Senzori - selectare și importanță pentru tehnologia de automatizare

Colectarea de date este un aspect central al facilităților moderne, în special în contextul digitalizării și al Industry 4.0. Senzorii fac posibil acest lucru. Acestea furnizează date de intrare, monitorizează și adaptează procesele. Dar ce tipuri de senzori există? Cum se selectează senzorul potrivit pentru o anumită aplicație? Acest articol prezintă modul de acțiune și posibilele aplicații pentru diferiți senzori, precum și criteriile de selecție pentru găsirea senzorului potrivit.

Ce sunt senzorii?

Sistemele de senzori se ocupă de utilizarea senzorilor pentru măsurarea și controlul schimbărilor, de ex., în sistemele tehnice. Senzorii dobândesc diferiți indicatori, care pot fi calitativi și, de asemenea, cantitativi. Măsurătorile pot fi chimice (de ex., valoarea pH-ului), biologice (de ex., prezența enzimelor) sau fizice (de ex., temperatura, umiditatea, curentul). Senzorii, denumiți și detectoare, traductoare sau sonde, convertesc un semnal de intrare într-un semnal de ieșire. Semnalul de intrare nu este, de obicei, un standard de măsurare electric, în timp ce semnalul de ieșire este un semnal electric, cum ar fi curentul sau tensiunea.

Aflați mai multe informații despre metrologie în articolul nostru: Tehnologie de măsurare - Controlul calității prin metode de măsurare.

Cum funcționează

Senzorii funcționează în cadrul unui sistem împreună cu actuatorii. Semnalele de la senzori sunt de obicei transmise către o unitate de comandă, care analizează și evaluează datele în mod corespunzător și trimite comenzi către dispozitive de acționare, după cum este necesar. Apoi, dispozitivele de acționare implementează instrucțiunile prin acțiuni fizice. De exemplu, un semnal este trimis la dispozitivul de acționare dacă temperatura dintr-un depozit este prea ridicată. Actuatorul poate fi un încălzitor care acum este reduce valorile, astfel încât camera să se poată răci la temperatura dorită.

Tipuri de senzori

Există senzori activi și pasivi. Metoda de achiziție a mărimii măsurabile determină dacă senzorul este un senzor activ sau pasiv. Senzorii activi în sine (activi) generează un semnal pentru a achiziționa mărimea măsurabile. Datele determinate sunt apoi transmise ca semnal de ieșire. În general, o sursă de alimentare cu energie este necesară pentru a genera semnalul pentru a obține mărimea măsurabilă. Exemple tipice de senzori activi sunt: Distanțiere laser, detectoare de mișcare IR sau senzori ultrasonici.

Senzorii pasivi nu generează un semnal activ pentru achiziționarea datelor de măsurare ale unei mărimi măsurabile. Acestea conțin elemente pasive a căror proprietate (de ex., conductivitate) se modifică ca răspuns la o mărime măsurabilă (de ex., temperatură). Prin urmare, nu este necesară o sursă de alimentare pentru generarea unui semnal necesar pentru măsurătoare. Cu toate acestea, este necesară alimentarea auxiliară pentru a înregistra modificarea, deoarece semnalul de intrare și de ieșire este comparat pentru a determina rezultatele măsurătorii. Senzorii pasivi sunt instalați relativ frecvent, deoarece sunt potriviți pentru obținerea măsurătorilor statice. Exemple de senzori pasivi: Senzori PIR (infraroșii pasive), termometre rezistente sau indicatoare de tensiune.

Senzorii sunt subdivizați în continuare în comutare și măsurare pe baza tipului de semnal de ieșire. Senzorii de măsurare înregistrează continuu valori fizice sau de altă natură și furnizează înregistrări de date pentru monitorizarea detaliată a proceselor. Senzorii de comutare, pe de altă parte, detectează când un indicator se abate de la valoarea țintă și reacționează activ prin comutarea unei ieșiri, care, de exemplu, declanșează un actuator.

Senzorii pot fi subdivizați în continuare în ceea ce privește principiul lor de funcționare sau principiul de măsurare, de exemplu, în:

• Mecanici: Reacționează la mișcarea mecanică (de ex., deviere), exemplu: Senzori de presiune.
• Rezistivi: Reacționează atunci când rezistența electrică se modifică, de exemplu: Indicatoare de tensionare.
• Termoelectrici: Reacționează atunci când există diferențe de temperatură care sunt convertite în energie electrică, de exemplu: Senzori de temperatură.
• Piezoelectrici: Reacționează prin transformarea presiunii în energie electrică, de exemplu: Piezo-ceramici în senzorii ultrasonici.
• Inductiiv sau electromagnetici: Reacționează la o modificare a fluxului magnetic, de exemplu: Senzori de viteză.
• Capacitivi: Reacționează la modificările capacitanței, de exemplu: Senzori de umiditate.
• Optici: Reacționează/înregistrează lumina sau alte fenomene optice, de exemplu: Bariere de lumină, senzori fotoelectrici.
• Acustici: Reacționează la undele sonore, de exemplu: Contor nivel de zgomot.
• Substanțe chimice: Reacționează la modificările chimice, de exemplu: senzorii pH.

Acum vom analiza în detaliu principiile de funcționare ale unor senzori selectați:

Senzori inductivi

Senzorii inductivi conțin o bobină prin care circulă curentul. Un câmp electromagnetic este generat pentru măsurarea în direcția de măsurare. Apoi este introdusă o piesă de prelucrat sau un material, care cauzează o schimbare în câmpul magnetic și induce o tensiune în bobină. Un circuit detectează această tensiune și emite un semnal corespunzător. Senzorii inductivi funcționează numai cu piese/materiale de lucru magnetice.

