Czujniki indukcyjne – jak działają i jak je dobrać

Co to jest czujnik indukcyjny i jak działa?

Czujnik indukcyjny, nazywany też indukcyjnym czujnikiem zbliżeniowym, to elektroniczny łącznik, który zmienia stan, gdy zbliży się do niego metal. Stosuje się go wszędzie tam, gdzie maszyna musi wiedzieć, czy coś jest na miejscu: narzędzie, ząb koła zębatego, paleta czy zamknięta klapa.

Za czołem czujnika znajduje się cewka, która wraz z oscylatorem wytwarza przemienne pole magnetyczne. Gdy w polu pojawia się metal, prądy wirowe pobierają energię z oscylatora. Gdy tłumienie jest wystarczająco duże, wyjście się przełącza. Czujnik nie ma ruchomych części, a pył, olej i brud nie wpływają na niego tak jak na czujnik optyczny.

Zasięg działania i montaż

Odległość podana w karcie katalogowej to zasięg znamionowy Sn. Mierzy się go dla wzorcowego elementu ze stali konstrukcyjnej o grubości 1 mm, zgodnie z IEC 60947-5-2. W praktyce zmienia się on z temperaturą, napięciem i między poszczególnymi egzemplarzami.

Dlatego istnieje zasięg pewny Sa, który wynosi maksymalnie 81% Sn. W zakresie Sa czujnik na pewno się przełączy, więc to na Sa należy projektować. W czujniku M18 o Sn 8 mm obiekt powinien znajdować się w odległości do ok. 6,5 mm. Obiekt mniejszy niż element wzorcowy również daje mniejszy zasięg.

Współczynnik korekcyjny – różne metale, różne zasięgi

Metale inne niż stal są wykrywane z mniejszej odległości. Sn należy pomnożyć przez współczynnik korekcyjny dla danego metalu. Wartości są typowe – należy sprawdzić kartę katalogową. Istnieją też czujniki o współczynniku 1 (factor 1), które wykrywają wszystkie metale z tej samej odległości.

Zlicowany czy niezlicowany?

Czujnik zlicowany (ekranowany) ma ekran wokół cewki, więc pole jest skierowane prosto do przodu. Można go montować równo z metalem. Czujnik niezlicowany (nieekranowany) ma szersze pole i mniej więcej 1,5–2 razy większy zasięg przy tej samej wielkości. W zamian wokół głowicy potrzebna jest strefa wolna od metalu, w przeciwnym razie czujnik wykryje własny uchwyt. Czujniki zamontowane blisko siebie mogą się wzajemnie zakłócać – należy zachować odstępy podane w karcie katalogowej.

Wyjście i podłączenie: PNP, NPN, NO, NC i IO-Link

• PNP przełącza plus zasilania na obciążenie. Standard dla większości wejść PLC w Europie.
• NPN przełącza obciążenie do 0 V. Częste w maszynach azjatyckich i starszych.
• NO (normalnie otwarty) jest aktywny, gdy metal jest obecny, NC (normalnie zamknięty) – gdy metalu nie ma.

Złącze to zwykle M8 w małych czujnikach i M12 w pozostałych. Kolory przewodów są znormalizowane: brązowy plus, niebieski 0 V, czarny wyjście i biały drugie wyjście. Złącze znacznie przyspiesza wymianę w porównaniu ze stałym kablem.

Czujnik indukcyjny, pojemnościowy czy czujnik Halla?

Zasada praktyczna: jeśli obiekt jest metalowy, a odległość mała – czujnik indukcyjny. Jeśli jest z czegokolwiek innego – pojemnościowy. Do pomiaru prędkości i kierunku obrotów koła zębatego w trudnych warunkach – czujnik Halla.

Gdzie stosuje się czujniki indukcyjne?

• Produkcja i pakowanie – pozycje narzędzi i suwaków, liczenie metalowych zakrętek, sprawdzanie, czy detal jest w przyrządzie.
• Maszyny mobilne – pozycje wysięgników i podpór, prędkość kół i osi w żurawiach, maszynach rolniczych i leśnych.
• Żywność i farmacja – przenośniki i maszyny napełniające myte codziennie.
• Produkcja motoryzacyjna – sprawdzanie, czy elementy blaszane są na miejscu, zanim robot zacznie spawać.
• Infrastruktura i transport – położenia krańcowe wrót śluz, mostów i rozjazdów kolejowych, pozycje drzwi w pociągach i autobusach.
• Energetyka – sygnalizacja położenia przepustnic i zaworów w elektrowniach i ciepłowniach.

Odporność i częste błędy

W większości maszyn wystarcza IP67. Mycie wysokociśnieniowe gorącą wodą wymaga IP69K, najlepiej z obudową i czołem ze stali nierdzewnej. W pobliżu zgrzewania punktowego silne pola magnetyczne mogą powodować fałszywe przełączenia, a odpryski przywierają do czoła. Należy wybierać czujniki odporne na pole spawalnicze, z powłoką, do której odpryski nie przywierają.

1. Projektowanie na Sn. Należy wykorzystywać maksymalnie 81% Sn i uwzględnić współczynnik korekcyjny, jeśli obiekt nie jest ze stali.
2. Czujnik niezlicowany w metalowym uchwycie. Czujnik wykrywa własny uchwyt i pozostaje stale załączony.
3. Niewłaściwy typ wyjścia. Czujnik NPN na wejściu PNP nie zadziała. Warto też sprawdzić, czy potrzebny jest NO czy NC.
4. Czujniki 2-przewodowe na czułych wejściach. Prąd upływu może wystarczyć, aby wejście elektroniczne odczytało sygnał jako wysoki.
5. Czujnik jako ogranicznik mechaniczny. Obiekt powinien przechodzić przed czujnikiem, a nie w niego uderzać. Siłę powinien przejmować zderzak krańcowy.

Czujniki indukcyjne w ofercie SCN

Oferujemy czujniki indukcyjne firm Mibbo i Wenglor: gwintowane czujniki miniaturowe od M4, czujniki o zwiększonym zasięgu do M30, zasilanie DC lub AC, wyjście analogowe i obudowy ze stali nierdzewnej z IP69K. Mamy też czujniki pojemnościowe i czujniki Halla.

Przykłady z naszej oferty

Najczęściej zadawane pytania

Czym różni się PNP od NPN?

Czujnik PNP przełącza plus zasilania na obciążenie, a czujnik NPN przełącza obciążenie do 0 V. Czujnik musi pasować do wejścia systemu sterowania.

Czy czujnik indukcyjny wykryje aluminium?

Tak, ale z mniejszej odległości. Przy współczynniku korekcyjnym ok. 0,3–0,45 zasięg wynosi mniej więcej jedną trzecią wartości znamionowej. Jeśli zasięg jest krytyczny, warto wybrać czujnik o współczynniku 1.

Z jakiej odległości wykrywa czujnik indukcyjny?

Od ułamka milimetra w najmniejszych czujnikach do ok. 40 mm w czujnikach M30 o zwiększonym zasięgu. Większa średnica i montaż niezlicowany dają większy zasięg.

Czy czujnik indukcyjny wykrywa przez ściankę?

Przez cienką ściankę z tworzywa sztucznego – tak. Przez metal – nie, bo wykryje samą ściankę. W takim przypadku stosuje się czujnik Halla z magnesem na obiekcie.