Sensorer er grunnleggende produkter i produksjonsindustrien for elektronisk informasjonsutstyr og representerer spesialiserte komponenter blant de nye elektroniske komponentene som er prioritert for utvikling. Sensorindustrien, som er anerkjent nasjonalt og internasjonalt som en lovende høy-sektor, tiltrekker seg global oppmerksomhet for sitt høye teknologiske innhold, sterke økonomiske avkastninger, omfattende markedspenetrasjon og brede markedsutsikter. Drevet av det blomstrende markedet for elektronisk informasjonsindustri har Kinas sensorsektor etablert et solid industrielt fundament. Det er gjort betydelige fremskritt innen teknologisk innovasjon, uavhengig FoU, kommersialisering av prestasjoner og konkurranseevne, noe som har bidratt vesentlig til nasjonal økonomisk utvikling.
Med fremkomsten av informasjonsalderen har sensorer blitt det primære middelet for mennesker til å tilegne seg informasjon fra både naturlige og industrielle domener. I moderne industriell produksjon-spesielt automatiserte prosesser-overvåker og kontrollerer ulike sensorer nøkkelparametere for å holde utstyret innenfor optimale driftsforhold og sikre produktkvalitet. Sensorer har en enda mer fremtredende posisjon i grunnleggende vitenskapelig forskning.
I dag har sensorer gjennomsyret et ekstremt bredt spekter av felt, inkludert industriell produksjon, romutforskning, oseanografi, miljøvern, ressursundersøkelser, medisinsk diagnostikk, bioteknologi og til og med bevaring av kulturminner. Det er åpenbart at sensorteknologiens avgjørende rolle i økonomisk utvikling og sosial fremgang er ubestridelig. Statistikk indikerer at det globale smartsensormarkedets årlige inntekter anslås å vokse med en hastighet på 10 % per år. For tiden er det 65 millioner sensorenheter med prosessorer installert over hele verden, et tall anslått til å nå 2,8 billioner innen 2019.
Viktige hensyn for valg av sensor
Sensorkunnskap utgjør en betydelig gren av elektroteknikk som krever lang erfaring å mestre. Vi vil utforske dette videre i fremtidige diskusjoner. I dag fokuserer vi først og fremst på utvalgskriterier.
1. Bestem type basert på måleobjekt og utgangskrav
For å utføre en spesifikk måleoppgave, er den første vurderingen å velge riktig sensorprinsipp. Denne avgjørelsen krever å analysere flere faktorer. For eksempel inkluderer strømningsmålere elektromagnetiske, vortex- og ultralydtyper. Å velge riktig strømningsmåler krever målretting mot spesifikke mål. Vurder i tillegg den nødvendige utgangsmodusen-som 2-leder eller 4-leder strømsignaler (0-20mA, 4-20mA), 0-10V spenningssignaler eller kommunikasjonsprotokoller.
2. Utvalg basert på følsomhet
Vanligvis, innenfor en sensors lineære område, foretrekkes høyere følsomhet. Bare med høy følsomhet tilsvarer utgangssignalet vesentlig endringer i målt mengde, noe som letter signalbehandlingen. Vær imidlertid oppmerksom på at høy følsomhet også gjør sensoren mottakelig for ekstern støy som ikke er relatert til den målte mengden. Denne støyen kan forsterkes av systemet, og kompromittere målenøyaktigheten. Derfor bør selve sensoren ha et høyt signal-til-støyforhold for å minimere interferens fra eksterne kilder.
Sensorfølsomheten er retningsbestemt. Når du måler en ensrettet vektor med høye retningskrav, velg en sensor med lav følsomhet i andre retninger. For flerdimensjonale vektorer, minimer sensorens kryss-følsomhet.
3. Evaluering av frekvensresponsegenskaper
En sensors frekvensrespons bestemmer det målbare frekvensområdet, som må forbli forvrengningsfritt- innenfor de tillatte grensene. I praksis viser sensorresponsen alltid en viss forsinkelse, ideelt sett minimert. Høyere frekvensrespons muliggjør bredere målbare signalfrekvenser. For dynamiske målinger må responskarakteristikkene samsvare med signalegenskaper (steady-state, transient, random, etc.) for å forhindre overdreven feil.
