PORTOFOLIUipt.epractica.ro/fisiere_publice/PH_296_Portofoliu... · 2020-03-22 · M3_SENZORI,...
Transcript of PORTOFOLIUipt.epractica.ro/fisiere_publice/PH_296_Portofoliu... · 2020-03-22 · M3_SENZORI,...
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
1
PORTOFOLIU
CLASA XII D
MODUL 3
TEMA - SENZORI DE PROXIMITATE
Coordonator prof. CREŢU MELANIA
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
2
CERINŢE:
1. Citiţi conţinutul întregului document (portofoliu)
2. Identificaţi-vă grupa din care faceţi parte
3. Colaboraţi cu colegii de grupă on-line, sau rezolvaţi individual cerinţele.
4. La finalul portofoliului aveţi un document cu informaţiile necesare
rezolvării cerinţelor
5. Prezentarea, afişul şi planşa le realizaţi cu instrumente on-line ( vă
folosiţi de utilitarele din office: Word, Power Point sau www.
glogster.edu)
6. ATENŢIE…Cele mai frumoase prezentări şi afişe vor fi premiate!
7. SPOR la treabă!
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
3
Proiectele vor fi realizate pe grupe după cum urmează:
GRUPA 1
1. ANDREI EDI
2. ANECHITEI ALEXANDRA
3. BRĂSLAŞU COSMIN
4. CAZACU MARIUS
GRUPA 2
1. GEORGESCU CRISTINA
2. MATEI FLORIN
3. MIHAI NICOLETA
4. NAN GEORGE
5. NIŢĂ CORNEL
GRUPA 3
1. PETRE MARIUS
2. POPA ANDREI
3. RADU IONUŢ
4. ROTARIU JEAN
GRUPA 4
1. VASILE DANIEL
2. ZAHARIA IONUŢ
3. DIACONESCU DENIS
4. PASCU VASILE
5. RĂDUŢĂ ALEXANDRU
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
4
PROIECT GRUPA 1
Senzori de proximitate capacitivi
1. ANDREI EDI
2. ANECHITEI ALEXANDRA
3. BRĂSLAŞU COSMIN
4. CAZACU MARIUS
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
5
PROIECT GRUPA 1
Senzori de proximitate capacitivi
Competențe:
Alege tipul de senzor corelat cu aplicaţia
Identifică probleme complexe
Conținuturi
1. Principiul de functionare
2. Modul de realizare
3. Caracteristici tehnice
4. Consideratii generale pentru utilizare (disfunctionalitati, remediere)
5. Aplicatii
Sarcini specifice
1. Desemnare reprezentant grupă
2. Logo echipă
3. Împarțirea sarcinilor pe membrii echipă
4. Crearea unei prezentari personalizate a proiectului
5. Realizare afiș proiect
6. Realizarea unei planșe reprezentative
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
6
PROIECT GRUPA 2
Senzori de proximitate inductivi
1. GEORGESCU CRISTINA
2. MATEI FLORIN
3. MIHAI NICOLETA
4. NAN GEORGE
5. NIŢĂ CORNEL
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
7
PROIECT GRUPA 2
Senzori de proximitate inductivi
Competențe:
Alege tipul de senzor corelat cu aplicaţia
Identifică probleme complexe
Conținuturi
1. Principiul de functionare (schema si implementare)
2. Modul de realizare
3. Caracteristici tehnice
4. Consideraţii generale pentru utilizare (disfunctionalitati, remediere)
5. Aplicatii
Sarcini specifice
1. Desemnare reprezentant grupă
2. Logo echipă
3. Împarțirea sarcinilor pe membrii echipă
4. Crearea unei prezentari personalizate a proiectului
5. Realizare afiș proiect
6. Realizare planșă reprezentativă
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
8
PROIECT GRUPA 3
Senzori de proximitate optici
1. PETRE MARIUS
2. POPA ANDREI
3. RADU IONUŢ
4. ROTARIU JEAN
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
9
PROIECT GRUPA 3
Senzori de proximitate optici
Competențe:
Alege tipul de senzor corelat cu aplicaţia
Identifică probleme complexe
Conținuturi
1, Generalitati
2. Principiul de functionare
3. Modul de realizare
4. Limitari in functionare
5. Variante de senzori optici
6. Senzori cu fascicul luminos
7. Senzori retro-reflexivi
8. Senzori de difuzie
Sarcini specifice
1. Desemnare reprezentant grupă
2. Logo echipă
3. Împarțirea sarcinilor pe membrii echipei
4. Crearea unei prezentari personalizate a proiectului
5. Realizarea unui afiș al proiectului
6. Realizarea unei planșe reprezentative
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
10
PROIECT GRUPA 4
Senzori de proximitate magnetici
1. VASILE DANIEL
2. ZAHARIA IONUŢ
3. DIACONESCU DENIS
4. PASCU VASILE
5. RĂDUŢĂ ALEXANDRU
PROIECT GRUPA 4
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
11
Senzori de proximitate magnetici
Competențe:
Alege tipul de senzor corelat cu aplicaţia
Identifică probleme complexe
Conținuturi
1. Principiul de functionare
2. Tipuri de senzori magnetici
3. Senzorii REED
4. Aplicatii ale senzorilor magnetici
Sarcini specifice
1. Desemnare reprezentant grupă
2. Logo echipă
3. Împarțirea sarcinilor pe membrii echipei
4. Crearea unei prezentări personalizate a proiectului
5. Realizarea unui afiș pentru proiect
6. Realizarea unei planșe reprezentative pentru proiect
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
12
FIŞĂ DE DOCUMENTARE/INFORMAŢII SENZORI DE PROXIMITATE
TIPURI SI VARIANTE CONSTRUCTIVE
3.1. INTRODUCERE
Importanţa tehnologiei sensorilor.
Creşterea deosebită a automatizării sistemelor de producţie necesită folosirea unor compo- nente care să
fie capabile să primească şi să transmită informaţii referitoare la procesul de producţie. Sensorii
indelpinesc aceste funcţii şi importanţa lor a crescut în ultimii ani în procesul de măsurare şi de control al
proceselor tehnologice.sensorul furnizează informaţiile unui controler sub forma unor variabile d eproces.
Prin variabile de proces se inţeleg mărimi fizice care caracterizează procesul tehnologic
respectiv:temperatură, presiune, forţă, lungime, unghi de rotaţie, nivel, debit, etc.
Există sensori pentru majoritatea mărimilor fizice care reacţionează la una din aceste mărimi şi transmit
semnale relevante.
Caracteristicile sensorilor:
Un sensor este un convertor care transformă o mărime fizică ( de exemplu temperatu- ră, distanţă,
presiune) intr-o altă mărime mai uşor de evaluat - în mod uzual, o mărime electrică.
Un sensor nu trebuie să genereze întotdeauna un semnal electric. De exemplu o valvă pneumatică
generează un semnal pneumatic la ieşir sub forma unei schimbări de presi- une.
Sensorii sunt dispozitive care pot să opereze atât cu ajutorul unui contact, de exemplu un
comutator, un sensor de forţă, sau, fără contact, de exemplu barieră de lumină, bari- eră de aer,
sensor magnetic.
Un simplu comutator poate fi un sensor.
