Сензорите са основни продукти в индустрията за производство на електронно информационно оборудване и представляват специализирани компоненти сред новите електронни компоненти с приоритет за развитие. Индустрията на сензорите, широко призната в страната и в международен план като обещаващ високо-технологичен сектор, привлича глобалното внимание със своето високо технологично съдържание, силна икономическа възвръщаемост, обширно навлизане на пазара и широки пазарни перспективи. Воден от процъфтяващия пазар на индустрията за електронна информация, секторът на сензорите в Китай създаде солидна индустриална основа. Постигнат е значителен напредък в технологичните иновации, независимата научноизследователска и развойна дейност, комерсиализацията на постиженията и конкурентните способности, което допринася значително за националното икономическо развитие.
С настъпването на информационната ера сензорите се превърнаха в основното средство за хората да придобиват информация както от природни, така и от индустриални области. В съвременното промишлено производство-особено автоматизирани процеси-различни сензори наблюдават и управляват ключови параметри, за да поддържат оборудването в оптимални работни условия и да гарантират качеството на продукта. Сензорите заемат още по-видно място във фундаменталните научни изследвания.
Днес сензорите са проникнали в изключително широк спектър от области, включително промишлено производство, изследване на космоса, океанография, опазване на околната среда, проучвания на ресурси, медицинска диагностика, биоинженерство и дори опазване на културни реликви. Очевидно жизненоважната роля на сензорната технология за икономическото развитие и социалния прогрес е неоспорима. Статистиката показва, че годишните приходи на глобалния пазар на интелигентни сензори се очаква да нарастват с темп от 10% годишно. В момента има 65 милиона сензорни устройства с процесори, инсталирани по целия свят, цифра, която се очаква да достигне 2,8 трилиона до 2019 г.
Основни съображения за избор на сензор
Сензорните познания представляват съществен клон на електротехниката, който изисква богат опит за овладяване. Ще проучим това допълнително в бъдещи дискусии. Днес се фокусираме основно върху критериите за подбор.
1. Определете типа въз основа на изискванията за обект на измерване и изход
За да изпълните конкретна задача за измерване, първото съображение е изборът на подходящия сензорен принцип. Това решение изисква анализиране на множество фактори. Например разходомерите включват електромагнитни, вихрови и ултразвукови типове. Изборът на подходящ разходомер изисква насочване към конкретни цели. Освен това помислете за необходимия изходен режим-като 2-проводни или 4-проводни токови сигнали (0-20mA, 4-20mA), 0-10V сигнали за напрежение или комуникационни протоколи.
2. Избор на базата на чувствителност
Обикновено в рамките на линейния диапазон на сензора се предпочита по-висока чувствителност. Само при висока чувствителност изходният сигнал съответства значително на промените в измереното количество, което улеснява обработката на сигнала. Обърнете внимание обаче, че високата чувствителност също така прави сензора податлив на външен шум, несвързан с измереното количество. Този шум може да бъде усилен от системата, компрометирайки точността на измерване. Следователно самият сензор трябва да притежава високо съотношение-към-шум, за да се минимизират смущенията от външни източници.
Чувствителността на сензора е насочена. Когато измервате еднопосочен вектор с високи изисквания за посока, изберете сензор с ниска чувствителност в други посоки. За многомерни вектори минимизирайте кръстосаната-чувствителност на сензора.
3. Оценяване на характеристиките на честотния спектър
Честотната характеристика на сензора определя измеримия честотен диапазон, който трябва да остане-без изкривявания в рамките на допустимите граници. На практика реакцията на сензора винаги показва известно забавяне, в идеалния случай сведено до минимум. По-високата честотна характеристика позволява по-широки измерими честоти на сигнала. За динамични измервания характеристиките на реакцията трябва да съответстват на свойствата на сигнала (стабилно-състояние, преходно, случайно и т.н.), за да се предотвратят прекомерни грешки.
4. Въз основа на стабилността на сензора
Способността на сензора да поддържа постоянна работа във времето се нарича стабилност. Факторите, влияещи върху-дългосрочната стабилност, включват не само вътрешната структура на сензора, но преди всичко неговата работна среда. Следователно, за да осигурят добра стабилност, сензорите трябва да притежават силна адаптивност към околната среда. Преди да изберете сензор, проучете предвидената работна среда. Изберете подходящ сензор въз основа на конкретни условия или приложете мерки за минимизиране на въздействието върху околната среда.
