如何為生產環境選擇感測器

作者：安德魯·沃（Andrew Waugh）

感測器在現代生產環境中扮演著重要的角色，能夠捕捉位置、速度、距離、壓力、溫度、液位、流量、電流、電壓等數據。市場上有各種各樣的感測器，選擇適合你應用的設備可能會讓人感到困惑。但其實不必如此。目標是找到最便宜、最可靠的感測器，能夠提供你所需的數據而不會花費太多。在這裡，我們將說明選擇最佳位置、距離和接近感測器的步驟。

感測器技術基礎

重要的是要記住，感測器的作用是捕捉數據或輸出信號。控制系統將這些感測器的輸出轉換為存在/不存在的檢測、接近讀數，或更複雜的解釋，例如冷卻槽中的水位。

選擇最佳感測器的第一步是了解感測技術。

接觸式（例如，限位開關）

機制：與被感測物體的物理接觸

優點：簡單、緊湊、成本效益高、不受環境條件影響、重複性好、經濟、無需供電—只是斷開電路

缺點：需要物理接觸，可能會損壞產品；機械操作，這帶來了固有的壽命限制

感應式

機制：檢測由鐵磁和非鐵磁金屬引起的磁場擾動

優點：非接觸式、固態、解析度可能非常高、切換頻率中等偏高

缺點：感測距離相對較短

磁性

機制：檢測由特定磁性目標引起的磁場擾動

優點：即使被金屬阻擋也能檢測到磁性目標，切換頻率非常高，消除假陽性和來自其他材料的干擾

缺點：需要放置磁性目標

電容式

機制：檢測由其他材料（通常是介電材料）的存在引起的電容變化

優點：能檢測固體和液體；即使通過非金屬障礙物也能檢測感興趣的物體

缺點：切換頻率低，100 Hz或更低；容易受到任何環境材料的假觸發

超聲波

機制：檢測反射或傳輸的超聲波信號

優點：對材料的物理特性（例如，鐵磁、介電等）沒有要求；對材料特性如反射率、光學透明度、不規則表面不敏感；工作距離在幾米的範圍內

缺點：空間解析度低，成本高

光電式

機制：檢測反射或傳輸的光學信號，從紅外線到藍光，通常是LED

優點：可以選擇光學波長來優化性能和安全性，工作距離在幾米的範圍內，高精度和重複性：更複雜，如果應用條件改變，光源波長可能需要改變

缺點：容易受到假反射或其他環境光的影響，材料表面可能改變狀態

雷射

機制：通過飛行時間或三角測量進行距離測量

優點：對於TOF系統，距離長（幾米），微米級的精度和重複性；對於三角測量系統，距離小於一米，具有微米級的精度和重複性

缺點：成本和複雜性較高，對振動和環境污染敏感

現在，我們可以開始指定感測器的過程。

步驟一：你想感測什麼材料？

不同的感測技術對不同的材料有不同的反應（見表1）。第一步是確定你想要感測的材料，並選擇最適合的技術。

表1

步驟二：你的工作距離是多少？

一旦你確定了可以與你的材料一起工作的候選感測器，下一步是確定哪些設備可以在你的應用的工作距離內收集所需的數據。值得注意的是，接觸式感測器的工作距離最短（零），而雷射感測器提供的工作距離最長（可達100米；見表2）。

表2：感測器特性摘要

步驟一和步驟二將幫助你初步確定最佳感測器，但表2顯示了真正的樂趣開始的地方。

步驟三：你的其他優先事項是什麼？

工程總是涉及取捨。現在你有了一個起點，考慮對你的應用重要的其他參數。感測器需要有足夠快的切換頻率來處理系統的操作參數。如果你需要對高速傳送帶進行存在/不存在的感測，或者試圖監控一對齒輪中的齒，你需要找到一個足夠快的感測器來捕捉所需的數據，或者減慢過程。

還需要考慮的其他因素包括性能指標，如精度、重複性和解析度。

在你逐步進行決策的過程中，別忘了你的目標是找到一個滿足性能要求的感測器，同時提供最低的成本和最長的壽命。正如上表所示，有許多參數可以調整。了解你的優先事項會簡化最佳選擇的過程。