Sensorul este un dispozitiv care poate monitoriza un proces prin semnalizarea erorilor analizarea
acestora şi transmiterea informaţiilor către alte componente.
Alţi termeni utilizaţi pentru sensori: convertor - converter (engleză)
codificator - encoders (engleză)
detector - detector (engleză)
traductor - transducer (engleză)
- effector(engleză)
Alţi termeni utilizaţi.
- Sensor component - prin sensor component se înţelege acea parte a sensorului care primeş- te mărimea
măsurată dar nu permite o utilizare independentă a acesteia deoarece este necesa- ră o procesare a
semnalului.
- Sistem de sensori – un sistem de sensori constă din componente diferite de măsurare şi eva- luare al
căror număr depinde de funcţia semnalelor din procesul respectiv.Componentele sunt adesea realizate
modular.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
13
- Sistem multisensor - un sistem de sensori alcătuit din sensori de acelaşi tip sau de tipuri di -ferite.
Exemple:
Un sensor de temperatură şi umiditate sau de prsiune şi temperatură, fiecare făcând parte din
acelaţi dispozitiv.
O combinaţie de câţiva sensori de proximitate care sesizează mărimea şi materialul pieselor de
prlucrat.
O combinaţie de mai mulţi sensori chimici pentru gaze prin care sensorii au un răspuns treaptă şi
prin intermediul unei evaluări inteligente furnizează mai multe informaţii ca întreg decît ca un
sensor individual.
Similar : utilizarea simţurilor în timpul preparării hranei:miros,gust, percepţia vizuală,
Semnale de ieşire tipice, ale sensorilor.
Cunoaşterea diferitelor tipuri de semnale electrice de ieşire este importantă pentru utilizarea corctă a
sensorilor.
Semnal tip A - semnal de ieşire binar.
Astfel de sensori sunt cei de proximitate, de presiune, de nivel, de temperatură(bimetal).
De regulă aceşti sensori pot fi conectaţi direct la PLC (programmable logical controllers).
Semnal tip B - semnal pulsatoriu
Exemplu: sensori de creştere a lungimii şi a unghiului de rotaţie.În general sunt compatibili cu PLC
cu condiţia folosirii unei interfeţe adecvate.
Semnal tip C - semnal analogic.
Aceşti sensori nu au amplificator integrat şi nu realizează conversia electronică; ele furnizează
semnale de ieşire analogice foarte mici, de ordinul mV, care nu trebuie evaluate imediat sau semnale
care se evaluează numai prin utilizarea unui circuit auxiliar.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
14
Exemple: - sensori piezorezistivi sau piezoelectrici
-celule termoelectrice
-sensor magnetic
- Sonde pentru măsurarea pH-ului sau a conductivităţii
- Potenţiometru linear
Semnale de tip D - semnale analogice care trebuie evaluate imediat.
Acest tip de senzor conţine un amplificator integrat şi realizează conversia electronică.
Valorile tipice ale acestor semnale: 0.....10V
-5.....+5V
1.....5V
0.....20mA
-10....+10mA
4.....20mA
Semnale de tip E
Aceste semnale sunt furnizate de sensori şi de sisteme de sensori care furnizează semnale de ieşire
standardizate. De exemplu: RS-232-C, RS-422-A, RS-485 sau cu interfaţă pentru bus de date cum ar fi
field bus (profibus, sensor – actuator – bus).
Sensorii pot să transforme variaţia mărimilor fizice în semnale electrice binare sau analogice.
Sensorii care furnizează semnale binare sunt:
sensorii de temperatură,
de proximitate,
de presiune,
de nivel,
valve.
Sensorii analogici furnizează la ieşire semnale electrice analogice - tensiuni sau curenţi.
Exemple de sensori analogici::
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
15
Sensori pentru lungime, distanţă, de deplasare,
Sensori pentru mişcare lineară sau de rotaţie
Sensori pentru suprafaţă, configuraţie, geometrie,
Sensori de forţă,
Sensori de greutate,
Sensori de presiune,
Sensori de cuplu,
Sensori de debit
Sensori de nivel,
Sensori de temperatură
Sensori optici,
Sensori acustici,
Sensori de radiaţie
Sensori pentru substanţe chimice.
SENZORI DE PROXIMITATE
3.1.2.Generalităţi.
Noţiunea de proximitate se referă la gradul de apropiere dintre două corpuri; în instalaţiile tehnice se
întîlnesc cazuri în care contrtolul poziţiei unui dispozitiv faţă de altul face parte din însăşi procesul
tehnologic. Controlul poziţiei dintre dispozitivele aflate în mişcare , dintre care unul reprezintă sistemul
de referinţă se face cu ajutorul senzorilor de preximitate .Acest control se face fără existenţa unui contact
direct între corpurile aflate în mişcare.
Definiţie: senzorii de proximitate sunt dispozitive care permit detectarea şi semnalizarea prezenţei unor
obiecte în cîmpul lor de acţiune fără contact fizic cu obiectele respective Senzorii de proximitate au o
caracteristică tip releu - tot sau nimic – adică semnalul de ieşire reprezintă prezenţa sau absenţa
obiectului controlat.
Senzorii deproximitate au o largă utilizare în toate domeniile industriale datorită avantajelor pe care le
oferă:
siguranţă în funcţionare,
posibilitate de reglaj (internă sau externă prin modificarea poziţiei),
Fiabilitate mare,
Gabarit extrem de redus
Consum energetic redus
Clasificarea senzorilor de proximitate se face după principiul de funcţionare:
Inductivi
Capacitivi
Magnetici
Optici
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
16
3.2 SENZORI DE PROXIMITATE CAPACITIVI
Principiul de funcţionare: funcţionarea unui sensor de proximitate capacitiv se bazează pe măsurarea
variaţiei capacităţii electrice a unui condensator dintr-un circuit rezonant RC datorită apropierii unui
material oarecare.
Senzorii capacitivi se realizează din două tipuri de condensatoare: plan şi cilindric iar în analiza sche-
melor echivalente se presupune că rezistenţa de pierderi este neglijabilă faţă de reactanţa capacitivă şi
unghiul de pierderi este mic.
A
d εr εr Capacitatea C=d
Ar 0 unde 0 este permitivitatea vidului, r
este permitivitatea relativă a dielectricului, A suprafaţa de supra-
punere a armăturilor iar d, distanţa dintre armături, respectiv,
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
17
grosimea dielectricului.
.
Pentru un condensator cilindric formula de calcul a
capacităţii depinde de permitivitatea dielectricului,
diametrul electrodului exteriorD, diametrul electrodului
interior d şi de înălţimea de suprapunere a celor doi cilindri, h
h
Capacitatea C=
d
D
hr
ln
2 0
d
Din analiza formulelor de calcul pentru capacitatea condensatoarelor plan D
şi cilindric se observă că senzorii capacitivi pot servi la convertirea în va-
riaţii de capacitate a oricărei mărimi neelectrice care modifică unul din elemente:distanţa dintre armături,
suprafaţa de suprapunere a armăturilor, permitivitatea mediului dintre armături.
Senzorii capacitivi se pot realiza în trei moduri:
cu condensatoare plane cu o armătură fixă şi una mobilă,
cu modificarea suprafeţei de suprapunere a armăturilor
cu modificarea dielectricului.
