Mechatronika Modul 5-8

Átírás

1 Mechatronika Modul 5-8 Munkafüzet Oktatói segédlet Mechatronikus komponensek Mechatronikus Rendszerek és funkciók Mechatronikus rendszerek távdiagnosztikája és karbantartása EU-Projekt: MINOS, Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvevő szakemberek mechatronika témakörben történő továbbképzéséről Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerző nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehető felelőssé az abban foglaltak bárminemű felhasználásért.

2 A szakmai anyag elkészítésében és kipróbálásában az alábbi magáncégek és intézmények vettek részt Chemnitz-i Műszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete, Németország Projektvezetés Corvinus Egyetem, Informatikai Intézet, Magyarország Stockholm-i Egyetem, Szociológiai Intézet, Svédország Wroclaw-i Műszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Henschke Consulting Drezda, Németország Christian Stöhr Unternehmensberatung, Németország Neugebauer und Partner OHG Drezda, Németország Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Lengyelország Euroregionális Ipari és Kereskedelmi Kamara Jelenia Gora, Lengyelország Dunaferr Dunaújváros, Magyarország Knorr-Bremse Kft. Kecskemét, Magyarország Nemzeti Szakképzési Intézet Budapest, Magyarország Tartalom: Jegyzet, munkafüzet és oktatói segédlet az alábbi témakörökhöz Modul 1: Alapismeretek Modul 2: Interkulturális kompetencia, Projektmenedzsment Modul 3: Folyadékok Modul 4: Elektromos meghajtók és vezérlések Modul 5: Mechatronikus komponensek Modul 6: Mechatronikus rendszerek és funkciók Modul 7: Üzembehelyezés, biztonság, teleservice Modul 8: Távkarbantartás és távdiagnosztika További információ: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (Chemnitz-i Műszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete) Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich Reichenhainer Straße 70, Chemnitz, Deutschland Tel.: +49(0) Fax: +49(0) Internet:

3 Mechatronika Modul 5: Mechatronikus komponensek Munkafüzet (Elképzelés) Készítették: Wojciech Kwaśny Andrzej Błażejewski Wroclaw-i Műszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Cser Adrienn Corvinus Egyetem, Információtechnológiai Intézet, Magyarország EU-Projekt: MINOS, Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvevő szakemberek mechatronika témakörben történő továbbképzéséről Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerző nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehető felelőssé az abban foglaltak bárminemű felhasználásért.

4 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 1 Induktív érzékelők 1.1 Fizikai alapok 1. Feladat Induktív érzékelők esetén mi hozza létre a változó mágneses teret? Hogyan változik az LC rezgőkörökben tárolt energia? Hogyan keletkezik az oszcilláció az LC rezgőkörben? Hogyan tartható fenn az oszcilláció? Milyen feltételeknek kell teljesülniük ahhoz, hogy az LC-körben áram vagy feszültség rezonancia alakuljon ki? Milyen feltételeknek kell teljesülniük ahhoz, hogy az LC-körben rezgések alakuljanak ki? 3

5 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 1.2 Alapkonstrukció 2. Feladat Hogyan épül fel az induktív érzékelő aktív része? Az induktív érzékelő hogyan határozza meg a tekercs és a detektált tárgy távolságát? Mi a hiszterézis? Miért előnyös, ha az induktív szenzor hiszterézises? Adja meg az induktív érzékelő működési frekvenciatartományát! Mekkora az induktív érzékelő működési távolsága, és milyen házakba épül be? 4

6 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Hogy definiáljuk az érzékelő névleges érzékelési távolságát? Az érzékelő névleges érzékelési távolsága mely tárgyra van definiálva? Mi a valós érzékelési távolság? Mi szenzor működési távolsága? Milyen faktorok befolyásolják az induktív érzékelő működési tartományát? Induktív érzékelők esetén milyen szerepet játszik a redukciós tényező? 5

