Utilizarea Senzorilor de Proximitate.unlocked
Transcript of Utilizarea Senzorilor de Proximitate.unlocked
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
1
Cuprins
CUPRINS 1
ARGUMENT 2
CAPITOLUL I. INTRODUCERE 3
I.1 SENZORI DE PROXIMITATE 3
CAPITOLUL II. TRADUCTOARE ȘI SENZORI DE PROXIMITATE 7
II.1 TRADUCTOARE INDUCTIVE DE PROXIMITATE 8II.2. TRADUCTOARE MAGNETICE DE PROXIMITATE 11II.3. ELEMENTE SENSIBILE CAPACITIVE PENTRU TRADUCTOARE DE PROXIMITATE 11II.4 ELEMENTE SENSIBILE FOTOELECTRICE PENTRU TRADUCTOARE DE PROXIMITATE 12II.5 ELEMENTE SENSIBILE FLUIDICE PENTRU TRADUCTOARELE DE PROXIMITATE 13II.6. TRADUCTOARE INTEGRATE DE PROXIMITATE. 17II.6.1 SENZORUL INDUCTIV INTEGRAT DE PROXIMITATE 18II.7. SENZORUL MAGNETIC INTEGRAT DE PROXIMITATE 20
CAPITOLUL III. NORME DE PROTECȚIA MUNCII 22
ANEXĂ 24
BIBLIOGRAFIE 25
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
2
Argument
Tema proiectului meu „Utilizarea senzorilor de proximitate” face parte integrantă din
domeniul pregătirii mele profesionale pentru meseria de tehnician mecatronist.
În cei patru ani de studiu am abordat întreaga gamă de module de pregătire în domeniu
însă cel mai mult m-a atras modulul care are o largă aplicabilitate în domeniul mecatronicii.
În cadrul elaborării proiectului meu a trebuit să-mi extind aria de cunoştinţe studiind
bibliografia recomandată de coordonator, fapt ce îmi permite o pregătire profesională mai
bună, proiectul meu având aplicabilitate în multe domenii ale mecatronicii.
Tema aleasă este structurată în capitole abordate separat ca părţi distincte.
Contribuţia personală privind elaborarea proiectului constă în selectarea informaţiilor
tehnice/practice şi teoretice specifice specializării, structurarea pe capitole a acestora.
Lucrarea prezintă în mod sintetic şi actualizat sub forma unor scheme principalele
aspecte, importanţa, rolul, identificarea tipurilor de senzorilor de proximitate.
În elaborarea lucrării am folosit cunoştinţe tehnice/teoretice asimilate la diferite
obiecte de învăţământ studiate în anii de liceu: electrotehnică, automatizări, discipline de
specialitate şi laboratoare practice.
În partea finală a lucrării am specificat bibliografia utilizată.
În etapa actuală de dezvoltare a societăţii româneşti, aproape că nu există domeniu al
activităţii economico-sociale în care să nu se folosească instalaţii şi aparate electrice şi
electronice. Larga răspândire a acestora precum şi perfecţionarea şi diversificarea lor necesită
un nivel de pregătire cât mai ridicat pentru a fi capabil să răspundă cerinţelor impuse de
dezvoltarea ştiinţei şi tehnicii contemporane.
În scopul asigurării unei activităţi cât mai eficiente în vederea realizării unor produse
şi servicii fiabile, participarea la procesul economic în economia de piaţă trebuie să aibă în
vedere calitatea sa de calificat dar şi de om moral.
Proiectul meu poate constitui bază de studiu pentru colegii mei din anii mai mici din
acest domeniu de pregătire întrucât el va face parte din fondul de carte al bibliotecii Grup
�colar Industrial Ludu�.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
3
Capitolul I. Introducere
Conducerea unui proces presupune informa�ii cât mai complete �i corecte asupra
parametrilor mărimilor fizice care caracterizează acel proces.
În cazul unui proces automatizat, conducerea sistemului se face fără interven�ia
omului, pe baza informa�iilor culese din proces cu ajutorul traductoarelor.
Într-o defini�ie succintă senzorul este un sistem destinat determinării unei sau unor
proprietă�i, cuprinzând atât traductorul, care transformă mărimea de intrare în semnal electric
util, cât �i circuite pentru adaptarea �i conversia semnalelor, �i eventual pentru prelucrarea
�i evaluarea informa�iilor.
Există foarte multe clasificări ale senzorilor �i traductoarelor:
cu sau fără contact,
absolu�i sau incrementali (în func�ie de mărimea de intrare),
analogici sau digitali (în func�ie de mărimea de ie�ire) etc.
Senzorii �i traductoarele sunt elemente tipice ale sistemelor de automatizare. De
asemenea sunt utiliza�i �i în cazul cercetării, analizelor de laborator - senzorii �i
traductoarele fiind incluse în lan�uri de măsurare complexe, care sunt conduse automat.
