Mit nevezünk szenzornak?
Mielőtt rátérnénk a működés részleteire, érdemes megismernünk a szenzor fogalmát és alkotóelemeit.
A mechatronikában szenzornak nevezzük azt az eszközt, amely valamilyen fizikai mennyiség (pl. távolság, hőmérséklet, nyomás, stb.) érzékelésére alkalmas, majd azt egy értelmezhető kimeneti jellé képes alakítani.
A szenzorelem a szenzor azon része, ami az előbb említett fizikai tényezőt érzékeli. Mivel önmagában nem alkalmazható, ehhez az elemhez jelfeldolgozó, jelátalakító elemek, ház, illetve csatlakozó és rögzítő elemek is társulnak.
A szenzorok érzékelhetnek egy-vagy többféle jellemzőt, és beszélhetünk multiszenzor- rendszerről is, amikor egy érzékelőn belül többféle érték érzékelésére alkalmas szenzorelem is megtalálható.
Hogyan csoportosíthatjuk a szenzorokat?
A szenzorok csoportosítása történhet a kimeneti jel típusa alapján.
Analóg jelet adnak például az áramlásmérő szenzorok, az útmérők vagy a nyomatékmérők.
Az analóg szenzorok esetén léteznek olyan típusok, melyek jelátalakító és belső elektronika nélkül egy közvetlenül nem felhasználható, alacsony értékű jelet adnak. Más esetben a szenzor belső elektronikája egy közvetlenül felhasználható, adott feszültségi és áramerősségi szinthez köthető analóg jelet eredményez.
Bináris jelet küldenek a helyzetérzékelők, a közelítéskapcsolók, a nyomáskapcsolók vagy a szintjelző kapcsolók.
A bináris helyzetérzékelők közé tartoznak például a végálláskapcsolók mint mechanikus helyzetkapcsolók.
A mágneses közelítéskapcsolók között megkülönböztethetünk Reed-elvű, magnetoinduktív vagy Hall-effektus szerint működő változatokat, illetve olyanokat is, melyek pneumatikus jelet képesek leadni.
Külön csoportot képeznek a kapacitív, az ultrahangos, a pneumatikus és az optikai elven működő helyzetérzékelők is. Végül pedig a helyzetérzékelők közé tartoznak az induktív közelítéskapcsolók is.
Hogyan működnek az induktív közelítéskapcsolók?
Az induktív közelítéskapcsolók működésének alapja, hogy a váltakozó áram által gerjesztett mágneses térbe belépő testek az érzékelő oszcillátorának rezgőkörében változást okoznak.
A belépő fémtárgy miatt csökken az LC- oszcillátor rezgése, mivel a fémtárgyban keletkező örvényáramok energiát vonnak el. Az oszcillátor áram csökkenését érzékelik a szenzorok, és ezt egy meghatározott bináris jellé alakítják.
Az alábbi ábrán látható egy induktív közelítéskapcsoló fölépítése:
Forrás: Dr. Bencsik Attila: Mechatronika alapjai (2014)
Az ábrán látható, hogy a tekercs vagy aktív szenzorelem (8) összeköttetésben áll az oszcillátorral (1). A nagyfrekvenciájú oszcillátorhoz kapcsolódik egy demodulátor (2), egy trigger elem (3) és egy kapcsolást jelző LED elem (4). A kimeneti oldalon (9) egy védőkapcsolással ellátott kimenet (5) található. A szenzor emellett a működéséhez szükséges tápfeszültséget (6) és feszültségszabályozó elemet (7) is tartalmaz.
Milyen jellemző tulajdonságai vannak egy induktív közelítéskapcsolónak?
Érzékelési távolság
Az induktív szenzorok talán legfontosabb tulajdonsága a kapcsolási vagy érzékelési távolság. Ezt az értéket a névleges kapcsolási távolság (Sn) és a fémenként eltérő nagyságú redukciós tényező szorzataként számíthatjuk ki. Az érzékelési távolságot a gyártók általában megadott hőmérséklet illetve páratartalom mellett tesztelik.
Beépíthetőség
Szintén fontos tulajdonság, hogy a szenzort hogyan lehet elhelyezni a gyártósoron: lehet-e síkba építeni, vagy nem?
A síkba építhető (flush) kialakítású induktív szenzorok egymáshoz közel elhelyezhetők, és fémes és nemfémes anyagokba is beépíthetők.
A nem síkba építhető (non-flush) induktív közelítéskapcsolók csak nemfémes anyagokba építhetők be, fémes anyagok esetén az érzékelő aktív felületnek ki kell állnia. Ha ilyen szenzort telepítünk, akkor a gyártó által meghatározott izolációs távolságot is meg kell tartani az érzékelők között.
Általában elmondható, hogy két, egyébként azonos tulajdonsággal bíró érzékelő közül a síkba nem építhető kapcsolási távolsága a síkba építhető változathoz képest kb. kétszeres lesz.
A ház alakja legtöbbször hengeres, de előfordulhat hasáb alakú kialakítás is.
Kimenet
A legtöbb esetben PNP logikai kimenettel találkozhatunk ezekben a szenzorokban, de előfordulnak negatív kapcsolású (NPN) típusok is.
Az induktív érzékelők előnye, hogy közvetlenül csatlakoztathatók áramkörökhöz, PLC- bemenethez, reléhez vagy akár mágneskapcsolóhoz is.
