Anturit ovat elektroniikkatietolaitteita valmistavan teollisuuden perustuotteita ja edustavat erikoiskomponentteja uusien kehityskohteiden joukossa. Anturiteollisuus, joka tunnustetaan laajasti kotimaassa ja kansainvälisesti lupaavaksi korkean teknologian-sektoriksi, herättää maailmanlaajuista huomiota korkean teknologisen sisällön, vahvan taloudellisen tuoton, laajan markkinaosuuden ja laajojen markkinanäkymien ansiosta. Sähköisen tietoteollisuuden kukoistavien markkinoiden vetämänä Kiinan anturisektori on luonut vankan teollisen perustan. Merkittävää edistystä on saavutettu teknologisessa innovaatiossa, itsenäisessä T&K:ssa, saavutusten kaupallistamisessa ja kilpailukyvyssä, mikä on vaikuttanut merkittävästi kansantalouden kehitykseen.
Tietojen aikakauden myötä sensoreista on tullut ihmisten ensisijainen keino hankkia tietoa sekä luonnon- että teollisuusalueilta. Nykyaikaisessa teollisuustuotannossa-erityisesti automatisoiduissa prosesseissa-eri anturit valvovat ja ohjaavat keskeisiä parametreja pitääkseen laitteet optimaalisissa käyttöolosuhteissa ja varmistaakseen tuotteiden laadun. Antureilla on entistäkin näkyvämpi asema tieteellisessä perustutkimuksessa.
Nykyään anturit ovat läpäisseet erittäin laajan valikoiman aloja, mukaan lukien teollinen tuotanto, avaruustutkimus, valtameri, ympäristönsuojelu, resurssitutkimukset, lääketieteellinen diagnostiikka, biotekniikka ja jopa kulttuuristen jäänteiden säilyttäminen. On selvää, että anturitekniikan tärkeä rooli taloudellisessa kehityksessä ja yhteiskunnallisessa kehityksessä on kiistaton. Tilastot osoittavat, että globaalien älykkäiden anturimarkkinoiden vuosittaisen liikevaihdon ennustetaan kasvavan 10 % vuodessa. Tällä hetkellä maailmassa on 65 miljoonaa prosessorilla varustettua anturilaitetta, ja luvun ennustetaan nousevan 2,8 biljoonaan vuoteen 2019 mennessä.
Tärkeimmät seikat anturin valinnassa
Anturiosaaminen muodostaa merkittävän sähkötekniikan alan, jonka hallitseminen vaatii laajaa kokemusta. Tutkimme tätä tarkemmin tulevissa keskusteluissa. Tänään keskitymme ensisijaisesti valintakriteereihin.
1. Määritä tyyppi mittausobjektin ja lähtövaatimusten perusteella
Tietyn mittaustehtävän suorittamiseksi ensimmäinen harkinta on sopivan anturin periaatteen valinta. Tämä päätös edellyttää useiden tekijöiden analysointia. Esimerkiksi virtausmittarit sisältävät sähkömagneettisia, pyörre- ja ultraäänityyppejä. Sopivan virtausmittarin valitseminen edellyttää tiettyjen tavoitteiden kohdistamista. Harkitse lisäksi vaadittua lähtötilaa-, kuten 2- tai 4-johtimista virtasignaaleja (0-20mA, 4-20mA), 0-10V jännitesignaaleja tai viestintäprotokollia.
2. Valinta herkkyyden perusteella
Tyypillisesti anturin lineaarisella alueella korkeampi herkkyys on edullinen. Vain korkealla herkkyydellä lähtösignaali vastaa merkittävästi mitatun suuren muutoksia, mikä helpottaa signaalin käsittelyä. Huomaa kuitenkin, että korkea herkkyys tekee anturista myös herkän ulkoiselle melulle, joka ei liity mitattuun määrään. Järjestelmä voi vahvistaa tätä kohinaa, mikä vaarantaa mittaustarkkuuden. Sen vuoksi itse anturin signaalin-/-kohinasuhteen tulisi olla korkea ulkoisten lähteiden aiheuttamien häiriöiden minimoimiseksi.
Anturin herkkyys on suunnattu. Kun mittaat yksisuuntaista vektoria, jolla on korkeat suuntavaatimukset, valitse anturi, jolla on alhainen herkkyys muihin suuntiin. Moniulotteisten vektorien tapauksessa minimoi anturin risti-herkkyys.