7 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Az érzékelő kialakítása hogyan befolyásolja annak érzékenységét? Milyen szabályokat érdemes betartani árnyékolt érzékelők egymáshoz közeli felszerelésekor? Milyen szabályokat érdemes betartani árnyékolatlan érzékelők egymáshoz közeli felszerelésekor? Mit értünk az érzékelő kimenetének maximális átváltási frekvenciáján? A szabványos laptól elérő tárgyak esetén milyen maximális átváltási frekvencia értékekre számíthatunk? 6

8 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 1.3 Speciális szenzorok 3. Feladat Ismertesse a gyűrű-érzékelők működésének elvét! Léteznek korlátozások a gyűrű-érzékelők által észlelhető tárgyak méretére vonatkozólag? Léteznek korlátozások a gyűrű-érzékelők által észlelhető tárgyak pályájára vonatkozólag? Milyen negatív hatással lehetnek az erős mágneses terek az induktív érzékelők működésére? Hogyan védhetjük az induktív érzékelőket az erős mágneses terekkel szemben? Hogyan védjük az ívhegesztő berendezések közelében működő induktív érzékelőket? 7

9 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Nevezzen meg néhány különleges működési körülményre tervezett érzékelő típust! Milyen jellemzőkkel kell rendelkezniük a magas nyomáson működő induktív érzékelőknek? A bistabil gyűrű-érzékelők hogyan határozzák meg a mozgás pályáját? Mutassa be a NAMUR induktív érzékelők működésének elvét! Sorolja fel a NAMUR induktív érzékelők fő jellemzőit! A NAMUR induktív érzékelők milyen működési körülmények között használhatóak? 8

10 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Mutassa be az induktív analóg érzékelők felépítését! 1.4 Érzékelők kapcsolása és tápellátása 4. Feladat Az egyenfeszültség mekkora ingadozása engedhető meg induktív érzékelők esetén? Hogyan védjük a szenzort a tápfeszültség hirtelen csúcsai ellen? Az egyenfeszültségű szenzorok milyen típusait ismeri? Mi a különbség az NO és NC típusú érzékelők között? Lehetséges a váltófeszültségű érzékelők közvetlenül a hálózati feszültségre történő csatlakoztatása? 9

11 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Váltófeszültségű érzékelők esetén lehetséges, hogy kikapcsolt állapotban is folyik áram? Milyen célt követünk az érzékelők csoportokban történő használatával? A sorba kapcsolt érzékelők milyen logikai függvényt realizálnak? Mi határozza meg a maximálisan sorba kapcsolható érzékelők számát? A párhuzamosan kapcsolt érzékelők milyen logikai függvényt realizálnak? Mi határozza meg a maximálisan párhuzamosan kapcsolható érzékelők számát? 10

12 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 1.5 Biztonság és védelem Két vezetékes szenzorok kapcsolhatók párhuzamosan? 5. Feladat Az egyenfeszültségű érzékelők kimenetei mely nem-kívánatos hatásoktól védettek? A DC érzékelők kimenetének esetleges rövidzárlata veszélyezteti a szenzor működését? Mikor szükséges az érzékelő árnyékolásának földelése? Milyen óvintézkedéseket kell tennünk az érzékelő elektromos áramköreiben fellépő szivárgási áramok kiküszöbölésére? 11

13 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 2 Kapacitív érzékelők 2.1 Alapok 1. Feladat A kapacitív érzékelők milyen anyagú céltárgyak detektálására alkalmasak? Az alább felsorolt anyagok melyikét detektálhatjuk kapacitív érzékelővel? 1. Acél 2. Réz 3. Gumi 4. Ébenfa 5. Víz 6. Müzli 7. Hidrogén Sorolja fel a kapacitív érzékelők fő alkotóelemeit! Mely elem az aktív elem? Mekkora a kapacitív érzékelők működési tartománya? 12

14 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 2.2 Fizikai alapok 2. Feladat A kondenzátor kapacitása az elektródák közötti távolsággal arányosan nő? Hogyan készíthetünk nyitott kondenzátort? Milyen szerepet játszik az indirekt elektróda? Mi történik, ha a nyitott kondenzátor mezejébe vezető ill. nem-vezető anyagot helyezünk el? Mely faktorok befolyásolják a kondenzátor kapacitását? 13

