Czujnik indukcyjny to jeden z najbardziej popularnych sensorów stosowanych w automatyce. Znany jest ze swojej niezawodności i odporności na warunki środowiskowe. Element ten wykorzystuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej do wykrywania metalowych obiektów w swoim polu detekcji. Łatwo znaleźć mnóstwo artykułów opisujących jego budowę, zasadę działania oraz zastosowanie. W tym natomiast zastanowimy się nad aplikacjami, w których standardowy czujnik indukcyjny sobie nie poradzi. Należy bowiem pamiętać, że ma pewne ograniczenia, które sprawiają, że nie będzie to odpowiednie rozwiązanie do każdej sytuacji.
Wykrywanie obiektów niemetalicznych
Zacznę mówiąc słowami wieszcza od „oczywistej oczywistości”. Czujniki indukcyjne wykorzystując zjawisko indukcji elektromagnetycznej nie mogą rozpoznawać obiektów niemetalicznych. Obiekt wykrywany musi posiadać właściwości przewodzące, co oznacza, że metale są jedynymi materiałami „widzianymi” przez te sensory. W przypadku, kiedy do wykrycia mamy obiekt np. z tworzywa sztucznego najczęściej właściwym wyborem staje się czujnik fotoelektryczny.
Duże odległości detekcji
Czujniki indukcyjne są skuteczne tylko w ograniczonych odległościach detekcji. Zazwyczaj mają one krótki zasięg. W zależności od budowy, środowiska pracy i rodzaju obiektu detekcji zasięg czujnika może sięgać kilkudziesięciu mm. W praktyce nie spotkałem czujników, których znamionowa strefa działania (Sn) przekroczyłaby 40mm. Oznacza to, że nie nadają się do wykrywania obiektów na dużej odległości. W takich przypadkach lepszym rozwiązaniem mogą być po raz kolejny czujniki fotoelektryczne lub ultradźwiękowe.
Ograniczona przestrzeń zabudowy
Działanie czujnika indukcyjnego można w łatwy sposób zakłócić. Dlatego należy sięgnąć po kartę katalogową danego sensora i umieścić go w odpowiednich odległościach od elementów metalowych, które mogą mieć wpływ na poprawność detekcji. Obecność elementów konstrukcyjnych w bezpośrednim sąsiedztwie tych czujników może zupełnie uniemożliwić im poprawną pracę.
Silne pole magnetyczne
Standardowych czujników indukcyjnych nie należ stosować w niewielkich odległościach od urządzeń generujących silne pole elektromagnetyczne. Dlatego dla np. rozwiązań w sąsiedztwie instalacji spawalniczych należy sięgnąć po wykonania specjalne. Posiadają one oprócz dużej odporności na pole magnetyczne również odpowiednie powłoki chroniące przed odpryskami spawalniczymi. Większość liczących się firm dostarczających czujniki ma takie rozwiązania w swojej ofercie.
Wykrywanie elementów o małej grubości
Czujniki indukcyjne mają ograniczony zakres oraz czułość. Parametry ich działania zależą od kształtu i wielkości cewki, ale również od właściwości magnetycznych wykrywanego obiektu. Czujnik indukcyjny może mieć problem z wykryciem zarówno cienkiej blaszki jak i niewielkich obiektów.
Obiekty o nieregularnych kształtach lub różnych właściwościach.
Tu znowu należy się odnieść do zasięgu i czułości czujnika. Nawet jeśli mamy do wykrycia element metalowy odpowiedniej dla czujnika indukcyjnego wielkości to stosunkowo bardzo nieregularna powierzchnia może zdyskwalifikować zastosowanie czujnika indukcyjnego. Tutaj warto wspomnieć, że również w zależności od właściwości wykrywanego metalu może zmieniać się zasięg detekcji czujnika.
Aplikacje dla przemysłu spożywczego
W przemyśle spożywczym ze względu na możliwość kontaktu z żywnością, czy stosowanie silnych substancji chemicznych, standardowe czujniki indukcyjne nie znajdą zastosowania. W tym przypadku powinniśmy zwrócić uwagę na materiały z jakich jest ten sensor zbudowany. Wykonania dla przemysłu spożywczego charakteryzują się zastosowaniem stali nierdzewnej w korpusie tego elementu oraz wysoki stopień ochrony IP.
Wysokie lub niskie temperatury otoczenia
Czujniki indukcyjne mają ograniczony zakres temperaturowy pracy. Standardowe mogą pracować przy temperaturze otoczenia w przedziale od -20 do 70 °C. W wykonaniach specjalnych, na temperatury ekstremalne ciężko będzie znaleźć element, który poradzi sobie poza zakresem -40 a 180 °C. Tutaj również należy wspomnieć, że na niewłaściwą pracę czujnika mogą wpływać nagłe zmiany temperatury.
Wysokie ciśnienie
Nie każdy czujnik indukcyjny można zastosować np. do sprawdzania pozycji zaworów hydraulicznych. W tym przypadku należy zwrócić uwagę na konieczność wytrzymałości czujnika na wysokie ciśnienie. Dla takich zastosowań czujniki muszą mieć obudowy odporne na duże obciążenia oraz kontakt z różnego rodzaju mediami. Wykonania specjale dla tego typu zastosowań odporne są na ciśnienie nawet 500bar.
Ekstremalne warunki pracy – strefy zagrożone wybuchem
Standardowych czujników indukcyjnych nie należy również stosować w strefach zagrożonych wybuchem. W tym przypadku możemy jednak skorzystać z sensorów w tzw. wykonaniu NAMUR. Różnią się one od standardowych przede wszystkim budową wyjścia. Pracują na niższych poziomach energii, co minimalizuje ryzyko iskrzenia i zapewnia bezpieczeństwo w potencjalnie wybuchowym środowisku. Używanie czujników typu NAMUR wymaga z reguły stosowania dodatkowych separatorów, lub specjalnych wejść sterowników PLC.
W praktyce inżynierskiej na co dzień stosuję bardzo dużo tych elementów (w wykonaniach zarówno standardowych jak i specjalnych). Najczęściej takich producentów jak: BALLUFF, IFM, OMRON, SICK. Z ofertą czujników indukcyjnych tych firm możecie zapoznać się poniżej:
BALLUFF: https://www.balluff.com/pl-pl/products/areas/A0001/groups/G0101
IFM: https://www.ifm.com/pl/pl/category/200_010_010
OMRON: https://industrial.omron.pl/pl/products/inductive-sensors