5. Обхват и точност: Най-предизвикателната двойка за балансиране
Точността е критичен показател за ефективността на сензорите, служещ като жизненоважна връзка при определяне на цялостната прецизност на измерване на системата. Въпреки това, точността на сензора е ограничена от неговия обхват: обикновено по-големият обхват води до по-ниска точност. Обратно, сензорите с висока-точност често нямат достатъчен обхват, което прави сензорите с висока{3}}точност и голям{4}}обхват непосилно скъпи. Ето защо е необходим балансиран подход при избора на сензори.
Когато избирате сензори за вземане на проби, уверете се, че устройството отговаря на основните работни условия на приложението (вижте спецификациите на производителя).
Шестте най-критични работни условия включват:
1) Температурен диапазон;
2) Спецификации;
3) Степен на защита;
4) Диапазон на напрежението;
5) Дискретен или аналогов изход;
6) Промяна на параметрите, по-специално дали „регулируемите параметри са от полза“.
Когато разглеждаме сензори с възможност за конфигуриране на IO{0}}Link, шест допълнителни фактора заслужават внимание:
1) Скорост на реакция;
2) Обхват на усещане;
3) Повторяемост;
4) Електрическа свързаност;
5) Вид на монтажа;
6) Визуален дисплей: Дали приложението изисква визуален индикатор на сензора.
В съвременното промишлено производство, особено в автоматизираните процеси, различни сензори наблюдават и контролират параметрите по време на производството. Това гарантира, че оборудването работи нормално или оптимално, като същевременно се постига най-високо качество на продукта. По този начин, без широк набор от високо-качествени сензори, съвременното производство няма да има основа. Следните подробности за няколко най-често срещани типа сензори в производството, заедно със съвети за приложение и прозрения.
Най-често срещаните типове сензори
Сензори за близост
Сензорите за близост откриват наличието на обекти в близката зона без физически контакт. Тези сензори са дискретни изходни устройства. Обикновено магнитните сензори за близост откриват дали задвижващият механизъм е достигнал определена позиция чрез усещане на магнит, разположен в задвижващия механизъм.
Закупуването на актуатор от една компания и магнитен сензор за близост от друга обикновено не е препоръчително. Въпреки че производителите на сензори могат да претендират за съвместимост с X, Y и Z задвижващи механизми, вариациите в магнитите и монтажните позиции могат да доведат до проблеми със сензорите. Например, сензорът може да се активира, когато магнитът е неправилно подравнен или не успее да се активира напълно. Ако производителят на задвижващия механизъм предлага съответстващ сензор за близост, той трябва да бъде предпочитаният избор.
Транзисторните-базирани сензори за близост нямат движещи се части и предлагат удължен експлоатационен живот. Базираните на Reed- сензори за близост използват механични контакти, което води до по-кратък живот, но по-ниски разходи в сравнение с транзисторните типове. Рийд сензорите са най-подходящи за приложения, изискващи променливотоково захранване и среда с висока-температура.
Сензори за позиция
Сензорите за позиция разполагат с аналогови изходи, които показват позицията на задвижващия механизъм въз основа на позицията на магнитите върху задвижващия механизъм. От гледна точка на контрола, сензорите за положение предлагат значителна гъвкавост. Контролните инженери могат да дефинират поредица от зададени стойности, за да съответстват на вариациите на компонентите.
Тъй като тези сензори за позиция разчитат на магнити (като сензори за близост), препоръчително е да се доставят както сензори, така и задвижващи механизми от един и същи производител, когато е възможно. Функционалността на IO-Link позволява получаване на данни от сензори за позиция, опростявайки контрола и улеснявайки параметризирането.
Индуктивни сензори
Индуктивните сензори за близост използват закона за индукция на Фарадей, за да открият присъствието на обект или да симулират изход за позиция. Най-критичният фактор при избора на индуктивни сензори е определянето на типа метал, който сензорът открива, като по този начин се установява разстоянието на засичане. В сравнение с черните метали, цветните метали намаляват обхвата на усещане с над 50%. Ръководствата за продуктите на производителите на сензори трябва да предоставят информацията, необходима за избор на проби.
Сензори за налягане и вакуум
Уверете се, че сензорите за налягане или вакуум отговарят на диапазоните на измерване в имперски (psi) и метрични (bar) единици. Посочете най-подходящия форм фактор за разпределеното пространство. По време на инсталирането на оборудването помислете дали сензорите трябва да включват светлинни индикатори или екрани на дисплея за удобство на оператора. За бързи настройки на настройките помислете за сензори за налягане и вакуум, оборудвани с IO-Link.
Сензори за поток
Подобно на сензорите за налягане и вакуум, сензорите за поток могат да бъдат избрани въз основа на диапазона на потока, размера и променливостта на зададените точки. Опциите на дисплея могат да бъдат зададени при поръчка на сензори. Сензори за поток с относително ниски дебити могат да бъдат избрани за конкретни зони или за цялото приложение на оборудването.
Оптични сензори
Най-разпространените оптични сензори са тип фотоелектрично разсейване, отразяващ и-лъчев лъч. Лазерните сензори и сензорните устройства с оптични влакна също попадат в категориите оптични сензори.
Повечето фотоелектрични сензори откриват обекти чрез отразяване на светлина или прекъсване на лъч. Поради тяхната ниска цена, гъвкавост и висока надеждност, тези сензори са сред най-широко използваните в производството. Дифузно{2}}отражателните фотоелектрични сензори не изискват рефлектор. Те предлагат отлична цена-за откриване на наличието на близки обекти.
Фотоелектричните сензори чрез{0}}лъч предлагат най-дълъг обхват на усещане. Тези сензори инсталират предавател и приемник в две отделни точки. Сензорите за безопасност на гаражни врати са примери за сензори за лъчи. Когато лъчът е прекъснат, това показва наличието на цел. Слот-тип фотоелектричен сензор е интересен-вариант на лъч; той интегрира предавател и приемник в едно компактно устройство. Светлинни сензори от-тип слот се използват за откриване на наличието или отсъствието на малки компоненти.
Отражателните фотоелектрични сензори включват сензор и рефлектор за откриване на присъствие в среден{0}}обхват. От гледна точка на прецизност и цена, тези сензори попадат между типовете дифузен и-лъчев лъч.
Оптичните сензори се използват за отчитане на присъствие и разстояние. Параметрите на тези многофункционални сензори могат да се регулират, за да откриват различни цветове, фонове и диапазони на разстояние.
Лазерните сензори могат да се използват за-откриване на присъствие на далечни разстояния и предлагат най-висока прецизност в приложения за измерване на-къси разстояния.
Визуалните сензори са подходящи за четене на баркод, броене, проверка на формата и подобни задачи. Те представляват разходно{1}}ефективно решение за визуални приложения, където системите с камери биха били прекалено скъпи или сложни. Визуалните сензори четат баркодове, проследяват отделни компоненти и изпълняват процеси, съобразени с тези компоненти. Сензорите могат да проверят броя на функциите, присъстващи на част. Визуалните сензори могат да определят дали е постигната определена крива или друга форма. Тъй като тези сензори обработват светлина, тестването им в условия, възможно най-близки до действителната работна среда-по отношение на околната светлина и отразяващата способност на фона-е от решаващо значение. В повечето приложения се препоръчва да поставите сензори за зрение вътре в корпус, за да ги изолирате от външни източници на светлина. Потърсете помощ от производителя на сензора за зрение по време на тестването на сензора е добра идея. Освен това не забравяйте да се уверите в избора на подходяща полева шина.
Преобразувателите на сигнали трансформират аналоговия изходен сигнал от сензора в цифров сигнал на преобразувателя. Друг вариант е преобразуване в данни за процеса на IO-Link.
Други сензори
1. Магнитен превключвател:Това е специализиран термин за сензор за цилиндър, използван предимно за откриване на позицията на бутало на цилиндър. Обикновено доставчиците на бутилки предоставят тези сензори, съобразени със сценариите на използване на клиента. Както подсказва името, магнитните превключватели откриват цели чрез електромагнитна индукция, което води до относително ниска точност на откриване.
