BLOG
Senzori u industriji
Informacije se u suštini dobivaju mjerenjem fizikalnih veličina koje karakterišu ponašanje procesa. Mjerni uređaji pomoću kojih se u sistemu automatskog upravljanja dobivaju informacije su senzori. Senzor je primarni osjetilni element, koji pretvara fizikalnu veličinu u veličinu (najčešće električna) koja je pogodnija za mjerenje (male dimenzije, izuzetne tehničke karakteristike, sposobnost obrade signala).
Senzori se najčešće odlikuju malim dimenzijama, izuzetnim tehničkim karakteristikama i sposobnošću obrade signala. Koriste se za provjeru rada, procjenu stanja rada i nadzor procesa, pa se mogu koristiti prije, u toku i poslije procesnih operacija. Informacije koje se dobivaju putem senzora omogućavaju generiranje korektivnih postupaka, pomoću kojih se rezultati procesa drže u granicama dozvoljenih odstupanja.
Karakteristike i tipovi senzora
Glavne karakteristike senzora su:
- Osjetljivost – predstavlja intenzitet promjene izlazne veličine pri promjeni izmjerene vrijednosti
- Linearnost – idealni senzori projektovani su da budu linearni, tj. izlazni signal senzora linearno je proprocionalan vrijednosti izmjerene veličine.
- Preciznost – odstupanje izmjerene od stvarne veličine, obično se određuje pomoću apsolutne i relativne greške
- Rezolucija signala – predstavlja najmanju promjenu vrijednosti mjerene veličine koju senzor može prepoznati
Vrste senzora koji se koriste u industriji mogu se podijeliti na:
- Termalne – temperaturni (termometri, termostati i dr.) i toplinski (kalorimetar)
- Elektromagnetne – senzor električne otpornosti, senzor električne struje, senzor električnog napona, senzor električne snage, senzor magnetizma, detektori metala, radari i sl.
- Mehaničke – za pritisak, za protok plina i tečnosti, za viskoznost i gustoću, aktivirani mehaničkom silom, prekidači, senzori za vlažnost.
- Hemijske – senzori kisika, detektori ugljen-monoksida, pH vrijednosti i dr.
- Optičke – fotodetektor, infracrveni senzor i sl.
- Akustične – ultrazvučni senzori
- Drugi tipovi – kao što su senzori pokreta i senzori orijentacije.
Temperaturni senzori
Temperatura je fizička veličina koja predstavlja stepen zagrijanosti tijela. U mnogim industrijskim procesima temperatura predstavlja vrlo bitnu veličinu, koja je često od presudne važnosti za ispravno obavljanje procesa. Senzore temperature dijelimo na termoelemente, ekspanzione, otporničke i poluprovodničke senzore temperature.
Različite izvedbe temperaturnih senzora
Prvobitna namjena termoelemenata bila je mjerenje visokih temperatura (500-1000°C). I danas je njihov značaj najveći u mjerenju tih temperatura, ali je primjena uspješno proširena i na vrlo niske temperature od 1K, pa do 4000°C. Zbog dobrih osobina termoelementi imaju mnogobrojne praktične primjene u mjerenju i regulaciji temperautre.
Otpornički senzori temperature rade na principu promjene otpornosti elementa usljed promjene temperature. Postoje i poluprovodnički otpornički senzori, to su termistori.
Poluprovodnički senzori nisu klasični senzori već su to poluprovodničke komponente (diode i tranzistori) kod kojih se jačine struja mjenjaju sa promjenom temperature. Postoje i integrisani senzori (analogni ili digitalni) koji objedinjuju temperaturni senzor sa još nekim komponentama.
Senzori blizine
Senzori blizine imaju izlazni signal koji se mijenja kada je blizina objekta (proximity) veća ili manja od određene vrijednosti. Zbog toga se često nazivaju prekidačima, čije ime ovisi od fizičkog principa na kome rade: induktivni, kapacitivni i sl. Senzori blizine su jeftini, jednostavni i izdržljivi. Njihov informacijski kapacitet od jednog bita je mali, ali i pored toga imaju važnu ulogu tokom izvršavanja automatskih procesa − ovisno od izlaznog signala proces počinje, završava, mijenja se ili prekida. U industriji, ili primjerice u robotici, primjenjuju se pri registraciji (brojanju) radnih komada i detekciji prisustva objekata i prepreka. Odlikuju se visokim metrološkim i tehnološkim vrijednostima.