15 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 2.3 Alapkonstrukció 3. Feladat A kapacitív érzékelő vezető vagy nem-vezető anyagból készült céltárgyat detektál könnyebben, és miért? A céltárgyak földelése befolyásolja az érzékelő működését? Kapacitív érzékelők esetén milyen szerepet játszik a potenciométer? Definiálja a kapacitív érzékelő kalibrálására használatos szabványos céltárgyat! Hogyan definiáljuk az érzékelő megbízható működési távolságát? Mitől függ az érzékelő kapacitív szerkezete? 14

16 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 2.4 Szenzor típusok 4. Feladat A kapacitív érzékelők általában milyen formában léteznek? Milyen hengeres érzékelő típusok léteznek? Hogyan határozzuk meg az érzékelő valós érzékelési távolságát? Mitől függ a szerves anyagok észlelésének távolsága? Két kapacitív érzékelőt egymástól milyen távolságban szerelhetünk fel? 15

17 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 2.5 Interferencia kompenzáció 5. Feladat Réz és acél esetén különbözik az érzéekelési távolság? Mely anyagot könnyebb érzékelni, vizet vagy olajat? A szennyeződések hogyan befolyásolják az érzékelő működését? Lehetséges a szennyeződések hatásának csökkentése? Hogyan eliminálhatjuk a külső elektromos mezők hatását? 16

18 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 3 Ultrahangos érzékelők 3.1 Fizikai alapok 1. Feladat Hogyan terjed a hang a levegőben? Hogyan definiáljuk a hanghullámok hullámhosszát? Hogyan számíthatjuk ki egy akadály és a hang forrásának távolságát? Ismertesse a piezoelektromos hatást! Írja le a piezoelektromos anyagok viselkedését magas hőmérsékleten! Hogyan kelthetünk hanghullámokat? 17

19 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Az ultrahangos érzékelők mely frekvencia-tartományban működnek? Milyen alakot vesz fel a hanghullám haladása során? Mely faktorok határozzák meg a hanghullám terjedési területének méretét és a kúp nyílásszögét? Hogyan határozhatjuk meg az ultrahang-hullám átmérőjét? 3.2 Az ultrahangos érzékkelő működésének elve 2. Feladat Mutassa be az ultrahangos érzékelők működési módozatait! Az ultrahangos érzékelővel történő mérés milyen szakaszokra osztható? 18

20 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Lehetséges, hogy ugyanaz az átalakító adóként és vevőként is működjön? Sorolja fel az ultrahangos érzékelő fő komponenseit! Az ultrahangos érzékelők mennyire érzékenyek a külső hangok által keletkező interferenciára? Sorolja fel az ultrahangos érzékelők főbb alkalmazási területei! A céltárgy anyagi minősége hogyan befolyásolja az ultrahangos érzékelők érzékenységét? Ismertesse az egy piezoelektromos átalakítóval rendelkező ultrahangos érzékelő működését! 19

21 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Hogyan iktathatjuk ki a háttér hatását? Mi okozza a holtteret? Lehetséges az ultrahangos érzékelők érzékelési tartománya alsó határának meghatározása? Milyen nyílásszögű érzékelők léteznek? Hogyan definiáljuk az ultrahangos érzékelő működési tartományának meghatározására használandó szabványos tárgyat? Ismertesse az ármenő sugaras érzékelők működési elvét! 20

22 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 3.3 Lehetséges hibák Hogyan keletkezik a hang az átmenő sugaras szenzorok esetén? Sorolja fel az ultrahangos érzékelők főbb alkalmazási területeit! Az átmenő sugaras vagy a diffúz sugaras érzékelő típus rendelkezik nagyobb kapcsolási frekvenciával? 3. Feladat Mely fizikai faktorok befolyásolhatják az ultrahangos érzékelők működését? A hőmérséklet változása hogyan befolyásolja a szenzor működését? Milyen szerelési körülmények befolyásolhatják az ultrahangos érzékelők működését? 21

