Druhy senzorů a jejich využití v průmyslu

Co jsou senzory?

Senzory jsou zařízení nebo přístroje, které slouží k zaznamenávání fyzikálních, chemických nebo biologických vlastností okolního prostředí a k jejich převodu na měřené hodnoty. Hrají zásadní roli v různých aplikacích – od průmyslové automatizace přes medicínu až po monitorování životního prostředí. Senzory od autosen se používají v průmyslu, kde přispívají k automatizaci nejrůznějších zařízení. Například detekují polohy objektů, měří a monitorují procesní hodnoty, jako jsou hladiny a teploty, nebo umožňují díky monitorování stavu strojů efektivní a nákladově úspornou údržbu.

Co je senzorika?

Senzorika se vztahuje k výzkumnému oboru, který se zabývá vývojem, použitím a vyhodnocováním senzorů. Senzory jsou zařízení nebo přístroje, které snímají fyzikální nebo chemické signály z okolního prostředí a převádějí je na měřitelná data. Tato data pak mohou být použita k monitorování, řízení nebo analýze v různých aplikacích.

Existuje mnoho typů senzorů, které mohou snímat různé druhy signálů, například světlo, teplotu, tlak, zvuk, pohyb, vlhkost a mnoho dalšího. Tyto senzory se používají v celé řadě oblastí, včetně automobilového průmyslu, medicíny, monitorování životního prostředí, průmyslové automatizace, robotiky a mnoha dalších.

Senzorika je interdisciplinární obor, který zahrnuje aspekty elektroniky, fyziky, chemie, informatiky a inženýrských věd. Pokroky v senzorice přispívají ke zvyšování efektivity procesů, snižování nákladů, zvyšování bezpečnosti a umožňují nové technologie.

V průmyslu se používá mnoho různých senzorů ke sledování různých parametrů a k zajištění plynulého průběhu výrobních procesů a kvality výrobků.

Senzor, obvykle piezoelektrický senzor nebo tlakový senzor, snímá vznik a odtrhávání vírů a měří frekvenci tvorby vírů. Z této frekvence lze vypočítat hodnotu průtoku pomocí známého vztahu mezi frekvencí vírů a rychlostí proudění kapaliny.

Indukční senzory

Indukční senzory využívají princip elektromagnetické indukce k detekci kovových objektů. Střídavý proud, který protéká cívkou, vytváří elektromagnetické pole. Přítomnost kovového objektu v blízkosti toto pole ovlivňuje a senzor vydává elektrický spínací signál. V průmyslu se indukční senzory často používají pro bezkontaktní detekci kovových dílů ve výrobních zařízeních, například v dopravníkových systémech, montážních linkách nebo pro detekci polohy obrobků.

Ultrazvukové senzory

Ultrazvukové senzory vysílají vysokofrekvenční zvukové vlny a měří čas, který je potřebný, než se zvukové vlny odrazí od objektu a vrátí se zpět k senzoru. Naměřený čas se poté používá k výpočtu vzdálenosti mezi senzorem a objektem. V průmyslu se ultrazvukové senzory často používají pro bezkontaktní měření vzdáleností, hladin v nádržích nebo silech, stejně jako pro detekci mřížek a transparentních objektů.

Optické senzory

Optické senzory používají světlo k detekci objektů nebo k měření vzdálenosti k objektu pomocí měření doby letu. V průmyslu se optické senzory často používají pro detekci polohy, měření vzdálenosti nebo snímání etiket či kódů na obalech. Procesy tak lze řídit bezkontaktně a na větší vzdálenosti.

Kapacitní senzory

Kapacitní senzor měří změny elektrické kapacity. Když se objekt přiblíží k senzoru, změní se kapacita elektrického pole, což senzor detekuje. V průmyslu se kapacitní senzory často používají pro bezkontaktní detekci materiálů, měření hladiny kapalin a snímání polohy objektů v automatizovaných výrobních linkách. Na rozdíl od indukčních senzorů kapacitní senzory detekují také vodu, oleje, prášky a mnoho dalšího.

Snímače pro válce

Snímače pro válce, označované také jako snímače přiblížení nebo koncové spínače, se v průmyslu používají k detekci přítomnosti nebo polohy pístů ve válcích. Tyto snímače často využívají magnetický měřicí princip. Příklady použití v průmyslu zahrnují detekci koncové polohy pneumatických nebo hydraulických válců ve strojích, což je důležité pro řízení procesů a zajištění bezpečnosti.