4. Basert på sensorstabilitet
Evnen til en sensor til å opprettholde konsistent ytelse over tid kalles stabilitet. Faktorer som påvirker langsiktig-stabilitet inkluderer ikke bare sensorens interne struktur, men først og fremst driftsmiljøet. Derfor, for å sikre god stabilitet, må sensorer ha sterk miljøtilpasningsevne. Før du velger en sensor, undersøk det tiltenkte driftsmiljøet. Velg en passende sensor basert på spesifikke forhold eller iverksett tiltak for å minimere miljøpåvirkningen.
5. Rekkevidde og nøyaktighet: Det mest utfordrende paret å balansere
Nøyaktighet er en kritisk ytelsesmåling for sensorer, og fungerer som en viktig kobling for å bestemme den generelle målingspresisjonen til et system. Sensornøyaktighet er imidlertid begrenset av rekkevidden: generelt resulterer et større område i lavere nøyaktighet. Motsatt mangler sensorer med høy-nøyaktighet ofte tilstrekkelig rekkevidde, noe som gjør sensorer med høy-nøyaktighet og stort-område uoverkommelig dyre. Derfor er det nødvendig med en balansert tilnærming ved valg av sensorer.
Når du velger prøvetakingssensorer, sørg for at enheten oppfyller applikasjonens grunnleggende driftsbetingelser (se produsentens datablad).
De seks mest kritiske driftsforholdene inkluderer:
1) Temperaturområde;
2) Spesifikasjoner;
3) Beskyttelsesvurdering;
4) Spenningsområde;
5) Diskret eller analog utgang;
6) Parametervariasjon, spesifikt om "justerbare parametere er fordelaktige."
Når du vurderer sensorer med IO-koblingskonfigurasjonsevne, bør seks tilleggsfaktorer være oppmerksomme:
1) Responshastighet;
2) Senseområde;
3) Repeterbarhet;
4) Elektrisk tilkobling;
5) Monteringstype;
6) Visuell visning: Om applikasjonen krever en visuell indikator på sensoren.
I moderne industriell produksjon, spesielt automatiserte prosesser, overvåker og kontrollerer ulike sensorer parametere gjennom hele produksjonen. Dette sikrer at utstyret fungerer normalt eller optimalt samtidig som det oppnås høyeste produktkvalitet. Uten et bredt utvalg av sensorer av høy-kvalitet ville moderne produksjon manglet grunnlaget. Følgende beskriver flere vanligste sensortyper i produksjon, sammen med applikasjonstips og innsikt.
Mest vanlige sensortyper
Nærhetssensorer
Nærhetssensorer registrerer tilstedeværelsen av gjenstander i et nærliggende område uten fysisk kontakt. Disse sensorene er diskrete utgangsenheter. Vanligvis oppdager magnetiske nærhetssensorer om en aktuator har nådd en spesifikk posisjon ved å registrere en magnet plassert inne i aktuatoren.
Å kjøpe en aktuator fra ett selskap og en magnetisk nærhetssensor fra et annet er generelt ikke tilrådelig. Mens sensorprodusenter kan hevde kompatibilitet med X-, Y- og Z-aktuatorer, kan variasjoner i magneter og monteringsposisjoner føre til sanseproblemer. For eksempel kan sensoren aktiveres når magneten er feiljustert eller ikke får energi helt. Hvis aktuatorprodusenten tilbyr en tilpasset nærhetssensor, bør det være det foretrukne valget.
Transistor-baserte nærhetssensorer har ingen bevegelige deler og gir forlenget levetid. Reed-baserte nærhetssensorer bruker mekaniske kontakter, noe som resulterer i kortere levetid, men lavere kostnader sammenlignet med transistortyper. Reed-sensorer er best egnet for applikasjoner som krever vekselstrøm og miljøer med høye-temperaturer.
Posisjonssensorer
Posisjonssensorer har analoge utganger som indikerer aktuatorposisjon basert på posisjonen til magneter på aktuatoren. Fra et kontrollperspektiv tilbyr posisjonssensorer betydelig fleksibilitet. Kontrollingeniører kan definere en serie settpunktverdier for å matche komponentvariasjoner.
Siden disse posisjonssensorene er avhengige av magneter (som nærhetssensorer), er det tilrådelig å kjøpe både sensorer og aktuatorer fra samme produsent når det er mulig. IO-Link-funksjonalitet muliggjør datainnsamling fra posisjonssensorer, forenkler kontroll og forenkler parameterisering.
Induktive sensorer
Induktive nærhetssensorer bruker Faradays induksjonslov for å oppdage objekts tilstedeværelse eller simulere posisjonsutgang. Den mest kritiske faktoren ved valg av induktive sensorer er å bestemme hvilken type metall sensoren oppdager, og dermed etablere sensoravstanden. Sammenlignet med jernholdige metaller, reduserer ikke-jernholdige metaller sensorområdet med over 50 %. Sensorprodusentenes produktmanualer bør gi informasjonen som trengs for prøvevalg.
