Typen sensoren en hun gebruik in de industrie
Wat zijn sensoren?
Sensoren zijn apparaten of instrumenten die worden gebruikt om fysische, chemische of biologische eigenschappen van de omgeving te registreren en om te zetten in meetwaarden. Ze spelen een cruciale rol in verschillende toepassingen, van industriële automatisering via geneeskunde en milieubewaking. Sensoren van autosen worden gebruikt in de industrie, waar ze bijdragen aan de automatisering van een grote verscheidenheid aan installaties. Ze detecteren bijvoorbeeld de positie van objecten, meten en bewaken proceswaarden zoals niveaus en temperaturen of maken effectieve en rendabele instandhouding mogelijk door de conditiebewaking van machines.Wat is sensortechnologie?
Sensortechnologie verwijst naar het onderzoeksgebied dat zich bezighoudt met de ontwikkeling, toepassing en evaluatie van sensoren. Sensoren zijn apparaten of instrumenten die fysische of chemische signalen uit de omgeving detecteren en omzetten in meetbare gegevens. Deze gegevens kunnen vervolgens worden gebruikt voor bewaking, besturing of analyse in verschillende toepassingen.Er zijn veel verschillende soorten sensoren die verschillende soorten signalen kunnen opvangen, zoals licht, temperatuur, druk, geluid, beweging, vochtigheid en nog veel meer. Deze sensoren worden gebruikt in verschillende sectoren, zoals de auto-industrie, de medische sector, milieubewaking, industriële automatisering, robotica en vele andere.
Sensortechnologie is een interdisciplinair gebied dat aspecten van elektronica, natuurkunde, scheikunde, informatica en techniek omvat. Vooruitgang in de sensortechnologie helpt de efficiëntie van processen te verbeteren, kosten te verlagen, de veiligheid te verhogen en nieuwe technologieën mogelijk te maken.
In de industrie wordt een groot aantal sensoren gebruikt om verschillende parameters te controleren en ervoor te zorgen dat productieprocessen en productkwaliteit soepel verlopen.
Een sensor, meestal een piëzo-elektrische sensor of een druksensor, detecteert wervelvorming en -afwisseling en meet de frequentie van wervelvorming. De doorstromingswaarde kan worden berekend uit deze frequentie met behulp van de bekende relatie tussen de wervelfrequentie en de vloeistofsnelheid.
Inductieve sensoren
Inductieve sensoren gebruiken het principe van elektromagnetische inductie om metalen voorwerpen te detecteren. Een wisselstroom die door een spoel loopt, genereert een elektromagnetisch veld. De aanwezigheid van een metalen voorwerp in de buurt beïnvloedt dit veld en de sensor zendt een elektrisch schakelsignaal uit. In de industrie worden inductieve sensoren vaak gebruikt voor contactloze detectie van metalen onderdelen in productiesystemen, bijvoorbeeld in transportbandsystemen, assemblagelijnen of voor positiedetectie van werkstukken.Ultrasone sensoren
Ultrasone sensoren zenden geluidsgolven uit met een hoge frequentie en meten de tijd die de geluidsgolven nodig hebben om gereflecteerd te worden door een voorwerp en terug te keren naar de sensor. De gemeten tijd wordt vervolgens gebruikt om de afstand tussen de sensor en het object te berekenen. In de industrie worden ultrasone sensoren vaak gebruikt voor contactloze meting van afstanden, niveaus in tanks of silo's en voor de detectie van roosters en transparante voorwerpen.Optische sensoren
Optische sensoren gebruiken licht om objecten te detecteren of om de afstand tot een object te meten via looptijdmetingen. In de industrie worden optische sensoren vaak gebruikt voor positiedetectie, afstandsmeting of de detectie van labels of codes op verpakkingen. Dit betekent dat processen contactloos en over grotere afstanden kunnen worden bestuurd.Capacitieve sensoren
Een capacitieve sensor meet veranderingen in de elektrische capaciteit. Wanneer een voorwerp dicht bij de sensor komt, verandert de capaciteit van het elektrische veld, wat door de sensor wordt herkend. In de industrie worden capacitieve sensoren vaak gebruikt voor contactloze detectie van materialen, niveaumeting van vloeistoffen en positieherkenning van objecten in geautomatiseerde productielijnen. In tegenstelling tot inductieve sensoren detecteren capacitieve sensoren ook water, olie, poeders en nog veel meer.Cilinderschakelaars
Cilinderschakelaars, ook wel naderingsschakelaars of eindschakelaars genoemd, worden in de industrie gebruikt om de aanwezigheid of positie van zuigers in cilinders te detecteren. Deze schakelaars maken vaak gebruik van een magnetisch meetprincipe. Voorbeelden van toepassingen in de industrie zijn het detecteren van de eindpositie van pneumatische of hydraulische cilinders in machines, wat belangrijk is voor het besturen van processen en het garanderen van de veiligheid.Magneetsensoren