Alegerea senzorilor �i traductoarelor trebuie făcută �inând cont de proprietatea de
monitorizat, de domeniul în care variază aceasta, de dimensiunile ce trebuie respectate sau de
geometria sistemului, de conditii speciale de mediu sau de lucru, de tipul mărimii de ie�ire
�i nu în ultimul rând de cost.
Astfel pot fi identifica�i senzori de proximitate, traductoare de tip Hall, traductoare de
deplasare �i viteză, senzori�si traductoare de for�ă, senzori de temperatură, senzori de
umiditate, senzori pentru gaze, senzori de curent, switch-uri optice, senzori de presiune,
cititoare de coduri de bare etc.
I.1 Senzori de proximitate
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
4
În sens larg proximitatea se referă la gradul de apropiere dintre două obiecte, dintre
care unul reprezintă sistemul de referin�ă. Senzorii de proximitate sunt senzori de
investigare, a căror particularită�i constau în distan�ele mici de ac�iune (zecimi de mm �i
mm), �i în faptul că în multe cazuri sunt utiliza�i la sesizarea prezen�ei în zona de ac�iune.
Senzori de proximitate capacitivi
Senzorii capacitivi se bazează pe varia�ia capacită�ii electrice într-un circuit, �i au
avantajul că pot detecta �i obiecte nemetalice. Sunt însă sensibili la factori perturbatori, cum
ar fi murdărirea fe�ei active.
Senzori de proximitate inductivi
Ace�tia sunt cei mai răspândi�i, fiind realiza�i într-o plajă largă de variante �i
tipodimensiuni. Elementul activ al unui astfel de senzor este un sistem format dintr-o bobină
�i un miez de ferită. Obiectul a cărui prezen�ă se determină trebuie să fie metalic. Mărimea
de ie�ire poate fi analogică (propor�ional cu distan�a dintre suprafa�a activă �i obiect),
sau statică (aceea�i valoare atât timp cât senzorul este activat).
Un exemplu poate fi sezorul analogic cu procesor integrat M18 - Analog Plus. Este
vorba despre un senzor analogic inductiv cu procesor încorporat, ce oferă 3 ie�iri de tip
switch independente, plus o ie�ire analogică liniară pe întreg domeniul de măsurare. Este un
dispozitiv ideal pentru aplica�ii ce necesită măsurare precisă fără contact, �i nu necesită
circuit de control, putându-se autocontrola, economisind astfel timp, spa�iu de panou �i
intrări în PLC. Unitatea de programare este op�ională, putând fi folosită pentru programarea
punctelor de switch �i monitorizarea ie�irilor dispozitivului.
Programarea punctelor de declan�are poate fi făcută oriunde în intervalul de
sensibilitate, de către unitatea de programare sau de către PLC.
ˇ Ie�irea analogică 0-10V prezintă o neliniaritate de ±3% pe întreg domeniul de măsurare;
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
5
ˇ Programare de la distan�ă a func�iilor - ideal pentru zone cu pozi�ii inaccesibile sau greu
accesibile;
ˇ Clasa de protec�ie ridicată, cu rezisten�ă mare le �oc �i vibra�ii.
Senzori de proximitate ultrasonici
Func�ionarea se bazează pe măsurarea duratei de propagare a unui semnal ultrasonor
între emitor �i obiect, iar distan�a maximă de lucru este în func�ie de natura traductorului
(piezoceramic, electrostatic etc.) �i de frecven�ă. Iată de exemplu un senzor ultrasonic
analogic M30 - acesta este destinat controlului exact al oricărei suprafe�e plane solide,
lichidă sau pulbere. Senzorul dispune de ie�ire de tensiune �i de curent, cu 12 bi�i
rezolu�ie, de func�ie de evaluare memorată �i compensare de temperatură. Sunt disponibile
trei domenii de sensibilitate: 500mm, 2000mm, 4000mm acoperind o plajă largă de aplica�ii,
incluzând controlul nivelului. La început trebuie stabili�i parametri de lucru, cu memorarea
limitelor de evaluare A1 �i A2, cu compensarea de temperatură etc.
Senzori de proximitate optici
În cazul în care obiectele investigate se găsesc la distan�e mai mari, senzorii inductivi
�i capacitivi devin inutilizabili, domeniul fiind acoperit cu bune rezultate de senzorii optici.
Ace�tia func�ionează fie pe principiul transmisiei unui fascicul de lumină, fie pe principiul
reflexiei.
Senzor de proximitate activ în IR
Senzorului de proximitate prezentat detectează obiectele aflate în apropiere prin emisia
unui puls de energie luminoasă în domeniul infraro�u cu ajutorul unei diode
electroluminiscente (LED); dacă acest puls luminos întâlne�te un obiect de care se reflectă
înapoi spre senzor, reflexia este captată de elementul fotoreceptor al senzorului �i
semnalizată.
