Jak działają czujniki przemysłowe? Rodzaje czujników

Czujniki odgrywają w automatyce przemysłowej bardzo ważną rolę, ponieważ pozwalają tworzyć inteligentne i wysoce automatyczne rozwiązania. Maszyny i urządzenia mogą bowiem wykrywać, przetwarzać, analizować i mierzyć różne pozycje, wysokość, długość wyglądu i wszelkie przemieszczenia w zakładach produkcyjnych. Jak działają czujniki przemysłowe? Jakie są rodzaje czujników? Odpowiedzi na te i inne pytania znajdują się w niniejszym artykule.

Czujniki laserowe

Czujniki laserowe umożliwiają dokonywanie pomiaru małych obiektów (nawet o wielkości porównywalnej do ludzkiego włosa), co jest możliwe dzięki małemu rozmiarowi plamki. Ich cechą charakterystyczną jest szeroki zakres pomiarowy oraz duży dystans do mierzonego obiektu, przy zachowaniu wysokiej rozdzielczości. Warto również zaznaczyć, że technologia laserowa pozwala uzyskiwać bardzo dobrą liniowość, a także wysoką częstotliwość pomiarową. Co więcej, optyczne czujniki laserowe pozwalają na dokonywanie pomiarów błyszczących, metalowych oraz chropowatych powierzchni, co jest możliwe dzięki synchronizacji kilku czujników, które nie zakłócają się wzajemnie. W efekcie można wykonywać pomiary przez różne czujniki laserowe na ograniczonej powierzchni.

Jak działają czujniki laserowe? W tym przypadku zastosowanie znajduje tzw. metoda triangulacji laserowej, w której wykorzystywana jest projekcja wiązki lasera. Podstawowe elementy budowy czujnika laserowego to nadajnik, czyli źródło światła oraz odbiornik. Emitowana przez nadajnik wiązka lasera przechodzi przez układ optyczny, a następnie jest kierowana w stronę obiektu docelowego, czyli przedmiotu pomiaru. To właśnie od niego się odbija, a następnie przechwytuje ją światłoczuły odbiornik (detektor CMOS lub CCD). Dzięki znajomości odległości pomiędzy laserem i kamerą oraz kąta pomiędzy wiązką lasera, a płaszczyzną obrazu kamery możliwe jest określenie odległości skanowanego obiektu od obiektywu czujnika. Dokładne wyliczenie odległości umożliwia wbudowany mikroprocesor oraz zaprogramowanie odpowiednich algorytmów. Metoda triangulacji laserowej to obecnie standardowe rozwiązanie w bezkontaktowej technice pomiarowej, której najważniejszą zaletą jest dokładność pomiaru. W efekcie tego typu czujniki są stosowane nie tylko w automatyce przemysłowej, ale również praktycznie każdej branży, gdzie służą nie tylko do pomiarów, ale również wspomagają monitorowanie procesów.

Czujniki pojemnościowe

Innym rodzajem czujników stosowanych w przemyśle są czujniki pojemnościowe, które służą do detekcji materiałów sypkich, cieczy, szkła, drewna, czy innych materiałów, które nie mogą być wykrywane przy użyciu czujników indukcyjnych. Czujniki pojemnościowe stosuje się najczęściej w celu diagnozowania stanu minimalnego i maksymalnego w zbiornikach, zliczania obiektów na transporterze, czy monitorowania ich prawidłowego ułożenia.

Jak działają czujniki pojemnościowe? Konstrukcyjnie przypominają inne czujniki zbliżeniowe, jednak w ich przypadku po stronie czoła znajduje się elektroda będąca okładką kondensatora. Drugą okładkę stanowi natomiast obiekt zbliżany do strefy działania czujnika. W przemyśle stosuje się czujniki pojemnościowe w różnych rozmiarach, w tym również czujniki miniaturowe, przelotowe, czy prostopadłościenne. Wyjście czujnika pojemnościowego jest 2-przewodowe lub posiada polaryzację PNP bądź NPN, co umożliwia połączenie z cewką przekaźnika lub stycznika wykonawczego. W tym miejscu warto również podkreślić, że czujniki pojemnościowe posiadają regulację czułości, co pozwala dopasować je do konkretnego zastosowania.