Magnetické senzory

Magnetické senzory s GMR (Giant Magneto-Resistance) články využívají GMR efekt, který popisuje změnu elektrického odporu v materiálu pod vlivem vnějšího magnetického pole. V magnetickém senzoru s GMR články se měří změna odporu a používá se k detekci magnetických polí. V průmyslu se tyto senzory používají pro přesnou detekci polohy, magnetické enkodéry a měření rychlosti v různých aplikacích, včetně řízení dopravníkových pásů, robotů a automatizačních systémů.

Tlakové senzory

Tlakové senzory snímají změny tlaku v systému a převádějí je na elektrické signály. To se často děje pomocí tenzometrů nebo piezoelektrických materiálů, které mění své elektrické vlastnosti pod tlakem. V průmyslu se tlakové senzory používají pro monitorování kapalin v hydraulických systémech, pro kontrolu stlačeného vzduchu v pneumatických zařízeních, v medicínské technice pro měření krevního tlaku a v mnoha dalších aplikacích pro přesné měření tlaku.

Průtokové senzory

Průtokové senzory měří množství kapaliny nebo plynu, které protéká trubkou nebo potrubím. Mohou se použít různé technologie, například magneticko-indukční, ultrazvukové, vírové nebo kalorimetrické principy měření. V průmyslu se průtokové senzory používají k monitorování proudění kapalin v potrubích pro řízení procesů, v topných a klimatizačních systémech, v potravinářském průmyslu pro dávkovací aplikace a v chemickém průmyslu pro přesné dávkování kapalin.

Senzory hladiny

Senzory hladiny měří hladinu nebo množství média, často kapalin, granulátů nebo prášků, v nádrži nebo jiné formě zásobníku. Používají různé technologie, jako je měření tlaku, ultrazvuk nebo kapacitní senzory, k určení hladiny. V průmyslu se senzory hladiny používají v aplikacích jako monitorování nádrží, dávkování materiálu, správa odpadních vod a skladové hospodářství k přesnému měření a řízení hladiny látek.

Teplotní senzory

Teplotní senzory monitorují teplotu média a převádějí ji na elektrické signály. Používají různé technologie, jako jsou termočlánky, odporové teploměry nebo infračervené záření, k detekci změn teploty. V průmyslu mají teplotní senzory široké uplatnění, například v řízení procesů chemických zařízení, v potravinářství pro monitorování teploty, v klimatizační a chladicí technice i v zajištění kvality při výrobě elektronických součástek.

Senzory vlhkosti

Senzory vlhkosti vzduchu měří obsah vlhkosti ve vzduchu, většinou pomocí kapacitního měřicího principu. Kapacita se mění v závislosti na obsahu vody ve vzduchu, takže lze vydat elektrický signál, který se mění s vlhkostí vzduchu. V průmyslu se senzory vlhkosti vzduchu používají v aplikacích, jako je kontrola výrobního prostředí, skladování, klimatizační a ventilační systémy a také v laboratořích pro přesné monitorování vlhkosti.

Senzory vibrací

Senzory vibrací, také známé jako vibrační nebo akcelerometry, měří vibrace nebo zrychlení objektu. Používají vnitřní součásti, jako jsou piezoelektrické krystaly nebo MEMS, aby tyto pohyby převedly na elektrické signály. V průmyslu se senzory vibrací používají k monitorování stavu strojů a zařízení, aby bylo možné včas rozpoznat nepravidelnosti, zabránit poruchám a optimalizovat údržbu. Příklady zahrnují monitorování rotorů ve větrných elektrárnách, motorů ve výrobním průmyslu nebo skladových strojů v logistice.

Senzory střídavého proudu (AC)

Senzory střídavého proudu (AC), také známé jako proudové transformátory, snímají tok střídavého proudu ve vodiči a převádějí jej na proporcionální měřitelný signál. Tyto senzory mohou být založeny na různých principech, jako je Rogowského cívka nebo feritové jádro. V průmyslu se senzory střídavého proudu (AC) používají k monitorování elektrických proudů v vedeních, k měření spotřeby energie, k rozpoznání přetížení a k optimalizaci účinnosti elektromotorů nebo jiných elektrických zařízení.

