工业自动化中常见的传感器类型及选型技巧
2019/06/22 16:24:34
不同类型的传感器可以在不同的应用环境帮助制造商和设备设计人员提升效率。了解应用特性和运营条件，有助于改善传感器的实施效果。
在我刚开始工程师生涯时，某传感器公司的销售工程师来到我们工厂，在会议室的桌子上，放下一个包装良好的样品箱，里面是排列的整整齐齐的传感器，他对我们说: “让我们来测试一下你们的零件”。
他很清楚工程师们在确定选择前需要用零件来测试传感器。为应用选择合适的传感器，需要不断缩小选择范围，直到拿出传感器短名单，开始订购样品。然后，在与传感器安装工况类似的条件下，用零件、执行器或设备来进一步测试传感器。
在选择采样传感器时，需确保装置能满足应用的基本运营条件（可参考基于制造商的数据手册）。6 个最重要的运行条件包括:
1)温度范围；
2) 规格；
3) 保护等级；
4) 电压范围；
5) 离散或模拟输出；
6) 参数变化，即“参数可更改是否有益？
在考虑使用配置IO-Link链路的传感器时，还有其它6 个需要注意的事项:
1) 响应速度；
2) 传感范围；
3) 重复精度；
4) 电气连接；
5) 安装类型；
6) 可视显示:应用是否需要在传感器上可视化显示？
接下来，本文将详细介绍制造业中几种最常见的传感器类型，并提供一些应用技巧和见解。
接近式传感器
接近式传感器可检测附近区域物体是否存在，并且无需物理接触。存在传感器，是离散输出设备。通常情况下，磁性趋近式传感器通过感应位于执行器中的磁体，来检测执行器是否到达特定位置。
从一家公司购买执行器，而从另一家公司购买磁性趋近式传感器，通常来说并不是一个好主意。虽然传感器制造商可能会说，传感器与X、Y 和Z 执行器兼容，但实际情况是磁铁和安装位置的变化，可能会导致传感问题。例如，当磁体未处于正确位置时，传感器可能会励磁，或者根本无法励磁。如果执行器制造商提供与执行器匹配的趋近式传感器，那它应该是首选的传感器。
基于晶体管的趋近式传感器没有移动部件，使用寿命长。基于簧片的趋近式传感器采用机械触点，使用寿命要短，但成本要低于晶体管类型。簧片传感器最适合于需要交流电源的应用场合和高温应用场合。
位置传感器
位置传感器具有模拟量输出，根据执行器上磁体的位置指示器来显示执行器的位置。从控制角度来讲，位置传感器提供了很大的灵活性。控制工程师可以确定一系列的设定值点，与组件变化相匹配 。
由于这些位置传感器基于磁体 ( 如趋近式传感器)，因此最好从同一制造商处购买传感器和执行器 ( 如果可能的话)。通过IO-Link 功能，可以获取位置传感器的数据，这也可以简化控制，实现参数化。
电感式传感器
电感趋近式传感器使用法拉第感应定律，来测量物体的存在或模拟输出位置。选择电感式传感器时，最关键的因素是确定传感器检测的金属类型，从而确定感应距离。与黑色金属相比，有色金属的传感范围要减少50% 以上。传感器制造商的产品手册应提供样品选择所需的信息。
压力、真空传感器
确保压力或真空传感器，能够满足以英制（磅/ 平方英寸）和公制（巴）计量的测量压力范围。指定最适合所分配空间的外形尺寸。在设备安装时，应考虑传感器是否应配置指示灯或显示屏幕，以方便运行人员使用。如果需要快速更改设定值，可考虑采用配置了IO-Link 的压力和真空传感器。
流量传感器
与压力和真空传感器一样，流量传感器可通过流量范围、尺寸、设定值的可变性来选择。在订购传感器时，可以指定显示选项。可以为设备的某个区域和整个设备应用，选择相对较低流速的流量传感器。
光学传感器
最常见的光学传感器是光电散射、反射以及直通光束。激光传感器和光纤传感装置也属于光学传感器类型。
光电传感器大多是存在传感器光电传感器通过反射光或阻断光束，来检测物体。由于成本低、通用性强、可靠性(Reliability)高，这些传感器是制造业中应用最广泛的传感器之一。漫反射光电传感器不需要反射器。它是性价比很高的传感器，用于检测附近物体的存在。
直通光束光电传感器可以提供最长的传感范围，这种传感器分别在两个点安装发射单元和接收单元。车库门安全传感器就是光束传感器。当光束中断时，表示目标存在。槽型光电传感器，是一种有趣的直通光束变体；它将一个发射器和接收机，安装在同一个紧凑的单元上。槽型光传感器，用于检测小部件的存在和缺失。
反射式光电传感器具有传感器和反射器，用于中距离存在感测。从精确度和成本上来说，这是介于漫反射和直通光束之间的传感器。
光纤传感装置用于存在和距离传感。这些多功能传感器上的参数可以进行调整，以检测各种颜色、背景和距离范围。
激光传感器可用于长距离存在感测，其在短距离测量应用中是最精确的。
视觉传感器可用于条码读取、计数、形状验证等。视觉传感器是一种经济高效的视觉应用，在使用相机系统成本较高而且比较复杂的场合，可以使用视觉传感器。视觉传感器用于条码读取，跟踪单个组件，并执行为该组件匹配的工艺过程。传感器可以验证部件上存在的功能数量。视觉传感器可以确定是否已达到指定的曲线或其它形状。由于这些传感器需要处理光线，因此在环境光和背景反射率方面，尽可能接近运行环境的场合下，对传感器进行测试至关重要。在大多数应用中，建议将视觉传感器放置在外壳内，使其与外部光源隔离开来。在传感器测试中，寻求视觉传感器制造商的帮助是一个好主意。此外，别忘了确保选择合适的现场总线。
信号转换器，将从传感器的模拟输出信号转变为信号转换器上的开关量，另一种选择是转换为IO-Link 过程数据。
可通过压力或真空传感器实现存在控制关
相关概念
拓展一下
■ 为选择合适的传感器，需要进行测试。
■ 不同的应用对传感器的要求也不同。
思考一下：
为应用选择传感器，还应考虑哪些因素？