23 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Zavarhatják egymást az érzékelők? Hogyan kerülhetjük el az egymáshoz közel felszerelt ultrahangos érzékelők kölcsönös interferenciáját? 3.4 Speciális ultrahangos érzékelők 4. Feladat Ismertesse a reflexiós ultrahangos érzékelők működési elvét! Mely detektorok érzékenyek a hanghullám megszakítására? Hogyan működnek azok a szenzorok, melyeknél egy házban két átalakító működik? Távolságmérés eetén szükség van speciális szenzorokra? 22

24 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 4 Fotoelektromos érzékelők 4.1 Fotoelektromos komponensek Fizikai alapok 1. Feladat A fotoelektromos érzékelők az elektromágneses sugárzás mely tartományát használják? Magyarázza el, hogy a fény különböző felületektől hogyan verődik vissza! Magyarázza el a fénytörés jelenségét! Fényemittáló elemek és detektorok 2. Feladat A fotoelektromos érzékelőkben milyen emittereket használunk? Magyarázza el az elektroliuminencia jelenségét! 23

25 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Mi határozza meg a LED lumineszcenciájának erősségét? Mi határozza meg a LED által kibocsátott fény színét? Mikor használunk látható, és mikor láthatatlan infravörös fényt emittáló érzékelőket? Mi a LED házát lezáró lencse feladata? Milyen előnyökkel bírnak a lézerdiódák a LED-ekkel szemben? Miben különbözik a lézer dióda és a LED karakterisztikája? 24

26 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos A fotódetektorok mely típusait ismeri, és ezek milyen szerepet játszanak a fotoelektromos érzékelők esetén? Hogyan definiáljuk a fotódetektor válaszadási (fényimpulzusra való reagálás) idejét? Mi a különbség a hagyományos fotodióda és a PIN fotodióda között? A pozícióérzékeny detektorok hogyan határozzák meg a fénypont helyét? A CCD kevésbé érzékeny a külső zavaró hatásokra, mint a pozícióérzékeny detektor? Miben tér el egy tranzisztor és egy fotótranzisztor felépítése? 25

27 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 4.2 Alapvető érzékelő típusok 3. Feladat Ismertesse az átmenő sugaras érzékelő működési elvét! Mutassa be az átmenő sugaras érzékelők tulajdonságait! Milyen céltárgyakat képesek detektálni? Ismertesse az átmenő sugaras érzékelő működési elvét! Ismertesse reflektorok és a fényvisszaverő lapok felépítését! Mi korlátozza az effektív fénysugarat? 26

28 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 4.3 Jelfeldolgozás Ismertesse a diffúz sugaras érzékelő működési elvét! Mutassa be a diffúz sugaras érzékelők tulajdonságait! Hogyan határozzuk meg a diffúz sugaras érzékelők maximális érzékelési távolságát? 4. Feladat Milyen faktorok zavarhatják a fotoelektromos érzékelők működését? Az érzékelők mely típusa a legérzékenyebb a zavaró tényezőkkel szemben? Milyen előnyei vannak a fénymodulációnak? 27

29 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Ismertesse a fény polarizációjának jelenségét! Fotoelektromos érzékelőkben hogyan használják a polarizált fényt? Hogyan polarizáljuk a fényt? A polarizált fény tárgyak felületéről hogyan verődik vissza? Fotoelektromos érzékelők esetén mit értünk működési többlet -en? Mekkora működési többletet használjunk? 28

30 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Mi a holt tér? 4.1 Speciális érzékelők Definiálja a szenzor válaszadási idejét! 5. Feladat Mi a különbség a polarizációs és a hagyományos retroreflexiós érzékelők között? Milyen lehetőségek állnak rendelkezésre az elő- és a háttér elnyomására? Milyen üzemmódok lehetségesek elektronikus háttér elnyomással rendelkező érzékelők esetén? Milyen szenzorokat használunk triangulációs érzékelők esetén? 29