Czujniki fotoelektryczne / optyczne

Czujniki fotoelektryczne nazywane również optycznymi są wykorzystywane do wykrywania obecności obiektów oraz ich cech. W przemyśle wykorzystuje się kilka typów czujników fotoelektrycznych, które w podstawowej wersji (czujniki odbiciowe) składają się z nadajnika i odbiornika. Oba elementy znajdują się w jednej obudowie i analizują wiązkę pulsującego światła odbitego od obiektu. Innym typem są czujniki refleksyjne, w przypadku których światło odbijane jest od elementu odblaskowego, a sam czujnik zadziała w momencie, gdy wiązka światła zostanie przesłonięta. Czujnikiem optycznym jest również czujnik typu bariera, który składa się z osobnego nadajnika oraz odbiornika. W tym przypadku wykrywane są obiekty, które znajdują się pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. W tym miejscu warto podkreślić, że w zależności od rodzaju czujniki fotoelektryczne mogą działać w zakresie od 10 mm do nawet 100 metrów. Co więcej, niektóre z nich posiadają również płynną regulację.

Czujniki indukcyjne / magentyczne

Zdecydowanie najpopularniejszym rodzajem czujników zbliżeniowych są czujniki indukcyjne nazywane również magnetycznymi. Wykorzystuje się je do bezstykowego wykrywania obiektów metalowych, które znajdują się w strefie działania czujnika. Może ona sięgać nawet kilkudziesięciu milimetrów, a jej wielkość uzależniona jest od rozmiaru obudowy czujnika. Czujniki indukcyjne sprawdzają się w wielu branżach, co jest możliwe dzięki temu, że są dostępne w wielu rozmiarach. Mogą to być również czujniki miniaturowe w obudowach gładkich lub gwintowanych, czujniki prostopadłościenne, widełkowe lub czujniki z otworem, służące np. do zliczania drobnych detali lub detekcji zerwania metalowej linki.

Czujniki zbliżeniowe

Przedstawione wyżej czujniki pojemnościowe, indukcyjne i magnetyczne to rozwiązania klasyfikowane jako czujniki zbliżeniowe, które służą do bezkontaktowego wykrywania elementów. Różnorodność czujników zbliżeniowych sprawia, że znajdują one zastosowanie nie tylko w automatyce przemysłowej, ale również wielu innych branżach. Z reguły wykorzystuje się je do kontroli położenia, przemieszczania oraz poziomu obiektów, które mogą charakteryzować się różnym rozmiarem, czy kształtem.

Czujniki temperatury

Czujniki temperatury to elementy, które występują w niemal każdym urządzeniu elektronicznym, począwszy od najprostszych układów mikroprocesorowych po rozbudowane systemy sterujące. W efekcie zastosowanie znajdują w różnych gałęziach przemysłu, czego przykładem może być branża spożywcza, chemiczna, naftowa, czy motoryzacja. W tym miejscu warto podkreślić, że czujniki temperatury to rozwiązania różnego typu wśród, których znajdują się:

- czujniki zintegrowane, w przypadku których obwody przetwarzające sygnał pomiarowy umieszczone są wraz z elementem pomiarowym w jednej obudowie;

- czujniki zdalne, w przypadku których element pomiarowy, czyli przetwornik temperatury jest umieszczony jest w pewnej odległości od reszty toru pomiarowego;

- diody półprzewodnikowe, których zaletą jest niewielki rozmiar i niski koszt;

- termopary (czujniki termoelektryczne), które wykorzystują zjawisko polegające na powstawaniu różnicy potencjałów w miejscu styku dwóch różnych metali, proporcjonalnej do różnicy ich temperatur;

- czujniki termorezystancyjne, które wykorzystują zjawisko zmiany rezystancji elementu pomiarowego w funkcji temperatury.

W tym miejscu warto podkreślić, że czujniki temperatury różnych typów posiadają zupełnie odmienne parametry oraz właściwości. W efekcie sprawdzają się w różnego rodzaju konstrukcjach, czy do badania temperatury różnego rodzaju materiałów.

Osprzęt do czujników

W kontekście różnego rodzaju czujników bardzo ważną rolę pełni dodatkowy osprzęt, czyli wszelkiego rodzaju akcesoria, np. ułatwiające ich ustawianie. Osprzęt do czujników podobnie jak one same powinien charakteryzować się najwyższą jakością, co przekłada się na prawidłowe działanie czujników. Zarówno osprzęt, jak i czujniki renomowanych producentów można są dostępne pod linkiem: https://elektryk-sklep.pl/czujniki-i-sondy-przemyslowe-c11766.

Podsumowując należy stwierdzić, że czujniki przemysłowe to rozwiązania, które wykorzystywane są nie tylko w przemyśle, ale również urządzeniach powszechnego użytku. W wielu przypadkach nie tylko determinują ich prawidłowe działanie, ale również zabezpieczają przed uszkodzeniem.