Senzory náklonu

Senzory náklonu, také označované jako inklinometry, snímají úhlový rozdíl mezi gravitační silou a měřeným směrem. Používají různé technologie, například MEMS (mikroelektromechanické systémy) nebo kapalinová kyvadla, k měření náklonu. V průmyslu se senzory náklonu používají v aplikacích, jako je vyrovnání stavebních strojů, monitorování terénních vozidel, měření náklonu na zvedacích plošinách nebo vyrovnání solárních modulů.

Senzory otáček

Senzory otáček s indukčním principem měří rychlost otáčení kovových ozubených kol nebo objektů tím, že měří změny magnetického toku vyvolané rotací. V průmyslu se indukční senzory otáček používají při monitorování otáček motorů, řízení dopravníkových pásů, v automobilovém průmyslu k měření otáček kol pro systémy ABS a v dalších aplikacích, kde je snímání rychlosti otáčení rozhodující.

Kapacitní ruční tlačítka

Kapacitní ruční tlačítka fungují na základě změny kapacity, když se tlačítka dotkne ruka. Dotyk změní kapacitu tlačítka, což senzor zaznamená. V průmyslu se kapacitní ruční tlačítka často používají pro obsluhu strojů, řízení výrobních procesů a jako bezkontaktní ovládací prvky v prostředích se speciálními požadavky, jako jsou čisté prostory.

Druhy senzorů a jejich použití v průmyslu

V průmyslu se používá mnoho různých senzorů ke sledování různých parametrů a k zajištění plynulého průběhu výrobních procesů a kvality výrobků.

Senzory v Průmyslu 4.0

V Průmyslu 4.0 hrají senzory klíčovou roli, protože umožňují sběr a monitorování dat v reálném čase. Průmysl 4.0 označuje čtvrtou průmyslovou revoluci, která je charakterizována integrací digitálních technologií do průmyslové výroby. Senzory jsou zásadní pro realizaci principů Průmyslu 4.0, které podporují propojené, flexibilní a inteligentní výrobní prostředí.

Výhody senzorů v Průmyslu 4.0:

  • Sběr dat a monitorování v reálném čase: senzory měří průběžně data z různých výrobních procesů. Tato data v reálném čase umožňují přesné monitorování a řízení strojů a zařízení.
  • Propojení a komunikace: senzory jsou propojené a komunikují mezi sebou i s dalšími zařízeními a systémy. To umožňuje bezproblémovou integraci výrobních kroků a zlepšuje spolupráci mezi stroji.
  • Prediktivní údržba: senzory monitorují stav strojů a zařízení a přispívají tak k zajištění plynulého provozu. Analýzou nasbíraných dat lze vytvářet modely prediktivní údržby, které umožňují předpovídat potřebu údržby a snižovat neplánované prostoje.
  • Kontrola a zlepšování kvality: senzory monitorují parametry kvality během výrobního procesu. Odchylky lze okamžitě rozpoznat a opravit, což vede k vyšší kvalitě výrobků.
  • Flexibilita a přizpůsobivost: senzory umožňují flexibilní výrobu, protože se mohou rychle přizpůsobit změnám. To je obzvlášť důležité v prostředích se zakázkovou výrobou a malými sériemi.
  • Automatizace a robotika: senzory jsou nedílnou součástí robotů a automatizovaných systémů. Umožňují přesné pohyby, rozpoznávání objektů a bezpečnou spolupráci mezi lidmi a stroji.
  • Zvyšování efektivity: díky průběžnému monitorování a optimalizaci procesů senzory přispívají ke zvyšování efektivity celého hodnotového řetězce.

Aktivní a pasivní senzory

Aktivní a pasivní senzory se liší především způsobem měření a zpracováním signálu.

Aktivní senzory:

Zdroj energie: aktivní senzory potřebují vlastní zdroj energie, aby mohly generovat a vysílat signály.

Princip funkce: aktivně vysílají signály a snímají odražené nebo zpětně rozptýlené signály. Měření je založeno na návratu nebo změně vyslané energie.

Příklad: ultrazvukový senzor vysílá zvukové vlny a měří čas potřebný k návratu odražených vln.

Pasivní senzory:

Zdroj energie: pasivní senzory nepotřebují vlastní zdroj energie a místo toho využívají přirozené jevy nebo existující zdroje energie.

Princip funkce: měří přirozené záření nebo energii vycházející z objektů nebo prostředí, aniž by aktivně vysílaly signály.

Příklad: měřicí odpor PT100 mění svůj elektrický odpor v závislosti na teplotě. Vyhodnocovací jednotka odpor vyhodnotí nebo jej převede na normalizovaný elektrický signál.