Senzori capacitivi

Capacitanța indică cât de mult se poate absorbi sarcina a două corpuri conducătoare de electricitate, care sunt separate unul de celălalt printr-un mediu izolator atunci când se aplică tensiune. Această capacitanță se modifică în funcție de mărimea măsurabilă.

Un senzor capacitiv constă din doi electrozi între care se creează un câmp electric. Acesta din urmă se modifică atunci când un obiect se apropie; senzorul detectează fără contact materialul în zona sa activă. Apoi, acesta convertește câmpul electric într-un semnal electric.

Senzori de proximitate

Senzorii de proximitate detectează când obiectele sau persoanele se află în apropierea lor. Acestea trimit un fascicul sau un câmp și apoi măsoară modificările din fascicul sau din câmp reflectate de obiect sau de persoană.   Acest lucru le permite să estimeze distanțele și să acționeze asupra declanșatorului corespunzător. În industrie, senzorii pot, de exemplu, detecta prezența pieselor de prelucrat pe benzile transportoare și pot controla procesele operaționale corespunzătoare.

Selectarea senzorilor: Când se utilizează ce senzor anume?

La selectarea senzorilor trebuie luate în considerare unele aspecte preliminare. Deoarece senzorii sunt integrați direct în sistemele de control din sistemele de automatizare, utilizatorul trebuie, de exemplu, să verifice dacă interfețele necesare sunt disponibile. Interfețele pot fi, de exemplu:

• Interfețe analogice, cum ar fi ieșirile și intrările analogice
• Interfețe digitale precum TTL, RS-232, SPI
• Interfețe wireless, precum Wi-Fi
• Procesarea integrată sau externă a semnalelor

Condițiile de mediu joacă, de asemenea, un rol în selectarea unui senzor adecvat. Senzorul este expus la temperaturi extreme? Sau vibrații? În medii umede, de exemplu, senzorul trebuie să fie rezistent la apă indiferent de tip și, dacă este necesar, să aibă un grad de protecție corespunzător, cum ar fi IP67. În medii cu substanțe chimice agresive, materialul utilizat pentru carcase și garnituri trebuie să fie rezistent la acestea.

Identificarea senzorului corect, pas cu pas

Următoarea listă oferă un rezumat al celor mai importanți pași pentru selectarea unui senzor:

• Determinați mărimea măsurabilă și intervalul de măsurare: Care cantitate fizică urmează să fie măsurată și este valoarea maximă și minimă preconizată acoperită de măsurătoare și/sau senzorul poate rezista și la valorile maxime?
• Stabiliți precizia: Cerințele mai mari sau mai mici se aplică preciziei?
• Analizați condițiile de mediu: În ce condiții este utilizat senzorul? Există extreme în ceea ce privește temperatura, umiditatea, expunerea la praf etc.? Senzorul este expus la substanțe chimice?
• Selectați formatul de ieșire și interfețele: Întregul sistem de control joacă un rol aici: Ce tip de semnal poate fi procesat (de ex., analogic sau digital)?
• Luați în considerare aplicația specifică: Există cerințe speciale care decurg din aplicația specifică? Se aplică standarde speciale? (a se vedea și standardele de siguranță în ingineria mecanică). De exemplu, senzorii din camerele curate trebuie să îndeplinească cerințele ridicate privind camerele aseptice. De asemenea, este posibil ca senzorul să fie instalat într-un loc dificil de accesat și, prin urmare, trebuie să fie deosebit de ușor de întreținut și durabil. Senzorii pot fi utilizați și pentru controlul calității și trebuie să îndeplinească anumite criterii, consultați și articolul Tehnologie de măsurare - Controlul calității prin metode de măsurare.
• Timp de răspuns: Cât de repede trebuie să răspundă senzorul la condițiile în schimbare?
• Respectați cerințele privind spațiul: Senzorul poate fi integrat cu ușurință în sistemul existent și există suficient spațiu?
• Piesele de prindere, șinele de senzor standardizate sau suporturile de senzori pot fi, de asemenea, utile pentru integrarea optimizată a senzorului în sistemele existente.

De asemenea, puteți fi inspirat de selecția noastră de senzori.

Senzori în tehnologia de automatizare: Senzori inteligenți

Dezvoltarea continuă a senzorilor a fost, de asemenea, puternic influențată de producția digitalizată în contextul Industry 4.0. Așa-numiții senzori inteligenți reprezintă ingredientele cheie pentru aceasta. Acești senzori reprezintă piatra de temelie pentru monitorizarea și controlul proceselor industriale. In sistemul general de actuatoare și de comenzi, senzorii inteligenți oferă mașinilor toate informațiile de care au nevoie pentru a face producția mai eficientă și mai precisă. Prin urmare, tehnologia de automatizare a devenit din ce în ce mai autonomă.

Senzorii din prezent au o rezoluție, viteză și o dimensiune atât de mici încât pot fi utilizați direct în zonele în care sunt generate efecte fizice. Aceștia preiau numeroase funcții în echipamentele de ultimă generație. Aceștia nu mai sunt responsabili doar pentru simpla măsurare a datelor, ci pot efectua acum și sarcini de autodiagnosticare, de comunicare și de procesare a semnalelor. Senzorii pot detecta și corecta anomaliile înainte ca acestea să devină o problemă în producție. Acest proces se numește procesare controlată de senzori. Aflați mai multe detalii în articolul nostru de pe blog Control numeric computerizat - Ce este de fapt CNC?