3. Taajuusvasteen ominaisuuksien arviointi
Anturin taajuusvaste määrittää mitattavissa olevan taajuusalueen, jonka on pysyttävä vääristymättömänä -vapaana sallituissa rajoissa. Käytännössä anturin vasteessa on aina jonkin verran viivettä, ihanteellisesti minimoituna. Korkeampi taajuusvaste mahdollistaa laajemmat mitattavissa olevat signaalitaajuudet. Dynaamisissa mittauksissa vasteominaisuuksien on oltava kohdakkain signaalin ominaisuuksien (stabiili-tila, transientti, satunnainen jne.) kanssa liiallisten virheiden estämiseksi.
4. Perustuu anturin vakauteen
Anturin kykyä ylläpitää tasaista suorituskykyä ajan kuluessa kutsutaan vakaudeksi. Pitkän aikavälin vakauteen vaikuttavia tekijöitä ovat paitsi anturin sisäinen rakenne, myös ennen kaikkea sen käyttöympäristö. Sen vuoksi hyvän vakauden varmistamiseksi antureilla on oltava vahva sopeutumiskyky ympäristöön. Ennen kuin valitset anturin, tutki sen käyttöympäristö. Valitse sopiva anturi tiettyjen olosuhteiden perusteella tai toteuta toimenpiteitä ympäristövaikutusten minimoimiseksi.
5. Kantama ja tarkkuus: haastavin tasapainopari
Tarkkuus on antureille kriittinen suorituskykymittari, joka toimii tärkeänä linkkinä määritettäessä järjestelmän yleistä mittaustarkkuutta. Anturin tarkkuutta rajoittaa kuitenkin sen kantama: yleensä suurempi alue johtaa pienempään tarkkuuteen. Sitä vastoin korkean-tarkkuuden antureilla ei useinkaan ole riittävää kantamaa, mikä tekee korkean-tarkkuuden ja suuren{4}}etäisyyden antureista kohtuuttoman kalliita. Siksi antureita valittaessa tarvitaan tasapainoista lähestymistapaa.
Kun valitset näytteenottoantureita, varmista, että laite täyttää sovelluksen peruskäyttöehdot (katso valmistajan tiedot).
Kuusi kriittisintä käyttöehtoa ovat:
1) Lämpötila-alue;
2) tekniset tiedot;
3) suojaluokitus;
4) Jännitealue;
5) Diskreetti tai analoginen lähtö;
6) Parametrien vaihtelu, erityisesti onko "säädettävät parametrit hyödyllisiä".
Kun harkitaan antureita, joissa on IO-Link-määritysominaisuus, kuusi lisätekijää ansaitsee huomion:
1) vastenopeus;
2) Tunnistusalue;
3) Toistettavuus;
4) Sähköliitännät;
5) Asennustyyppi;
6) Visuaalinen näyttö: Tarvitseeko sovellus visuaalisen ilmaisimen anturiin.
Nykyaikaisessa teollisessa tuotannossa, erityisesti automatisoiduissa prosesseissa, erilaiset anturit valvovat ja ohjaavat parametreja koko valmistuksen ajan. Tämä varmistaa, että laitteet toimivat normaalisti tai optimaalisesti ja saavuttavat samalla parhaan tuotteen laadun. Ilman laajaa valikoimaa korkealaatuisia antureita nykyaikaiselta tuotannolta puuttuisi perusta. Seuraavassa kerrotaan useista yleisimmistä anturityypeistä valmistuksessa sekä sovellusvinkkejä ja oivalluksia.
Yleisimmät anturityypit
Läheisyysanturit
Läheisyysanturit havaitsevat esineiden läsnäolon lähialueella ilman fyysistä kosketusta. Nämä anturit ovat erillisiä lähtölaitteita. Tyypillisesti magneettiset läheisyysanturit havaitsevat, onko toimilaite saavuttanut tietyn asennon, tunnistamalla toimilaitteessa olevan magneetin.
