Senzori de proximitate [621481]

1

Senzori de proximitate

1. Detectarea f ără contact a obiectelor
Detectarea prezen ței și poziției semifabricatelor, a diferitelor p ărți în mișcare ale
instalațiilor sau a eventualelor corpuri str ăine este necesar ă în majoritatea instala țiilor
automate. În tehnologia conven țională detectarea unor obiecte se bazeaz ă pe contactul
fizic dintre detector și obiectul vizat. Dispozitivele tipice care îndeplinesc aceast ă funcție
sunt limitatoarele de curs ă
. Limitatoarele de curs ă se aseam ănă constructiv și funcțional
cu întrerup ătoarele electromecanice dar ac ționarea lor nu este manual ă ci produs ă chiar
de obiectul detectat prin diferite sistem e mecanice palpatoare cu tachet sau rol ă.
Limitatoarele de curs ă au avantajul simplit ății, dar cumuleaz ă și o serie de dezavantaje :
∗ datorit ă frecărilor dintre componentele în mi șcare apar uzuri și în general
fiabilitatea este slab ă,
∗ sensibilitate la condi țiile de mediu (praf, umezeal ă, agenți chimici, șocuri, etc.),
∗ nu se pot aplica dac ă obiectele țintă sunt mici, u șoare, moi, casante sau dac ă
ele au o natur ă lichidă, pulverulent ă,etc..
Pentru eliminarea dezavantajelor men ționate, în timp, industria a asimilat o serie de
metode de detectare a prezen ței și poziției corpurilor, f ără contact direct .Aceste realiz ări
se înscriu pe linia unei vechi și constante preocup ări ale omenirii: teledetec ția, cu
importante aplica ții în industrie, transporturi, cosmonautic ă sau arta militar ă.

2. Fotodetec ția

O metod ă simplă de detec ție fără contact este fotodetec ția, constând din emiterea
unui fascicul luminos care interac ționează cu obiectul țintă și analizarea interac țiunii.
Fotodetec ția se poate încadra în marea clas ă a măsurătorilor bazate pe radia ții, care pot fi
și ultraviolete, infraro șii, microunde, etc.. Ca surse de lumin ă se pot folosi l ămpile cu
incandescen ță sau desc ărcări în gaze (cu sisteme optice de focalizare), diode laser sau
chiar lasere. Fotodetectoarele sunt de regul ă din clasa componentel or optoelectronice :
fotodiode, fototranzistoare, fotocelule cu Sel eniu, etc. .Dispozitivele realizate în vederea
fotodetec ției în industrie, se numesc de obicei fotorelee .
Fotodetec ția se poate concepe în diferite variante, în func ție de specificul aplica ției.
Principalele metode sunt metoda barajului și metoda reflex .

fascicol de luminaFotoemitator Fotorecepto
in miscareObiect
Cablu de conectare Cablu de conectar e

Figura 1. Fotodetec ție prin metoda barajului.

2Metoda barajului presupune separarea emi țătorului de receptor, ceea ce necesit ă
două cabluri de conectare cu echipamentul central de comand ă.
Metoda reflex concentreaz ă în acela și punct emi țătorul și receptorul, fascicolul fiind
trimis înspre o oglind ă, de obicei construit ă din elemente “col ț de cub” care reflect ă un
fascicol incident exact în aceea și direcție, ușurând astfel reglarea pozi ției oglinzii.
Când corpurile țintă sunt strălucitoare se poate aplica varianta reflex – polarizat ă în
care spre deosebire de țintă, oglinda produce și polarizarea luminii reflectate.
Dacă fundalul este opac iar ținta strălucitoare se poate aplica varianta cu proximi-
tate în care chiar ținta asigur ă reflexia luminii.
Fotodetec ția are avantajul versatilit ății și al flexibilit ății, asigurând și zone active de
dimensiuni mari (metri, zeci de metri). Pe de alt ă parte ea are marele dezavantaj al unei
sensibilit ăți deosebite la murd ărire și la șocuri.