31 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Mi az autokollimáció? Az autokollimátoros retro-reflexiós érzékelők a hagyományos érzékelőkhöz képest milyen kiegészítő tulajdonságokkal rendelkeznek? Ismertesse az optikai szálak felépítését! Magyarázza el a teljes visszaverődés jelenségét! A gyakorlatban miért nem használhatunk végtelen hosszúságú optikai kábeleket? Mi a különbség az üveg és a műanyag optikai szálak között? 30

32 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 4.2 Csatlakozástechnika Ismertesse az optikai szálas fotoelektromos érzékelők működésének elvét! 6. Feladat A fotoelektromos érzékelők mely üzemmódokban működhetnek? Mely faktorok befolyásolják az érzékelő kimenetének kapcsolási tartományának alakját és méretét? 31

33 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 5 Mágneses érzékelők 5.1 Fizikai alapok Mágneses mező 1. Feladat A mágneses mező milyen forrásai létezhetnek? Milyenek az erővonalak? A mágneses mező mely fizikai mennyiségekkel írható le? Az anyagok mágneses tulajdonságaik alapján mely csoportokra oszthatók? Magyarázza el a ferromágneses anyagok mágnesezhetőségének jelenségét! Mi a lágy és a kemény mágnes? 32

34 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Reed kapcsoló 2. Feladat Hogyan épül fel a reed-kapcsolós érzékelő? Mi indokolhatja a kapcsolók használata esetén ajánlott különleges védelmet? Mi a reed kapcsoló maximális átváltási frekvenciája? A mágnes helyzetének megváltozásakor mi határozza meg, hogy a kapcsoló hány kontaktusa zár? Érzékelőkben alkalmazott mágneses jelenségek 3. Feladat Mi a Hall effektus? Hogyan növelhető a Hall feszültség? 33

35 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Miért változik meg mágneses mező hatására a félvezető anyagok magnetorezisztanciája? Mi a magnetorezisztív szalagra applikált elektródák szerepe? Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek az impulzus vezetők? Ismertesse a Wiegand-effektust! Az impulzus vezetők két tartománya hogyan reagál a mágneses mező változásaira? Az impulzus vezető tekercsében mikor jelenik meg mágneses impulzus? 34

36 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 5.2 A mágneses érzékelők alapvető típusai 4. Feladat Mely elemek érzékenyek a mágneses tér változásaira? Milyen előnyei vannak a mágneses érzékelőknek? A mágneses szenzorok érzékelik a műanyag fal mögött elhelyezkedő tárgyakat? A mágneses érzékelők milyen anyagi minőségű céltárgyak detektálására alkalmasak? A mágneses érzékelők milyen főbb elemekből épülnek fel? Ismertesse a reed kapcsolós érzékelők működésének elvét! 35

37 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos Ha nincs a közelben mágneses mező, milyen kimeneti állapot jellemző a reed kapcsolóra? A reed kapcsolós érzékelők hány aktív felülettel rendelkeznek? Mely faktorok befolyásolják a reed kapcsolós érzékelők működési tartományának méretét? A reed kapcsolós kimenete hány vezetékből áll? Ismertesse a Hall effektuson alapuló mágneses érzékelő működési elvét! Az érzékelők a mágneses mező minden irányváltozására reagálnak? 36

38 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 5.3 Speciális mágneses érzékelők 5. Feladat Ismertesse a Wiegand érzékelő működési elvét! Hogyan hozható létre irányát megváltoztató mágneses mező? A Wiegand érzékelő hogyan detektálja a mozgó mágneseket? A Wiegand érzékelő hogyan detektálja a mozgó impulzus vezetőt? A Wiegand érzékelő igényel tápfeszültséget? A permanens mágnessel rendelkező érzékelők mely eleme érzékeny a mágneses mezőre? 37

39 Mechatronikus komponensek Munkafüzet Minos 5.4 Szerelési követelmények A permanens mágnessel rendelkező érzékelők mit detektálnak? A permanens mágnessel rendelkező érzékelő igényel tápfeszültséget? Mely faktorok befolyásolják a permanens mágnessel rendelkező érzékelők kimenetét? 5. Feladat Befolyásolja a mágneses érzékelők működését az, hogy milyen anyagi minőségű tárgyra szereljük őket? Befolyásolja az érzékelő működését, ha a szenzor és a mágnes közé valamely vékony elemet helyezünk? Sorolja fel a mágneses érzékelők főbb alkalmazásait! 38