Senzorul detectează, fără contact, obiectele capabile să reflecte radia�ia
electromagnetică în spectrul infraro�u. Autorul a folosit acest senzor într-o aplica�ie în
industria alimentară pentru detectarea bucă�ilor de aluat de pâine; o altă aplicatia este
uscătorul de mâini, senzorul detectând mâna. Distan�a de detectare în ambele aplica�ii este
aproximativ 10 cm.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
6
Dioda electroluminiscentă cu emisie în infraro�u D4 emite pulsuri de energie
luminoasă. Curentul prin diodă, în timpul pulsului, este de aproximativ 1A asigurându-se o
distan�ă mare de sesizare. Circuitul care alimentează dioda electroluminiscentă este format
din tranzistoarele Q1 �i Q2 ce simulează un tranzistor unijonc�iune în montaj de oscilator cu
relaxare.
Receptorul senzorului este fotodioda de infraro�u D5 al cărei semnal este amplificat
�i filtrat de circuitul realizat cu tranzistorul cu efect de câmp Q3. Prin intermediul unui
formator de impuls, realizat cu un comparator din circuitul integrat U1, semnalul este aplicat
unui detector de impulsuri. La ie�irea detectorul de impulsuri, alcătuit din componentele C5,
D7, D3, C8 �i R14, se ob�ine o tensiune negativă în cazul în care fotodioda recep�ionează
pulsurile luminoase sau o tensiune nulă dacă pulsurile luminoase nu sunt recep�ionate.
Această tensiune este aplicată unui comparator cu histerezis care folose�te al doilea
comparator din circuitul integrat LM393, U1B. Dioda electroluminiscentă D2, comandată de
ie�irea comparatorului, semnalează prezen�a sau absen�a unui obiect în fa�a senzorului.
Senzorul se alimentează la o tensiune continuă de 24 V. Cablajul imprimat pe care s-a
realizat senzorul are dimensiunile de 27x62 mm.
Principiul de functionare al acestor senzori este următorul: fiecare senzor este format
dintr-un emi�ător �i un receptor în infraro�u. Emi�ătorul este un LED IR care emite un
tren de impulsuri în infraro�u la o frecven�ă de aproximativ 120Hz, dată de oscilatorul
format cu timer-ul 555. Acest tren de impulsuri este emis în fa�a robotului pe tot parcursul
deplasării acesuia. În momentul în care în fa�ă apare un obstacol, fascicolul de radia�ie emis
de LED este reflectat de către obstacol înapoi pe receptorul format dintr-o fotodiodă. Trenul
de impulsuri recep�ionat de fotodiodă este amplificat de amplificatorul opera�ional LM358,
integrat de grupul R2,C3 �i pus la intrarea comparatorului format tot dintr-un LM358. În
cazul depă�irii pragului de tensiune setat din poten�iometrul R5, comparatorul va bascula
semnalând astfel detec�ia obstacolului.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
7
Fig. Senzor de proximitate – Emi�ătorulIR.
Fig. Senzor de proximitate -- ReceptorulIR.
Capitolul II. TRADUCTOARE �I SENZORI DE PROXIMITATE
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
8
În general (în sens larg) proximitatea exprimă gradul de apropiere dintre două obiecte,
dintre care unul reprezintă sistemul de referinţă.
Se poate realiza controlul poziţiei unui obiect care se deplasează, fără contact între
acesta şi referinţă.
În categoria măsurărilor de proximitate intră :
- sesizarea capetelor de cursă ;
- sesizarea interstiţiului dintre suprafeţe ;
- sesizarea prezenţei unui obiect în câmpul de lucru etc.
Traductoarele de proximitate au de regulă o caracteristică de tip releu, mărimea de ieşire
având variaţii discrete (" tot sau nimic ") discerne între două valori care reprezintă
(convenţional) prezenţa sau absenţa corpului controlat.
Această particularitate conduce la realizarea compactă a traductorului, elementul
sensibil şi adaptorul (ES + AD) fiind plasate în aceeaşi unitate constructivă.
II.1 Traductoare inductive de proximitate
Schema de principiu a acestui traductor este dată în figura 1. Detectorul are rolul de a
converti informaţia asupra poziţiei unui obiect metalic (în raport cu faţa sensibilă) în semnal
electric. Blocul adaptor prelucrează semnalul electric de la ieşirea detectorului şi comandă un
etaj final cu ieşire pe sarcină de tip releu. Blocul de alimentare furnizează tensiunea necesară
circuitelor electronice.
Fig.1 - Schema bloc a traductorului inductiv de proximitate.
Oscilatorul din blocul-detector întreţine, prin câmpul magnetic alternativ, oscilaţiile în
jurul bobinei ce formează (împreună cu miezul de ferită) faţa sensibilă a detectorului.
Când un obiect metalic (cu proprietăţi feromagnetice) intră în câmpul magnetic al
detectorului, în masa metalului apar curenţi Foucault care generează, la rândul lor, un câmp
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
9
magnetic de sens opus câmpului principal pe care îl atenuează puternic şi ca urmare blochează
oscilaţiile.