La senzorul capacitiv cu o armătură fixă şi una mobilă se modifică distanţa dintre armături:
d + Δd . Capacitatea va deveni C=dd
Ar
0
d+∆d
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
18
G
G
Senzorii care funcţionează prin modificarea suprafeţei de suprapunere a armăturilor unui condensator
sunt alcătuiţi dintr-o armătură plană fixă şi una mobilă care se deplasează paralel faţă de cea fixă.
Capacitatea unui condensator se poate modifica şi prin introducerea
de dielectrici cu permitivităţi diferite între armături sau prin modifi-
carea stării fizice a dielectricului datorită umidităţii.
Câmpul electrostatic parazit este creat între un electrod activ şi electrodul de masă. În structura sensorului
capacitiv există adesea un electrod de com pensare care are rolul de compensare a influenţei umidităţii
asupra funcţionării sensorului.
Schema bloc a sensorului de proximitate capacitiv este prezentată în figura 1.
Dacă în zona activă se imtroduce un obiect 6
sau un material (metal, plastic, apă,sticlă,
lemn), capacitatea circuitului rezonant se 7
modifică.
Schimbarea valorii capacităţii depinde
distanţa la care se află materialul faţă de
suprafaţa activă, de dimensiunile materia-
lului,şi de constanta dielectrică a aces-
tuia. 8 9
1 2 3 4 5
Fig.3.2. 1
1.Oscilator; 2Demodulator;3 Trigger; 4 Afişaj; 5Circuit de
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
19
ieşire; 6 Sursă de alimentare externă; 7Sursa de alimentare
internă; 8 Zona activă(capacitor) ; 9 Ieşire.
Sensibilitatea majorităţii senzorilor de proximitae capacitivi poate fi reglată prin intermediul unui
potenţiometru.În acest mod este posibilă suprimarea detecţiei unui alt mediu.de exemplu este posibilă
determianrea nivelului unei soluţii într-un recipient. Distanţa la care comută un senzor este determina- tă
de o foiţă de metal legată la pământ.
În tabelul 3.1 sunt date valorile distan În tabelul 3.2 este prezentată valoarea facto-
ţelor la care un senzor capacitiv comută rului de reducere pentru diferite materiale în
funcţie de grosimea materialului .
.
.
Tabelul 3.1 Tabelul 3.2
Caracteristicile tehnice ale senzorilor de proximitate capacitivi sunt date în tabelul 3.3.
Tabelul 3.3
Tensiunea de alimentare Tipic: 10...30 V c.c. sau 20..250 V c.a.
Distanţa nominală de activare Tipic:5.....20 mm maxim 60 mm ( de obicei este variabilă şi
reglabilă prin potenţiometru)
Tipul materialului Factorul de
rducere
Toate metalele 1,0
Apă 1,0
Sticlă 0,3...0,5
Plastic 0.3...0,6
Carton 0,3...0,5
Lemn( în funcţie
de umiditate)
Ulei 0,1...0,3
Grosimea
materialului
Distanţa de
comutare
1,5 mm ............
3,0 mm 0,2 mm
4,5 mm 1,0 mm
6,0 mm 2,0 mm
7,5 mm 2,3 mm
9,0 mm 2,5 mm
10,5 mm 2,5 mm
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
20
Materiale Toate materialele cu o constantă dielectrică ≥ 1
Curentul de activare Max. 500 mA c.c.
Temperatura ambiantă de lucru -250 C........+70
0 C
Sensibilitatea la impurităţi sensibil
Durata de viaţă Foarte lungă
Frecvenţa de comutare Până la 300 Hz.
Design Cilindric
APLICAŢII
De reţinut:
Ca şi senzorii de poziţie inductivi, senzorii de proximitate capacitivi ,încastraţi sau neîncastraţi
sunt diferiţi.
Sensorii de proximitate capacitivi sunt uşor de contaminat.
Sensibilitatea lor în ceea ce priveşte umiditatea este foarte ridicată datorită constantei dielectrice a
apei - ε =81.
Pot fi folosiţi la detectarea obiectelor aflate în incinte cu pereţi nemetalici. Grosimea pereţilor în
acest caz poate fi mai mică de 4 mm iar constanta dielectrică a materialului care trebuie detectat
ar putea fi de 4 ori mai mare decît a pereţilor incintei.
Abilitate de reacţie la o mare varietate de materiale.
Datorită sensibilităţii lor la umiditate, mulţi producători introduc un electod auxiliar pentru
reducerea acestei influenţe.
Consideraţii generale pentu utilizare:
Din motive de costuri, folosirea senzorilor inductivi pentru detecţia obiectelor metalice este în
general preferată în comparaţie cu folosirea celor capacitivi.
Utilizarea senzorilor optici este recomandabilă pentru detecţia obiectelor nemetalice. Există un
domeniu de aplicaţii deosebite unde utilizarea senzorilor de proximitate capacitivi przintă
avantaje deosebite: monitorizarea nivelului de încărcare în containere , detecta rea materialelor
nemetalice.
Exemple:
1.Detecţia obiectelor mate sau negre.
Aceste obiecte pot fi realizate din cauciuc, plastic, piele (figura 3.2.2.) sau alte materiale care nu sunt
detectate prin difuzia senzorilor optici iar senzorii de proximitate ultrasonici sunt prea scumpi.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
21
Fig.3.2.2.
2.Detecţia nivelului de încărcare a fluidelor într-un container.
În cazul detectării nivelului de fluid prin pereţii
unui recipient de plastic sau de
sticlă grosimea
peretelui trebuie să fie limitată aţa încât
senzorul
de proximitate capacitiv să fie capabil să
răspundă
numai conţinutului din recipient.
În figura 3.2.3. a, este folosit un senzor de proxi-
mitate capacitiv încapsulat în cuarţ sau în mate –
rial plastic.
În figura fig.3.2.3.b, nivelul lichidului este detec-
tat prin intermediul unui senzor plasat în dreptul
unui tub de plastic sau de sticlă.
a b
Fig.3.2.3.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
22
3.Detectarea nivelului de încărcare a unui material granular.
4. Monitorizarea bobinării firelor sau cablurilor electrice.
Senzorii de proximitate capacitivi reacţionează la
cantitatea de cupru pe care o conţin firele sau cablurile
cu un diametru mic în timp ce senzorii inductivi au în acst caz o
distanţă foarte mica de activare.
Pentru această aplicaţie pot fi folosiţi şi senzori
optici.
Fig. 3.2.4.
5.Verificarea conţinutului pachetelor prin pereţii cutiei de carton.
Poate fi verificat nivelul de umplere cu lichid într-un
recipient sau existenţa unui material solid în interiorul
unei
cutii.
În figura 3.2.5.este arătat cum se verifică dacă într-o cutie
nu lipseşte o sticlă după operaţia de împachetare automată.
Prin plasarea a patru senzori capacitivi.
Fig.3.2.5.
Exerciţii.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
23
3.1 Intenţionaţi să monitorizaţi nivelul de încărcare cu grâu într-un siloz. Ce trebuie să aveţi în
vedere?
3.2 Ce trebuie să aveţi în vedere când folosiţi un senzor de proximitate capacitiv într- o instalaţie
exterioară în deosebi primăvara şi toamna?
