Sensorer er grundlæggende produkter i fremstillingsindustrien for elektronisk informationsudstyr og repræsenterer specialiserede komponenter blandt de nye elektroniske komponenter, der er prioriteret til udvikling. Sensorindustrien, der er bredt anerkendt nationalt og internationalt som en lovende høj-teknologisektor, tiltrækker global opmærksomhed for sit høje teknologiske indhold, stærke økonomiske afkast, omfattende markedspenetration og brede markedsudsigter. Drevet af det blomstrende marked for elektronisk informationsindustri har Kinas sensorsektor etableret et solidt industrielt fundament. Der er gjort betydelige fremskridt inden for teknologisk innovation, uafhængig F&U, kommercialisering af resultater og konkurrenceevne, hvilket bidrager væsentligt til national økonomisk udvikling.
Med fremkomsten af informationsalderen er sensorer blevet det primære middel for mennesker til at erhverve information fra både naturlige og industrielle domæner. I moderne industriel produktion-især automatiserede processer-overvåger og styrer forskellige sensorer nøgleparametre for at holde udstyret under optimale driftsforhold og sikre produktkvalitet. Sensorer har en endnu mere fremtrædende position i den grundlæggende videnskabelige forskning.
I dag har sensorer gennemsyret en ekstremt bred vifte af felter, herunder industriel produktion, rumudforskning, oceanografi, miljøbeskyttelse, ressourceundersøgelser, medicinsk diagnostik, bioteknik og endda bevarelse af kulturelle relikvier. Det er åbenbart, at sensorteknologiens vitale rolle i økonomisk udvikling og sociale fremskridt er ubestridelig. Statistikker indikerer, at det globale smarte sensormarkeds årlige omsætning forventes at vokse med en hastighed på 10% om året. I øjeblikket er der 65 millioner sensorenheder med processorer installeret på verdensplan, et tal, der forventes at nå 2,8 billioner i 2019.
Nøgleovervejelser for valg af sensor
Sensorviden udgør en væsentlig gren af elektroteknik, som kræver omfattende erfaring at mestre. Det vil vi undersøge nærmere i fremtidige diskussioner. I dag fokuserer vi primært på udvælgelseskriterier.
1. Bestem type baseret på måleobjekt og outputkrav
For at udføre en specifik måleopgave er den første overvejelse at vælge det passende sensorprincip. Denne beslutning kræver en analyse af flere faktorer. For eksempel omfatter flowmålere elektromagnetiske, hvirvel- og ultralydstyper. At vælge den passende flowmåler kræver målretning mod specifikke mål. Overvej desuden den påkrævede udgangstilstand-såsom 2-leder eller 4-leder strømsignaler (0-20mA, 4-20mA), 0-10V spændingssignaler eller kommunikationsprotokoller.
2. Valg baseret på følsomhed
Inden for en sensors lineære område foretrækkes typisk højere følsomhed. Kun med høj følsomhed svarer udgangssignalet væsentligt til ændringer i den målte mængde, hvilket letter signalbehandlingen. Bemærk dog, at høj følsomhed også gør sensoren modtagelig for ekstern støj, der ikke er relateret til den målte mængde. Denne støj kan forstærkes af systemet, hvilket kompromitterer målenøjagtigheden. Derfor bør sensoren selv have et højt signal-til-støjforhold for at minimere interferens fra eksterne kilder.
Sensorfølsomheden er retningsbestemt. Når du måler en ensrettet vektor med høje retningskrav, skal du vælge en sensor med lav følsomhed i andre retninger. For multidimensionelle vektorer skal du minimere sensorens kryds-følsomhed.
3. Evaluering af frekvensresponsegenskaber
En sensors frekvensrespons bestemmer det målbare frekvensområde, som skal forblive -fri for forvrængning inden for de tilladte grænser. I praksis udviser sensorrespons altid en vis forsinkelse, ideelt set minimeret. Højere frekvensrespons muliggør bredere målbare signalfrekvenser. For dynamiske målinger skal responskarakteristika stemme overens med signalegenskaber (steady-state, transient, random, etc.) for at forhindre for store fejl.
