze positiesensoren gebaseerd zijn op magneten (zoals naderingssensoren), is het het beste om sensoren en actuatoren van dezelfde fabrikant te kopen (indien mogelijk). Met de IO-Link-functionaliteit kunnen gegevens van positiesensoren worden verkregen, wat ook de besturing kan vereenvoudigen en parametrisering mogelijk kan maken.
Inductieve naderingssensoren gebruiken de inductiewet van Faraday om de aanwezigheid of analoge uitgangspositie van een object te meten. De meest kritieke factor bij het selecteren van een inductieve sensor is het bepalen van de metaalsoort die de sensor zal detecteren, waardoor het detectiebereik wordt bepaald.
Vergeleken met zwarte metalen is het detectiebereik van gekleurde metalen meer dan 50% kleiner. De producthandleiding van de fabrikant moet informatie geven over de benodigde monsterselectie.
Zorg ervoor dat druk- of vacuümsensoren het drukbereik kunnen meten in zowel imperiale (pounds per square inch) als metrische (bars) metingen. Specificeer de meest geschikte vorm en grootte voor de toegewezen ruimte.
Overweeg bij het installeren van de apparatuur of de sensor moet worden geconfigureerd met indicatielampjes of een displayscherm om het gebruik door de operator te vergemakkelijken. Als snelle wijzigingen van ingestelde waarden nodig zijn, kunnen druk- en vacuümsensoren met IO-Link-configuratie worden overwogen.
Net als druk- en vacuümsensoren kunnen stromingssensoren worden geselecteerd op basis van stromingsbereik, grootte en variabele instelwaarden. Weergaveopties kunnen worden opgegeven bij het bestellen van sensoren.
Er kunnen stromingssensoren met relatief lage stroomsnelheden worden geselecteerd voor een bepaald deel van de apparatuur of voor de hele apparatuur.
De meest voorkomende soorten optische sensoren zijn foto-elektrische verstrooiing, reflectie en zender-ontvanger. Lasersensoren en glasvezelsensoren vallen ook onder de categorie optische sensoren.
Foto-elektrische sensoren zijn meestal aanwezigheidssensoren die objecten detecteren door een lichtstraal te reflecteren of te onderbreken. Door hun lage kosten, veelzijdigheid en hoge betrouwbaarheid behoren deze sensoren tot de meest gebruikte in de productie-industrie.
Diffuse foto-elektrische sensoren hebben geen reflectoren nodig. Het zijn kosteneffectieve sensoren die worden gebruikt om de aanwezigheid van objecten in de buurt te detecteren.
Fotocellen met zender-ontvanger bieden het grootste detectiebereik. Deze sensoren hebben afzonderlijke zend- en ontvangeenheden die op twee punten geïnstalleerd zijn. Garagedeurbeveiligingssensoren zijn bundelsensoren. Een onderbreking van de straal duidt op de aanwezigheid van een doelwit.
Sleufvormige fotocellen zijn een interessante zender-ontvanger variant; ze combineren een zender en een ontvanger in een compacte eenheid. Sleufvormige sensoren worden gebruikt om de aan- en afwezigheid van kleine onderdelen te detecteren.
Reflectieve fotocellen hebben een sensor en een reflector en worden gebruikt voor middelgrote aanwezigheidssensoren. Qua precisie en kosten vallen deze sensoren tussen diffuse en zender-ontvanger sensoren in.
Glasvezelsensoren worden gebruikt voor aanwezigheids- en afstandsdetectie. De parameters op deze multifunctionele sensoren kunnen worden aangepast om verschillende kleuren, achtergronden en afstandsbereiken te detecteren.
Lasersensoren kunnen worden gebruikt voor aanwezigheidsdetectie op lange afstand en zijn het meest nauwkeurig voor meettoepassingen op korte afstand.
Vision-sensoren kunnen worden gebruikt voor het lezen van barcodes, tellen, vormverificatie en nog veel meer. Vision-sensoren zijn een economische en efficiënte visuele toepassing die gebruikt kan worden in situaties waar camerasystemen duur en complex zijn.
Vision-sensoren worden gebruikt voor het lezen van barcodes, het volgen van individuele onderdelen en het uitvoeren van processtappen die zijn afgestemd op het onderdeel. Sensoren kunnen de functionaliteit van het aantal onderdelen op het onderdeel controleren. Vision-sensoren kunnen bepalen of een gespecificeerde curve of andere vorm bereikt is.
Aangezien deze sensoren met licht werken, is het testen van de sensoren onder omstandigheden die zo dicht mogelijk bij de bedrijfsomgeving liggen cruciaal, rekening houdend met omgevingslicht en achtergrondreflectie.
In de meeste toepassingen wordt aanbevolen om vision-sensoren in een behuizing te plaatsen om ze te isoleren van externe lichtbronnen. De hulp inroepen van de fabrikant van de vision-sensor tijdens het testen van de sensor is een goed idee. Vergeet ook niet om de juiste veldbus te kiezen.
Signaalomzetters zetten het analoge uitgangssignaal van een sensor om naar een binair signaal op de omvormer, of zetten het om naar IO-Link-procesgegevens.
