13 Sensoren

13. Sensoren
13.1. Wat is een sensor?
Sensoren zijn zintuigen in de technische wereld. Een sensor is een soort elektronisch oog, oor
of neus dat bijvoorbeeld kan zien, voelen, ruiken, horen en zelfs proeven. Het is een heel
gevoelig en nauwkeurig apparaat. De sensoren kunnen ook heel klein zijn. Zo klein zelfs dat
ze niet herkenbaar zijn met het blote oog als zijnde sensoren. Deze zijn in chips terug te
vinden. Sensoren zijn erg belangrijk voor in het milieu van de geneeskunde en in fabrieken.
Met sensoren kun je meten, controleren, regelen en beveiligen. Ze worden ook wel
intelligente instrumenten genoemd.
Enkele eigenschappen van sensoren zijn :
 Ze zijn zeer consequent, ze werken namelijk altijd.
 Ze zijn zeer nauwkeurig.
 Ze hebben geen pauze nodig, als het nodig is werken ze 24 uur per dag.
 Ze meten altijd op dezelfde manier.
 Ze hebben een zeer lange levensduur.
Door sensoren toe te passen in de werkomgeving kunnen mensen beschermd worden tegen
gevaarlijke stoffen en/of gevaarlijke machines. Sensoren kunnen ook gebruikt worden ter
preventie van inbraak.
13.2. Hoe werkt een sensor?
Een sensor is een heel gevoelig apparaat dat iets kan meten, bijvoorbeeld temperatuur,
afstand, druk of kleur. Het is meestal een klein element wat op stroom aangesloten is.
Aanvankelijk van wat de sensor meet, zal de uitgangsstroom of -spanning groter of kleiner
worden. Bij een temperatuur sensor zal bij een lage temperatuur de stroom laag zijn en bij een
hoge temperatuur hoog. Bij een afstandmeetsensor is er een element dat geluid maakt en een
gevoelig element wat in staat is om dit geluid op te vangen.
13.3. Praktische toepassingen van inductieve sensoren zijn:





Materiaalselectie b.v. bij sorteren van munten.
Bij deze toepassing maken we gebruik van de eigenschap dat de
benaderingsschakelaar voor andere metalen dan St 37 een afwijkende gevoeligheid
heeft, afhankelijk van soort metaal of legering verkrijgen we een bepaalde
uitgangsstroom of spanning.
Meten van de slingering van een as of schijf.
Controleren van de diameter van een gat.
De demping van de oscillator is niet alleen afhankelijk van de afstand tussen
benaderingsschakelaar en voorwerp, maar ook van de hoeveelheid materiaal dat zich
binnen de schakelafstand bevindt. Op deze eigenschap berust de hiervoor genoemde
toepassing.
- 24 -
13.4. Inductieve Sensoren
Eigenschappen:




Probleemloze werking
Slijtvast
Ongevoelig voor vreemde invloeden
Lange levensduur
Hoge nauwkeurigheid van schakelpunt
Hoge schakelfrequentie
Zeer kleine bouwvormen door hybride
technologie
Werkingsprincipe:
Basis van het inductieve
sensorprincipe is een van
buitenaf, door metalen
voorwerpen, beïnvloedbare
HF-oscillator. De in een
ferrietkern ingebouwde
oscillatorspel van een LCresonantiekring wekt een –
uit het actief vlak tredend –
hoog frequent
elektromagnetisch
wisselveld op. Nadert een
metalen (elektrisch geleidend)
fig. 1 Veldlijnenverloop bij ongedempte en
Bepaling van de schakelfrequentie
bedempte oscillator
voorwerp het veld, dan ontstaan
wervelstromen, die aan de oscillatorkring energie onttrekken. Dit heeft een vermindering van
de oscillatoramplitude (bedemping) tot gevolg. In een schakeltrap wordt deze vermindering
van de amplitude herkend en in de nageschakelde eindtrap in een binair schakelsignaal
omgezet.
Schakelafstand / bouwvorm:
Bovenvermelde
wervelstroomverliezen zijn
afhankelijk van de
specifieke weerstand van
het te detecteren voorwerp,
de geometrie van dit
voorwerp (oppervlakte,
dikte) en de oscillatorfrequentie
fig. 2 Principeschema – inductieve sensor
Veldlijnenverloop bij
van de sensor. De nominale schakelafstand van de sensor wordt mede bepaald door de
grootte van de ferrietkern, die achter het actief vlak opgesteld is.
Hieruit blijkt een verband tussen bouwvorm en schakelafstand.
- 25 -
Definities:
De schakelafstand is de afstand, die een
voorwerp verwijderd is van het actieve vlak van
de sensor, op het ogenblik dat het schakelen
veroorzaakt wordt.
De nominale schakelafstand (sn) is een
kenmerkende grootte, waarbij de serietolerantie
en invloeden van buitenaf niet in acht genomen
worden. In de keuzetabellen wordt alleen de
nominale schakelafstand aangegeven.
De reële schakelafstand (Sr)is de schakelafstand,
die bij vastgelegde temperatuur-en
voedingsspanningsvoorwaarden verkregen wordt.
fig. 3 Schakelafstand
De reële schakelafstand houdt rekening met de
serietolerantie. Verhouding tot de nominale schakelafstand: 0,9 Sn < Sr < 1,1 Sn
De bruikbare schakelafstand (Su) is de schakelafstand, die binnen het toegelaten
temperatuur-en spanningsbereik gewaarborgd is. Verhouding tot de nominale schakelafstand:
0,81 Sn < Su < 1,21 Sn
Korrektiefactoren
Alle gegevens betreffende de schakelafstanden van
inductieve sensoren zijn gebaseerd op het gebruik van
bedempingsvanen uit St 37 met vastgelegde afmetingen
(volgens: DIN EN 50 010). Bedempingsvanen uit andere
grondstoffen en/of andere afmetingen leiden tot wijzigingen
van de schakelafstand
Grondstof
Staal (ST 37)
Messing
Koper
Aluminium
Roestvrij staal
Faktor
1
0,35…0,5
0,25…0,45
0,35…0,50
0,6…1
De schakelfrequentie is het maximaal
aantal wisselingen per seconde [HZ]
van bedempte naar niet-bedempte
toestand.
De schakelhysteresis (∆s) is het afstandsverschil
tussen in-en uitschakelpunt van de sensor bij
axiale beweging van de meetplaat t.o.v. het
aktief vlak. In de keuzetabellen is de hysteresis
uitgedrukt in % van de nominale schakelafstand
fig. 4 Bepaling van de schakelfrequentie
fig. 5 Schakelhysteresis inbouw
- 26 -
Bondig inbouwbare sensoren kunnen
als gevolg van hun afscherming tot aan
het aktief vlak in metaal ingebouwd
worden.
fig. 6 Minimumafstand bij bondige inbouw
Bij niet-bondig inbouwbare sensoren
moeten als gevolg van een wijdere
veldverdeling (geen afscherming
metaalvrije zones voorzien worden.
fig. 7 Minimumafstand bij niet-bondige inbouw
Indien het niet mogelijk is minimumafstanden tussen de sensoren
onderling in acht te nemen, dan dienen sensoren met een verschillende
frequentie gebruikt te worden, zodat de wederzijdse beïnvloeding door
gelijke oscillatorfrequenties verhinderd wordt.
fig. 8 Minimumafstand voor tegenover elkaar
opgestelde sensoren
- 27 -