4. Baseret på sensorstabilitet
En sensors evne til at opretholde ensartet ydeevne over tid kaldes stabilitet. Faktorer, der påvirker stabiliteten på længere sigt, omfatter ikke kun sensorens interne struktur, men primært dens driftsmiljø. Derfor skal sensorer have en stærk miljøtilpasningsevne for at sikre god stabilitet. Inden du vælger en sensor, skal du undersøge dets tilsigtede driftsmiljø. Vælg en passende sensor baseret på specifikke forhold eller implementer foranstaltninger for at minimere miljøpåvirkningen.
5. Rækkevidde og nøjagtighed: Det mest udfordrende par at balancere
Nøjagtighed er en kritisk ydelsesmetrik for sensorer, der tjener som et vigtigt led i bestemmelsen af et systems overordnede målepræcision. Imidlertid er sensorens nøjagtighed begrænset af dens rækkevidde: generelt resulterer et større område i lavere nøjagtighed. Omvendt mangler sensorer med høj-nøjagtighed ofte tilstrækkelig rækkevidde, hvilket gør sensorer med høj-nøjagtighed og stort-område uoverkommeligt dyre. Derfor er en afbalanceret tilgang påkrævet ved valg af sensorer.
Når du vælger prøvetagningssensorer, skal du sikre dig, at enheden opfylder applikationens grundlæggende driftsbetingelser (se producentens datablade).
De seks mest kritiske driftsbetingelser omfatter:
1) Temperaturområde;
2) Specifikationer;
3) Beskyttelsesvurdering;
4) Spændingsområde;
5) Diskret eller analog udgang;
6) Parametervariation, specifikt om "justerbare parametre er gavnlige."
Når man overvejer sensorer med IO-Link-konfigurationskapacitet, kræver seks yderligere faktorer opmærksomhed:
1) Responshastighed;
2) Registreringsområde;
3) Gentagelighed;
4) Elektrisk tilslutning;
5) Monteringstype;
6) Visuel visning: Om applikationen kræver en visuel indikator på sensoren.
I moderne industriel produktion, især automatiserede processer, overvåger og styrer forskellige sensorer parametre gennem hele fremstillingen. Dette sikrer, at udstyret fungerer normalt eller optimalt, samtidig med at det opnår den højeste produktkvalitet. Uden en bred vifte af høj-kvalitetssensorer ville moderne produktion derfor mangle sit fundament. Det følgende beskriver flere mest almindelige sensortyper i fremstillingen sammen med applikationstips og indsigt.
Mest almindelige sensortyper
Nærhedssensorer
Nærhedssensorer registrerer tilstedeværelsen af genstande i et nærliggende område uden fysisk kontakt. Disse sensorer er diskrete outputenheder. Typisk detekterer magnetiske nærhedssensorer, om en aktuator har nået en specifik position, ved at afføle en magnet placeret inde i aktuatoren.
Det er generelt ikke tilrådeligt at købe en aktuator fra en virksomhed og en magnetisk nærhedssensor fra en anden. Mens sensorproducenter kan hævde kompatibilitet med X-, Y- og Z-aktuatorer, kan variationer i magneter og monteringspositioner føre til registreringsproblemer. F.eks. kan sensoren aktiveres, når magneten er forkert justeret, eller helt ikke aktiveres. Hvis aktuatorproducenten tilbyder en tilpasset nærhedssensor, bør det være det foretrukne valg.
Transistor-baserede nærhedssensorer har ingen bevægelige dele og giver forlænget levetid. Reed-baserede nærhedssensorer anvender mekaniske kontakter, hvilket resulterer i kortere levetid, men lavere omkostninger sammenlignet med transistortyper. Reed-sensorer er bedst egnede til applikationer, der kræver vekselstrøm og miljøer med høje-temperaturer.
Positionssensorer
Positionssensorer har analoge udgange, der angiver aktuatorposition baseret på placeringen af magneter på aktuatoren. Fra et kontrolperspektiv tilbyder positionssensorer betydelig fleksibilitet. Styringsteknikere kan definere en række sætpunktsværdier for at matche komponentvariationer.
Da disse positionssensorer er afhængige af magneter (såsom nærhedssensorer), er det tilrådeligt at købe både sensorer og aktuatorer fra den samme producent, når det er muligt. IO-Link-funktionalitet muliggør dataindsamling fra positionssensorer, hvilket forenkler styringen og letter parametrering.
Induktive sensorer
Induktive nærhedssensorer anvender Faradays induktionslov til at detektere objekttilstedeværelse eller simulere positionsoutput. Den mest kritiske faktor ved valg af induktive sensorer er at bestemme den type metal, som sensoren detekterer, og derved etablere føleafstanden. Sammenlignet med jernholdige metaller reducerer ikke-jernholdige metaller registreringsområdet med over 50 %. Sensorproducenternes produktmanualer bør give de nødvendige oplysninger til prøveudvælgelse.