(1) Magnetische schakelaar:
Het is een gespecialiseerde naam voor sensoren die in cilinders worden gebruikt, voornamelijk om de positie van de cilinderzuigers te detecteren. Meestal wordt hij geleverd door de cilinderleverancier op basis van het gebruik door de klant. Zoals de naam al aangeeft, detecteert de magnetische schakelaar het doelobject via elektromagnetische inductie, waardoor de detectienauwkeurigheid relatief laag is.
(2) Naderingsschakelaar:
De benaderingsschakelaar is ook ontworpen en gefabriceerd op basis van het principe van elektromagnetische inductie en kan dus alleen metalen voorwerpen meten. verschillende metalen.
Momenteel zijn de meest gebruikte detectieafstanden voor benaderingsschakelaars als volgt: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm, enz. Er zijn meestal twee soorten benaderingsschakelaars: ingebouwde en niet-ingebedde.
Het zogenaamde ingebedde type verwijst naar het feit dat de sensorkop van de naderingsschakelaar het metalen doelwit niet detecteert in zijn omtrekrichting, maar alleen het metalen doelwit ervoor, en de sensorkop van de sensor kan worden geïnstalleerd zonder de metalen montagebeugels bloot te leggen.
Het zogenaamde niet-ingebedde type betekent dat de sensorkop van de naderingsschakelaar tegelijkertijd zowel het metalen doel ervoor als het metalen doel in de omtrekrichting detecteert, en de sensorkop moet de metalen montagebeugel over een bepaalde afstand blootleggen en er mag geen metalen doel zijn binnen een bepaald bereik in de omtrekrichting om onjuiste beoordelingen te voorkomen.
De detectienauwkeurigheid van benaderingsschakelaars is hoger dan die van magnetische schakelaars. Naderingsschakelaars worden meestal gebruikt in situaties waar de positienauwkeurigheidseisen voor het beoordelen van de aan- of afwezigheid van producten en de positionering van bevestigingen relatief laag zijn.
(3) Foto-elektrische schakelaar:
De foto-elektrische detectiemethode heeft de voordelen van hoge nauwkeurigheid, snelle respons en contactloosheid, en kan meerdere parameters meten. De structuur van de sensor is eenvoudig en flexibel, zodat foto-elektrische sensoren veel worden gebruikt voor detectie en regeling.
Er zijn ruwweg drie soorten foto-elektrische schakelaars die we gewoonlijk noemen: één is een reflecterende foto-elektrische sensor, een andere is een zender-ontvanger foto-elektrische sensor en de andere is een foto-elektrische sensor die een reflectieplaat gebruikt om licht te weerkaatsen.
De laatste twee worden gedetecteerd door schaduw als gevolg van het doelobject, terwijl de eerste wordt bereikt door licht te weerkaatsen door het doelobject.
Daarom hebben de laatste twee meestal langere detectieafstanden en een hogere nauwkeurigheid. Vanwege de relatief hoge detectienauwkeurigheid van foto-elektrische sensoren worden ze meestal gebruikt voor het detecteren van de precieze positie van producten of werkstukken, en als feedbackapparaat voor stappen- en servosystemen.
(4) Glasvezelsensor:
Een optische vezelsensor is ook een type detectie-element dat gebruik maakt van foto-elektrische signaalomzetting. Vergeleken met foto-elektrische schakelaars kunnen ze meestal kleinere objecten detecteren, hebben ze een langere detectieafstand en een hogere nauwkeurigheid.
Daarom worden glasvezelsensoren meestal gebruikt in nauwkeuriger detectietoepassingen en positioneringsfeedbackapparaten voor stappen- en servosystemen.
(5) Rooster:
Het raster is ook een sensor die foto-elektrische signalen gebruikt. Het detectiegebied van het raster is groot, daarom wordt het ook een zonesensor genoemd. Het belangrijkste toepassingsgebied van het raster is vergrendeling en veiligheidsfuncties tussen apparatuur, vooral om mensen te beschermen.
(6) Thermokoppel:
Thermokoppels worden voornamelijk gebruikt om de omgevingstemperatuur te meten.
(7) Laserdetector:
De belangrijkste functie van de laserdetector is het nauwkeurig meten van de externe afmetingen van het doelobject.
(8) Industriële camera:
De industriële camera staat ook bekend als CCD (Charge-coupled Device) in de techniek en wordt voornamelijk gebruikt om de externe vorm en positie van het doelobject te detecteren. Met de verbetering van de huidige CCD-technologie kunnen industriële camera's met hoge resolutie nu worden toegepast op nauwkeurige meetgebieden.
(9) Encoder:
Volgens de werkingsprincipes kunnen encoders worden onderverdeeld in incrementele en absolute types. Incrementele encoders zetten verplaatsingen om in periodieke elektrische signalen en zetten dit elektrische signaal vervolgens om in telimpulsen, waarbij het aantal pulsen de grootte van de verplaatsing weergeeft.
De absolute encoder correspondeert met een specifieke digitale code voor elke positie, dus de indicatie heeft alleen betrekking op de begin- en eindpositie van de meting en niet op het meetproces in het midden.
Encoders worden meestal gebruikt in gesloten of semi-gesloten regelsystemen met stappenmotoren of servomotoren.
(10) Microschakelaar:
De microschakelaar is een contactsensor die voornamelijk wordt gebruikt voor het verbinden van apparatuur of voor het detecteren van de status van veiligheids- en beveiligingsdeuren van apparatuur.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO