Czujnik indukcyjny – co to jest?

Czym jest? Jak działa? Do czego służy? Dlaczego jest tak bardzo popularny? Szukasz odpowiedzi na te pytania? Zobacz więc ten wpis, w którym odkryjemy wszystkie tajemnice czujnika indukcyjnego. Bo czy wiesz, że to właśnie ta grupa czujników to najpopularniejsze rozwiązanie? Zobaczmy dlaczego.

Do czego więc służy czujnik indukcyjny? Jego działanie to wykrywanie przedmiotów metalowych lub metalowych części maszyn, które pojawiają się w strefie ich działania. Na pojawienie się przedmiotu czy części maszyny w strefie wykrywania reagują przełączeniem stanu swojego wyjścia (sygnał binarny) lub zmianą wartości sygnału wyjściowego (sygnał analogowy). W układach automatyki przemysłowej są one wykorzystywane do takich zadań jak kontrola położenia, kontrola przemieszczeń i ruchów mechanizmów sterowanych automatycznie urządzeń.

Czujniki indukcyjne - budowa.

Jak zbudowany jest czujnik indukcyjny? Gdybyśmy go podzielili na funkcjonalne bloki to najprościej byłoby wyodrębnić następujące części:

• głowica zawierająca cewkę indukcyjną z rdzeniem ferrytowym,
• generator napięcia sinusoidalnego wysokiej częstotliwości,
• układ detekcji (komparator),
• wzmacniacz wyjściowy.

Jest to bardzo duże uproszczenie, należy zatem wspomnieć, że czujnik przemysłowy zawiera dodatkowo elementy zapobiegające wpływowi zakłóceń na jego pracę oraz elementy chroniące go przed zniszczeniem przez zwarcie jego wyjścia. Dla zapewnienia odporności na ciężkie warunki środowiska przemysłowego wnętrze czujnika wypełnione jest masą izolacyjną, która ma za zadanie uszczelnić wnętrze i zapobiec przedostawaniu się wilgoci. Dodatkowo ma uniewrażliwić wnętrze na działanie udarów i wibracji oraz zwiększyć odporność temperaturową czujnika.

Jak działa czujnik indukcyjny

Jak już wcześniej wspomnieliśmy, głowica zawiera cewkę i rdzeń ferrytowy, które wytwarzają wokół czoła czujnika zmienne pole elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości. Wytworzone pole elektromagnetyczne indukuje prądy wirowe w metalu zbliżanym do czujnika. Indukowane prądy wirowe wpływają z kolei na pole elektromagnetyczne, wytworzone wokół czoła czujnika, zwiększając obciążenia obwodu indukcyjnego i w efekcie spadek amplitudy oscylacji obwodu indukcyjnego generatora wysokiej częstotliwości.

Układ detekcji zwany też układem progowym lub komparatorem, kontroluje amplitudę generowanego napięcia, która maleje wraz ze zbliżaniem metalu czy części maszyny. Zmiana stanu wyjścia czujnika następuje po zbliżeniu metalu na odległość odpowiadającą punktom włączenia i wyłączenia. Wielkość zmian amplitudy oscylacji generatora zależy od odległości przedmiotu metalowego od czoła czujnika.

Układ detekcji odpowiedzialny jest za przełączenie wyjścia czujnika po zbliżeniu metalu na ściśle określoną i powtarzalną odległość, wynikającą z charakterystyki czujnika. W czujnikach z wyjściem analogowym poziom sygnału wyjściowego jest odwrotnie proporcjonalny do odległości obiektu od czujnika.

Wielkości charakteryzujące czujniki indukcyjne.

• Nominalna strefa działania sn (wg normy EN 50010) jest to wartość wyrażona w mm i określająca odległość od czoła czujnika do zbliżanej stalowej płytki o kształcie kwadratu (wymiary płytki określa norma: kwadrat o boku równym średnicy obudowy czujnika i grubości 1mm), przy której następuje zmiana stanu obwodu wyjściowego. Strefa działania zależy od wymiarów obwodu indukcyjnego i obudowy czujnika.
• Rzeczywista strefa działania sr dla poszczególnych czujników jest dobrana w procesie produkcji. Przy założeniu nominalnego napięcia zasilania i temperatury otoczenia wynosi: 0,9sn ≤ sr ≤ 1,1sn
• Robocza strefa działania sa określa bezpieczną odległość metalu od pola czułości czujnika, zapewniającą prawidłową pracę czujnika w pełnym zakresie roboczych temperatur otoczenia i napięcia zasilania, niezależnie od ustawionej przez producenta rzeczywistej strefy działania sr poszczególnych czujników: 0 ≤ sa ≤ 0.8sn
• Histerezą przełączania określa się różnicę odległości przy których czujnik zmienia stan obwodu wyjściowego podczas zbliżania i oddalania metalu od czoła czujnika H ≤ 0,2sr
• Współczynniki korekcyjne - oddziaływanie metalu czy elementu maszyny na czujnik zależy od rodzaju zbliżanego metalu. W danych katalogowych producenci podają nominalne strefy działania sn w odniesieniu dla stali. Przy współpracy czujnika z innym metalem strefa działania ulega skróceniu i można ją określić wg współczynników korekcyjnych podawanych przez producentów. Zazwyczaj współczynniki przyjmują wartość: chrom-nikiel x 0,95; mosiądz x 0,55; aluminium x 0,45-0,5; miedź x 0,4.
• Częstotliwością przełączania to wyrażoną w Hz maksymalną ilość przełączeń wyjścia czujnika (impuls - przerwa w stosunku 1:2). Określa się ją przy cyklicznym przesuwaniu przed czołem czujnika przesłon wykonanych ze stali St37, o wymiarach standardowej płytki (jak do określania nominalnej strefy działania), znajdujących się w odległości od czoła czujnika równej połowie strefy nominalnej sn.
• Temperatur pracy czujników indukcyjnych zawiera się zazwyczaj w przedziale -25°C - +70°C.
• Rodzaj zasilania – wartość i rodzaj napięcia zasilającego czujnik. W układach przemysłowych stosowane są dwa rodzaje napięcia zasilającego: stałe (DC) i przemienne (AC). Wartości napięcia stałego mieści się w granicach 10-30V, zazwyczaj 24V. Wartości napięcia zmiennego to przedziały 20-150V i 20-253V.
• Napięcie szczątkowe to spadek napięcia na wyjściu czujnika w stanie wysterowania wyjścia.
• Prąd szczątkowy dla czujników dwuprzewodowych to wielkość prądu płynącego w obwodzie obciążenia czujnika w stanie nieprzewodzenia.
• Funkcja realizowana przez wyjście czujnika po zbliżeniu metalu czy części maszyny włącza (NO normalnie otwarty) lub wyłącza (NC normalnie zamknięty) prąd w obciążeniu dołączonym do wyjścia.
• Polaryzacja wyjścia czujnika (prąd stały) w wersji NPN dołączany zostaje potencjał ujemny, a w wersji PNP dołączany zostaje potencjał dodatni do wyjścia czujnika.
• Krótkotrwały prąd maksymalny to wartość prądu jaka może krótkotrwale (20msek) przepływać przez czujnik występująca m.in. w momencie przełączenia wyjścia.
• Podstawowa cylindryczna obudowa czujnika umożliwia wbudowanie czoła czujnika w metal na równo z krawędzią obudowy lub wbudowanie w metal obudowy z pozostawieniem wolnej przestrzeni wokół czoła czujnika.
• Stopień ochrony czujnika – oznaczony kodem IP i cyframi określającymi stopień ochrony obudowy przed wnikaniem ciał stałych i szkodliwym wpływem wody.

Kilka uwag o czujnikach na koniec.

Montując czujniki indukcyjne należy zawsze zwrócić szczególną uwagę na zachowanie właściwych odległości między sąsiednimi czujnikami oraz metalowymi częściami konstrukcji maszyn.

Czujniki indukcyjne zasilane prądem stałym (DC) posiadają wbudowane zabezpieczenie prądowe, które chroni czujnik przed awarią w wyniku przeciążenia i zwarcia wyjścia. Zabezpieczenie ogranicza prąd wyjściowy i kontroluje stan obwodu wyjściowego czujnika. Po ustaniu stanu przeciążenia czujnik samoczynnie przechodzi w stan pracy.

Dlaczego warto stosować czujniki indukcyjne?

Czujniki indukcyjne mają kilka zasadniczych cech, które sprawiają, że radzą sobie z powierzonym im zadaniem. Wszystkie one zostały już opisane powyżej, podsumujmy je zatem:

1. Zwarta konstrukcja, dająca stabilną pracę,
2. Prostota zapewniająca niezawodność,
3. Łatwy montaż, który dodatkowo ułatwia kalibrację,
4. Precyzja również dzięki zabezpieczeniom zapewniającym ciągłe, właściwe działanie.

Jeśli jesteś zainteresowany wymianą czujników indukcyjnych, bądź chcesz dowiedzieć się o nich więcej – skontaktuj się z nami. Pomożemy rozwiązać każdy Twój problem.

Chcesz pokazać komuś ten tekst?

Masz naszą zgodę i wdzięczność 🙂