Toimilaitteen ostaminen yhdeltä yritykseltä ja magneettisen lähestymisanturin ostaminen toiselta yritykseltä ei yleensä ole suositeltavaa. Vaikka anturin valmistajat voivat väittää yhteensopivuuden X-, Y- ja Z-toimilaitteiden kanssa, magneettien ja asennusasennon vaihtelut voivat johtaa tunnistusongelmiin. Anturi voi esimerkiksi virrata, kun magneetti on kohdistettu väärin, tai se voi epäonnistua aktivoitumaan kokonaan. Jos toimilaitteen valmistaja tarjoaa sopivan lähestymisanturin, sen tulisi olla ensisijainen valinta.
Transistori{0}}perustaisissa lähestymisantureissa ei ole liikkuvia osia, ja ne tarjoavat pidemmän käyttöiän. Reed-läheisyysanturit käyttävät mekaanisia koskettimia, mikä johtaa lyhyempään käyttöikään mutta alhaisempiin kustannuksiin verrattuna transistorityyppeihin. Reed-anturit sopivat parhaiten sovelluksiin, jotka vaativat vaihtovirtaa ja korkeita lämpötiloja{4}}.
Paikkaanturit
Asentoantureissa on analogiset lähdöt, jotka osoittavat toimilaitteen asennon toimilaitteessa olevien magneettien sijainnin perusteella. Ohjauksen näkökulmasta asentoanturit tarjoavat huomattavaa joustavuutta. Ohjausinsinöörit voivat määrittää sarjan asetusarvoja, jotka vastaavat komponenttien vaihteluita.
Koska nämä asentoanturit ovat riippuvaisia magneeteista (kuten läheisyysanturit), on suositeltavaa hankkia sekä anturit että toimilaitteet samalta valmistajalta aina kun mahdollista. IO-Linkkitoiminto mahdollistaa tiedonkeruun paikkaantureista, mikä yksinkertaistaa ohjausta ja helpottaa parametrointia.
Induktiiviset anturit
Induktiiviset läheisyysanturit käyttävät Faradayn induktiolakia havaitakseen kohteen läsnäolon tai simuloidakseen sijaintia. Kriittisin tekijä valittaessa induktiivisia antureita on sen metallityypin määrittäminen, jonka anturi havaitsee ja siten tunnistusetäisyys. Rautametalliin verrattuna ei--rautametallit pienentävät tunnistusaluetta yli 50 %. Anturivalmistajien tuoteoppaissa tulee olla näytteen valintaan tarvittavat tiedot.
Paine- ja tyhjiöanturit
Varmista, että paine- tai alipaineanturit täyttävät mittausalueet sekä brittiläisissä (psi) että metrisissä (bar) yksiköissä. Määritä allokoidulle tilalle sopivin muototekijä. Harkitse laitteiden asennuksen aikana, pitäisikö antureissa olla merkkivaloja tai näyttöruutuja käyttäjän mukavuuden vuoksi. Nopeita asetussäätöjä varten harkitse IO-Linkillä varustettuja paine- ja alipaineantureita.
Virtausanturit
Kuten paine- ja alipaineanturit, myös virtausanturit voidaan valita virtausalueen, koon ja asetusarvojen vaihtelun perusteella. Näyttövaihtoehdot voidaan määrittää tilattaessa antureita. Suhteellisen pienillä virtausnopeuksilla varustettuja virtausantureita voidaan valita tietyille alueille tai koko laitesovellukselle.
Optiset anturit
Yleisimmät optiset anturit ovat valosähköiset sironta-, heijastavat ja läpi{0}}sädetyypit. Laseranturit ja kuituoptiset anturilaitteet kuuluvat myös optisten anturien luokkiin.
Useimmat valosähköiset sensorit havaitsevat esineet heijastamalla valoa tai katkaisemalla säteen. Alhaisten kustannustensa, monipuolisuutensa ja korkean luotettavuutensa ansiosta nämä anturit ovat valmistuksessa laajimmin käytettyjä. Diffuusi-heijastavat valosähköiset tunnistimet eivät vaadi heijastinta. Ne tarjoavat erinomaisen kustannus-suorituskyvyn lähellä olevien kohteiden havaitsemiseen.
