Czym są czujniki indukcyjne i jakie mają zastosowanie w przemyśle?

Roboty przemysłowe wyposażone są w wiele czujników, które umożliwiają im skuteczną i przede wszystkim dokładną pracę. Jednym z najczęściej stosowanych rodzajów tych elementów w robotach jest czujnik indukcyjny, nazywany także często przetwornikiem indukcyjnym.

Przemysł 4.0 w głównej mierze opiera się na robotach przemysłowych, dlatego sensory indukcyjne stanowią podstawę nowoczesnej produkcji. W tym artykule skupimy się przede wszystkim na tym, jak działa taki czujnik oraz  jak jest on zbudowany.

Spis treści:

• Budowa czujników indukcyjnych
• Jak działają czujniki indukcyjne?
• Rodzaje czujników indukcyjnych stosowanych w przemyśle

Budowa czujników indukcyjnych

Sensory indukcyjne zbudowane są z czterech podstawowych elementów, takich jak:

• wzmacniacz przełączający,
• przerzutnik,
• cewka,
• czoło czujnika.

Funkcją wzmacniacza przełączającego jest wzmacnianie sygnału elektrycznego, który wytwarzany jest przez czujnik. Przerzutnik przekształca sygnał elektryczny o niskim napięciu na sygnał o wyższym napięciu, co umożliwia jego dalsze przetwarzanie w układzie elektronicznym.

Cewka jest elementem służącym do wytwarzania pola elektromagnetycznego, które następnie przetwarzane jest przez pozostałe elementy czujnika indukcyjnego, czyli przerzutnik i wzmacniacz przełączający.

Częścią, która znajduje się najbliżej metalowych przedmiotów wykrywanych przez czujnik, jest czoło czujnika. Wykonane materiału, wyróżniającego się odpornością na uszkodzenia chemiczne i mechaniczne, a także na działanie wilgoci i wysokich temperatur.

Jak działają czujniki indukcyjne?

Omawiane elementy należą do grupy czujników zbliżeniowych. Swoje działanie opierają na detekcji pola elektromagnetycznego. To właśnie na tej podstawie przekazują one informacje o odległości metalowego przedmiotu do układu elektronicznego.

Wykrywają wyłącznie przedmioty wykonane z metali, takich jak stal czy mosiądz, a także ferromagnetyki (nikiel, kobalt, żelazo, stal węglowa) oraz paramagnetyki (miedź i aluminium).

Zasada działania czujnika indukcyjnego opiera się na zjawisku elektromagnetycznej indukcji, stąd też nazwa samego urządzenia. Kiedy metalowy przedmiot znajduje się w pobliżu czoła czujnika i pola magnetycznego generowanego przez cewkę, indukują się w nim tak zwane prądy wirowe. Te z kolei tworzą własne pole magnetyczne, które wchodzi w interakcję z polem magnetycznym rdzenia ferrytowego cewki.

Wytwarzany jest wówczas sygnał elektryczny, przetwarzany następnie przez pozostałe elementy sensora indukcyjnego. Przerzutnik przekształca sygnał o niskiej amplitudzie, a wzmacniacz zwiększa amplitudę sygnału do określonego poziomu. Dzięki temu możliwe jest dalsze przetwarzanie sygnału przez układ elektroniczny.

Rodzaje czujników indukcyjnych stosowanych w przemyśle

Przemysł 4.0 nie istniałby bez sensorów indukcyjnych, ponieważ są one podstawą automatyzacji. Istnieją różne rodzaje tych urządzeń, które odpowiadają konkretnym potrzebom i warunkom, w jakich muszą pracować.

Dobrym tego przykładem są przetworniki odporne na wysokie ciśnienie, które działają nawet przy ciśnieniu dochodzącym do 500 bar. Model ten odporny jest także na wysokie temperatury sięgające 120°C. Dzięki temu można stosować je w strefach zagrożonych wybuchem. Długie i krótkie formy konstrukcyjne umożliwiają montowanie ich w robotach przemysłowych.

Warto dodać, że mogą mieć także precyzyjne zastosowanie, jak np. czujniki do aplikacji w przemyśle spożywczym. Wyróżniają się one konstrukcją ze specjalnej stali nierdzewnej (np. 1.4404, 1.4571) oraz wysoką odpornością na substancje chemiczne, a także stopniem ochrony IP67 do IP69K.

Takie urządzenia do przemysłu spożywczego dostępne są w wersji ze zwiększonym zakresem temperatur, a także wersje z certyfikatem Ecolab, FDA. Różne formy konstrukcyjne oraz bezpieczne czyszczenie (CIP) sprawiają, że elementy te znajdują szerokie zastosowanie w fabrykach żywności.

Czujniki indukcyjne odporne na pola magnetyczne

Ekstremalne warunki wymagają ekstremalnej wytrzymałości. Z tą właśnie myślą powstały sensory indukcyjne odporne na pola magnetyczne.

Charakteryzują się one niezwykle wysoką odpornością na odpryski spawalnicze, substancje ścierne i środki czyszczące. Te elementy znajdują zastosowanie w strefach silnych pól elektromagnetycznych, np. w instalacjach spawalniczych lub instalacjach hartowania indukcyjnego.

Czujniki indukcyjne pierścieniowe i czujniki na rurki

Ten rodzaj sensora przeznaczony jest do wysokich prędkości obiektów. Zintegrowanie przedłużenia impulsu do 150ms sprawia, że sygnały przełączania zawsze docierają do sterowania. Co więcej, te czujniki indukcyjne są predestynowane do detekcji drobnych części.

Powyższe rodzaje czujników indukcyjnych to tylko niewielki wycinek oferty marki Balluff, czyli lidera branży automatyzacji przemysłu. Wysoka jakość wykonania poszczególnych części, a także renoma marki sprawiają, że przemysł 4.0 dociera do coraz większej liczby przedsiębiorstw.