Tryk- og vakuumsensorer
Sørg for, at tryk- eller vakuumsensorer opfylder måleområderne i både imperiale (psi) og metriske (bar) enheder. Angiv den bedst egnede formfaktor for den tildelte plads. Under udstyrsinstallation skal du overveje, om sensorer skal omfatte indikatorlys eller displayskærme af hensyn til operatørens bekvemmelighed. For hurtige indstillingsjusteringer skal du overveje tryk- og vakuumsensorer udstyret med IO-Link.
Flowsensorer
I lighed med tryk- og vakuumsensorer kan flowsensorer vælges baseret på flowområde, størrelse og variabilitet af setpunkter. Visningsmuligheder kan angives ved bestilling af sensorer. Flowsensorer med relativt lave flowhastigheder kan vælges til specifikke zoner eller hele udstyrsapplikationen.
Optiske sensorer
De mest almindelige optiske sensorer er fotoelektrisk spredning, reflekterende og gennem-stråletyper. Lasersensorer og fiberoptiske sensorenheder falder også ind under kategorier af optiske sensorer.
De fleste fotoelektriske sensorer registrerer genstande ved at reflektere lys eller afbryde en stråle. På grund af deres lave omkostninger, alsidighed og høje pålidelighed er disse sensorer blandt de mest udbredte i fremstillingen. Diffuse-reflekterende fotoelektriske sensorer kræver ingen reflektor. De tilbyder fremragende-omkostningseffektivitet til at detektere tilstedeværelsen af objekter i nærheden.
Gennem-strålefotoelektriske sensorer giver det længste registreringsområde. Disse sensorer installerer sender- og modtagerenheder på to separate punkter. Garageports sikkerhedssensorer er eksempler på strålesensorer. Når strålen afbrydes, indikerer det tilstedeværelsen af et mål. Den fotoelektriske sensor af slot-typen er en interessant gennem-strålevariant; den integrerer en sender og modtager i en enkelt kompakt enhed. Lyssensorer af spaltetype- bruges til at registrere tilstedeværelsen eller fraværet af små komponenter.
Reflekterende fotoelektriske sensorer har en sensor og reflektor til tilstedeværelsesdetektion i mellem-området. Med hensyn til præcision og omkostninger falder disse sensorer mellem diffuse og gennemgående-stråletyper.
Fiberoptiske sensorer bruges til tilstedeværelse og afstandsregistrering. Parametre på disse alsidige sensorer kan justeres for at registrere forskellige farver, baggrunde og afstandsområder.
Lasersensorer kan bruges til tilstedeværelsesdetektion over-lang rækkevidde og giver den højeste præcision i applikationer til kort{1}}måling.
Synssensorer er velegnede til stregkodelæsning, optælling, formverifikation og lignende opgaver. De repræsenterer en omkostningseffektiv-løsning til vision-applikationer, hvor kamerasystemer ville være uoverkommeligt dyre eller komplekse. Synssensorer læser stregkoder, sporer individuelle komponenter og udfører processer, der er skræddersyet til disse komponenter. Sensorer kan verificere antallet af funktioner på en del. Synssensorer kan afgøre, om en specificeret kurve eller anden form er opnået. Da disse sensorer behandler lys, er det afgørende at teste dem under forhold så tæt som muligt på det faktiske driftsmiljø-med hensyn til omgivende lys og baggrundsreflektivitet-. I de fleste applikationer anbefales det at placere synssensorer inde i et kabinet for at isolere dem fra eksterne lyskilder. Det er en god idé at søge hjælp fra producenten af synssensoren under sensortestning. Derudover, glem ikke at sikre valget af en passende fieldbus.
Signalomformere transformerer det analoge udgangssignal fra sensoren til et digitalt signal på omformeren. En anden mulighed er konvertering til IO-Link procesdata.
Andre sensorer
1. Magnetkontakt:Dette er en specialiseret betegnelse for en cylindersensor, der primært bruges til at detektere positionen af et cylinderstempel. Typisk leverer cylinderleverandører disse sensorer skræddersyet til kundernes brugsscenarier. Som navnet antyder, registrerer magnetiske kontakter mål gennem elektromagnetisk induktion, hvilket resulterer i relativt lav detektionsnøjagtighed.
