Как производители могут обеспечить точность и надежность автоматизированных процессов? В этой статье мы рассмотрим различные типы датчиков, от бесконтактных до оптических, выделим их конкретные области применения и критерии выбора. Понимая такие ключевые факторы, как чувствительность, частотная характеристика и стабильность, вы узнаете, как выбрать подходящий датчик для любого применения, что в конечном итоге повысит эффективность производства и качество продукции.
Датчики являются одним из основных видов электронного информационного оборудования в обрабатывающей промышленности, а также особыми компонентами новых разрабатываемых электронных устройств.
Сенсорная промышленность признана как на национальном, так и на международном уровне как высокотехнологичная отрасль с большими перспективами развития, благодаря высокому техническому содержанию, хорошим экономическим преимуществам, сильной проникающей способности и широким рыночным перспективам.
Благодаря бурно развивающейся электронной информационной индустрии, сенсорная промышленность сформировала определенный промышленный фундамент и добилась значительного прогресса в области технологических инноваций, независимых исследований и разработок, трансформации достижений и конкурентоспособности, внося важный вклад в содействие национальному экономическому развитию.
С наступлением информационного века датчики стали основным средством и методом получения информации в природной и производственной сферах.
В современном промышленном производстве, особенно в автоматизированных производственных процессах, используются различные датчики для контроля и управления различными параметрами производственного процесса, обеспечивающие работу оборудования в нормальном или оптимальном состоянии и выпуск высококачественной продукции. В фундаментальных исследованиях датчики имеют выдающийся статус.
В настоящее время сенсоры уже проникли в самые разные области, такие как промышленное производство, освоение космоса, обнаружение океана, защита окружающей среды, исследование ресурсов, медицинская диагностика, биоинженерия и даже охрана культурных реликвий.
Как видно, важная роль сенсорных технологий в развитии экономики и содействии социальному прогрессу совершенно очевидна. Статистические данные показывают, что годовой доход мирового рынка интеллектуальных датчиков будет расти со скоростью 10% в год.
В настоящее время в мире насчитывается 65 миллионов сенсорных устройств, оснащенных процессорами, а к 2019 году их число достигнет 2,8 триллиона.
Знание сенсоров - это также довольно большая электротехническая дисциплина, которая требует большого опыта, чтобы овладеть ею в совершенстве. Подробнее об этом мы расскажем в будущем, а сегодня речь пойдет в основном о выборе.
Для выполнения конкретной измерительной задачи необходимо сначала определить, какой принцип работы датчика следует использовать. Для этого необходимо тщательно проанализировать различные факторы, чтобы принять решение.
Например, если взять в качестве примера расходомер, то существуют электромагнитный, вихревой и ультразвуковой расходомеры, выбор которых зависит от конкретной цели.
Кроме того, необходимо также указать, какой режим вывода необходимо использовать, например, 2- или 4-проводной токовый сигнал, сигнал напряжения 0-20 мА, 4-20 мА, 0-10 В или какой-либо протокол связи.
Как правило, в пределах линейного диапазона датчика желательно иметь более высокую чувствительность датчика. Это связано с тем, что только при достаточно высокой чувствительности значение выходного сигнала, соответствующего измеренному изменению, будет относительно большим.
Кроме того, такая чувствительность выгодна для обработки сигнала. Однако важно отметить, что при высокой чувствительности датчика внешние помехи, не связанные с измеряемым объектом, могут быть усилены системой усиления и повлиять на точность измерений.
Поэтому сам датчик должен иметь более высокое отношение сигнал/шум, а помехи, вносимые извне, должны быть максимально снижены.
Чувствительность датчика является направленной. Если измеряемый объект представляет собой один вектор и требуется высокая направленность, следует выбрать другой датчик с меньшей чувствительностью в других направлениях. Если измеряемый объект представляет собой многомерный вектор, перекрестная чувствительность датчика должна быть как можно меньше.
Характеристики частотной характеристики датчиков определяют частотный диапазон измеряемого объекта, который должен оставаться неискаженным в пределах допустимого диапазона частот.
На практике всегда существует определенная задержка в отклике датчика, и желательно, чтобы время задержки было как можно меньше. Чем выше частотная характеристика датчика, тем шире диапазон измеряемых частот сигнала.
