Indukční senzory přiblížení, provádějící bezdotykovou detekci přítomnosti kovových plošek, obalů nebo značek a jsou zvláště vhodné pro znečištěném prostředí těžkého a strojírenského průmyslu díky své odolnosti a spolehlivosti detekce. Tam, kde by z důvodu zašpinění snímací plochy olejem, sazemi či různým sypkým materiálem nedokázaly optické nebo ultrazvukové senzory pracovat více jak několik dní nebo někdy i hodin, jsou "indukčáky" schopné bezchybně fungovat i mnoho let. Naopak jejich hlavní nevýhodou byl vždy dost krátký snímací (spínací) dosah, tedy vzdálenost, kde ještě na kovový předmět zareagují a vydetekují ho. Ta se pohybuje v řádu jednotek mm. Dříve to pak ještě byla nestejná citlivost na různé kovy (železo, měď, hliník apod.). Některé současné technologie některých výrobců však dokáží tento nedostatek potlačovat. Jednou z nich je i technologie uprox+ indukčních senzorů společnosti Turck. Ten jsem podrobil i mému "zkoumání" z pohledu onoho propagovaného jednotkového redukčního faktoru, tedy stejnou citlivostí na všechny kovy. Chtěl jsem prakticky vyzkoušet zda to prakticky platí. Pro tento účel jsem si vyhotovil vzorky některých kovů a zjišťoval při jejich postupném posouvání k čelu senzoru, kdy dojde k sepnutí spínacího výstupu. Pro účel zkoušení jsem využil dvouvodičový indukční senzor Bi5U-M18M-AD4X, který má jmenovitá spínací dosah 5 mm. |
Válcový indukční senzor Bi5U-M18M-AD4X s technologií Turck uprox+ |
Technologie indukčních senzorů uprox+
Klasické provedení představuje z pohledu snímací části tradiční válcovou cívku navinutou na feritovém jádru, jejíž průměr je obvykle jen o něco menší než u válcového závitového pouzdra jeho průměr. Takové provedení však zabírá v pouzdru hodně místa a hlavně se mění spínací rozsah v závislosti na detekovaném kovu. Systém uprox+ společnosti Turck využívá bezferitový snímací systém tvořený 3 nebo 4 vzduchovými cívkami realizovanými jako kruhové závity na desce plošných spojů. Tímto způsobem se právě poskytuje koeficient (factor) 1 pro všechny kovy. Navíc technologie cívek realizovaných na DPS je více flexibilní na výrobu, čímž se nabízí značné možnosti při zapouzdření senzoru bez velkého mechanického omezení. S jednodušší výrobou jsou pak spojené i nižší náklady a tím i konečná cena senzoru. Proto jsou také indukční snímače řady uprox+ často levnější než běžné provedení senzorů s kratším dosahem. Hlavní výhodou technologie uprox+ společnosti Turck či podobných technologií jiných výrobců se mají vyznačovat stejnou detekční citlivostí (stejný snímací dosah) pro všechny typy kovů, jako jsou železo, měď, hliník, mosaz, bronz apod. To je obvykle v katalogových listech vyjádřeno tzv. redukčním koeficientem (redukčním faktorem), který má obvykle hodnotu 1 pro železo, které senzor detekuje nejlépe a hodnoty <1 pro ostatní kovy. To znamená, že aby je bylo možné detekovat, musí být blíže, přesněji řečeno, snímací vzdálenost se snižuje. |
Zatímco běžný indukční senzor má snímací část realizovanou jednou drátovou cívkou navinutou na feritovém jádře, indukčáky Turck uprox+ obsahují několik "vzduchových" cívek realizovaných jako cesty na DPS. |
Technologie Turck uprox+ by měla být stejně citlivá na všechny typy kovů
Dvouvodičový indukční senzor Turck Bi5U-M18M-AD4X
Nedávno
jsme pro potřeby měření rychlosti otáčení dopravního pásu pro vážení dopravovaného
uhlí v tepelné elektrárně zakoupil a vyzkoušel několik dvouvodičových válcových
indukčního senzorů Turck řady uprox+ označený jako Bi5U-M18M-AD4X. Jmenovitý
spínací dosah v případě tohoto válcového senzoru průměru M18 dělá je 5 mm. To
se v celkovém porovnání s konkurencí nejeví jako moc dobrá hodnota, ale pokud
se zaměříme jen na dvouvodičová vestavná provedení, je to typická hodnota i
u většiny konkurence. I když třeba dvouvodičové indukčáky OMRON nabízejí i 7
mm.
Jinak je senzor Bi5U-M18M-AD4X na použití úplně triviální, protože neobsahuje žádné ovládací či nastavovací prvky, jen indikační žlutou LED informující o sepnutí výstupu a stačí jen hnědý vodič připojit na kladnou svorku stejnosměrné napájecí napětí 12 nebo 24 V a modrý vodič přes rezistor (zátěž) na zápornou svorku zdroje. Při nepřítomném kovu pak vodiči teče proud méně než 1 mA. Naopak když je detekován kov sepne se výstup a vodiči teče proud 3 až 100 mA (dle zátěže).