-Säteen valosähköiset anturit tarjoavat pisimmän tunnistusalueen. Nämä anturit asentavat lähetin- ja vastaanotinyksiköt kahteen eri kohtaan. Autotallin oven turvaanturit ovat esimerkkejä sädeantureista. Kun säde katkaistaan, se osoittaa kohteen läsnäolon. Rako--tyyppinen valosähköinen anturi on mielenkiintoinen läpi-säteen muunnelma; se yhdistää lähettimen ja vastaanottimen yhdeksi kompaktiksi yksiköksi. Slot{8}}-tyyppisiä valoantureita käytetään havaitsemaan pienten komponenttien olemassaolo tai puuttuminen.
Heijastavissa valosähköisissä sensoreissa on anturi ja heijastin keskipitkän{0}}läsnäolon havaitsemiseen. Tarkkuuden ja hinnan suhteen nämä anturit sijoittuvat haja- ja läpi{2}}sädetyyppien väliin.
Kuituoptisia antureita käytetään läsnäolon ja etäisyyden havaitsemiseen. Näiden monipuolisten antureiden parametreja voidaan säätää tunnistamaan eri värejä, taustoja ja etäisyysalueita.
Laserantureita voidaan käyttää pitkän-etäisyyden läsnäolon havaitsemiseen, ja ne tarjoavat korkeimman tarkkuuden lyhyen-etäisyyden mittaussovelluksissa.
Näköanturit soveltuvat viivakoodin lukemiseen, laskemiseen, muodon tarkistamiseen ja vastaaviin tehtäviin. Ne edustavat kustannustehokasta-ratkaisua näkösovelluksiin, joissa kamerajärjestelmät olisivat kohtuuttoman kalliita tai monimutkaisia. Näköanturit lukevat viivakoodeja, seuraavat yksittäisiä komponentteja ja suorittavat näille komponenteille räätälöityjä prosesseja. Anturit voivat tarkistaa osassa olevien ominaisuuksien määrän. Näköanturit voivat määrittää, onko tietty käyrä tai muu muoto saavutettu. Koska nämä anturit käsittelevät valoa, on tärkeää testata niitä olosuhteissa, jotka ovat mahdollisimman lähellä todellista käyttöympäristöä-ympäristön valon ja taustan heijastavuuden suhteen-. Useimmissa sovelluksissa on suositeltavaa sijoittaa näköanturit kotelon sisään niiden eristämiseksi ulkoisista valonlähteistä. On hyvä hakea apua näkösensorin valmistajalta anturin testauksen aikana. Muista myös varmistaa sopivan kenttäväylän valinta.
Signaalimuuntimet muuttavat anturin analogisen lähtösignaalin muuntimen digitaaliseksi signaaliksi. Toinen vaihtoehto on muuntaminen IO-Link prosessitiedoiksi.
Muut anturit
1. Magneettinen kytkin:Tämä on erikoistermi sylinterianturille, jota käytetään ensisijaisesti sylinterin männän asennon havaitsemiseen. Tyypillisesti sylinteritoimittajat tarjoavat näitä antureita asiakkaiden käyttöskenaarioiden mukaan. Kuten nimestä voi päätellä, magneettikytkimet havaitsevat kohteet sähkömagneettisen induktion avulla, mikä johtaa suhteellisen alhaiseen tunnistustarkkuuteen.
2. Läheisyyskytkimet:Sähkömagneettisen induktion periaatteiden pohjalta suunnitellut lähestymiskytkimet voivat havaita vain metallikohteita, mutta tunnistusetäisyys vaihtelee hieman metallityypistä riippuen. Lähestyskytkimien yleisiä tunnistusalueita ovat: 1 mm, 2 mm, 4 mm, 8 mm, 12 mm jne. Lähestyskytkimiä on yleensä kahta tyyppiä: uppoasennettavat-ja ei--uppoasennettavat-. Uppoasennuskytkin tarkoittaa, että anturipää ei havaitse metallisia kohteita sen ympärysmitan ympäriltä, vaan se havaitsee vain kohteet suoraan sen edessä. Toisin sanoen anturin anturipään ei tarvitse työntyä metallisen kiinnityskannattimen ulkopuolelle. Ei--uppoasennetut{15}}tyypit havaitsevat sekä eteen{16}}päin että kehämäiset metallikohteet. Tässä anturin pään tulee työntyä esiin metallista kiinnityskannattimesta, eikä metalliesineitä saa olla tietyllä kehäalueella väärän havaitsemisen estämiseksi. Läheisyyskytkimet tarjoavat paremman tunnistustarkkuuden kuin magneettikytkimet. Niitä käytetään tyypillisesti sovelluksissa, jotka vaativat suhteellisen alhaista paikannustarkkuutta, kuten tuotteen läsnäolon tai kiinnittimen asennon tarkistamisessa.