При динамических измерениях характеристики отклика должны быть основаны на характеристиках сигнала (установившийся, переходный, случайный и т.д.), чтобы избежать значительных погрешностей.
После использования датчика в течение определенного периода времени его способность сохранять свои характеристики называется стабильностью. Факторы, влияющие на долговременную стабильность датчика, связаны не только с его конструкцией, но и с условиями его использования.
Поэтому, чтобы обеспечить хорошую стабильность датчика, он должен обладать высокой адаптивностью к окружающей среде.
Перед выбором датчика следует изучить условия использования и выбрать подходящие датчики, исходя из конкретных условий использования, или принять соответствующие меры для уменьшения воздействия окружающей среды.
Точность - это важный показатель работы датчиков, и она является важным звеном, связанным с точностью измерений всей измерительной системы. Однако точность датчика ограничена его диапазоном.
Как правило, чем больше диапазон, тем ниже точность, но высокоточные датчики, скорее всего, будут иметь недостаточный диапазон. Поэтому высокоточные датчики большого радиуса действия очень дороги.
Поэтому при выборе датчиков необходимо вносить коррективы в соответствии с этими соображениями.
При выборе датчика отбора проб необходимо убедиться, что устройство может соответствовать основным условиям эксплуатации (можно обратиться к техническому паспорту, предоставленному производителем).
К 6 наиболее важным условиям эксплуатации относятся:
При использовании датчиков с IO-Link необходимо учитывать еще 6 моментов:
В современном промышленном производстве, особенно в автоматизированных производственных процессах, используются различные датчики для контроля и управления различными параметрами производственного процесса, чтобы оборудование работало в нормальном или оптимальном режиме, а продукция достигала наилучшего качества.
Поэтому можно сказать, что без множества отличных датчиков современное производство потеряет свой фундамент. Далее мы подробно расскажем о нескольких наиболее распространенных типах датчиков в производстве, а также о некоторых методах их применения.
Датчики приближения определяют наличие объектов поблизости без физического контакта. Они представляют собой устройства с дискретным выходом.
Обычно магнитные датчики приближения определяют, достиг ли исполнительный механизм определенного положения, с помощью магнита, расположенного в исполнительном механизме.
Как правило, не стоит покупать привод у одной компании и магнитный датчик приближения у другой. Хотя производитель датчика может заявить, что датчик совместим с приводами X, Y и Z, на самом деле изменение магнитов или монтажного положения может привести к проблемам срабатывания.
Например, датчик может срабатывать или не срабатывать, когда магнит находится в неправильном положении. Если производитель привода предлагает датчики приближения, согласованные с приводом, то предпочтение следует отдавать именно им.
Транзисторные датчики приближения не имеют движущихся частей и обладают большим сроком службы. Пружинные датчики приближения используют механические контакты, имеют меньший срок службы, но стоят дешевле транзисторных. Пружинные датчики лучше всего подходят для приложений, требующих питания переменным током, и для тех, которые работают в условиях высоких температур.
Датчики положения имеют аналоговый выход и отображают положение исполнительного механизма по индикатору положения установленного на нем магнита. С точки зрения управления датчики положения обеспечивают большую гибкость. Инженеры по управлению могут установить ряд заданных значений, соответствующих изменениям компонентов.
Поскольку эти датчики положения основаны на магнитах (как, например, датчики приближения), лучше всего приобретать датчики и исполнительные механизмы одного производителя (если это возможно). С помощью функции IO-Link можно получать данные с датчиков положения, что также упрощает управление и позволяет параметрировать.
Индуктивные датчики приближения используют закон индукции Фарадея для измерения присутствия объекта или его положения на аналоговом выходе. Наиболее важным фактором при выборе индуктивного датчика является определение типа металла, который датчик будет обнаруживать, что определяет диапазон срабатывания.
По сравнению с черными металлами, диапазон чувствительности цветных металлов уменьшается более чем на 50%. В руководстве к продукции производителя должна содержаться информация о необходимом отборе образцов.