Trykk- og vakuumsensorer
Sørg for at trykk- eller vakuumsensorer oppfyller måleområdene i både imperiale (psi) og metriske (bar) enheter. Angi den mest passende formfaktoren for den tildelte plassen. Under installasjonen av utstyret bør du vurdere om sensorer bør inkludere indikatorlys eller displayskjermer for operatørens bekvemmelighet. For raske innstillingsjusteringer bør du vurdere trykk- og vakuumsensorer utstyrt med IO-Link.
Strømningssensorer
I likhet med trykk- og vakuumsensorer kan strømningssensorer velges basert på strømningsområde, størrelse og variasjon av settpunkter. Visningsalternativer kan spesifiseres ved bestilling av sensorer. Strømningssensorer med relativt lave strømningshastigheter kan velges for spesifikke soner eller hele utstyrsapplikasjonen.
Optiske sensorer
De vanligste optiske sensorene er fotoelektrisk spredning, reflekterende og gjennomgående-stråletyper. Lasersensorer og fiberoptiske sensorer faller også inn under kategorier for optiske sensorer.
De fleste fotoelektriske sensorer oppdager objekter ved å reflektere lys eller avbryte en stråle. På grunn av deres lave kostnader, allsidighet og høye pålitelighet, er disse sensorene blant de mest brukte i produksjon. Diffuse-reflekterende fotoelektriske sensorer krever ingen reflektor. De tilbyr utmerket kostnad-ytelse for å oppdage tilstedeværelsen av objekter i nærheten.
Gjennom-strålefotoelektriske sensorer gir den lengste registreringsrekkevidden. Disse sensorene installerer sender- og mottakerenheter på to separate punkter. Garasjeportens sikkerhetssensorer er eksempler på bjelkesensorer. Når strålen avbrytes, indikerer det tilstedeværelsen av et mål. Fotoelektrisk sensor av spor-type er en interessant gjennomgående-strålevariant; den integrerer en sender og mottaker i en enkelt kompakt enhet. Lyssensorer av spor-type brukes til å oppdage tilstedeværelse eller fravær av små komponenter.
Reflekterende fotoelektriske sensorer har en sensor og reflektor for tilstedeværelsesdeteksjon i mellomområdet.- Når det gjelder presisjon og kostnad, faller disse sensorene mellom diffuse og gjennomgående-stråletyper.
Fiberoptiske sensorer brukes for tilstedeværelse og avstandsregistrering. Parametre på disse allsidige sensorene kan justeres for å oppdage ulike farger, bakgrunner og avstandsområder.
Lasersensorer kan brukes for-tilstedeværelsesdeteksjon over lang avstand og gir høyest presisjon i applikasjoner for kort{1}}måling.
Synssensorer er egnet for strekkodelesing, telling, formverifisering og lignende oppgaver. De representerer en kostnadseffektiv-løsning for synsapplikasjoner der kamerasystemer vil være uoverkommelig dyre eller komplekse. Synssensorer leser strekkoder, sporer individuelle komponenter og utfører prosesser skreddersydd for disse komponentene. Sensorer kan bekrefte antall funksjoner som finnes på en del. Synssensorer kan avgjøre om en spesifisert kurve eller annen form er oppnådd. Siden disse sensorene behandler lys, er det avgjørende å teste dem under forhold så nært det faktiske driftsmiljøet som mulig-med hensyn til omgivelseslys og bakgrunnsreflektivitet-. I de fleste applikasjoner anbefales det å plassere synssensorer inne i et kabinett for å isolere dem fra eksterne lyskilder. Det er en god idé å søke hjelp fra produsenten av synssensoren under sensortesting. I tillegg, ikke glem å sikre valget av en passende feltbuss.
Signalomformere transformerer det analoge utgangssignalet fra sensoren til et digitalt signal på omformeren. Et annet alternativ er konvertering til IO-Link prosessdata.
Andre sensorer
1. Magnetisk bryter:Dette er en spesialbetegnelse for en sylindersensor, primært brukt til å oppdage posisjonen til et sylinderstempel. Vanligvis leverer sylinderleverandører disse sensorene skreddersydd til kundenes bruksscenarier. Som navnet tilsier, oppdager magnetiske brytere mål gjennom elektromagnetisk induksjon, noe som resulterer i relativt lav deteksjonsnøyaktighet.