3.3 Intenţionaţi să folosiţi un senzor de proximitate capacitiv pentru detectarea unor cutii de carton a
căror grosime variază. Realizaţi legătura între:
a) grosimea materialului pentru a stabili distanţa de comutare
b) Tipul materialului pentru stabilirea factorului de reducere
c) Eventuala umiditate a cartonului care este higroscopic.
d) Caracteristicile tehnice ale senzorilor de proximitate capacitivi
Este adecvată folosirea unui astfel de senzor?
3.4 Într-o fabrică pentru produse alimentare se folosesc colete de carton care au practicată o fereastră
realizată dintr-un material transparent.Ce argumente aveţi pentru utilizarea unui senzor de proximitate
optic, cu ultrasunete sau capacitiv?
Cutie de carton
Film transparent
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
24
3.5 Ce principiu se foloseşte pentru funcţionarea senzorului capacitiv utilizat la detecţia nivelului de
lichid din recipientul desenat în fig. 3.2.3.b ?
3.3 SENZORI DE PROXIMITATE INDUCTIVI
Principiul de funcţionare.
Funcţionarea se bazează pe proprietatea potrivit căreia mărimea de măsurat produce o vari- aţie a
inductivităţii unei bobine care face parte din circuitul oscilant RL al senzorului. Inductivitatea proprie sau
mutuală a “zonei active a senzorului “ (8)este modificată de acele elemente care in fluenţează geometria
- lungimea întrefierului, aria secţiunii întrefierului sau permeabilitatea - μ a circuitului magnetic.
Inductivitatea unei bobine alcătuită di N spire dispuse pe un miez magnetic de permeabilitate relativă μr
,suprafaţa secţiunii transversale A şi lungimea l este dată de relaţia:
L= l
ANr
2
0.
Ştiind că R = A
l
r0
este reluctanţa magnetică atunci inductivitatea L=
2N. Cum numărul de spire al
bobinei senzorului odată realizată nu poate fi modificat, soluţia pentu realizarea senzorului cu variaţie a
inductivităţii este de a produce modificări ale reluctanţei magnetice.
În acest sens se realizează circuite magnetice cu armătura mobilă în care caz mărimea neelectrică
determină poziţia armăturii faţă de restul circuitului magnetic.
Schema bloc este przentată în figura3.3.1.
6
Câmpul magnetic care este direcţio-
nat spre ieşire, este generat de o bobină 7
cu un miez de ferită deschis.
.Când senzorul este alimentat, circuitul osci-
lant generează un curent.
Dacă în zona activă se introduceun obiect
G
G
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
25
bun conducător de electricitate, apare o
variaţie a inductivităţii care duce la 9
modificarea curentului de ieşire
1 2 3 4 5
Figura nr. 3.3.1
1.Oscilator; 2.Demodulator; 3 Trigger; 4.Afişaj de stare; 5.Circuit
de ieşire cu protecţie; 6.Tensiune externă; 7.Sursă de alimentare
internă; 8. Zona activă ( miezul de ferită); 9 Ieşirea senzorului
Principala caracteristică a senzorilor inductivi este dimensiunea bobinei: cu cât aceasta este mai mare cu
atât distanţa de comutare este mai mare. Traductoarele inductive pot pune în evidenţă deplasări de sute de
milimetri.
Pentru determinarea corectă a distanţei de comutare, în alcătuirea senzorilor de proximitate inductivi
există un electrod de calibrare, realizat din oţel moale de 1mm grosime, standardi-
zat
De reţinut: numai materialele conductoare de electricitate pot fi detectate prin intermediul senzorilor
de proximitate inductivi.
Folosirea diferitelor materiale conduce la o reducere a distanţei de comutare efectivă.
Valoarea factorului de reducere pentru diferite materiale. este prezentată în tabelul nr 3.3
Tipul de material Factor de reducere
Oţel moale 1,0
Crom nichel 0,70…..0,90
Alamă 0,35….0,50
Aluminiu 0,35…..0,50
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
26
Se observă că cele mai mari valori ale facto- rului
de reducere îl dau materialele magnetice.
Distanţele de comutare pentru alamă, cupru, aluminiu, sunt foarte mici.
Tabelul nr.3.3
Caracteristicile tehnice ale ale senzorilor inductivi sunt prezentate în tabelul nr 3.4.
Tabelul nr.3.4
Obiect material Metale
Tensiunea de alimenatre Tipic: 10V…….30V
Distanţa nominală de activare Tipic 0,8…….10mm; max.250mm
Curentul de activare maxim 75mA…….400mA
Temperatura de lucru -250 C….+70
0 C
Vibraţii 10…50Hz
Sensibilitatea la perturbaţii Insensibil
Durata de viaţă Foarte lungă
Frecvenţa de comutare Tipic 10…5000Hz., max.20kHz..
Design cilindric
Mărime M8x1,M12x1,M18x1; Ф4mm… Ф30mm
25mmx40mmx80mm
Mulţi dintre senzorii de proximitate inductivi sunt construiţi în aşa fel încât să confere siguranţă
operaţiilor:
Cupru 0,25…..0,40
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
27
Protecţie la inversarea polarităţii( împotriva avariilor rezultate din conexiuni inversate);
Protecţie la scurt circuit
Protecţie la supratensiuni
Protecţie împotriva efectelor întreruperii firelor( Ieşirea este blocată dacă alimentarea este
deconectată).
Exerciţii.
3.1 Numărul, distanţa şi direcţia de transport a containerelor cu materiale se pot verifica pe o bandă
transportoare. În scopul marcării, transportul containerelor se realizează cu o bandă de aluminiu.
Ce trebuie să aveţi în vedere când folosiţi un senzor inductiv în acest scop?
Cum realizaţi cea mai mare distanţă de comutare posibilă pentru un senzor cu diametru dat?
Pentru ce trebuie să acordaţi o atenţie deosebită în acest caz?
3.2. Mai mulţi cilindri de oţel sunt transportaţi pe o bandă transportoare ca in figura 3.3.2. Cilindrii sunt
număraţi cu ajutorul unui senzor de proximitate care poate fi legat la un PLC. Datorită vibraţiilor
conveiorului, cilindrii de oţel au o mişcare de vibraţie cu amplitudinea “a”.
Este folosit un senzor de proximitate.
Ce probleme pot apărea la numărarea
cilindrilor?
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
28
Fig. 3.3.2.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
29
3.3 SENZORI DE PROXIMITATE OPTICI
GENERALITĂŢI. Senzorii optici de proximitate folosesc dispozitive optice şi electronice pentru detecţia obiectelor.În acest
scop este folosită lumina roşie sau infraroşie. Ca surse de lumină roşie sau infraroşie sunt folosite LED-
urile. Acestea au dimensiuni mici, au o durată de viaţă mare şi pot fi uşor modulate.Fotodiodele şi
fototranzistoarele pot fi folosite ca receptoriFolosirea senzorilor optici cu lumină roşie are avantajul că
aceasta se află în spectrul vizibil.Cablurile realizate din fibre optice pot fi de asemenea folosite în zona
lungimii d eundă a luminii roşii datorită atenuării reduse a luminii.
