1. Senzori de proximitate cu curenți Eddy (turbionari) 

Figura 2.3.1 Schema senzorului inductiv de proximitate 

Senzorii de proximitate cu curenți Eddy sunt folosiți pentru detectarea materialelor nemagnetice, dar conductive. Ei cuprind o bobină, un oscilator, un detector și un circuit de declanșare. În figura 2.3.1 este prezentată construcția unui comutator de proximitate cu curenți Eddy. Când un curent alternativ este trecut prin această bobină, este generat un câmp magnetic alternativ. Dacă un obiect metalic se află în imediata apropiere a bobinei, atunci curenții Eddy sunt induși în obiect datorită câmpului magnetic. Acești curenți Eddy își creează propriul lor câmp magnetic care distorsionează câmpul magnetic responsabil pentru generarea lor. Ca urmare, impedanța bobinei se schimbă și deci amplitudinea curentului alternativ. Acest lucru poate fi utilizat pentru a declanșa un comutator la un anumit nivel pre-determinat de schimbare a curentului.  

Senzorii de curent Eddy sunt relativ ieftini, sunt disponibili în dimensiuni mici, foarte fiabili și au o sensibilitate ridicată pentru  mici deplasări.

 Aplicații ale senzorilor de proximitate cu curenți Eddy: 

• Automatizare care necesită locație precisă 

• Monitorizarea mașinii-unelte 

• Asamblare finală a echipamentelor de precizie, cum ar fi unitățile de disc 

• Măsurarea dinamicii unei ținte în mișcare continuă, cum ar fi un element care vibrează  

• Monitorizarea arborelui de antrenare 

• Măsurători de vibrații

2. Comutator inductiv de proximitate  

Figura 2.3.2 Schema comutatorului inductiv de proximitate  

Comutatoarele inductive de proximitate sunt utilizate în principal pentru detectarea obiectelor metalice. Figura 2.3.2 prezintă construcția comutatorului inductiv de proximitate. Un senzor inductiv de proximitate are patru componente; bobina, oscilatorul, circuitul de detectare și circuitul de ieșire. Un curent alternativ este furnizat bobinei care generează un câmp magnetic. Când un obiect metalic se apropie mai mult de capătul bobinei, inductanța bobinei se schimbă. Aceasta este monitorizată continuu de un circuit care declanșează un comutator atunci când este atinsă o valoare prestabilită a variației inductanței. 

Aplicații ale comutatoarelor inductive de proximitate  

• Automatizări industriale: numărarea produselor în timpul producției sau transferului 

• Securitate: detectarea obiectelor metalice, a armelor, a minelor de uscat 

3. Codificatoare (encodere) optice 

Figura 2.3.3 Construcția și lucrul encoderului optic 

Encoderele optice asigură o ieșire digitală ca urmare a deplasării liniare/unghiulare. Acestea sunt utilizate pe scară largă în servo-motoare pentru a măsura rotirea arborilor. Figura 2.3.3 prezintă construcția unui encoder optic. Este alcătuit dintr-un disc cu trei piste concentrice de goluri spațiate egal. Trei senzori de lumină sunt folosiți pentru a detecta lumina care trece prin goluri. Acești senzori produc impulsuri electrice care dau deplasarea unghiulară a elementului mecanic, de exemplu, arborele  pe care este montat encoderul optic. Pista interioară are doar o gaură care este utilizată pentru a localiza poziția „acasă” a discului.  Golurile de pe pista de mijloc sunt decalate de golurile de pe pista exterioară cu o jumătate din lățimea golului. Acest aranjament oferă direcția de rotație care trebuie determinată. Când discul se rotește în sensul acelor de ceasornic, impulsurile din pista exterioară sunt înaintea celor din interior; în sens invers acelor de ceasornic, acestea rămân în urmă. Rezoluția poate fi determinată de numărul de goluri de pe disc. Cu 100 de goluri într-o singură rotație, rezoluția ar fi 360⁰/100 = 3,6⁰. 