Caracteristicile de funcţionare ale traductorului pot fi apreciate în funcţie de valorile
cotelor utile, notate în figura 2 prin: e – grosimea ecranului metalic (grosimea obiectului
detectat); � - lăţimea ecranului; L – lungimea ecranului; x – distanţa de la marginea ecranului
la centrului feţei sensibile; y – acoperirea feţei sensibile de către ecranul metalic; z – distanţa
de la ecran la faţa sensibilă; zN – distanţa nominală de detecţie (sesizare).
Principiul de func�ionare
Fig.2 - Dimensiunile de gabarit ale traductorului inductiv de proximitate.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
10
Principalele caracteristici funcţionale:
a) Zona de acţiune, delimitată de valorile [ 3 … 40 ] mm, este cuprinsă între curba de
anclanşare (oprirea oscilaţiilor) şi curba de declanşare (pornirea oscilaţiilor);
b) Distanţa utilă de detecţie – uZ , influenţată puternic de natura şi dimensiunile
obiectului (ecranului), cât şi de variaţia temperaturii, a tensiunii de alimentare şi de dispersiile
câmpului magnetic (din fabricaţie).
c) Fidelitatea reprezintă toleranţa preciziei de reperare a punctelor de oprire şi pornire a
oscilaţiilor, când se menţin constanţi următorii parametri : distanţa, sensul şi viteza de
deplasare, temperatura şi tensiunea de alimentare.
d) Histerezisul reprezintă cursa (distanţa) dintre punctele de oprire şi de pornire a
oscilaţiilor în aceleaşi condiţii (figura 3).
e) Durata impulsului de ieşire, determinată de viteza deplasării ecranului (obiectului)
şi dimensiunile acestuia.
Constructiv traductoarele inductive de proximitate se realizează în două variante:
1) cu faţa sensibil inclusă frontal sau lateral în corpul propriu-zis al traductorului ;
2) cu faţa sensibil separată şi legată prin cablu flexibil de corpul traductorului.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
11
Fig. 3 – Histerezisul unui traductor de
proximitate
Fig. 4 – Traductor magnetic de proximitate
II.2. Traductoare magnetice de proximitate
Aceste traductoare au o construcţie simplă şi sunt formate dintr-un contact întrerupător
(releu de tip Reed) plasat pe un braţ al unei carcase sub formă de " U " şi un magnet
permanent fixat pe celălalt braţ.Trecerea unui obiect metalic printre braţele detectorului
(carcasei) modifică liniile de forţă ale magnetului (le ecranează) şi ca urmare contactul
releului îşi schimbă starea – figura 4. Există variante constructive la care obiectele magnetice
pot acţiona direct asupra releului.
Observaţie: Când viteza de deplasare a magnetului mobil depăşeşte 10[ m/s ] - distanţa
nominală de acţionare se reduce cu un coeficient (0,7... 0,9) în funcţie de viteza de lucru.
II.3. Elemente sensibile capacitive pentru traductoare de proximitate
În cazul traductoarelor capacitive de proximitate elementul sensibil este format dintr-un
condensator care face parte dintr-un circuit oscilant. Prezenţa unui material conductor sau
dielectric cu permitivitatea r >1, la o distanţă uz în raport cu faţa sensibilă a detectorului,
modifică capacitatea de cuplaj şi amorsează oscilaţiile, figura 5.
Funcţionarea este diferită în raport cu natura obiectului controlat.
a) La detecţia materialelor conductoare, obiectul a cărui poziţie este controlată formează cu
faţa sensibilă un condensator a cărui capacitate creşte odată cu micşorarea distanţei Δx dintre
obiect şi faţa sensibilă.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
12
b) La detecţia materialelor izolante, faţa sensibilă este un condensator a cărui capacitate
creşte, cu atât mai mult, cu cât premitivitatea dielectrică ( r ) a obiectului controlat este mai
mare.
Principalele surse de erori le reprezintă variaţiile de temperatură.
Observaţie: Pentru evitarea perturbaţiilor, în cazul detectării obiectelor metalice,
acestea se leagă la pământ.
Fig. 5 – Element sensibil capacitiv pentru traducoare de proximitate
II.4 Elemente sensibile fotoelectrice pentru traductoare de proximitate
Funcţionarea acestora se bazează pe modificarea fluxului de radiaţii care se stabileşte
între o sursă (emiţător) şi un receptor, datorită prezenţei obiectului controlat. Se disting două
variante constructive :
a) Element sensibil de tip barieră, la care emiţătorul şi receptorul sunt de o parte şi de
alta a obiectului controlat, figura 6.
Fig. 6 – Element sensibil de tip barieră
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
13
b) Element sensibil de tip reflector la care fasciculul de radiaţii emis de sursa (E) este
transmis spre receptor, situat de aceeaşi parte cu emiţătorul, în raport cu obiectul controlat,
prin intermediul unui paravan reflectorizant (reflector).
Prezenţa obiectului controlat modifică intensitatea fluxului luminos receptat după
reflexie.
Dacă obiectul controlat are proprietăţi reflectorizante, atunci el poate juca şi rolul de
paravan reflectorizant, (figura 7).