40 Mechatronika Modul 6: Mechatronikus Rendszerek és funkciók Munkafüzet (Elképzelés) Készítették: Jerzy Jędrzejewski Wojciech Kwaśny Zbigniew Rodziewicz Andrzej Błażejewski Wroclaw-i Műszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Matthias Römer Chemnitz-i Műszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete, Németország Cser Adrienn Corvinus Egyetem, Információtechnológiai Intézet, Magyarország EU-Projekt: MINOS, Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvevő szakemberek mechatronika témakörben történő továbbképzéséről Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerző nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehető felelőssé az abban foglaltak bárminemű felhasználásért.

41 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 1 Induktív érzékelők 1.1 Alapkonstrukció 1. Feladat Hogyan épül fel az induktív érzékelő aktív része?. Az induktív érzékelő hogyan határozza meg a tekercs és a detektált tárgy távolságát?. Mi a hiszterézis?. Miért előnyös, ha az induktív szenzor hiszterézises?. Adja meg az induktív érzékelő működési frekvenciatartományát!. 3

42 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Mekkora az induktív érzékelő működési távolsága, és milyen házakba épül be?. Hogy definiáljuk az érzékelő névleges érzékelési távolságát?. Az érzékelő névleges érzékelési távolsága mely tárgyra van definiálva?. Mi a valós érzékelési távolság?. Mi szenzor működési távolsága?. 4

43 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Milyen elemek befolyásolják az induktív érzékelő működési tartományát?. Induktív érzékelők esetén milyen szerepe van a redukciós tényezőnek?. Az érzékelő kialakítása hogyan befolyásolja annak érzékenységét?. Milyen szabályokat érdemes betartani az egymáshoz közel levő árnyékolt érzékelők felszerelésekor?. Milyen szabályokat érdemes betartani az egymáshoz közel levő árnyékolatlan érzékelők felszerelésekor?. 5

44 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 1.2 Speciális szenzorok Mit értünk az érzékelő kimenetének maximális átváltási frekvenciáján?. A szabványos laptól elérő tárgyak esetén milyen maximális átváltási frekvencia értékekre számíthatunk?. 2. Feladat Ismertesse a gyűrű érzékelők működésének elvét!. Léteznek korlátozások a gyűrűs érzékelők által észlelhető tárgyak méretére vonatkozólag?. Léteznek korlátozások a gyűrűs érzékelők által észlelhető tárgyak pályájára vonatkozólag?. 6

45 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Milyen negatív hatással lehetnek az erős mágneses terek az induktív érzékelők működésére?. Hogyan védhetjük az induktív érzékelőket az erős mágneses terekkel szemben?. Hogyan védjük az ívhegesztő berendezések közelében működő az induktív érzékelőket?. Nevezzen meg néhány különleges működési körülményre tervezett érzékelő típust!. Milyen jellemzőkkel kell rendelkezniük a magas nyomáson működő induktív érzékelőknek?. 7

46 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Mutassa be a NAMUR induktív érzékelők működésének elvét!. Sorolja fel a NAMUR induktív érzékelők fő jellemzőit!. A NAMUR induktív érzékelők milyen működési körülmények között használhatóak?. Mi a különbség az analóg kimenetű és a kétállapotú érzékelők között?. Mutassa be az induktív analóg érzékelők felépítését!. 8

47 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 1.3 Érzékelők kapcsolása és tápellátása 3. Feladat Az egyenfeszültség mekkora ingadozása megengedhető induktív érzékelők esetén?. Hogyan védjük a szenzort a tápfeszültség hirtelen csúcsai ellen?. Mi a különbség az NO és NC típusú érzékelők között?. Mi határozza meg a maximálisan sorba kapcsolható érzékelők számát?. Lehetséges a váltófeszültségű érzékelők közvetlenül a hálózati feszültségre történő csatlakoztatása?. 9