Spectrul infraroşu care nu este vizibil este folosit în cazurile în care creşterea performanţelor luminii roşii
este necesară În afară de aceasta, lumina infraroşie este mai puţin susceptibilă la la interferenţe cu
lumina ambientală.
Cu ambele tipuri de senzori optici , presiunea adiţională cauzată de influenţa luminii externe este
realizată prin intermediul modulării semnalului optic.
Principiul de funcţionare - se bazează pe prelucrarea unui semnal electric care apare ca
urmare a intreruperii sau reflectării unui flux luminos produs de un dispozitiv electrolumi-
niscent de către un element de comutaţie. Schema bloc este prezentată în figura nr.3.3.1.
Fig.3.3.1.
1Oscilator; 2Emitor fotoelectric; 3Receptor fotoelectric;4Preamplificator; 5Operator logic;
6 Convertor digital analog; 7Afişaj de stare; 8 Ieşire cu circuit de protecţie; 9 Sursă de alimentare
externă; 10 Sursă de tensiune constantă internă; 11 Distanţa optică de comutare;
12 Ieşirea de comutare.
Emiterul poate fi:
1 2 3 4 5 6 7 8
9
10
11
12
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
30
a) în cazul în care conexiunea se realizează fără fibră optică – GaAlAs infraroşu lungimea de undă
880nm( spectrul invizibil)
b) ) în cazul în care conexiunea se realizează cu fibră optică – GaAlAs infraroşu lungimea de undă
660nm( spectrul vizibil
Receptorul poate fi un fototranzistor cu siliciu sau fotodiodă cu siliciu.
Senzorii de proximitate optici obişnuiţi au întotdeauna în construcţia lor elemente de protecţie:
protecţie la inversarea polarităţii,
protecţia ieşirii la scurtcircuit,
protecţia la vârfuri de tensiune.
Funcţiile de comutare se clasifică astfel:
-Metoda de comutare la lumină – ieşirea comută, (se inchide) când în calea fascicolului de lumină se
află un obiect - contact normal deschis.
-Metoda de comutare la întuneric – ieşirea este deschisă (nu comută) când în calea fascico- lului luminos
se află un obiect - contact normal închis.
Construcţia unui senzor optic de proximitate
Un senzor optic de proximitate este alcătuit din două părţi principale:emitorul şi receptorul.În funcţie de
utilizare, sunt necesare reflectoare şi cabluri cu fibre optice.
Emiterul şi receptorul pot fi instalate într-o incintă comună în cazul senzorilor de difuzie sau
retroreflexivi sau în incinte separate ca în cazul senzorilor cu fascicol luminos.
În emiter se află sursa care emite lumină roşie sau infraroşie şi care conform legilor opticii poate fi
răspândit în linie dreaptă, poate fi deviată, focalizată, intreruptă, reflectată sau direc- ţionată. Este
acceptată de receptor, separată de lumina externă şi evaluată electronic.
Senzorul de proximitate este prevăzut cu un scut interior separat de incintă. Componentele electronice
sunt încapsulate iar la ieşire se află un potenţiometru pentru reglajul sensibilităţii. De obicei un senzor
include şi un LED care semnalizează când ieşirea comută.acest LED serveşta ca mijloc de semnalizare şi
de reglare.
Funcţionarea senzorului optic
Dacă un corp C oarecare (de exemplu tija pistonului care se deplasează in corpul unui
cilindru este aşezat în dreptul razei de lumină emisă de LED, aceasta este reflectată şi
receptată de fotocelulă care se excită şi emite un semnal către etajul de sincronizare.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
31
C
DF
CEC
F
D
Figura 3.3.1. Figura 3.3.2. Acest etaj verifică dacă semnalul provine de la sursa proprie de lumină sau este un semnal
perturbator.
Dacă semnalul este acceptat , el este amplificat şi devine semnal de comandă pentru elemen tul
de comutaţie.În figura 3 este prezentată o variantă de senzor optic la care receptorul - foto
celula- este un element separat , legat de emiţător prin conductori electrici CE. În absenţa unui
corp C între emiţător şi receptor, etajul de comutaţie nu este activat. Dacă un corp intră în raza
de acţiune a emiţătorului, raza de lumină emisă nu mai este receptată de fotocelulă şi etajul de
comutaţie este activat, deci senzorul semnalizează prezenţa corpului.
O altă variantă a senzorului opto-electronic, unde emiţătorul şi receptorul sunt în aceeaşi carcasă,
este prezentată schematic în fig. 4.
În acest caz, raza de lumină este reflectată de o oglindă O plasată, de exemplu, de cealaltă parte a
tijei cilindrului a cărui mişcare trebuie semnalizată. Etajul de comutaţie este activat atunci când
la receptor nu mai ajunge raza de lumină emisă de dioda luminiscentă.
DFC
O
Fig.3.3.3
Simbolul senzorului optic:
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
32
În funcţie de tipil de senzor, comutarea se produce astfel:
a) Metoda de comutare la lumină - Ieşirea este închisă când fascicolul luminos nu este perturbat de
un obiect - contact normal deschis.În cazul unui senzor cu fascicol lumi- nos, receptorul de
ieşire este comutat dacă nu există un obiect dreptul fascicolului.
b) Metoda de comutare la întuneric – Ieşirea este deschisă (nu comută) când fascicolul luminos nu
este perturbat de un obiect - contact normal închis.În acest caz receptorul de ieşire comută dacă
in în dreptul fascicolului luminos se află un obiect.
Limitări în funcţionare
Un senzor optic de proximitate poate fi expus în timpul funcţionării la contaminare cu praf,
aşchii,lubrefianţi, ceea ce conduce la perturbări în funcţionare. O contaminare puternică în fascicolul de
lumină poate cauza o intrerupere a acestuia.aceasta poate simula prezenţa unui obiect.În cazul unui senzor
cu difuzie , contaminarea puternică a sistemului de lentile poate fi evaluată ca prezenţă a unui obiect şi
lumina emisă este reflectată înapoi la receptor ca rezultat al contaminării lentilelor. Contaminarea
obiectului insuşi poate conduce la evaluarea absenţei obiectului dacă este reflectată mai puţină lumină ca
rezultat al contaminării.
Pentru siguranţa operaţiilor trebuie luate următoarele măsuri:
Folosirea de senzori optici cu toleranţă suficientă de operare;
Folosirea senzorilor cu undispozitiv ajutător de exemlu un LED care să funcţioneze în zonele
marginale.
Folosirea senzorilor cu semnal de pericol de contaminare.
Senzorii optici au limita sigură de operare β, respectiv raportul dintre puterea semnalului optic de la
intrare PR şi puterea semnalului optic detectabil la pragul de comutare PT ,
β =T
R
P
P. Factorul β depinde de distanţa dintre emitor şi receptor în cazul unui senzor cu fascicol
luminos, de distanţa dintre emitor şi reflector în cazul unui senzor retroreflexiv, sau de distanţa dintre
senzorul de proximitate şi obiect în cazul unui senzor de difuzie.
Variante de senzori optici de proximitate
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
33
Senzori cu fascicol luminos
Un senzor cu fascicol luminos este alcătuit dintr-un emitor şi un receptor. Obiectul ar putea permite o
minimă pătrundere a luminii dar ar putea reflecta orice cantitate de
lumină.