Sursele emiţătoare (E) pot fi realizate cu diode electroluminiscente (LED) cu fascicul
vizibil sau infraroşu (cel mai utilizat) dar şi cu lămpi speciale care au lentilă de focalizare.
Receptoarele (R) utilizează fotodiode sau fototranzistoare în domeniul vizibil sau infraroşu,
dar pot utiliza şi celule fotovoltaice în domeniul vizibil. Variaţia de semnal electric furnizată
de elementul sensibil, datorită modificării poziţiei obiectului detectat – este prelucrată de
adaptorul traductorului (care conţine un formator de impulsuri şi un amplificator) apoi
transmisă elementului de ieşire de tip releu sau contactor static (tiristor sau triac).
Fig. 7 – Element sensibil fotoelectric de tip reflector.
Observaţie: Se evită mediile umede care pot aburi lentilele cât şi obiectele
strălucitoare (oglinzi) din apropierea zonei de lucru traductorului spre a evita erorile în
funcţionarea acestor traductoare.
II.5 Elemente sensibile fluidice pentru traductoarele de proximitate
Traductoarele fluidice se caracterizează prin simplitate constructivă şi funcţională. De
aceea, aceste traductoare se află în nomenclatorul majorităţii producătorilor mondiali de
aparatură fluidică.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
14
Principiile funcţionale ale elementelor sensibile fluidice derivă din sesizarea modificării
unuia sau a mai multor parametri de stare ai fluidului: presiune, viteză, sens de curgere - sub
influenţa corpului a cărui prezenţă trebuie sesizată.
Observaţie: Datorită nivelului energetic redus al semnalelor vehiculate în sistemele
fluidice, sesizarea proximităţii unui obiect se face fără a perturba starea şi/sau structura
obiectului respectiv.
Elementele sensibile, frecvent întâlnite în costrucţia traductoarelor fluidice de
proximitate, sunt:
a) Dispozitiv duză - paletă - întâlnit în construcţia tuturor adaptoarelor pneumatice unde are
rol de preamplificator înaintea etajului final de putere.În acelaşi timp dispozitivul duză –
paletă este utilizat ca element sensibil al traductorului de proximitate.
Principiul de funcţionare şi caracteristica statică a dispozitivului duză – paletă sunt
date în figura 8. Obiectul detectat joacă rolul paletei (P), iar rezistenţa pneumatică R2
reprezintă duza (D).
Fig. 8 – Dispozitiv duză – paletă: a) – principiul de funcţionare;
b) caracteristica statică
Dacă presiunea de alimentare ( 1a PP ) este constantă, variaţia presiunii P2 (identică
cu presiunea de ieşire eP ) în funcţie de valoarea distanţei (x) dintre paletă şi duză este
prezentată în figura 8 – b. Caracteristica statică )x(fP2 este liniară numai în zona AB. Se
observă că pentru x = 0, presiunea P2 are valoare maximă, adică valoarea presiunii de
alimentare ( 12 PP ), iar dacă x este suficient de mare, presiunea P2 scade la valoare
presiunii atmosferice ( atm2 PP ). În figura 9 sunt date modalităţile de apropiere ale
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
15
obiectului faţă de duză. Aproprierea obiectului, fie printr-o deplasare axială (frontală), fie
printr-o deplasare laterală produce variaţia presiunii de ieşire ( 2e PP ), astfel că depăşirea
unui prag impus pentru variaţia presiunii de ieşire - arată faptul că obiectul este "sesizat ".
Fig. 9 - Modalităţi de apropiere a obiectului faţă de duză: a) – deplasare axială;
b)- deplasare laterală
O calibrare corespunzătoare a curbelor )x(fPe sau .ctxe |)y(fP va indica cu
o precizie de maximum 1 [mm] “cât de aproape ” este obiectul sesizat.
b) Senzorul de proximitate cu " jet liber " (cu turbulenţă)
Acesta este format din două duze coaxiale : duza emiţătoare 1, alimentată de la o sursă
de presiune constantă şi duza receptoare 2, figura 10.
Dacă obiectul ce trebuie detectat, nu se află în spaţiul dintre cele două duze, jetul emis
de duza 1 este captat de duza 2 şi ca urmare în duza receptoare (2) se obţine un nivel de
presiune mare ce corespunde semnalului logic S=”1”(obiectul nu este detectat). Prezenţa
obiectului între cele două duze poate întrerupe parţial sau total jetul emis de duza 1.
Fig.10 – Senzor de proximitate cu “jet liber”
O scădere a presiunii în duza receptor 2, sub o anumită limită, determină semnalul logic
S =”0 “, deci obiectul este ”detectat”.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
16
Principalul dezavantaj al acestui tip de detector constă în sensibilitatea mare la
impurităţile din mediu, care sunt antrenate prin jetul de aer şi obturează duza receptor 2.
