POLITECHNIKA POZNAŃSKA Laboratorium Mechatroniki				Temat: Badanie histerezy binarnych czujników zbliżeniowych.
Grupa: Mcht 1/1 Gr. lab. nr 5	Wydział : BMiZ	Rok: 1	Data wykonania ćwiczenia: 5.11.2012r.	Skład grupy: Cezary Kalinowski Mateusz Malinowski Tomasz Michniewicz	Zaliczenie:
Prowadzący: mgr inż. Jan Górecki				Data oddania sprawozdania: 19.11.2012r.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie binarnych czujników zbliżeniowych, ich budowy i zasady działania oraz dokonanie pomiarów histerezy i oceny stref działania czujników.
Dla wybranych zbliżanych materiałów dokonać pomiaru odległości dla których zmienia się stan czujnika. Wartości te zanotować w tabeli, a na jej podstawie wykonać wykresy histerezy. Pomiar odległości dokonywać z dokładnością 0,01mm. Na wykresie dotyczącym jednego czujnika umieścić uzyskane krzywe histerezy dla różnych materiałów. W sprawozdaniu umieścić schemat stanowiska, cel wykonywania ćwiczenia , opracowane w postaci tabeli wyniki pomiarów i wykresy histerezy dla wskazanych czujników i badanych materiałów.

2. Schemat stanowiska

Poniżej przedstawione są 2 schematy blokowe stanowiska: przedstawiający rozłożenie przestrzenne poszczególnych części układu (mowa tu o czujnikach, zasilaniu, itp.) oraz przedstawiający zamocowanie sprzętu na metalowej ramie (szynie), która jest na rysunku kreską o grubości ok. 1,5 - 2 mm.



Schemat nr 1


Schemat nr 2

3. Przebieg ćwiczenia.

Istotą ćwiczenia jest pomiar odległości pomiędzy dwoma stanami granicznymi badanych czujników (czujnik rozłączony i załączony) dla wybranych materiałów. Jako że do wykresu histerezy czujnika (czujników)
potrzebujemy pomiarów odległości pomiędzy dwoma stanami granicznymi - kiedy element zbliżamy (2 pomiary - włączenie (stan 1) i wyłączenie (stan 0)) i oddalamy (także 2 pomiary - włączenie (stan 1) i wyłączenie (stan 0))

4. Wyniki pomiarów (jednostka pomiaru: mm)

Czujnik indukcyjny
------------------	Aluminium	Miedź	Mosiądz	Stal	Tworzywo sztuczne
Zbliżanie	18,58	20,17	18,64	15,22	BRAK POMIARU
Oddalanie	18,3	19,88	18,41	14,95	BRAK POMIARU
Histereza	0,28	0,29	0,23	0,27	BRAK POMIARU

Czujnik pojemnościowy
------------------	Aluminium	Miedź	Mosiądz	Stal	Tworzywo sztuczne
Zbliżanie	13,79	13,94	14,1	14,18	20,34
Oddalanie	9,21	9,06	8,91	9,98	15,01
Histereza	4,58	4,88	5,19	4,2	5,33

Czujnik kontaktronowy
------------------	Magnes stały mały				Magnes stały duży	Magnes neodymowy
Zbliżanie	24,46	24,82	25,09	25,56	19,94	17,69
Oddalanie	24,54	24,95	25,18	25,66	15,74	14,15
Histereza	-0,08	-0,13	-0,09	-0,1	4,2	3,54

Wyniki szczegółowe pomiarów odległości dla magnesu stałego magnesu

------------------	Magnes stały mały
Zbliżanie	24,35 - 24,46	24,69 - 24,82	25,01 - 25,09	25,43 - 25,56
Oddalanie	24,40 - 24,54	24,70 - 24,95	25,04 - 25,18	25,51 - 25,66

Czujnik Halla
------------------	Magnes stały mały				Magnes stały duży	Magnes neodymowy
Zbliżanie	24,47	24,75	25,07	25,40	22,1	22,56
Oddalanie	24,61	24,89	25,25	25,49	19,78	20,98
Histereza	-0,14	-0,14	-0,18	-0,09	2,32	1,58