Fig.3.3.4 Principiul senzorului cu fascicol de lumină
Caracteristicile tehnice sunt prezentate în tabelul 3.3.1
Tabelul 3.3.1
Tensiunea de alimentare 10…30V cc sau 20…250V ca.
Distanţa de activare Max 1m până la 100m (de obicei ajustabilă)
Senzori optici de
proximitate
Senzori cu
fascicol luminos
Senzori cu
fascicol luminos
Senzori cu
fascicol luminos
Se proiectează cu
cablu cu fibra optică
Se proiectează cu
cablu cu fibra optică
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
34
Materialul obiectului Orice fel de material. Probleme pot crea obiectele
realizate din material transparent
Curentul de activare Max100…500mA
Temperatura ambiantă de
lucru
0o C…..60
o C sau -25
o C….80
o C
Sensibilitate la impurităţi sensibil
Durata de viaţă Aprox. 100000 ore
Frecvenţa de comutare 20….10000 Hz.
Note pentru aplicaţii
Avantajele senzorilor cu fascicol luminos
Pot fi detectate obiecte mici la mare distanţă
Sunt indicate pentru medii periculoase
Obiectele pot fi translucide, şlefuite
Dezavantajele senzorilor cu fascicol luminos.
Cele două module separate – emitorul şi receptorul, necesită conexiuni electrice separate.
Nu pot fi folosite pentru obiecte complet transparente.În cazul obiectelor complet transparente
este posibilă reducerea puterii emitorului cu ajutorul unui potenţiometru până la limita la care
receptorul este dezactivat..Starea emitorului este evaluată ca “obiect prezent” .
APLICAŢII
Un exemplu de aplicaţie este verificarea burghi-
ului de bormaşină ( se verifică starea burghiului).
Această metodă este folosită la varificarea inte-
grităţii acelor de cusut la maşinile de cusut au-
tomat (care funcţionează fără supraveghere
umană).
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
35
Fig.3.3.5
Senzori retroreflexivi (cu fascicol de lumină convergent)
Emitorul şi receptorul de lumină sunt instalaţi în aceeaşi incintă; de aceea este necesar un reflector
Întreruperea luminii de către obiect este evaluată “Semnal
de prezenţă a piesei”.
În acest caz obiectele transparente, strălucitoare nu sunt detectate.
Obiectele şlefuite trebuie poziţionate astfel încât fascicolul
reflectat să ajungă la receptor.
Principiul de funcţionare al senzorului retroreflexiv este prezentat
în figura 3.3.6.Un LED emite un semnal luminos către un reflector
care, transmite la rândul său semnalul reflectat către receptor
(un fototranzistor sau o diodă) . Fig. 3.3.6 Un
corp este detectat dacă acesta intersectează Principiul senzorului retroreflexiv
fascicolul luminos reflectat.
Defectarea emiţătoruluiface ca receptorul să considere piesa prezentă.De aceea trebuie luate măsuri de
precauţie la proiectare.
Caracteristicile tehnice ale senzorilor retroreflexivi sunt prezentate în tabelul 3.3.2.
Tabelul 3.3.2
Tensiunea de alimentare Tipic 10...30Vc.c. sau 20...250V c.a.
Distanţa de activare(dependentă de
reflector)
Până la 10m (de obicei este reglabilă)
Obiecte Orice fel de obiecte .Probleme există la obiectele
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
36
reflectorizante
Curentul de activare 100...500ma c.c
Temperatura de lucru 0o C...60
o C sau -25
o C.....80
o C
Sensibilitatea la impurităţi Sensibil
Durata de viaţă Aproximativ 100000 ore
Frecvenţa de comutare 10.....1000Hz
Gama de răspuns este în interiorul liniilor care formează
deschizătura între emitor şi receptorşi deschizătura
reflectorului. De regulă gama de răspuns în apropierea
reflectorului este mai mică decît secţiunea trasversală a
reflectorului, fiind dependentă de distanţa de la senzorul
de proximitate şi potenţiometru.Fig. 3.2.7
Gama de răspuns Emisie Reflector
Fig.3.3.7.
Avantajele senzorilor retroreflexivi.
Creşterea siguranţei datorită luminii permanente pe durata nefuncţionării
Instalare şi întreţinere simplă.
Obiectele pot fi rflectorizante, şlefuite sau transparente atâta timp cât un procentaj suficient de
mare de lumină este în mod cert absorbită.
În majoritatea cazurilor, o distanţă mai mare decât senzorii de difuzie
Dezavantajele senzorilo retroreflexivi:
Obiectele transparente, foarte strălucitoare pot fi nedetectate.
De reţinut:
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
37
În cazul obiectelor transparente, fascicolul de lumină străbate obiectul de două ori şi
rezultatul este atenuat. Detectarea obiectelor de acest tip se poate face in potenţiometru
adecvat..
Obiectele reflectorizante trebuie aranjate în aşa fel încât să se asigure ca unda reflectată
să nu ajungă la receptor.
Pentru obiectele foarte mici, un orificiu în fascicolul de lumină poate ameliora eficienţa.
Reflectorii se pot deteriora datorită duratei mari de funcţionare şi datorită impurităţilor.
La temperatura de peste 80o cfuncţionarea poate fi afectată permanent iar eficienţa este
redusă considerabil.
Absenţa emitorului este interpretată ca „Obiect Prezent”
APLICAŢII
Sistemul se foloseste in industria hartiei,
tesaturilor, peste tot acolo unde este necesara
derularea/rularea unor materiale de acest tip
pentru ambalare/împachetare în vederea
expeditiei sau pentru procesul de productie;
pentru a se realiza o anumită tensiune in
materialul bobinat, deci o anumită densitate de
bobinare, se lasa o astfel de bucla (a cărei mărime se contro-
lează în acest caz cu senzori ) pentru a se Fig 3.3.8
putea controla cât de strâns se bobinează.
Senzori de difuzie (senzori cu fascicol de lumină divergent)
Emitorul şi receptorul se găsesc în aceeaşi capsulă Obiectul reflectă un procent din lumina emisă activând
astfel rceptorul. În funcţie de modul de construcţie al receptorului, ieşirea este activată (normal deschis)
sau nu (normal închis).Distanţa de comutare depinde de capacitatea de reflectare a obiectului Mărimea,
suprfaţa, densitatea, forma,şi culoarea obiectuluiprecum şi unghiul de incidenţă, determină intensitatea
fascicolului răspîndit aşa încât de regulă, numai distanţele mici de ordinul a câţiva decimetri pot fi
detectate.Mediul trebuie să absoarbă sau să devieze
fascicolul luminos, de exemplu cînd un obiect nu este
prezent, fascicolul de lumină trebuie să fie clar Acest
tip de senzor se foloseşte când se detectează un corp
cu supra
faţă lucioasă su deschis la culoarepentru a
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
38
reflecta fascicolul incident.
Fig.3.3.9 Principiul senzorului cu fascicol de lumină divergent
Caracteristicile tehnice ale senzorilor de difuzie sunt prezentate în tabelul 3.3.3
Tabelul 3.3.3
Tensiunea de alimentare Tipic 10...30Vc.c. sau 20...250V c.a.