4. Senzori pneumatici 

Figura 2.3.4 Funcționarea senzorilor pneumatici [1] 

Senzorii pneumatici sunt folosiți pentru a măsura deplasarea, precum și pentru a detecta apropierea unui obiect de ei.  Deplasarea și proximitatea sunt transformate în variația presiunii de aer. Figura 2.3.4 prezintă o schemă de construcție și  funcționare a unui astfel de senzor. Este format din trei porturi. Aerul de joasă presiune iese prin portul A. În absența vreunui obstacol/obiect, acest aer de joasă presiune scapă și reduce presiunea în portul B. Dar, atunci când un obiect obstrucționează aerul de joasă presiune (Port A), există o creștere a presiunii în portul de ieșire B. Această creștere a presiunii este calibrată pentru a măsura deplasarea sau pentru a declanșa un comutator. Acești senzori sunt folosiți în robotică, pneumatică și pentru unelte în mașini-unelte CNC.

5. Comutatoare de proximitate 

Figura 2.3.5 Configurațiile comutatorului de proximitate de tip contact [1] 

Figura 2.3.5 prezintă o serie de configurații ale comutatorului de proximitate de tip contact care este utilizat în automatizarea de fabricație. Acestea sunt mici întrerupătoare electrice care necesită un contact fizic și o forță de operare mică pentru a închide contactele. Practic, sunt utilizate pe sisteme transportoare pentru a detecta prezența unui articol pe banda transportoare.

Figura 2.3.6 Comutator reed [1] 

Comutatorul Reed pe bază de magnet este utilizat ca comutator de proximitate. Când un magnet atașat la un obiect s-a apropiat de comutator, lamelele magnetice se atrag între ele și închid contactele comutatorului. În figura 2.3.6 este prezentat schematic. 

Figura 2.3.7 Senzori de proximitate bazați pe LED [1] 

Dispozitive fotoemisive, cum ar fi diode de emisie lumină (LED-uri) și dispozitive fotosensibile, cum ar fi fotodiode și fototranzistoare sunt utilizate în combinație pentru a funcționa ca dispozitive de detectare a proximității. Figura 2.3.7 prezintă două aranjamente tipice de LED-uri și fotodiode pentru a detecta obiectele care întrerup fascicolul și reflectă lumina.

6. Senzor cu efect-Hall 

Figura 2.3.8 Principiul funcționării senzorului cu efect-Hall 

Figura 2.3.8 prezintă principiul funcționării senzorului cu efect-Hall. Senzorii cu efect-Hall funcționează pe principiul că atunci când un fascicul de particule de sarcină trece printr-un câmp magnetic, forțele acționează asupra particulelor și fasciculul de curent este deviat de la calea sa în linie dreaptă. Astfel, o parte a discului va deveni încărcată negativ, iar cealaltă parte va fi încărcată pozitiv. Această separare de sarcină generează o diferență de potențial, care este măsura distanței câmpului magnetic față de curentul purtător din disc.  

Aplicația tipică a senzorului cu efect-Hall este măsurarea nivelului de fluid într-un recipient. Recipientul este alcătuit dintr-un plutitor cu un magnet permanent atașat în partea superioară a acestuia. În carcasă este montat un circuit electric cu un disc de transport curent. Când nivelul fluidului crește, magnetul se va apropia de disc și va genera o diferență de potențial. Această tensiune declanșează un comutator pentru a opri lichidul să intre în recipient. 

Acești senzori sunt folosiți pentru măsurarea deplasării și detectarea poziției unui obiect. Senzorii cu efect-Hall au nevoie de  circuite de condiționare a semnalului. Pot fi operate la 100 kHz. Natura lor de funcționare fără contact, imunitatea bună față de contaminanții din mediu și capacitatea de a se menține în condiții severe îi fac destul de populari în automatizarea industrială.  

Chestionar:

1. Pentru a detecta obiecte metalice care nu conduc, ce senzor ar fi util? 

2. Dacă un encoder optic digital are 7 piste, atunci mișcarea unghiulară minimă care poate fi măsurată de acest dispozitiv __________. 

3. Explicați pe scurt două aplicații ale „Comutatorului Reed”.

4. Explicați principiul funcționării senzorului cu efect-Hall.