Wyniki szczegółowe pomiarów odległości dla magnesu stałego małego

------------------	Magnes stały mały
Zbliżanie	24,41 - 24,47	24,68 - 24,75	24,98 - 25,07	25,33 - 25,40
Oddalanie	24,54 - 24,61	24,84 - 24,89	25,17 - 25,25	25,44 - 25,49

5. Wykresy zależności

1. Dla czujnika indukcyjnego
   
   
   
   
   
   
   
   

2. Dla czujnika pojemnościowego
   
   
   
   
   
   
   

3. Dla czujnika magnetycznego kontaktronowego
   
   
   
   
   
   
   

4. Dla czujnika magnetycznego Halla
   
   
   
   
   
   

6. Wnioski

• Względem zakresu pomiarów i stosowania

• Czujniki indukcyjne - wykrywają wyłączni e materiały zbudowane z metalu, co można zauważyć zbliżając blaszkę metalową a potem próbkę tworzywa sztucznego. W pierwszym przypadku odpowiedź czujnika w postaci zapalonej lampki otrzymamy dla odpowiedniej dla danego metalu odległości od czujnika. W drugim przypadku nie otrzymamy sygnału odpowiedzi - lampka się nie zapala. Bardzo małe zakresy odpowiedzi sensora na obecność metalu (mniejsze niż w przypadku innych czujników) pozwalają uznać ten rodzaj czujnika za najdokładniejszy, jednakże zakres stosowania go - wykrywanie metali uszczupla możliwości wykorzystania go w przemyśle.
  
  Średnia wartość uzyskanych wyników pozwoli nam określić strefę działania czujnika. Wynosi ona:
  
  Histereza tego czujnika mieści się w zakresie:
  
  

• Czujniki pojemnościowe - na zasadzie analogii do czujników indukcyjnych wykrywają materiały metalowe, ale nie tylko. Pomiary można otrzymać także w przypadku oddalania lub przybliżenia do czujnika próbki tworzywa sztucznego. Czujnik pojemnościowy może więcej zastosowań od czujnika indukcyjnego lecz kosztem dokładności - wartość histerezy jest dla tego czujnika dość wysoka, co bardzo obniża jego precyzyjność.
  
  Dla tego rodzaju czujnika strefa działania czujnika wynosi:
  
  Histereza tego czujnika mieści się w zakresie:
  
  

• Czujniki działające pod wpływem pola magnetycznego, czyli czujnik magnetyczny kontaktronowy i czujnik Halla - Wartości pomiarów dla tych samych materiałów wykrywanych przez oba czujniki - magnesy - są różne, na dodatek odległość dla każdego materiału bardzo się różni. Dla magnesu stałego małego, przy wielokrotnych pomiarach zakresy różniły się dość znacznie. Dotyczy to obu czujników. Jest to głównym powodem dla którego wartość histerezy jest nieokreślona. Także strefy działania tych czujników nie da się określić, gdyż wyniki wskazują na rozmycie tej strefy w pewnym zakresie odległości. Poza tym należy w przypadku czujnika Halla zauważyć, iż reaguje jedynie na jeden z biegunów magnesu - jest unipolarny. Ostatecznie czujniki reagujące na pole magnetyczne wykorzystać można wyłącznie przy wykrywaniu materiałów które posiadają własne pole magnetyczne, toteż zakres stosowalności takiego rodzaju czujników jest znacznie węższy niż w przypadku pozostałych czujników.

• Podsumowanie

• Udało nam się dokonać pomiaru charakterystyki czterech rodzajów czujników, dla których pomiary są reprezentowane przez tabelki i wykresy powyżej. Każdy z czujników różni się w pewnej mierze parametrami, przez co różne może być ich zastosowanie w przemyśle. Racjonalne wykorzystanie czujników z pewnością zwiększy wydajność, stopień automatyzacji oraz szybkość wielu procesów produkcyjnych.

• Histerezę, o której już wiele razy była mowa, można by nazwać miarą dokładności czujnika: im mniejsza jej wartość tym dokładniejszy czujnik. Licząc na dokładność - należy wybrać czujnik indukcyjne. Poszukując czujnik wykrywający dużo gamę materiałów - wybieramy czujnik pojemnościowy, natomiast poszukując czujnika wykrywającego pole magnetyczne - należy skłonić ku czujnikom kontaktronowym lub hallotronowym.

czujnik

∆l

Zbliżany element

---