Убедитесь, что датчики давления или вакуума могут измерять диапазон давления как в имперских (фунты на квадратный дюйм), так и в метрических (бары) измерениях. Укажите наиболее подходящую форму и размер для выделенного пространства.
При установке оборудования следует учитывать, должен ли датчик быть оснащен световыми индикаторами или экраном дисплея для облегчения работы оператора. Если требуется быстрое изменение заданных значений, можно рассмотреть датчики давления и вакуума с конфигурацией IO-Link.
Как и датчики давления и вакуума, датчики расхода можно выбрать по диапазону расхода, размеру и заданным значениям. При заказе датчиков можно указать параметры дисплея.
Датчики расхода с относительно низкой скоростью потока могут быть выбраны для определенного участка оборудования или для всего оборудования.
Наиболее распространенными типами оптических датчиков являются фотоэлектрические датчики рассеяния, отражения и сквозного луча. Лазерные и волоконно-оптические датчики также относятся к категории оптических датчиков.
Фотоэлектрические датчики - это в основном датчики присутствия, которые обнаруживают объекты путем отражения или прерывания луча света. Благодаря низкой стоимости, универсальности и высокой надежности эти датчики являются одними из наиболее широко используемых в обрабатывающей промышленности.
Диффузные фотоэлектрические датчики не требуют отражателей. Это экономичные датчики, используемые для обнаружения присутствия близлежащих объектов.
Фотоэлектрические датчики со сквозным лучом обеспечивают наибольшую дальность обнаружения. Эти датчики имеют отдельные передающий и принимающий блоки, установленные в двух точках. Датчики безопасности гаражных ворот - это лучевые датчики. Прерывание луча указывает на наличие цели.
Щелевые фотоэлектрические датчики - интересный вариант сквозного луча; они сочетают в себе передатчик и приемник в компактном устройстве. Датчики щелевого типа используются для обнаружения наличия и отсутствия мелких деталей.
Отражательные фотоэлектрические датчики состоят из сенсора и отражателя и используются для среднего уровня обнаружения присутствия. По точности и стоимости эти датчики находятся между диффузными и сквозными датчиками.
Волоконно-оптические датчики используются для определения присутствия и расстояния. Параметры этих многофункциональных датчиков могут быть настроены на обнаружение различных цветов, фонов и расстояний.
Лазерные датчики могут использоваться для определения присутствия на большом расстоянии и являются наиболее точными для измерений на малом расстоянии.
Датчики зрения могут использоваться для считывания штрих-кодов, подсчета, проверки формы и т. д. Датчики зрения - это экономичное и эффективное визуальное приложение, которое можно использовать в ситуациях, когда системы камер являются дорогостоящими и сложными.
Датчики технического зрения используются для считывания штрих-кодов, отслеживания отдельных компонентов и выполнения технологических операций с учетом особенностей компонента. Датчики могут проверять функциональность количества деталей, присутствующих на компоненте. Датчики зрения могут определить, достигнута ли заданная кривая или другая форма.
Поскольку эти датчики работают со светом, крайне важно тестировать их в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации, с учетом окружающего освещения и отражающей способности фона.
В большинстве случаев рекомендуется размещать датчики технического зрения в корпусе, чтобы изолировать их от внешних источников света. При тестировании датчиков рекомендуется обращаться за помощью к производителю датчиков технического зрения. Не забудьте также выбрать подходящую полевую шину.
Преобразователи сигналов преобразуют аналоговый выходной сигнал от датчика в двоичный сигнал на преобразователе или преобразуют его в данные процесса IO-Link.
(1) Магнитный переключатель:
Это специализированное название для датчиков, используемых в цилиндрах, в основном для определения положения поршней цилиндра. Обычно он поставляется поставщиком цилиндров в соответствии с требованиями заказчика. Как следует из названия, магнитный переключатель обнаруживает целевой объект с помощью электромагнитной индукции, поэтому точность обнаружения относительно низкая.
(2) Бесконтактный выключатель:
Бесконтактный датчик также разработан и изготовлен на основе принципа электромагнитной индукции, поэтому он может измерять только металлические целевые объекты, и существует небольшая разница в расстоянии срабатывания для различные металлы.