48 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 1.4 Biztonság és védelem 4. Feladat Az egyenfeszültségű érzékelők kimenetei mely nem-kívánatos hatásoktól védettek?. A DC érzékelők kimenetének esetleges rövidzárlata veszélyezteti a szenzor működését?. Mikor szükséges az érzékelő árnyékolásának földelése?. Milyen óvintézkedéseket kell tennünk az érzékelő elektromos áramköreiben fellépő szivárgási áramok kiküszöbölésére?. 10

49 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 2 Kapacitív érzékelők 2.1 Működési elv 1. Feladat A kapacitív érzékelők milyen anyagösszetételű céltárgyak detektálására alkalmasak?. Sorolja fel a kapacitív érzékelő fő alkotóelemeit!. Mely elem az aktív elem?. A kapacitív érzékelő vezető vagy szigetelő anyagból készült céltárgyat is detektál könnyebben, és miért?. A céltárgyak földelése befolyásolja az érzékelő működését?. 11

50 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 2.2 Szenzor típusok 2. Feladat A kapacitív érzékelőket általában milyen geometriai formában gyártják?. Milyen hengeres érzékelő típusok léteznek?. Hogyan határozzuk meg az érzékelő valós érzékelési távolságát?. Mitől függ a szerves (organikus) anyagok észlelésének távolsága?. Két kapacitív érzékelőt egymástól milyen távolságban szerelhetünk fel?. 12

51 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 2.3 Interferencia kompenzáció 3. Feladat Különbözik az érzékelési távolság, ha a céltárgy réz vagy acél?. Mely anyagot könnyebb érzékelni, a vizet vagy az olajat?. A szennyeződések hogyan befolyásolják az érzékelő működését?. Lehetséges a szennyeződések hatásának csökkentése?. Hogyan semlegesíthetjük a külső elektromos mezők hatását?. 13

52 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 3 Ultrahangos érzékelők 3.1 Az ultrahangos érzékkelő működésének elve 1. Feladat Mutassa be az ultrahangos érzékelők működési módozatait!. Az ultrahangos érzékelővel történő mérés milyen szakaszokra osztható?. Lehetséges, hogy ugyanaz az átalakító adóként és vevőként is működjön?. Sorolja fel az ultrahangos érzékelő fő komponenseit!. Az ultrahangos érzékelők mennyire érzékenyek a külső hangok által előidézett interferenciára?. 14

53 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 3.2 Mérés menete 2. Feladat Sorolja fel az ultrahangos érzékelők főbb alkalmazási területeit!. A céltárgy anyagösszetétele hogyan befolyásolja az ultrahangos érzékelők érzékenységét?. Ismertesse az egy piezoelektromos átalakítóval rendelkező ultrahangos érzékelő működését!. Hogyan iktathatjuk ki a háttér hatását?. Mi okozza a holtteret?. 15

54 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Lehetséges az ultrahangos érzékelők érzékelési tartománya alsó határának meghatározása?. Milyen nyílásszögű érzékelők léteznek?. Hogyan definiáljuk az ultrahangos érzékelő működési tartományának meghatározására használandó szabványos tárgyat?. Ismertesse az átmenő sugaras érzékelők működési elvét!. Hogyan keletkezik a hang az átmenő sugaras szenzorok esetén?. 16

55 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 3.3 Lehetséges hibák Sorolja fel az ultrahangos érzékelők főbb alkalmazási területeit!. Az átmenő sugaras vagy a diffúz sugaras érzékelő típus rendelkezik nagyobb kapcsolási frekvenciával?. 3. Feladat Mely fizikai tulajdonságok befolyásolhatják az ultrahangos érzékelők működését?. Hogyan befolyásolja a hőmérséklet változása a szenzor működését?. Milyen szerelési körülmények befolyásolhatják az ultrahangos érzékelők működését?. 17