Acest tip de traductor se utilizează pentru interstiţii care nu depăşesc 20 mm.
c) Senzorul de proximitate cu impact de jeturi - elimină dezavantajul anterior
(referitor la obturarea duzei - receptor cu impurităţi).
La acest senzor duza receptoare, din exemplu anterior, este ea însăşi emiţătoarea unui
jet care se obţine prin devierea circuitului de alimentare, unde presiunea Pa este micşoartă
datorită rezistenţei R. Deci, ambele duze, 1 şi 2, sunt emiţătoare, figura 11.
Fig.11 Senzor de proximitate cu impact de jeturi:
a) – Secţiune prin circuitul pneumatic;b) – Schema de principiu
La funcţionare se disting două situaţii:
a) În absenţa obiectului ce trebuie detectat, are loc un impact între cele două jeturi,
astfel că în duza 2 va exista o presiune Pe relativ mare (ce echivalează cu semnalul S=”1”
logic) datorită jetului puternic din duza 1.
b) Aproprierea obiectului între duze întrerupe jetul 1 astfel că jetul din duza 2 devine
liber, iar presiunea Pe scade obţinânu-se S=”0” logic.
Traductorul cu impact de jeturi este folosit în detectarea obiectelor situate la distanţe relativ
mari (circa 200 mm).
Observaţie:
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
17
Pentru creşterea sensibilităţii (şi implicit a distanţei de detecţie) se utilizează senzori
fluidici cu impact de jeturi şi 3 (trei) duze.
Cu un astfel de senzor pot fi detectate obiecte situate la distanţe de până la 500 mm.
d) Senzorul de tip "focar"
Acest tip de senzor utilizează o duză de forma unui canal circular, alimentată cu o
presiune corespunzătoare pe circumferinţa exterioară, figura 12.
Fig. 12 – Senzor de proximitate de tip “focar”.
În timpul funcţionării se disting două situaţii:
a) În absenţa obiectului din zona de lucru a traductorului (când obiectul de sesizat se
află la o distanţă mare) jetul creat de presiunea de alimentare (Pa), având viteză mare la ieşirea
din duză, antrenează masa de aer din zona interioară şi face ca la ieşire să apară o depresiune.
b) În prezenţa obiectului se întrerupe expansiunea jetului, astfel că va apare o
componentă dinamică a presiunii orientată spre interior, încât la ieşire presiunea creşte
(rezultând o suprapresiune). Distanţa de detecţie este cuprinsă între 2…6 [mm]. Avantajul
esenţial al senzorului de tip “focar” constă în imunitatea la impurităţile din mediu, deci nu
este necesară utilizarea aerului instrumental (preparat în instalaţii speciale).
II.6. Traductoare integrate de proximitate.
Traductoarele de proximitate realizate cu circuite integrate reprezintă o tendinţă actuală
şi de viitor, datorită avantajelor pe care le oferă: gabarit redus, performanţe ridicate, preţ de
cost mai mic şi fiabilitate mare. Noţiunea de traductor integrat este justificată numai dacă
semnalul de la ieşirea acestuia este un semnal unificat, în accepţiunea definiţiei din
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
18
automatizările industriale. Când această condiţie nu este îndeplinită se poate utiliza
denumirea de senzor integrat. În cele ce urmează se vor prezenta două exemple de senzori
integraţi de proximitate realizaţi în România (la IPRS Băneasa).
II.6.1 Senzorul inductiv integrat de proximitate
Acesta este realizat cu circuitul integrat TCA - 105N a cărui schemă de principiu (bloc)
este dată în figura 13. Acesta este capsulat într-o carcasă tip MP 48 - cu 8 terminale.
Fig. 14– Schema bloc a senzorului integrat TCA 105 – N
Bornele 2, 3 şi 4 reprezintă baza, emitorul , respectiv colectorul unui tranzistor care
premite realizarea unui oscilator ce lucrează pe frecvenţa de 1...5MHz, dacă în exterior se
montează un circuit adecvat de tip L, C. Schema mai conţine un stabilizator de tensiune care
alimentează oscilatorul OSC, blocul comparator cu histerezis, cât şi etajul de amplificare
(ieşire).
Etajul de ieşire oferă două tensiuni în antifază compatibile TTL (de tip tranzistor
având colectorul în gol). În funcţie de amplitudinea oscilaţiilor, unul din tranzistoare este
saturat, iar celălalt blocat.
Schema tipică de cuplare a senzorului TCA 105-N la circuitul oscilant L, C şi la o
rezistenţă de sarcina ( SR ) este dată în figura 14. În funcţionarea senzorului, din această
figură, se disting două situaţii:
a) Când se aproprie un obiect feromagnetic de bobina oscilatorului (simbolizată cu L),
ocilaţiile se amortizează, iar rezistenţa de sarcină ( SR ) este conectată la masă.
b) După îndepărtarea obiectului feromagnetic, circuitul de intrare începe să oscileze
din nou, iar ieşirea decuplează sarcina SR în gol.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
19
Fig. 14 - Conectarea senzorului
TCA – 105 N la circuitul LC
Fig. 15 – Senzorul de proximitate cu fantă.