В настоящее время для бесконтактных датчиков обычно используются следующие расстояния срабатывания: 1 мм, 2 мм, 4 мм, 8 мм, 12 мм и т. д. Обычно существует два типа бесконтактных выключателей: встраиваемые и невстраиваемые.
Так называемый встроенный тип означает, что чувствительная головка бесконтактного датчика не обнаруживает металлическую цель в окружном направлении, а обнаруживает только металлическую цель перед собой, и чувствительная головка датчика может быть установлена без обнажения металлических монтажных кронштейнов.
Так называемый невстраиваемый тип означает, что чувствительная головка бесконтактного датчика одновременно обнаруживает металлическую цель перед собой и металлическую цель в окружном направлении, при этом чувствительная головка датчика должна выступать за металлический кронштейн на определенное расстояние, а в окружном направлении в определенном диапазоне не должно быть металлической цели, чтобы избежать неверных суждений.
Точность обнаружения бесконтактных датчиков выше, чем у магнитных. Бесконтактные выключатели обычно используются в ситуациях, когда требования к точности определения положения для определения наличия или отсутствия продуктов и позиционирования приспособлений относительно невысоки.
(3) Фотоэлектрический переключатель:
Фотоэлектрический метод обнаружения обладает такими преимуществами, как высокая точность, быстрый отклик, бесконтактность, и позволяет измерять множество параметров. Структура датчика проста и гибка, поэтому фотоэлектрические датчики широко используются для обнаружения и контроля.
Существует примерно три типа фотоэлектрических переключателей, которые мы обычно упоминаем: один из них - отражательный фотоэлектрический датчик, другой - фотоэлектрический датчик сквозного луча, а третий - фотоэлектрический датчик, в котором для отражения света используется отражательная пластина.
Последние два способа определяются по затенению целевого объекта, а первый - по отражению света от целевого объекта.
Поэтому последние два датчика обычно имеют большую дистанцию срабатывания и более высокую точность. Благодаря относительно высокой точности обнаружения фотоэлектрических датчиков они обычно используются для определения точного положения изделий или заготовок, а также в качестве устройств обратной связи для шаговых и сервосистем.
(4) Оптоволоконный датчик:
Волоконно-оптический датчик также является одним из типов элементов обнаружения, использующих фотоэлектрическое преобразование сигнала. По сравнению с фотоэлектрическими переключателями, он обычно может обнаруживать меньшие по размеру объекты, имеет большую дистанцию обнаружения и более высокую точность.
Поэтому волоконно-оптические датчики обычно используются в более точных системах обнаружения и устройствах обратной связи при позиционировании для шаговых и сервосистем.
(5) Сетка:
Решетка также является датчиком, использующим фотоэлектрические сигналы. Область обнаружения решетки велика, поэтому ее также называют датчиком зоны. Основная область применения решетки - блокировка и обеспечение безопасности оборудования, особенно для защиты людей.
(6) Термопара:
Термопары используются в основном для определения температуры окружающей среды.
(7) Лазерный детектор:
Основная функция лазерного детектора - точное измерение внешних размеров целевого объекта.
(8) Промышленная камера:
Промышленная камера, также широко известная как CCD (прибор с зарядовой связью) в технике, в основном используется для обнаружения внешней формы и положения целевого объекта. Благодаря усовершенствованию современной технологии CCD промышленные камеры с высоким разрешением теперь могут применяться для точных измерений.
(9) Кодировщик:
По принципу работы энкодеры можно разделить на инкрементальные и абсолютные. Инкрементальные энкодеры преобразуют перемещение в периодические электрические сигналы, а затем преобразуют эти электрические сигналы в счетные импульсы, где количество импульсов соответствует величине перемещения.
Абсолютный энкодер соответствует определенному цифровому коду для каждой позиции, поэтому его показания относятся только к начальной и конечной позициям измерения и не связаны с процессом измерения в середине.
Энкодеры обычно используются в замкнутых или полузамкнутых системах управления с шаговыми двигателями или серводвигателями.
(10) Микропереключатель:
Микропереключатель - это датчик контактного типа, используемый в основном для соединения оборудования или определения состояния защитных и предохранительных дверей оборудования.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO 
TR