Z pohledu fyzického připojení může být senzor v provedení s konektorem nebo pevně připojeným kabelem, přičemž sice s kabelem není vůbec žádná práce, ale je dodáván pouze 2 m, což dost často nestačí. Konektor se sice dobře rozpojuje a nelimituje délku kabelu, ale zase prakticky zvětšuje velikost (délku) senzoru.
Základní parametry:
- Jmenovitá spínací vzdálenost Sn: 5.0 mm
- Zajištěná spínací vzdálenost: (0,81 x Sn) mm = 4.05 mm
-
Provedení:
vestavné - Provozní teplota: -20 °C ...+ 70 °C
- Napájecí napětí 8.0 V DC ... 65.0 V DC
- Jmenovitý provozní proud: 100 mA
- Nejmenší provozní proud: 3.0 mA
- Zbytkový proud: 0.8 mA
- Frekvence spínání: 10 Hz
- Výstupní funkce: dvoudrát, spínací kontakt
- Ochrany proti: zkratu, přerušení vodiče / přepólování
- Pouzdro: závitové M18 x 61.5 mm
- Materiál pouzdra: kov CuZn, chromovaný, aktivní plocha z plastu
- Připojení: kabel LifYY 2 x 0.34 mm2, délka 2 m
- Odolnost: vůči vibracím 55 Hz, proti rázům 30 g
- Stupeň krytí: IP68
- Indikace stavu výstupu: žlutá LED (svítí při detekci kovu)
Výsledky pokusu stejné citlivosti na všechny kovy
Testování jsem prováděl vcelku primitivně:
- Dvouvodičový senzor připojen na stejnosměrný zdroj 24 V přes rezistor 1 kohmů, na kterém se měřil úbytek napětí (stav kov / nekov)
- Senzor byl následně pevně upevněn / zašroubován v držáčku nad měřítkem a vzorek kovu postupně přibližován v ose senzoru kolmo k jeho čelu
Přibližování vzorku jsem prováděl opakovaně (minimálně 10x) a zjišťoval vzdálenost, při které došlo k překlopení (sepnutí) výstupu. Ty jsou pak pohybovaly v hodnotých uvedených v následující tabulce (rozpětí hodnot je způsobené i nepřesnostmi použité metody měření z pohledu opakovaném provádění):
Vzorek kovu |
max. vzdálenost v podélném směru od čela senzoru, při které došlo k detekci |
železo |
5,0 až 5,2 mm |
hliník |
5,1 až 5,4 mm |
měď |
5,0 až 5,3 mm |
cín |
4,1 až 4,3 mm |
nerezová ocel |
4,1 až 4,5 mm |
mosaz |
4,4 až 4,6 mm |
slitina chrom - vanadium |
4,6 až 4,9 mm |
Vzorky: čtvercové plíšky o velikosti hrany rovné průměru čelní plochy indukčního snímače M18 a tloušťky cca 1 mm.
Výsledek zkoušení: I když lze získané hodnoty obecně považovat spíše jen za informativní, je z tabulky patrné, úplně neplatí, že indukční senzor je stejně citlivý na všechny kovy. To jsem taky ani moc neočekával. V mém testu je odchylka mezi nejlépe detekovanými kovy železo/hliník od nejhůře detekovaných kovů cín/nerez až cca 1 mm, což je cca 20% jmenovitého rozsahu 5 mm. To však výrobce v praxi řeší tím, že mimo tzv. "Jmenovitá spínací vzdálenost Sn 5 mm", definuje i tzv. "Zajištěná spínací vzdálenost (0,81 x Sn) mm", což není v praxi nic jiného než vzdálenost, kdy dojde ke spolehlivému zjištění přítomnosti kovu libovolného typu. Po dosazení do vzorce 0,81 x Sn, získáme hodnotu 4,05 mm, což prakticky koresponduje se zjištěnými výsledky v tabulce. Z tohoto pohledu senzor pracuje jak má. Pokud však budete zjišťovat přítomnost základních kovů typu železo/hliník/měď je bezproblémová detekce i na 5,0 mm. Tento poznatek může být v některých aplikacích dost důležitý, protože někdy je každý milimetr dobrý.
Zkoušení jsem prováděl na jednoduše připojeném dvouvodičovém senzoru
přímo ke zdroji 24 VDC přes rezistor 1 kOhm,
na kterém jsem měřil úbytek napětí
Závěr
Technologie Turck uprox+, stejně jako podobné technologie dalších výrobců, opravdu poskytuje proti klasickým indukčním senzorům výhodu v podobě podobné citlivosti na všechny typy kovů, i když ne úplně stejnou, jak je proklamováno výrobcem. Rozdíl však není velký a v datasheetu uvedená tzv. zajištěná spínací vzdálenost 0.81 x Sn opravdu platí pro všechny běžné kovy. Je dobré však vědět, že železo/hliník/měď je možné spolehlivě detekovat i na jmenovitou vzdálenost 5 mm.
Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz
DOWNLOAD & Odkazy
- Domovská stránka české pobočky firmy Turck, distributora uvedených snímačů v ČR - www.turck.cz
- Článek o sortimentu a použití senzorů a snímačů pro průmyslové aplikace s odkazy na popis jednotlivých typů - Volba vhodného snímače / detektoru přítomnosti objektů
- Další články týkající se senzorů najdete na serveru automatizace.HW.cz