Elektromehanički mikroprekidači najstariji su senzori blizine. Mikroprekidač je ugrađen u kućištu, a kontakti se aktiviraju pomoću poluge koja ima raznovrsne oblike, ovisno od namjene.
Elektromagnetski senzori – Njihov se princip rada temelji na ovisnosti induktivnosti zavojnice od promjene magnetske otpornosti. Približavanjem metalnog predmeta slabi magnetska otpornost zavojnice i raste induktivnost.
Induktivni senzori blizine odlikuju se velikom pouzdanošću, kompaktnom gradnjom i otpornošću na hemikalije, mehaničke vibracije i vlažnost.
Ako postoji potreba za kontinuiranom kontrolom brzine onda se frekventnom regulatoru dovodi analogni signal sa PLC-a.
Najčešće se koriste za detekciju metalnih objekata od čelika, ali induktivni senzor blizine može se primjeniti i za detekciju metalnih objekata koji nisu od čelika.
Kapacitivni senzori blizine sastoje se od kondenzatora, kao primarnog osjetilnog elementa koji se priključuje na oscilator ili pojačivač. U oba slučaja kapacitivnost kondenzatora mijenja se zbog ulaska objekta i promjene dielektrične konstante između elektroda, ili zbog promjene razmaka između elektroda, od kojih je jedna na aktivnoj površini senzora, a druga na objektu. Mogu se koristiti za detekciju objekata od nepropusnog izolacijskog materijala i za detekciju uzemljenih ili neuzemljenih metalnih objekata.
Ultrazvučni senzori blizine izrađuju se od ultrazvučnog primopredajnika, uređaja za formiranje izlaznog signala i pojačivača. Primopredajnik periodično emituje ultrazvučni val frekvencije 10 – 400 kHz, a zatim prima reflektirani val (jeku) od radnog objekta. U uređaju za formiranje izlaznog signala određuje se vrijeme t između emitiranja i prijema signala, te na osnovu poznate brzine c prostiranja ultrazvučnog vala kroz mjerni medij (obično je to zrak), izračunava udaljenost objekta.
Optički senzori blizine sastoje se od optičkog para (engl. optocoupler) − odašiljača/predajnika i prijemnika. Kao odašiljači/predajnici služe svijetleće diode (LED) diode i laserske diode (LD), a kao prijemnici upotrebljavaju se fototranzistori, fotodiode i fotootpornici. Najrasprostranjenija je kombinacija LED dioda i fototranzistor, pri čemu se radni predmet detektira prekidanjem ili refleksijom optičkog signala. Svjetlost se obično ne emitira konstantno, već u impulsima velike snage, ali tako da je srednja snaga impulsa u granicama dozvoljenog opsega koji se definira za kontinualni rad. Na taj način postiže se veći put od predajnika do prijemnika.
Senzori sile i momenta
Potreba za senzorima sile je ponajviše istaknuta u robotici i industriji. Tokom izvršavanja automatskih operacija kao što su montaža/sastavljanje, poliranje ili zavarivanje, robot kontrolira svoje kretanje na temelju informacija o poziciji sve dok ne dođe u kontakt sa radnim predmetom. U tom trenutku vizualna detekcija pozicije predmeta najčešće je otežana.
Ako bi robot nastavio održavati putanju u uvjetima neodređenosti, kontaktne sile postajale bi sve veće, što bi moglo dovesti do loma radnog predmeta ili robota. Kako bi se takvo što izbjeglo, robot nakon detekcije kontakta prelazi s pozicijskog upravljanja, na upravljanje bazirano na informaciji o silama. Sistem automatskog upravljanja, s negativnom spregom po sili, vodi robot u smjeru smanjivanja razlike između aktualne vrijednosti kontaktne sile i njene referentne vrijednosti zadane programom.
Elastični element ima različite, uglavnom složene oblike, a njegove deformacije mjere se pomoću mjernih traka, optičkih ili induktivnih senzora. Mjerne trake se u industriji uspješno primjenjuju za mjerenje deformacija u senzorima sile. Razlog je u savršenijim konstrukcijama elastičnog elementa, pa se relativno lako postiže modularnost.
