Czujniki indukcyjne w układach automatyki przemysłowej. Czym są? Jak działają? Do czego służą?

Kompaktowe wymiary, odporność na pola magnetyczne, szczelność oraz wysoka częstotliwość przełączania do szybkich zmian stanu wyjściowego – to główne zalety nowej generacji czujników indukcyjnych.

Czujniki indukcyjne działają na zasadzie zmiany swojego pola elektromagnetycznego wskutek przemieszczania metalowego elementu. Zmienne pole magnetyczne wytwarzane przez czujnik wzbudza w przewodniku prąd wirowy. Wpływa to na zmianę parametrów drgań, zmniejszając w ten sposób ich amplitudę lub częstotliwość. Czujniki indukcyjne mogą być zasilane prądem stałym lub prądem zmiennym.

Czujniki zbliżeniowe indukcyjne są najczęściej stosowanymi czujnikami pośród czujników zbliżeniowych. Stosuje się je najczęściej w aplikacjach, gdzie potrzebne jest wykrycie obecności metalowego elementu w niewielkiej odległości od czujnika. Są one odporne na trudne warunki przemysłowe, takie jak wysoka temperatura czy ciśnienie. Niektóre z nich wytrzymują również agresywne chemicznie środowiska.

Czujniki indukcyjne mogą być ekranowane i nieekranowane. W przypadku tych pierwszych pole magnetyczne jest kierowane wyłącznie w kierunku czoła sensora. Czujnik wykrywa wtedy obiekty zbliżające się do niego od tej strony. Z kolei czujnik indukcyjny nieekranowany nie posiada ekranu wokół cewki, przez co ma większy zasięg od wersji ekranowanej. Generowane pole przez taki czujnik rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach. Pozwala to na detekcję obiektów metalowych, które zbliżają się również z boku do czoła czujnika, a nie tylko znajdujących się bezpośrednio przed czołem. Zaletą urządzenia nieekranowanego jest większy dystans i pole detekcji, okupione jednak kosztem większej wrażliwości na zakłócenia oraz bardziej rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi jego montażu.

Czułość czujnika indukcyjnego podawana jest w kartach katalogowych zazwyczaj w odniesieniu do obiektów wykonanych z żelaza. Inne metale takie, jak: stal nierdzewna, aluminium, mosiądz czy miedź mogą słabiej oddziaływać na czujnik. Zazwyczaj dystans detekcji dla tych metali jest mniejszy niż dla żelaza. Na dystans detekcji bardzo duży wpływ ma także przewodność oraz grubość wykrywanego materiału. Materiały o dużej przewodności, o grubszej budowie, są gorzej wykrywane przez czujniki. Wymienione czynniki wpływają bowiem na prądy wirowe generowane prze pole sensora – im lepsza przewodność materiału i większa jego grubość tym mocniej rozpraszane są prądy wirowe i mniejszy dystans detekcji. Do najnowszych osiągnięć w tej dziedzinie należą specjalne czujniki, które pozwalają wykrywać większość metali w tej samej odległości, niezależnie od wielkości obiektu.
Do nowej generacji takich urządzeń należą czujniki indukcyjne Kpuls, stworzone przez ifm electronic. Ich cechą charakterystyczną jest stała odległość przełączania dla wszystkich metali. Zastosowano w nich nową technologię niewrażliwą na wpływ pól elektromagnetycznych, która zabezpiecza przed błędnymi przełączeniami. Działają niezawodnie nawet umieszczone bezpośrednio przy hamulcach elektrycznych.

Charakteryzują się także szerokim zakresem temperatur: od -40 do 85 ℃, wysoką szczelnością dzięki wysokiemu stopniowi ochrony do IP 68 / IP 69K, a także wysoką częstotliwością przełączania do szybkich zmian stanu wyjściowego

Wszystko to sprawia, że są mocne, wytrzymałe i niezawodne. Z kolei kompaktowe wymiary pozwalają na zastosowanie ich nawet w ograniczonej przestrzeni, a powłoka przeciwadhezyjna umożliwia wykorzystanie czujników do zastosowań spawalniczych. Natomiast wytrzymała obudowa w wersji ze stali nierdzewnej, daje możliwość niezawodnego stosowania w otoczeniu oleju i chłodziwa.

Dzięki jednolitym odległościom przełączania, oferują niezawodne wykrywanie wszystkich metali, również aluminium. Tradycyjne urządzenia tego typu znacznie zmniejszają odległość przełączania przy różnych gatunkach metali. Tymczasem nowy czujnik stworzony przez firmę ifm zapewnia identyczną odległość przełączania bez względu na rodzaj metalu. Z kolei wysoka częstotliwość przełączania zapewnia precyzyjną kontrolę nad szybko zmieniającymi się stanami wyjścia. Czujniki te doskonale nadają się również do wykrywania aluminium.

– Wdrażając nową technologię w serii czujników Kplus, zdecydowaliśmy się nie zwiększać ich ceny w stosunku do czujników opartych na standardowej metodzie wykrywania – mówi Piotr Szopiński, kierownik działu technicznego ifm electronic. – Mimo że jest to duża innowacja, zoptymalizowaliśmy sposób produkcji na tyle, by cały proces nie generował dodatkowych kosztów. Tym samym klient nie otrzymuje nowe rozwiązania i nie płaci za nie więcej.