3. Valosähköiset kytkimet:Valosähköinen tunnistus tarjoaa etuja, kuten korkean tarkkuuden, nopean vasteen ja kontaktittoman toiminnan. Se voi mitata useita parametreja, sisältää yksinkertaiset anturirakenteet ja tarjoaa joustavia kokoonpanoja. Tästä syystä valosähköisiä antureita käytetään laajalti tunnistus- ja ohjausjärjestelmissä. Yleisiä tyyppejä ovat: heijastavat valosähköiset anturit, läpi-sädevalosähköiset anturit ja anturit, jotka käyttävät heijastavia levyjä valonsäteiden heijastamiseen. Kaksi jälkimmäistä tyyppiä havaitsevat estämällä valon kohdeobjektista, kun taas edellinen havaitsee tunnistamalla kohteesta heijastuvan valon. Näin ollen kaksi jälkimmäistä tarjoavat tyypillisesti pidemmät tunnistusalueet ja suuremman tarkkuuden. Korkean tunnistustarkkuutensa ansiosta valosähköisiä antureita käytetään yleisesti tuotteiden tai robottityökappaleiden tarkkaan paikantamiseen sekä stepper- ja servomekanismeiden palautejärjestelmissä.
4. Kuituoptiset anturit:Kuituoptiset anturit ovat toisen tyyppinen tunnistuselementti, joka hyödyntää valosähköistä signaalin muuntamista. Valosähköisiin kytkimiin verrattuna ne pystyvät tyypillisesti havaitsemaan pienempiä kohteita, toimimaan suuremmilla etäisyyksillä ja tarjoavat suuremman tarkkuuden. Tästä johtuen kuituoptisia antureita käytetään yleisesti suurempaa tarkkuutta vaativissa sovelluksissa ja paikannuspalautena askel- ja servojärjestelmissä.
5. Valosähköiset anturit:Valosähköiset anturit käyttävät myös valosähköisiä signaaleja. Suurella tunnistusalueella niitä kutsutaan usein alueantureiksi. Niiden ensisijainen käyttökohde on laitteiden välisissä lukitus- ja turvatoiminnoissa, erityisesti ihmisten suojajärjestelmissä.
6. Termoparit:Termopareja käytetään ensisijaisesti havaitsemaan ympäristön lämpötilat ympäristössään.
7. Laserskannerit:Laserskannerit toimivat ensisijaisesti mittaamaan tarkasti kohdeobjektien mittaääriviivat.
8. Teollisuuskamerat:Teollisuuskameroita, jotka tunnetaan myös nimellä CCD (Charge{0}}coupled Device) -kameroita, niitä käytetään pääasiassa kohdeobjektien muodon ja sijainnin havaitsemiseen. CCD-tekniikan edistymisen ansiosta korkearesoluutioisia teollisuuskameroita voidaan nyt soveltaa tarkkuusmittauksiin.
9. Enkooderi:Toimintaperiaatteiden perusteella enkooderit luokitellaan inkrementaalisiin ja absoluuttisiin tyyppeihin. Inkrementtikooderit muuntavat siirtymän jaksollisiksi sähköisiksi signaaleiksi, jotka sitten muunnetaan laskentapulsseiksi. Siirtymän suuruutta edustaa pulssien lukumäärä. Jokainen absoluuttisen kooderin sijainti vastaa ainutlaatuista digitaalista koodia. Siksi sen näytetty arvo riippuu yksinomaan mittauksen aloitus- ja loppukohdasta, ei väliprosessista. Enkooderit yhdistetään yleensä pariksi askelmoottoreiden tai servomoottorien kanssa suljetun -silmukan tai puoli-suljetun-silmukan ohjausjärjestelmien muodostamiseksi.
10. Mikrokytkin:Mikrokytkin on kontaktityyppinen{0}}anturi, jota käytetään ensisijaisesti laitteiden yhdistämiseen tai koneen turvaovien tilan havaitsemiseen.