Distanţade activare (dependentă de
reflector)
Maxim 50mm până la 2m (de obicei este reglabilă)
Materialul din care sunt confecţio
nate obiectele
Orice fel de material .
Curntul de activare 100...500ma c.c
Temperatura de lucru -25o C.....80
o C
Sensibilitatea la impurităţi Sensibil
Durata de viaţă Aproximativ 100000 ore
Frecvenţa de comutare 10Hz.....2000 Hz
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
39
Avantajele senzorilor de difuzie.
Datorită reflexiei nu este necesar un reflector suplimentar
Obiectele pot fi reflectorizante, şlefuite, transparente sau translucide atâta timp cât un
procent suficient de mare de lumină reflectată.
Permit detecţia frontală .
În funcţie de poziţia senzorului de difuzie, obiectele pot fi detectate selectiv
De reţinut: Mărimea,forma, suprafaţa,densitatea şi culoarea obiectului determină intensitatea
luminii difuzate deci scara reală de sensibilitate. Sensibilitatea dată în foile de catalog este
măsurată folosind partea albă a hârtiei fotografice de testare standard, Kodac. Mediul trebuie
să absoarbă sau să reflete emisia de lumină, de exemplu în absenţa unui obiect, lumina
reflectatătrebuie să fie efectiv pragul de răspuns alreceptorului.
Absenţa emitorului este interpretată ca Obiectul nu este prezent”
Comportarea unui senzor în prezenţa unui obiect şlefuit este prezentază în figura 3.3.10a şi
3.3.10 b
Fig 3.3.10 b
În figura 3.3.5 a sunt sugerate condiţiile în care pot fi detectate obiecte din sticlă, plexiglas
transparent sau film transparent. Obiectele confecţionate din aceste materiale au suprafeţe
netede, care reflectă lumina. Condiţia este ca ele să fie poziţionate vertical şi pe direcţia
fascicolului luminos.
Obiectele care reduc reflexia luminii sunt:sunt:plastic mat negru, cauciuc negru, suprafeţe
neprelucrate din materiale închise la culoare,materiale textile închise la culoare, oţel lustruit.
Senzorii de difuzie nu reacţionează la astfel de materiale sau pot racţiona la distanţe foarte
mici.În acest caz se pot folosi senzori retroreflexivi sau senzori cu fascicol luminos, pentru
intrări laterale şi senzori capacitivi pentru intrări frontale
Exerciţii
3.3.1.
Realizaţi o comparaţie între senzorii de proximitate optici cu fascicol convergent şi cei cu
fascicol convergent care să aibă în vedere, asemănări şi deosebiri funcţionale,avantaje şi
dezavantaje.
Receptor
Emitor
Receptor
Emitor
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
40
S
3.3.2Ce trebuie să aveţi în vedere câd folosiţi un senzor de proximitate optic într-un mediu cu
mult praf? Sugeraţi soluţii de rezolvare a problemei.
3.3.3. Trebuie detectate obiecte care se află intr-un loc foarte greu accesibil în care
temperatura ambiantă poate creşte până la 1000 C.Se propune utlizarea unui senzor
optic.Care este soluţia optimă în acest caz? Ce trebuie avut în vedere pentru selectarea
senzorului adecvat?
3.3.4.
3.4 SENZORI DE PROXIMITATE MAGNETICI
Principiul de funcionare.
Senzorii de proximitate magnetici reacţionează la câmpuri magnetice ale magneţilor perma nenţi sau ale
electromagneţilor.
În cazul unor senzori magnetici reed paleta cu contacte
realizată din material feromagnetic
- permalloy –(fier +nichel)este sigilată
într-un tub de sticlă.(fig. 3.4.1.).
Acest tub este plin cu un gaz inert - nitrogen.
Dacă în apropierea senzoruluid e proximitate se află un câmp magnetic, paletele sunt atrase şi se
realizează un contact electric.
Fig. 3.4.1.
În tabelul de mai jos sunt prezentate cele mai importante caracteristici tehnice ale senzorilor magnetici .
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
41
Tabelul 3.4.
Tensiunea de alimentare 12V…27Vccsau ca
Sensibilitatea + 0,1 mm
40W
Inducţia magnetică de
interferenţă maximă
0,16 mT
Frecvenţa maximă de comutare 500Hz.
Timpul de comutare 2 ms
Conductanţa 0,1
Durata de viaţă cu circuit de
protecţie
5*106 cicluri de comutare
Clasa de protecţie al IEC529,
DIN 40050
IP66
Temperatura de lucru -200 C …..+60
0 C
BN(1) +24V
Senzorii de magnetici reed au în construcţie
un LED care indică starea de operare .
În figura 3.4.2. sunt prezentate conexiunile BK(4)
interne şi externe. Diodele electrolumonis-
cente conectate în serie cu rezistorul R, au
rolul de circuit de protecţie pentru sarcina L1 RL
inductivă.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
42
0V
R L1
Fig. 3.4.2.
NOTE PENTRU APLICAŢII
Când se instalează un tip de senzor reed, este important sa ne asigurăm că nu există un câmp
magnetic de interferenţă în apropierea senzorului mai mare de 0,16mT.În cazul în care acesta
există atunci senzorul trebuie să fie protejat corespunzător.
Dacă un cilindru pneumatic este instalat cu un senzor de proximitate, este necesară o distanţă
minimă de 60 mm între senzor şi pereţii exteriori ai cilindrului. Dacă aceste distanţe sunt reduse
va avea loc o deplasare în punctul de comutare.,
Cu senzorii reed, curentul maxim de urmărire trebuie redus.Altfel, aceasta poate con- duce la
apariţia unui arc electric în timpul pornirii sau opririi, ceea ce ar produce ar- derea lamelelor de
contact.
Când sunt comutate sarcini inductive,apare un vârf de tensiune în momentul opririi. Din acest
motiv senzorul de proximitate trebuie prevăzut cu un circuit de protecţie dacă acesta nu face
parte din construcţia lui.
Circuitul de protecţie poate fi un circuit RC, o diodă corespunzătoare sau un varistor. (fig.3.4.3.)
+24V RL L +24V RL L
Fig. 3.4.3. Circuite de protecţie pentru contactele reed.
RL rezistenţa de sarcină; L – inductanţa de sarcină; R – rezistor de protecţie
C –condensator de protecţie; D – diodă sau varistor de protecţie
Valorile electrice ale acestor componente depind de următoarele componente de putere – releu,
contactor,etc. Dacă trebuie acţionat un releu sau un contactor, datele tehnice ale releului sau
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
43
FESTO FESTO
contactorului trebuie respectate.Puterea de tragere a unui releu sau contactor este de 8-10 ori mai
mare decît cea de menţinere. De aceea este bine ca puterea de pull-in să fie luată ca referinţă.
APLICAŢII
Prin folosirea senzorilor magnetici de proximitate mangnetici o mare parte a problemelor pot fi
rezolvate dacă obiectul care trebuie
detectat este prevăzut cu un magnet, ca de exemplu:
-măsurarea vitezei de rotaţie a unei piese confecţionate din orice fel de material;
-selectarea unei piese dintr-o serie de piese similare
-numărarea pieselor
-poziţionarea obiectelor
Un senzor magnetic poate fi folosit pentru
detectarea sfârşitului cursei unui cilindru
cu o lungime a cursei pistonului de 10mm.