2. Nærhedskontakter:Designet baseret på elektromagnetiske induktionsprincipper, kan nærhedskontakter kun detektere metalmål med små variationer i føleafstand afhængigt af metaltypen. Fælles detektionsområder for nærhedskontakter omfatter: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm osv. Nærhedskontakter findes generelt i to typer: plan-monteret og ikke-plan-monteret. En flush{11}}kontakt betyder, at sensorhovedet ikke registrerer metalmål rundt om dets omkreds, men kun registrerer mål direkte foran det. Med andre ord behøver sensorens følehoved ikke at rage ud over metalmonteringsbeslaget. Ikke-sænket-typer registrerer både front-vendende og periferiske metalmål. Her skal sensorhovedet stikke ud fra metalmonteringsbeslaget, og der må ikke være metalgenstande inden for et vist omkredsområde for at forhindre falsk detektering. Nærhedskontakter giver højere detektionsnøjagtighed end magnetiske kontakter. De bruges typisk i applikationer, der kræver relativt lav positionspræcision, såsom verifikation af produkttilstedeværelse eller fixturpositionering.
3. Fotoelektriske kontakter:Fotoelektrisk detektion giver fordele såsom høj præcision, hurtig reaktion og berøringsfri betjening. Den kan måle flere parametre, har enkle sensorstrukturer og tilbyder fleksible konfigurationer. Følgelig anvendes fotoelektriske sensorer i vid udstrækning i detektions- og kontrolsystemer. Almindelige typer omfatter: reflekterende fotoelektriske sensorer, gennem-strålefotoelektriske sensorer og sensorer, der bruger reflekterende plader til at reflektere lysstråler. De to sidstnævnte typer detekterer ved at blokere lys fra målobjektet, mens førstnævnte detekterer ved at føle lys reflekteret fra målet. Følgelig tilbyder de to sidstnævnte typisk længere detektionsområder og højere præcision. På grund af deres høje detektionsnøjagtighed bruges fotoelektriske sensorer almindeligvis til præcis positionering af produkter eller robotarbejdsemner, såvel som i feedbacksystemer til step- og servomekanismer.
4. Fiberoptiske sensorer:Fiberoptiske sensorer er en anden type detektionselement, der anvender fotoelektrisk signalkonvertering. Sammenlignet med fotoelektriske kontakter kan de typisk detektere mindre genstande, operere på større afstande og tilbyde højere præcision. Som følge heraf er fiberoptiske sensorer almindeligvis anvendt i applikationer, der kræver større nøjagtighed og som positioneringsfeedback-enheder i step- og servosystemer.
5. Fotoelektriske sensorer:Fotoelektriske sensorer anvender også fotoelektriske signaler. Med et stort detektionsområde kaldes de ofte områdesensorer. Deres primære anvendelse ligger i sammenlåsning og sikkerhedsfunktioner mellem udstyr, især i menneskelige beskyttelsessystemer.
6. Termoelementer:Termoelementer bruges primært til at registrere omgivende temperaturer i deres omgivelser.
7. Laserscannere:Laserscannere fungerer primært til præcist at måle målobjekternes dimensionelle konturer.
8. Industrielle kameraer:Også kendt som CCD (Charge-coupled Device)-kameraer inden for teknik, bruges industrielle kameraer hovedsageligt til at detektere formen og positionen af målobjekter. Med fremskridt inden for CCD-teknologi er industrikameraer med høj-opløsning nu anvendelige i præcisionsmålingsfelter.
9. Encoder:Baseret på driftsprincipper er indkodere kategoriseret i inkrementelle og absolutte typer. Inkrementelle indkodere konverterer forskydning til periodiske elektriske signaler, som derefter omdannes til tælleimpulser. Forskydningsstørrelsen er repræsenteret ved antallet af impulser. Hver position på en absolut encoder svarer til en unik digital kode. Derfor afhænger dens viste værdi udelukkende af start- og slutpositionen for målingen, ikke den mellemliggende proces. Indkodere er typisk parret med stepmotorer eller servomotorer for at danne lukket-sløjfe eller semi-lukket-sløjfe kontrolsystemer.
10. Mikroswitch:En mikrokontakt er en kontakt-sensor, der primært bruges til at forbinde udstyr eller detektere status for sikkerhedsafskærmningsdøre på maskiner.