2. Превключватели за близост:Проектирани въз основа на принципите на електромагнитната индукция, превключвателите за близост могат да откриват само метални цели, с леки вариации в разстоянието на засичане в зависимост от типа метал. Общите обхвати на откриване за безконтактни превключватели включват: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm и т.н. Безконтактните превключватели обикновено се предлагат в два вида: вграден-монтиран и не-вграден-монтиран. Превключвател за -вграден монтаж означава, че сензорната глава не открива метални цели около обиколката си, а само открива цели директно пред нея. С други думи, сензорната глава на сензора не е необходимо да стърчи извън металната монтажна скоба. Не{14}}монтираните-типове откриват както обърнати отпред, така и метални цели по обиколката. Тук сензорната глава трябва да стърчи от металната монтажна скоба и не трябва да има метални предмети в рамките на определен кръгов диапазон, за да се предотврати фалшиво откриване. Превключвателите за близост предлагат по-висока точност на откриване от магнитните превключватели. Те обикновено се използват в приложения, изискващи относително ниска прецизност на позициониране, като например проверка на присъствието на продукта или позициониране на приспособлението.
3. Фотоелектрически превключватели:Фотоелектрическото откриване предлага предимства като висока точност, бърза реакция и без{0}}контактна работа. Той може да измерва множество параметри, разполага с прости сензорни структури и предлага гъвкави конфигурации. Следователно фотоелектричните сензори се прилагат широко в системите за откриване и контрол. Често срещаните типове включват: отразяващи фотоелектрични сензори, фотоелектрични сензори за-лъч и сензори, използващи отразяващи плочи за отразяване на светлинни лъчи. Последните два типа откриват, като блокират светлината от целевия обект, докато първият открива, като усеща светлина, отразена от целта. Следователно, последните две обикновено предлагат по-дълъг обхват на откриване и по-висока точност. Поради високата си точност на откриване, фотоелектричните сензори обикновено се използват за прецизно позициониране на продукти или роботизирани детайли, както и в системи за обратна връзка за стъпкови и серво механизми.
4. Оптични сензори:Оптичните сензори са друг тип детективен елемент, използващ преобразуване на фотоелектричен сигнал. В сравнение с фотоелектрическите превключватели, те обикновено могат да откриват по-малки обекти, да работят на по-големи разстояния и предлагат по-висока точност. Следователно оптичните сензори обикновено се използват в приложения, изискващи по-голяма точност и като устройства за обратна връзка за позициониране в стъпкови и серво системи.
5. Фотоелектрични сензори:Фотоелектричните сензори също използват фотоелектрични сигнали. С голяма зона на откриване те често се наричат зонални сензори. Тяхното основно приложение е във функциите за блокиране и безопасност между оборудването, особено в системите за защита на хората.
6. Термодвойки:Термодвойките се използват предимно за откриване на околните температури в заобикалящата ги среда.
7. Лазерни скенери:Лазерните скенери функционират основно за прецизно измерване на размерните контури на целевите обекти.
8. Индустриални камери:Известни също като CCD (Charge{0}}coupled Device) камери в инженерството, индустриалните камери се използват главно за откриване на формата и позицията на целевите обекти. С напредъка в CCD технологията индустриалните камери с висока -резолюция вече са приложими в областите на прецизно измерване.
9. Енкодер:Въз основа на принципите на работа енкодерите се категоризират в инкрементални и абсолютни типове. Инкременталните енкодери преобразуват изместването в периодични електрически сигнали, които след това се трансформират в импулси за броене. Големината на изместване се представя от броя на импулсите. Всяка позиция на абсолютен енкодер съответства на уникален цифров код. Следователно показаната му стойност зависи единствено от началната и крайната позиция на измерването, а не от междинния процес. Енкодерите обикновено се сдвояват със стъпкови двигатели или серво мотори, за да образуват системи за управление със затворен-контур или полу{6}}затворен-контур.
10. Микро превключвател:Микропревключвателят е сензор от контактен-тип, използван предимно за свързване на оборудване или за откриване на състоянието на предпазните врати на машини.