( fig.3.4.4.)
Fig.3.4.4.
În figura 3.4.5 este prezentat principiul
de funcţionare al unui senzor de proxi-
mitate magnetic care detectează pozi-
ţia pistonului într-un cilindru.
În acest caz contactul este deschis iar
senzorul nu este acţionat(LED-ul este stins)
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
44
Când pistonul a ajuns în dreptul senzorului,
câmpul magnetic al magnetului acţionează lamelele contactului şi LED-ul se aprinde .
Fig.3.4.5.
Exerciţii
3.4.1.
Descrieţi comportarea senzorului reed din figura 3.4.2. cu tensiunea de alimentare inversată.
Aceasta poate perturba funcţionarea senzorului?
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
45
3.5ALEGEREA SENZORILOR
MĂRIMI CARACTERISTICE ŞI CRITERII DE ALEGERE
Pentru alegerea unui senzor de proximitate trebuiesc cunoscute principalele caracteristici de
funcţionare şi de alimentare. Cele mai importante dintre acestea sunt prezentate în continuare. Valori
numerice detaliate se regăsesc în cataloagele firmelor producătoare.
a) Distanţe de sesizare, fig. 3.5.1:
- distanţa de comutare nominală, Sn: este o valoare caracteristică senzorului pentru care nu se iau în
considerare abaterile date de temperatura si tensiunea de alimentare. De asemenea nu se iau în
considerare nici abaterile de măsurare ale senzorului;
- distanţa de comutare reală, Sr: se defineşte
pentru temperatura de funcţionare de 20oC şi
pentru o tensiune de alimentare corectă
(nominală). Poate avea o abatere de 10% faţă
de distanţa de comutare nominală, Sn;
- distanţa de comutare utilă, Su: este distanţa
pentru care senzorul va comuta garantat dacă
temperatura şi tensiunea au valori în limitele de
funcţionare normală prescrise de fabricant. Poate
fi diferită cu 10% faţă de distanţă de comutare
reală;
- distanţa de comutare sigură, Sa: este distanţa
pentru care senzorul va comuta garantat dacă
temperatura şi tensiunea au valori în limitele de
funcţionare permise prescrise de fabricant.
b) Limite permise pentru tensiunea de alimentare:
- pentru senzorii ce funcţionează în curent
continuu intervalul uzual este între 10 V şi 30 V
dacă tensiunea nominală este de 24 V;
- pentru senzorii care funcţionează în curent
alternativ intervalul poate fi între 20 V şi 265 V
dacă tensiunea nominală este de 230 V. În plus,
frecvenţa reţelei poate oscila între 45 şi 65 Hz.
c) Curentul de ieşire nominal: este curentul maxim care poate trece prin sarcina conectată la senzor şi pe
care senzorul îl poate suporta pentru un regim continuu de funcţionare. Dacă acest curent este depăşit,
senzorii fără protecţie la scurtcircuit se defectează.
Sr max Sr max
Sn
Su max
Sr min
Su min
Sn
Su max
Sr min
Su min
Placă metalică
Sens de mişcare
Senzor de proximitate
Fig.3.5.1. Distanţe de sesizare ale unui
senzor de proximitate. Pentru mişcările
de sens opus distanţele sunt diferite
datorită fenomenului de histerezis al
senzorului.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
46
d) Curentul minim de sarcină: este cel mai mic curent necesar pentru ca circuitele electronice ale
senzorului să poată funcţiona. Pentru cazul senzorilor de curent continuu cu 3 fire curentul minim de
sarcină este 0 mA. Pentru senzorii de curent alternativ cu 2 fire este de 5 mA.
e) Căderea de tensiune pe senzor: este diferenţa dintre tensiunea de alimentare a circuitului ce include
comutatorul senzorului şi tensiunea măsurată la bornele sarcinii (de exemplu releu). Pe comutatorul închis
al senzorilor de curent continuu cu 3 fire căderea de tensiune este < 3,2 V. Pentru senzorii de curent
alternativ cu 2 fire este <6V.
f) Curentul rezidual: este curentul care trece prin comutatorul deschis al senzorului. În contrast cu un
comutator ideal pentru care acest curent trebuie să fie nul, pentru senzorii de proximitate aceştia nu sunt
nuli. Prin comutatorul deschis al senzorilor de curent continuu cu 3 fire curentul rezidual este neglijabil.
Pentru senzorii de curent alternativ cu 2 fire este < 1,5 mA.
g) Intervalul de temperatură de funcţionare: este domeniul de temperaturi în care senzorul poate să
funcţioneze fără probleme.
h) Gradul de protecţie: defineşte nivelul de protecţie al senzorului împotriva pătrunderii în el a
impurităţilor şi a apei.
i) Tipul de conexiune al senzorului: defineşte modul de conectare a senzorului la circuitul electric de
comandă. Conexiunea senzorilor de curent continuu cu 3 fire poate fi de două tipuri, fig. 22:
- PNP: conectează la sarcină un potenţial pozitiv;
- NPN: conectează la sarcină un potenţial negativ;
Pentru senzorii de curent alternativ cu 2 fire, sarcina poate fi conectată pe oricare din cele 2 fire.
+
PNP – normal deschis
Sarcină (releu)
+
NPN – normal închis Sarcină (releu)
Fig.3.5.2 Conectarea unui senzor de curent continuu cu 3 fire la sarcină (de exemplu un releu)
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
47
j) Tipul de comutare: descrie poziţia contactului când în raza de acţiune a senzorului nu este prezent nici
un obiect. Contactul poate fi:
- normal închis: curentul trece prin senzor până când acesta va detecta prezenţa unui obiect;
- normal deschis: curentul va trece prin senzor doar când acesta va detecta prezenţa unui obiect;
- ambivalent: sunt disponibile ambele două tipuri de contacte descrise mai sus, folosirea unuia din ele
fiind stabilită de o funcţie de setare a senzorului.
Criterii de alegere a senzorilor Pentru alegerea senzorilor necesari unxei aplicaţii industriale se poate folosi diagrama prezentată în figura
23.
M3_SENZORI, TRADUCTOARE ŞI AUTOMATE PROGRAMABILE Prof. CREŢU MELANIA S25_S28 CLASA 12D
48
Fig.3.5.3
Obiectul de detectat
Obiectul este solid?
Contactul cu obiectul
detectat este posibil?
Obiectul are o
greutate de minim
500 g?
Frecventa de trecere
a obiectelor este
< 1HZ?
Viteza obiectului este
< 1,5 m/s?
Intreruptor
electromecanic de
pozitie
Senzori de
proximitate inductivi
Senzori de
proximitate
fotoelectrici
Senzori de
proximitate capacitivi
Lichide sau materiale pulverulenteNu
Da
Da
Da
Da
Da
Spatiul de instalare
este suficient?
Distanta obiect/
detector este mai
mica de 48 mm ?
Obiectul este
metalic?
Nu
Nu
Nu
Nu
Da
Da
Da
Distanta obiect/
detector este mai
mare de 15 mm ?
Da
Nu
Nu
Nu
Nu