С развитием датчиков инженеры-конструкторы могут использовать новые технологии для повышения их производительности.
Досягаемость и точность являются критически важными параметрами датчика, которые позволяют разработчикам и производителям оборудования понять, как работают технологические процессы. Это особенно актуально для датчиков присутствия (датчиков приближения), используемых в автоматизированных системах.
От обнаружения продуктов на конвейерной ленте через мониторинг уровня в резервуарах до контроля присутствия компонентов в указанном месте, надежное и точное обнаружение объектов имеет важное значение для рабочего процесса.
Если инженеры хорошо понимают как устроены и работают современные датчики присутвия, то они могут выбрать лучшие решения для своих приложений.
Основы теории дальности и точности датчиков
Способность ощущать присутствие объекта определяется физикой, и правила этой науки также определяют диапазон и точность датчиков. Двумя общими категориями датчиков присутствия являются индуктивные датчики приближения и ультразвуковые датчики.
В индуктивных датчиках приближения используется внутренняя катушка (индуктивность), которая генерирует радиочастотное поле для обнаружения объекта. Для достижения наилучшей точности технические специалисты должны выбрать наименьшее радиочастотное поле, необходимое для обнаружения объектов.
Это связано с повторяемостью и гистерезисом. Повторяемость означает точность рабочей точки во время повторяющихся операций и обычно составляет 2% и менее от диапазона сканирования. Гистерезис - это разница между тем, когда датчик сигнализирует о присутствии объекта, когда цель приближается к передней части датчика, и когда сигнал отключается, когда цель удаляется. Он рассчитывается как процент движения в поле считывания и обычно составляет 5%.
Например, если датчик 8 мм имеет диапазон 3 мм, повторяемость будет 0,06 мм, а типичный гистерезис будет 0,15 мм. Более крупный датчик размером 80 ? 80 мм с диапазоном измерения 50 мм имел бы повторяемость 1 мм и типичный гистерезис 2,5 мм. В автоматических системах, требующих очень точного определения присутствия, датчик диаметром 8 мм будет более точным.
Ультразвуковые датчики часто являются лучшим выбором для определения присутствия на больших расстояниях. Эти датчики используют звуковые волны для обнаружения объектов, испуская акустические импульсы и принимая отраженный сигнал.
Ультразвуковые датчики могут обеспечить надежное обнаружение на дальностях до 6 м. Эти устройства также идеально подходят для более сложных датчиков присутствия, таких как прозрачные цели неправильной формы, неметаллические объекты, широкие зоны обнаружения и объекты, расположенные в областях с пылью или жирными покрытиями.
Мониторинг уровня жидкости и обнаружение стеклянных предметов - это два приложения, в которых ультразвуковые датчики лучше всего подходят.
Обнаружение прозрачных объектов, таких как стекло, может быть проблематичным для систем компьютерного зрения, но эти прозрачные материалы по-прежнему отражают звуковые волны, если датчики установлены правильно.
Когда поверхность чистая, жидкости хорошо отражают звуковые волны, и для контроля уровня жидкости в резервуарах часто используются ультразвуковые датчики.
Неблагоприятный характер окружающей среды также существенно влияет на дальность и точность в работе датчика. В неблагоприятной окружающей среде может возникнуть ряд негативных воздействий, от агрессивных химикатов до пыли и других проникающих веществ.
Выбор материала имеет решающее значение для датчика, чтобы выдержать эти эффекты и надежно обнаруживать объекты. При наличии агрессивных химикатов лучшим решением будет нержавеющая сталь. Латунь обычно подходит для сред без химикатов.
Влияние новых технологий на работу датчика
Производительность современных датчиков присутствия улучшена за счет микропроцессоров и усовершенствованной технологии в производстве датчиков.
По мере появления на рынке новых решений инженеры и производители комплектного оборудования изучают, как эти инновации повышают точность или расширяют диапазон используемых датчиков.
Одной из этих новых технологий является IO-Link, стандартизованная технология связи точка-точка, предназначенная для увеличения объема данных, которые могут быть получены от датчиков и переданы контроллеру. Он также имеет практические преимущества с точки зрения точности данных, особенно для аналоговых систем.
В традиционных аналоговых системах сигнал может быть преобразован из цифрового в аналоговый, прежде чем он будет окончательно передан в программируемый логический контроллер (ПЛК), где он преобразуется из аналогового обратно в цифровой. Данные могут быть потеряны при каждой передаче.
Однако с технологией IO-Link сигналы от датчика передаются в цифровом виде непосредственно перед передачей обратно на ведущее устройство IO-Link и, наконец, на вход ПЛК. Ограничение количества передач снижает вероятность потери данных.
Эта технология также увеличивает точность показаний, поскольку цифровое разрешение фиксировано. Инженер может посмотреть на двоичный цифровой сигнал, выбрать точки, которые представляют положение, и принять решение на основе показаний.
Инженеру больше не нужно масштабировать аналоговый сигнал в требуемом диапазоне измерения. Внутренние микропроцессоры предназначены для большей линеаризации, что делает цифровые сигналы еще более точными.
Конструкция и принцип действия датчиков
Помимо технологии IO-Link, микропроцессорная технология также оказывает большое влияние на конструкцию и работу датчиков. Компании могут производить интеллектуальные датчики с функциями диагностики, линеаризовать внутренние сигналы и получать еще более точный и воспроизводимый датчик.
Раньше электронике требовалось дополнительное пространство, чтобы припаять выводы к печатной плате. Новые модели датчиков имеют паяные соединения на нижней стороне элемента, могут выдерживать более высокие токи, обладают большей вычислительной мощностью и более длинными диапазонами сканирования, занимая при этом меньше места. Это позволяет использовать датчики более компактных размеров.
Современные датчики присутсивя многих производителей датчики на 30% меньше по конструкции, чем предыдущие решения, и имеют на 50% больший диапазон чувствительности.
Конструкции датчиков будут продолжать развиваться и открывать новые возможности для понимания рабочих процессов. Если технические специалисты владеют основами теории датчиков присутствия и используют преимущества таких технологий, как IO-Link и все более мощные микропроцессоры, они могут повысить значительно производительность всей системы автоматизации.
Смотрите также:
Принцип действия индуктивных бесконтактных выключателей, разновидности и примеры их использования
Фотоэлектрические датчики положения - принцип работы и применение