2. Nærhetsbrytere:Designet basert på elektromagnetiske induksjonsprinsipper, kan nærhetsbrytere bare oppdage metallmål, med små variasjoner i avstanden avhengig av metalltypen. Vanlige deteksjonsområder for nærhetsbrytere inkluderer: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm osv. Nærhetsbrytere kommer vanligvis i to typer: innfelt-montert og ikke-innfelt-montert. En flat{11}}bryter betyr at sensorhodet ikke oppdager metallmål rundt omkretsen, men bare oppdager mål rett foran det. Med andre ord trenger ikke sensorens følehode å stikke ut over metallfestebraketten. Ikke-innfelt-monterte typer oppdager både front-rettede og periferiske metallmål. Her må sensorhodet stikke ut fra metallfestebraketten, og ingen metallgjenstander bør være tilstede innenfor et visst omkretsområde for å forhindre falsk deteksjon. Nærhetsbrytere gir høyere deteksjonsnøyaktighet enn magnetiske brytere. De brukes vanligvis i applikasjoner som krever relativt lav posisjonspresisjon, for eksempel verifisering av produkttilstedeværelse eller festeplassering.
3. Fotoelektriske brytere:Fotoelektrisk deteksjon gir fordeler som høy presisjon, rask respons og berøringsfri drift. Den kan måle flere parametere, har enkle sensorstrukturer og tilbyr fleksible konfigurasjoner. Følgelig er fotoelektriske sensorer mye brukt i deteksjons- og kontrollsystemer. Vanlige typer inkluderer: reflekterende fotoelektriske sensorer, gjennom-fotoelektriske sensorer, og sensorer som bruker reflekterende plater for å reflektere lysstråler. De to sistnevnte typene oppdager ved å blokkere lys fra målobjektet, mens førstnevnte oppdager ved å registrere lys som reflekteres fra målet. Følgelig tilbyr de to sistnevnte vanligvis lengre deteksjonsområder og høyere presisjon. På grunn av deres høye deteksjonsnøyaktighet, brukes fotoelektriske sensorer ofte for presis posisjonering av produkter eller robotarbeidsstykker, så vel som i tilbakemeldingssystemer for stepper- og servomekanismer.
4. Fiberoptiske sensorer:Fiberoptiske sensorer er en annen type deteksjonselement som bruker fotoelektrisk signalkonvertering. Sammenlignet med fotoelektriske brytere, kan de vanligvis oppdage mindre objekter, operere på større avstander og tilby høyere presisjon. Følgelig er fiberoptiske sensorer ofte brukt i applikasjoner som krever større nøyaktighet og som posisjonerende tilbakemeldingsenheter i stepper- og servosystemer.
5. Fotoelektriske sensorer:Fotoelektriske sensorer bruker også fotoelektriske signaler. Med et stort deteksjonsområde kalles de ofte områdesensorer. Deres primære anvendelse ligger i låsing og sikkerhetsfunksjoner mellom utstyr, spesielt i menneskelige beskyttelsessystemer.
6. Termoelementer:Termoelementer brukes først og fremst til å oppdage omgivelsestemperaturer i omgivelsene.
7. Laserskannere:Laserskannere fungerer først og fremst for å nøyaktig måle dimensjonskonturene til målobjekter.
8. Industrielle kameraer:Også kjent som CCD (Charge-coupled Device)-kameraer innen ingeniørfag, brukes industrielle kameraer hovedsakelig til å oppdage formen og posisjonen til målobjekter. Med fremskritt innen CCD-teknologi kan industrikameraer med høy-oppløsning nå brukes i felt med presisjonsmåling.
9. Koder:Basert på driftsprinsipper er kodere kategorisert i inkrementelle og absolutte typer. Inkrementelle kodere konverterer forskyvning til periodiske elektriske signaler, som deretter transformeres til tellepulser. Forskyvningsstørrelsen er representert ved antall pulser. Hver posisjon på en absolutt enkoder tilsvarer en unik digital kode. Derfor avhenger dens viste verdi utelukkende av start- og sluttposisjonen til målingen, ikke den mellomliggende prosessen. Kodere er vanligvis paret med trinnmotorer eller servomotorer for å danne lukket-sløyfe eller semi-lukket-sløyfekontrollsystemer.
10. Mikrobryter:En mikrobryter er en kontakt-sensor som primært brukes til å koble sammen utstyr eller for å oppdage statusen til sikkerhetsdører på maskineri.