Magnetische sensoren met GMR-cellen (Giant Magneto-Resistance) maken gebruik van het GMR-effect, dat een verandering in elektrische weerstand in een materiaal beschrijft onder invloed van een extern magneetveld. In een magneetsensor met GMR-cellen wordt de verandering in weerstand gemeten en gebruikt om magnetische velden te detecteren. In de industrie worden deze sensoren gebruikt voor nauwkeurige positiedetectie, magnetische encoders en snelheidsmeting in verschillende toepassingen, waaronder de besturing van transportbanden, robots en automatiseringssystemen.Druksensoren
Druksensoren detecteren drukveranderingen in een systeem en zetten deze om in elektrische signalen. Dit wordt vaak gedaan met rekstrookjes of piëzo-elektrische materialen die hun elektrische eigenschappen onder druk veranderen. In de industrie worden druksensoren gebruikt om vloeistoffen in hydraulische systemen te controleren, om perslucht in pneumatische systemen te regelen, in de medische technologie voor bloeddrukmetingen en in vele andere toepassingen voor nauwkeurige drukmetingen.Stromingssensoren
Doorstromingssensoren meten de hoeveelheid vloeistof of gas die door een pijp of leiding stroomt. Er kunnen verschillende technologieën worden gebruikt, zoals magnetisch-inductieve, ultrasone, vortex- of calorimetrische meetprincipes. In de industrie worden doorstromingssensoren gebruikt om vloeistofstromen te controleren in pijpleidingen voor procesbesturing, in verwarmings- en airconditioningsystemen, in de voedingsindustrie voor doseertoepassingen en in de chemische industrie voor nauwkeurige vloeistofdosering.Niveausensoren
Niveausensoren meten het niveau of de hoeveelheid van een medium, vaak vloeistoffen, granulaten of poeders, in een tank of andere containervorm. Ze gebruiken verschillende technologieën zoals drukmetingen, ultrageluid of capacitieve sensoren om het niveau te bepalen. In de industrie worden niveausensoren gebruikt in toepassingen zoals tankbewaking, materiaaldosering, afvalwaterbeheer en magazijnbeheer om het niveau van stoffen nauwkeurig te meten en te controleren.Temperatuursensoren
Temperatuursensoren meten de temperatuur van een medium en zetten die om in elektrische signalen. Ze gebruiken verschillende technologieën zoals thermokoppels, weerstandsthermometers of infraroodstraling om temperatuurveranderingen te detecteren. Temperatuursensoren worden veel gebruikt in de industrie, bijvoorbeeld in de procesbesturing van chemische fabrieken, in de voedselverwerkende industrie voor temperatuurbewaking, in de airconditioning- en koeltechnologie en in de kwaliteitsborging bij de productie van elektronische componenten.Vochtigheidssensoren
Luchtvochtigheidssensoren meten het vochtgehalte in de lucht, meestal met behulp van een capacitief meetprincipe. De capaciteit verandert afhankelijk van het watergehalte in de lucht, zodat een elektrisch signaal kan worden afgegeven dat verandert met de luchtvochtigheid. In de industrie worden luchtvochtigheidssensoren gebruikt in toepassingen zoals de controle van productieomgevingen, opslag, klimaat- en ventilatiesystemen en in laboratoria voor nauwkeurige vochtigheidscontrole.Trillingssensoren
Trillingssensoren, ook wel vibratie- of acceleratiesensoren genoemd, meten de trillingen of versnellingen van een object. Ze gebruiken interne componenten zoals piëzo-elektrische kristallen of MEMS om deze bewegingen om te zetten in elektrische signalen. Trillingssensoren worden in de industrie gebruikt om de toestand van machines en systemen te bewaken om onregelmatigheden in een vroeg stadium op te sporen, storingen te voorkomen en het onderhoud te optimaliseren. Voorbeelden hiervan zijn de bewaking van rotoren in windturbines, motoren in de productie-industrie of opslagmachines in de logistiek.AC-stroomsensoren
AC-stroomsensoren, ook bekend als stroomomvormers, detecteren de wisselstroom in een geleider en zetten deze om in een proportioneel meetbaar signaal. Deze sensoren kunnen gebaseerd zijn op verschillende principes, zoals Rogowski-spoelen of ferrietkernen. In de industrie worden AC-stroomsensoren gebruikt om elektrische stromen in kabels te controleren om het energieverbruik te meten, overbelasting op te sporen en de efficiëntie van elektromotoren of andere elektrische apparaten te optimaliseren.Hellingsensoren
Hellingsensoren, ook wel hellingmeters genoemd, meten het hoekverschil tussen de zwaartekracht en de gemeten richting. Ze gebruiken verschillende technologieën, zoals MEMS (micro-elektromechanische systemen) of vloeistofpendels, om hellingen te meten. In de industrie worden hellingsensoren gebruikt in toepassingen zoals de uitlijning van bouwmachines, de bewaking van terreinvoertuigen, hellingmetingen op hefplatforms of de uitlijning van zonnepanelen.Toerentalsensoren