Caracteristicile principale ale circuitului integrat TCA 105-N, sunt date prin
următoarele valori limită :
- Tensiunea de alimentare = +20V ; curent absorbit la ieşire = 75mA ; curent de alimentare
= 5mA ; frecvenţa maximă la oscilator = 5MHz.
Schema senzorului inductiv de proximitate cu fantă (realizat cu TCA 105-N) este
prezentată în figura 15. Circuitul de intrare are configuraţie de oscilator. Oscilaţiile sunt
întreţinute de cuplajul inductiv dintre cele două bobine L1 şi L2 plasate pe miezuri de ferită şi
poziţionate astfel încât bobinele (având axa de simetrie comună) să aibă între ele o distanţă
(fantă) de 3…7 [mm].
În funcţionarea senzorului se distingdouă situaţii:
a) În lipsa obiectului (feromagnetic) oscilaţiile, cu frecvenţa de aproximativ 1 MHz, din
etajul de intrare menţin ieşirile circuitului în starea " acţionată ".
b) La apariţia obiectului metalic în fantă cuplajul magnetic dintre bobine se întrerupe,
oscilaţiile se amortizează iar ieşirile trec în starea "blocat ".
Observaţii:
a) Valorile parametrilor constructivi ai circuitului oscilant (dimensiunea miezurilor de
ferită, numărul de spire al bobinelor, valoarea capacităţii C etc) depind de mărimea
fantei dintre bobine.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
20
II.7. Senzorul magnetic integrat de proximitate
Termenul "magnetic" derivă de la faptul că acest senzor utilizează un detector de tip
element Hall, care sesizează prezenţa câmpurilor magnetice de intensităţi relativ mici
(aproximativ 50 mT) şi produce semnale de tensiune de ordinul (1...10) mV. Acest senzor
utilizează circuite integrate specializate de fabricaţie românească din seria βSM 23X (X = 1,
2, 3, 4) sau βSM 24X (X = 1, 2) .
Aceste circuite integrate, conţin în acelaşi cristal de siliciu atât senzorul Hall, cât şi
blocurile de prelucrare a semnalelor oferite de acesta. Denumirea comercială a acestor circuite
este “senzori magnetici comutatori”. Schema bloc a unui senzor magnetic de tip βSM 23X;
(24X) este prezentată în figura 16. Parametri de catalog pentru cele două serii de circuite
integrate (βSM 23X şi βSM 24X). Din punct de vedere calitativ circuitul βSM 24X este
superior circuitului βSM 23X prin doi parametri electrici:
a) curentul de alimentare (la o inducţie de 50 mT) este de 2 mA în cazul circuitului βSM
24X, faţă de 4,3 mA (7mA) – în cazul circuitului βSM 23X.
b) tensiunea de alimentare: 7V – la βSM 24X, faţă de 10V (25V) – la βSM 23X.
Fig. 16 – Schema bloc a senzorului magnetic comutator de tip βSM 23X.
Observaţie:
La circuitul βSM 24X nu mai există stabilizatorul tensiunii de alimentare, în rest schema
este aceeaşi, ca şi la βSM 23X.
În funcţionarea acestui senzor se disting două situaţii:
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
21
a) Dacă este sesizat un câmp magnetic de inducţie B, senzorul Hall furnizează o
tensiune diferenţială, proporţională cu B. Această tensiune este preluată de amplificatorul
diferenţial care o aplică unui comparator cu histerezis, ce lucrează ca un comutator. Dacă
circuitul este plasat într-un câmp magnetic a cărui inducţie depăşeşte valoarea
corespunzătoare pragului de deschidere, comparatorul comandă prin intermediul unui
amplificator - injecţia unui curent în baza tranzistorului de ieşire, care este adus în saturaţie,
deci colectorul său absoarbe un curent important (curentul prin sarcina conectată la borna 3).
b) Dacă inducţia B scade sub valoarea pragului de blocare, ieşirea comutatorului revine
în starea iniţială, iar tranzistorul de ieşire este blocat. Între pragul de dechidere şi cel de
blocare (închidere) există un histerezis, necesar pentru a asigura imunizarea circuitului faţă de
zgomote. Principalele căi de basculare a senzorului magnetic comutator, legate direct de
aplicaţiile industriale, sunt:
Deplasarea magnetului permanent, care se poate face frontal sau transversal. Pentru
funcţionarea corectă asenzorului, cursa magnetului trebuie să depăşească (datorită
histerezisului) două distanţe de prag: una la care are loc deschiderea, iar cealaltă la care are
loc blocarea.
Ecranarea câmpului unui magnet care se poate realiza printr-o folie feromagnetică plasată
între sursa de câmp magnetic şi senzor.
