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


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�.


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


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;


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.


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.


7

Fig. Senzor de proximitate – Emi�ătorulIR.

Fig. Senzor de proximitate -- ReceptorulIR.

Capitolul II. TRADUCTOARE �I SENZORI DE PROXIMITATE


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


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.


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.


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.


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


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.


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


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”.


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:


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


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.


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.


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:


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.


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.


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.


24

Anexă

Mașini unelte

Conveior


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

utilizarea senzorilor de proximitate.unlocked

Documents