Toerentalsensoren met inductieve werking meten de rotatiesnelheid van metalen tandwielen of voorwerpen door veranderingen in de magnetische flux te meten die door de rotatie worden veroorzaakt. In de industrie worden inductieve toerentalsensoren gebruikt om motortoerentallen te bewaken, transportbanden te besturen, wielsnelheden te meten voor ABS-systemen in de auto-industrie en in andere toepassingen waar de detectie van rotatiesnelheid cruciaal is.Capacitieve handknop
Capacitieve handknoppen werken door de capaciteit te veranderen wanneer iemand de schakelaar met zijn hand aanraakt. De aanraking verandert de capaciteit van de schakelaar, die door een sensor wordt gedetecteerd. In de industrie worden capacitieve handknoppen vaak gebruikt om machines te bedienen, productieprocessen te besturen en als contactloze bedieningselementen in omgevingen met speciale vereisten, zoals cleanrooms.Typen sensoren en hun gebruik in de industrie
In de industrie wordt een groot aantal sensoren gebruikt om verschillende parameters te controleren en ervoor te zorgen dat productieprocessen en productkwaliteit soepel verlopen.Sensoren in Industrie 4.0
Sensoren spelen een centrale rol in Industrie 4.0, omdat ze het mogelijk maken om gegevens in realtime op te slaan en te controleren. Industrie 4.0 verwijst naar de vierde industriële revolutie, die wordt gekenmerkt door de integratie van digitale technologieën in industriële productie. Sensoren zijn cruciaal voor het implementeren van de principes van Industrie 4.0, die een genetwerkte, flexibele en intelligente productieomgeving bevorderen.Voordelen van sensoren in Industrie 4.0:
- Data-acquisitie en realtime bewaking: Sensoren meten continu gegevens van verschillende productieprocessen. Deze realtime gegevens maken nauwkeurige bewaking en besturing van machines en systemen mogelijk.
- Netwerk en communicatie: Sensoren zijn opgenomen in een netwerk en communiceren met elkaar en met andere apparaten en systemen. Dit maakt naadloze integratie van productiestappen mogelijk en verbetert de samenwerking tussen machines.
- Voorspellend onderhoud: Sensoren bewaken de toestand van machines en systemen en dragen zo bij aan een soepele werking. Door de verzamelde gegevens te analyseren, kunnen predictive maintenance-modellen worden gemaakt om de onderhoudsvereisten te voorspellen en ongeplande uitvaltijden te verminderen.
- Kwaliteitscontrole en -verbetering: Sensoren bewaken de kwaliteitsparameters tijdens het productieproces. Afwijkingen kunnen onmiddellijk worden herkend en gecorrigeerd, wat resulteert in een hogere productkwaliteit.
- Flexibiliteit en aanpassingsvermogen: Sensoren maken flexibele productie mogelijk omdat ze zich snel kunnen aanpassen aan veranderingen. Dit is vooral belangrijk in omgevingen met productie afgestemd op de klant en kleine batchgroottes.
- Automatisering en robotica: Sensoren vormen een integraal onderdeel van robots en geautomatiseerde systemen. Ze maken nauwkeurige bewegingen, objectherkenning en veilige samenwerking tussen mensen en machines mogelijk.
- Efficiëntieverhoging: Door processen voortdurend te bewaken en te optimaliseren, helpen sensoren de efficiëntie van de hele waardeketen te verbeteren.
Actieve en passieve sensoren
Actieve en passieve sensoren verschillen vooral in het type meettechniek en signaalverwerking.
Actieve sensoren:
Energiebron: Actieve sensoren hebben hun eigen energiebron nodig om signalen op te wekken en uit te zenden.
Werkingsprincipe: Ze zenden actief signalen uit en detecteren de weerkaatste of teruggekaatste signalen. De meting is gebaseerd op de terugkeer of verandering van de uitgezonden energie.
Voorbeeld: Een ultrasone sensor zendt geluidsgolven uit en meet de tijd die de weerkaatste golven nodig hebben om terug te keren.
Werkingsprincipe: Ze zenden actief signalen uit en detecteren de weerkaatste of teruggekaatste signalen. De meting is gebaseerd op de terugkeer of verandering van de uitgezonden energie.
Voorbeeld: Een ultrasone sensor zendt geluidsgolven uit en meet de tijd die de weerkaatste golven nodig hebben om terug te keren.
Passieve sensoren:
Energiebron: Passieve sensoren hebben geen eigen energiebron nodig en maken gebruik van natuurlijke fenomenen of bestaande energiebronnen.
Werkingsprincipe: Ze meten natuurlijke straling of energie die wordt uitgezonden door objecten of omgevingen zonder actief signalen uit te zenden.
Voorbeeld: Een PT100-meetweerstand verandert zijn elektrische weerstand op basis van de temperatuur. Een verwerkingseenheid analyseert de weerstand of zet deze om in een gestandaardiseerd elektrisch signaal.
Werkingsprincipe: Ze meten natuurlijke straling of energie die wordt uitgezonden door objecten of omgevingen zonder actief signalen uit te zenden.
Voorbeeld: Een PT100-meetweerstand verandert zijn elektrische weerstand op basis van de temperatuur. Een verwerkingseenheid analyseert de weerstand of zet deze om in een gestandaardiseerd elektrisch signaal.