Concentrarea câmpului unui magnet ce se poate face prin apropierea unui material
feromagnetic în spatele senzorului, care se află într-un câmp magnetic insuficient de intens
pentru a produce bascularea. Astfel inducţia magnetică va creşte la o valoare capabilă să
basculeze senzorul.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
22
Observaţii:
În afară de soluţiile menţionate, prin care circuitele βSM 23X sau βSM 24X – sunt
utilizate ca senzori de proximitate (limitator de cursă la maşini-unelte, roboţi industriali,
periferice de calculatoare etc), există şi aplicaţii în construcţia unor traductoare:
- traductor de orizontalitate (sau verticalitate), utilizând un pendul cu magnet;
- traductor de nivel având magnetul introdus într-un flotor ce se poate deplasa ghidat
prin dreptul senzorului magnetic comutator.
-traductor numeric rotativ incremental pentru viteză sau poziţie unghiulară;
- traductor de curent (releu de curent pentru protecţie), când senzorul magnetic
sesizează depăşirea valorii limită a curentului printr-o înfăşurare.
Firmele SPRAGUE, PHILIPS şi MICROSWITCH produc traductoare de proximitate
care dau la ieşire o tensiune continuă liniar variabilă cu variaţia inducţiei magnetice B în
intervalul (-50mT... +50mT).
Capitolul III. Norme de protec�ia muncii
Personalul care lucrează la instalaţiile electrice sub tensiune va folosi totdeauna mijloacele
individuale de protecţie împotriva electrocutării şi acţiunii arcului electric, acestea sunt:
- mijloace de protecţie izolante care au drept scop protejarea omului prin izolarea acestuia faţă
de elementele aflate sub tensiune sau faţă de pământ. Cele mai importante mijloace de acest
fel sunt:
Cleşti
Scule cu manere electroizolante
Manuşi
Cizme
Galoşi
Covoare
Preşuri şi platforme electroizolante
- indicatoare mobile de tensiune, pentru a verifica prezenţa sau lipsa tensiunii la locul de
muncă.
- panouri, paravane, împrejmuiri şi semnalizări sau indicatoare mobile, folosite pentru a
delimita zonele protejate şi zonele de lucru.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
23
- garnituri mobile de scurtcircuitare şi legare la pământ pentru protecţie împotriva apariţiei
tensiunii la locul de muncă.
- plăci avertizoare care au rol:
de avertizare a pericolului pe care îl prezintă apropierea de elementele aflate sub
tensiune
de interzicerea unor acţiuni care ar putea duce la accidente
de siguranţă
de informare cu privire la unele puncte de lucru.
De asemenea, la locurile de muncă pentru diferitele lucrări în instalaţiile electrice se vor
afişa instrucţiuni de protecţia muncii, de acordare a primului ajutor în caz de electrocutare şi
de prevenire şi stingere a incendiilor.
Executarea, exploatarea, întreţinerea şi repararea instalaţiilor electrice se vor face numai de
către electricienii calificaţi.
Persoanele care deservesc instalaţiile electrice trebuie să îndeplinească următoarele
condiţii:
- să fie sănătoase din punct de vedere psihic
- să nu sufere de boli
- să posede cunoştinţe profesionale şi de tehnică a securităţii muncii
- să efectueze instructajul introductiv general la angajare
- să efectueze instructajul la locul de muncă, durată instructajului va fi de 8 ore
- să efectueze instructajul periodic care se efectuează la locul de muncă de către conducătorul
acestuia, acesta se efectuează în următoarele cazuri:
Dacă lucrătorul a lipsit mai mult de 40 de zilde de la locul de muncă.
Dacă lucrătorul a suferit un accident de muncă soldat cu incapacitate temporară.
Când se modifică procesul tehnologic, condiţii de muncă, când se introduc utilaje şi tehnici
noi.
Când s-au modificat normele departamentului de protecţia muncii şi când se execută lucrări
speciale, diferite de cele pe care lucrătorul de execută în mod obişnuit.
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
24
Anexă
Mașini unelte
Conveior
Grup Școlar Industrial Luduș 2009
25
Bibliografie
1) Dolga, V., Construcţia traductoarelor şi senzorilor, Lito. Universitatea Politehnica din
Timişoara, Timişoara, 1996
2) E. Ceangă ş.a. - Semnale, circuite şi sisteme, partea I, Ed. Academica, Galaţi, 2001.
3) Dascălu D. ş.a. - Dispozitive şi circuite electronice. E.D.P. Bucureşti, 1982.
4) Miholcă C. - Senzori şi traductoare, Editura Fundaţiei Universitare “Dunărea de Jos” –
Galaţi, 2004..
5) L.Frangu, S.Caraman - Electronică Industrială, Ed. Academică Galaţi, 2001.
6) Dumitrache I. - Sisteme automate electronice, E.D.P., Bucureşti, 1993
7) Baruch Z., “Sisteme de intrare-ieşire”, Ed. Albatros, Cluj-Napoca 2000
8) Strugaru C., „Subsistemul de intrare-ieşire”, Ed. Orizonturi Universitare
9) Dolga, V., Senzori şi traductoare, Editura Eurobit, ISBN 973-99-227-9-1, Timişoara,
1999