3. Senzori de proximitate capacitivi și inductivi
Cea mai r ăspândită tehnologie industrial ă de detec ție a obiectelor se bazeaz ă pe
dispozitive compacte și miniaturizate cu zona activ ă de dimensiuni reduse (zeci, sute de
milimetri) denumite senzori de proximitate
.
Structura unui senzor de prox imitate SP este prezentat ă în figura 2.

CabluTintaEtaj de
iesireOscilator
+ comparatorConvertor f-u

Figura 2. Structura unui senzor de proximitate.

Elementul senzitiv al SP este un oscila tor LC, unul dintre elemente putând produce
datorită modului de construc ție un câmp electromagnetic în jurul s ău.
Dacă SP este capacitiv fața activă constă chiar dintr-o arm ătură a condensatorului
C, restul corpului (metalic) fiind conectat ca a doua arm ătură. Dielectricul lui C este aerul
din zona fe ței active. În func ție de constanta dielectric ă a aerului e, rezultă capacitatea și
implicit frecven ța de oscila ție f=LC1
2π. Dacă un corp cu alt e se apropie de fa ța
activă, va rezulta o modificare a f. Prin prelucrarea electronic ă a f (conversie frecven ță –
tensiune și compararea tensiunii cu un nivel de referin ță) se poate detecta prezen ța
corpului respectiv. Etajul final, cu tranzistoare de medie putere asigur ă comandarea
directă a sarcinii, care poate fi intrarea unui echipament de comand ă automat ă sau chiar
un releu intermediar.
Dacă elementul activ este o bobin ă, prezen ța unui corp metalic în apropiere va
produce modificarea inductivit ății sale, cu acelea și efecte ca și în cazul precedent.
Constructiv, SP se realizeaz ă actualmente prin integrarea circuitelor, cu excep ția
elementelor active, înglobarea într-o mas ă de rășini epoxidice sau alte substan țe
asemănătoare și plasarea într-un corp de protec ție metalic sau din mase plastice.
Prin aceast ă tehnologie se confer ă SP, mai ales variantei inductive, o rezisten ță
extraordinar ă la orice factor extern. SP pot rezista la șocuri de zeci de g, la medii coro-
zive, umezeal ă, murdărie, etc. SP capacitive sunt mai sensibile la murd ărie sau ume-
zeală, dar în schimb, pot detecta pe lâng ă corpurile metalice ca SP inductiv și corpuri
dielectrice (lemn, țesături, etc.) și chiar pulverulente.

Bătaia (distan ța maxim ă de acțiune) este direct propor țională cu dimensiunile de
gabarit și este cuprins ă în general între 1…20 mm. Frecven țele maxime de comuta ție sunt

3de ordinul sutelor de Hz.Exist ă game extinse de SP, cu diferi te forme, dimensiuni, sisteme
de prindere, tensiuni de al imentare, semnalizarea func ționării cu LED-uri, etc..
Din punctul de vedere al utilizatorului conteaz ă în primul rând modul de conectare,
care depinde de structur ă :
∗ SP cu 2 fire se conecteaz ă în serie cu sarcina , (dar nu paralel cu alimentarea)!
∗ SP cu 3 fire se conecteaz ă în paralel cu tensiunea de alimentare , sarcina fiind
conectat ă la ieșirea de comand ă.
În funcție de tipul tranzistorului final, exist ă ieșiri npn și pnp .

+
-+
-SP+
SP-sarcina
sarcinaSP+
SP-SP pnp
SP npn

Figura 3. Conectarea senzorilor de proximitate cu 3 fire.

4. Desfășurarea lucr ării
Se vor realiza cu ajutorul tabloului electric de comand ă cele dou ă montaje de
testare a senzorilor de proximitate din figura 3 și se va urm ări funcționarea unor senzori
de proximitate inductivi produ și în România :
∗ SPI 04 P (tip pnp, b ătaia 4mm, 24V
cc) și SPI 04 N (tip npn) produ și de
Teleprecizia Oradea,
∗ IP 05 P (tip npn, b ătaia 5mm, 24V cc) și IP 05 N (tip npn) produ și de
Electrocontact Boto șani.

Figura 4. Traductor de tura ție cu SP.

Se va urm ări funcționarea unui traductor de tura ție cu senzor de proximitate, realizat
ca în figura 4.