Czujniki zbliżeniowe

Na łamach portalu Automatyki Pomiarów i Elektroniki przedstawiony zostanie cykl artykułów o czujnikach zbliżeniowych. W pierwszej części omowiona zostanie ogólna zasada działania, zalety oraz podział czujnikow zbliżeniowych. W kolejnych artykułach przybliżymy zasadę działania poszczególnych czujników oraz wskazówki dotyczące ich doboru, montażu i eksploatacji. Zapraszamy do lektury!

Czujniki zbliżeniowe są jednymi z najczęściej wykorzystywanych czujników w automatyce. Poza automatyką spotkać je można również w wielu urządzeniach mechatronicznych, urządzeniach użytku domowego czy nawet w elementach zabezpieczeń budynków jako czujniki kontrolujące otwarcie drzwi, okien itp.

Najczęściej do ich zadań należy wykrycie i sygnalizacja obecności obiektu bez kontaktu fizycznego z nim samym. Dla przykładu może to być produkt na taśmie przenośnika, dźwignia, krańcowy element siłownika czy położenie bazowe jakiegoś napędu. Czujniki zbliżeniowe stosowane w automatyce  są używane najczęściej we wszelkiego rodzaju maszynach pakujących, drukujących, obrabiarkami metali, liniami technologicznymi itp.

Zasada działania czujnika zbliżeniowego 

Czujnik zbliżeniowy reaguje na zbliżanie się obiektu w momencie, gdy odległość między nimi jest mniejsza od pewnej granicznej odległości, która zależy od konstrukcji i technologii wykonania. Odległość ta może wynosić od 0,1 mm do kilku cm.

Czujniki zbliżeniowe na wyjściu mają sygnał binarny, a więc przyjmujący dwie wartości: zero lub jeden. Zmiana tych stanów następuje w momencie reakcji na zbliżający się obiekt. Czujnik zbliżeniowy nie służy więc do określania odleglości między elementami pomiarowymi, a  jedynie do wykrycia faktu zbliżenia jednego elementu do drugiego.

Ideę działania czujnika zbliżeniowego najlepiej pokazuje poniższy film

Dim lights

Czujniki zbliżeniowe są czasami potocznie nazywanie czujnikami krańcowymi lub krańcówkami z racji roli jakie często pełnią - np. wykrywają koniec (lub początek) ruchu jakiegoś elementu napędowego.

Z racji braku kontaktu z elementem wykrywanym czujniki zbliżeniowe wypierają stosowane przez długi czas mechaniczne czujniki stykowe, które wykrywają zbliżenie poprzez fizyczny kontakt z kontrolowaną powierzchnią. Największą zaletą czujnik zbliżeniowych w stosunku do tradcyjnych czujników stykowych jest brak jakichkolwiek elementów mechanicznycha, co za tym idzie praktycznie nie występuje zjawisko zużywania się takiego czujnika podczas pracy.

Zalety czujników zbliżeniowych:

• Bezkontaktowe działanie
• Duża częstotliwość przełączania
• Mała wrażliwość na wibracje
• Odporność na wodę, zapylenie, wilgoć

Tradycyjne czujniki stykowe mechaniczne	Czujniki zbliżeniowe bezstykowoe

Czujniki zbliżeniowe posiadają często możliwość regulacji strefy detekcji, co eliminuje konieczność precyzyjnego mechanicznego "dostrajania" pozycji czujnika.

W zależności od konstrukcji i sposobu pracy można wyrożnić czujniki:

• Czujniki zbliżeniowe indukcyjne - działają na zasadzie indukowania pola magnetycznego między czujnikiem, a obiektem badanym i wykrywaniem zmian tego pola.
• Czujniki zbliżeniowe pojemnościowe - działają na zasadzie wykrywania zmian pojemności między czujnikiem, a obiektem badanym. 
• Czujniki zbliżeniowe magnetyczne -  wykrywają obecność pola magnetycznego
• Czujniki zbliżeniowe fotoelektryczne - działają na zasadzie genrowania wiązki światła i jej odbierania po odbiciu od badanego obiektu.

Konstrukcja czujnika dyktuje jego zastosowanie. Przykładowo czujniki indukcyjne nadają się tylko do detekcji obiektów metalowych, pojemnościowe moga wykrywać większość ciał stałych, a także cieczy. Z kolei czujniki magnetyczne reagują tylko na materiały generujące pole magnetyczne (magnesy).

W tabeli poniżej zestawiono materiały jakie mogą być wykywane przez poszczególne czujniki.

 * - zależne od koloru, faktury powierzchni, przezroczystościi

Analizując powyższą tabelę wydawać by się mogło, że najbardziej uniwersalne są czujniki pojemnościowe. Możliwość detekcji przedmiotów z tworzywa sztucznego stanowi główną przewagę sensorów pojemnościowych nad np. indukcyjnymi. Podstawową jednak wadą tych czujników jest wrażliwość na takie czynniki jak wilgotność powietrza, zanieczyszczenia, wióry itp, które mocno wpływają na pojemność między czujnikiem, a obiektem kontrolowanym. Ma to miejsce zwłaszcza, gdy obiekt mierzony jest w  dużej odległości od czujnika.