趕快收藏吧!工業自動化中常見的傳感器類型及選型技巧

2020-11-29 控制工程中文版

不同類型的傳感器可以在不同的應用環境幫助製造商和設備設計人員提升效率。了解應用特性和運營條件，有助於改善傳感器的實施效果。

在我剛開始工程師生涯時，某傳感器公司的銷售工程師來到我們工廠，在會議室的桌子上，放下一個包裝良好的樣品箱，裡面是排列的整整齊齊的傳感器，他對我們說: 「讓我們來測試一下你們的零件」。

他很清楚工程師們在確定選擇前需要用零件來測試傳感器。為應用選擇合適的傳感器，需要不斷縮小選擇範圍，直到拿出傳感器短名單，開始訂購樣品。然後，在與傳感器安裝工況類似的條件下，用零件、執行器或設備來進一步測試傳感器。

在選擇採樣傳感器時，需確保裝置能滿足應用的基本運營條件（可參考基於製造商的數據手冊）。6 個最重要的運行條件包括:

1)溫度範圍；

2) 規格；

3) 保護等級；

4) 電壓範圍；

5) 離散或模擬輸出；

6) 參數變化，即「參數可更改是否有益？

在考慮使用配置IO-Link鏈路的傳感器時，還有其它6 個需要注意的事項:

1) 響應速度；

2) 傳感範圍；

3) 重複精度；

4) 電氣連接；

5) 安裝類型；

6) 可視顯示:應用是否需要在傳感器上可視化顯示？

接下來，本文將詳細介紹製造業中幾種最常見的傳感器類型，並提供一些應用技巧和見解。

接近式傳感器

接近式傳感器可檢測附近區域物體是否存在，並且無需物理接觸。存在傳感器，是離散輸出設備。通常情況下，磁性趨近式傳感器通過感應位於執行器中的磁體，來檢測執行器是否到達特定位置。

從一家公司購買執行器，而從另一家公司購買磁性趨近式傳感器，通常來說並不是一個好主意。雖然傳感器製造商可能會說，傳感器與X、Y 和Z 執行器兼容，但實際情況是磁鐵和安裝位置的變化，可能會導致傳感問題。例如，當磁體未處於正確位置時，傳感器可能會勵磁，或者根本無法勵磁。如果執行器製造商提供與執行器匹配的趨近式傳感器，那它應該是首選的傳感器。

基於電晶體的趨近式傳感器沒有移動部件，使用壽命長。基於簧片的趨近式傳感器採用機械觸點，使用壽命要短，但成本要低於電晶體類型。簧片傳感器最適合於需要交流電源的應用場合和高溫應用場合。

請點擊輸入磁性接近式傳感器，可檢測

位置傳感器

位置傳感器具有模擬量輸出，根據執行器上磁體的位置指示器來顯示執行器的位置。從控制角度來講，位置傳感器提供了很大的靈活性。控制工程師可以確定一系列的設定值點，與組件變化相匹配 。

由於這些位置傳感器基於磁體 ( 如趨近式傳感器)，因此最好從同一製造商處購買傳感器和執行器 ( 如果可能的話)。通過IO-Link 功能，可以獲取位置傳感器的數據，這也可以簡化控制，實現參數化。

電感式傳感器

電感趨近式傳感器使用法拉第感應定律，來測量物體的存在或模擬輸出位置。選擇電感式傳感器時，最關鍵的因素是確定傳感器檢測的金屬類型，從而確定感應距離。與黑色金屬相比，有色金屬的傳感範圍要減少50% 以上。傳感器製造商的產品手冊應提供樣品選擇所需的信息。

壓力、真空傳感器

確保壓力或真空傳感器，能夠滿足以英制（磅/ 平方英寸）和公制（巴）計量的測量壓力範圍。指定最適合所分配空間的外形尺寸。在設備安裝時，應考慮傳感器是否應配置指示燈或顯示屏幕，以方便運行人員使用。如果需要快速更改設定值，可考慮採用配置了IO-Link 的壓力和真空傳感器。

流量傳感器

與壓力和真空傳感器一樣，流量傳感器可通過流量範圍、尺寸、設定值的可變性來選擇。在訂購傳感器時，可以指定顯示選項。可以為設備的某個區域和整個設備應用，選擇相對較低流速的流量傳感器。

光學傳感器

最常見的光學傳感器是光電散射、反射以及直通光束。雷射傳感器和光纖傳感裝置也屬於光學傳感器類型。

光電傳感器大多是存在傳感器光電傳感器通過反射光或阻斷光束，來檢測物體。由於成本低、通用性強、可靠性高，這些傳感器是製造業中應用最廣泛的傳感器之一。漫反射光電傳感器不需要反射器。它是性價比很高的傳感器，用於檢測附近物體的存在。

直通光束光電傳感器可以提供最長的傳感範圍，這種傳感器分別在兩個點安裝發射單元和接收單元。車庫門安全傳感器就是光束傳感器。當光束中斷時，表示目標存在。槽型光電傳感器，是一種有趣的直通光束變體；它將一個發射器和接收機，安裝在同一個緊湊的單元上。槽型光傳感器，用於檢測小部件的存在和缺失。

反射式光電傳感器具有傳感器和反射器，用於中距離存在感測。從精確度和成本上來說，這是介於漫反射和直通光束之間的傳感器。

光纖傳感裝置用於存在和距離傳感。這些多功能傳感器上的參數可以進行調整，以檢測各種顏色、背景和距離範圍。

雷射傳感器可用於長距離存在感測，其在短距離測量應用中是最精確的。

視覺傳感器可用於條碼讀取、計數、形狀驗證等。視覺傳感器是一種經濟高效的視覺應用，在使用相機系統成本較高而且比較複雜的場合，可以使用視覺傳感器。視覺傳感器用於條碼讀取，跟蹤單個組件，並執行為該組件匹配的工藝過程。傳感器可以驗證部件上存在的功能數量。視覺傳感器可以確定是否已達到指定的曲線或其它形狀。由於這些傳感器需要處理光線，因此在環境光和背景反射率方面，儘可能接近運行環境的場合下，對傳感器進行測試至關重要。在大多數應用中，建議將視覺傳感器放置在外殼內，使其與外部光源隔離開來。在傳感器測試中，尋求視覺傳感器製造商的幫助是一個好主意。此外，別忘了確保選擇合適的現場總線。

信號轉換器，將從傳感器的模擬輸出信號轉變為信號轉換器上的開關量，另一種選擇是轉換為IO-Link 過程數據。

可通過壓力或真空傳感器實現存在控制關

相關概念

拓展一下

■ 為選擇合適的傳感器，需要進行測試。

■ 不同的應用對傳感器的要求也不同。

思考一下：

為應用選擇傳感器，還應考慮哪些因素？

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