56 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Zavarhatják egymást az érzékelők?. Hogyan kerülhetjük el az egymáshoz közel felszerelt ultrahangos érzékelők kölcsönös interferenciáját?. 3.4 Speciális ultrahangos érzékelők 4. Feladat Ismertesse a reflexiós ultrahangos érzékelők működési elvét!. Mely detektorok érzékenyek a hanghullám megszakítására?. Hogyan működnek azok a szenzorok, melyeknél egy házban két átalakító működik?. 18

57 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Távolságmérésre speciális szenzorokra van szükség?. 19

58 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 4 Fotoelektromos érzékelők 4.1 Alapvető érzékelő típusok 1. Feladat Ismertesse az átmenő sugaras érzékelő működési elvét!. Mutassa be az átmenő sugaras érzékelők tulajdonságait!. Milyen céltárgyakat kepések detektálni?. Ismertesse a retro-reflexiós érzékelő működési elvét!. Ismertesse reflektorok és a fényvisszaverő lapok felépítését!. 20

59 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 4.2 Jelfeldolgozás Mi korlátozza az effektív fénysugarat?. Ismertesse a diffúz sugaras érzékelő működési elvét!. Mutassa be a diffúz sugaras érzékelők tulajdonságait!. Hogyan határozzuk meg a diffúz sugaras érzékelők maximális érzékelési távolságát?. 2. Feladat Milyen faktorok zavarhatják a fotoelektromos érzékelők működését?. 21

60 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Az érzékelők mely típusa a legérzékenyebb a zavaró tényezőkkel szemben?. Milyen előnyei vannak a fénymodulációnak?. Ismertesse a fény polarizációjának jelenségét!. Fotoelektromos érzékelőkben hogyan használják a polarizált fényt?. Hogyan polarizáljuk a fényt?. 22

61 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 4.1 Speciális érzékelők A polarizált fény hogyan verődik vissza a tárgyak felületéről?. Fotoelektromos érzékelők esetén mit értünk működési többlet -en?. Mekkora működési többletet használjunk?. Definiálja a szenzor válaszadási idejét!. 3. Feladat Mi a különbség a polarizációs és a hagyományos retroreflexiós érzékelők között?. 23

62 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Milyen lehetőségek állnak rendelkezésre az elő- és a hátér elnyomására?. Milyen üzemmódok lehetségesek elektronikus háttér elnyomással rendelkező érzékelők esetén?. Milyen szenzorokat használunk a triangulációs érzékelők esetén?. Mi az autokollimáció?. Az autokollimátoros retro-reflexiós érzékelők a hagyományos érzékelőkhöz képest milyen kiegészítő képességekkel rendelkeznek?. 24

63 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 4.2 Csatlakozástechnika Ismertesse az optikai szálak felépítését!. Magyarázza el a teljes visszaverődés jelenségét!. Milyen különbségek vannak az üveg és a műanyag optikai szálak között?. Ismertesse az optikai szálas fotoelektromos érzékelők működésének elvét!. 4. Feladat A fotoelektromos érzékelők mely üzemmódokban működhetnek?. 25

64 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Mely elemek befolyásolják az érzékelő kimenetének kapcsolási tartományának alakját és méretét?. 26

65 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 5 Mágneses érzékelők 5.1 Érzékelőkben alkalmazott mágneses jelenségek 1. Feladat Mi a lágy és a kemény mágnes?. Mi a Hall effektus?. Miért változik meg mágneses mező hatására a félvezető anyagok magnetorezisztanciája?. Mi a magnetorezisztív szalagra applikált elektródák szerepe?. Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek az impulzus vezetők?. 27

66 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Ismertesse a Wiegand-effektust!. 5.2 A mágneses érzékelők alapvető típusai 2. Feladat Mely elemek érzékenyek a mágneses tér változásaira?. Milyen előnyei vannak a mágneses érzékelőknek?. A mágneses szenzorok érzékelik a műanyag fal mögött elhelyezkedő tárgyakat?. A mágneses érzékelők milyen anyagösszetételű céltárgyak detektálására alkalmasak?. 28

67 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos A mágneses érzékelők milyen főbb elemekből épülnek fel?. Ismertesse a reed kapcsolós érzékelők működésének elvét!. Ha nincs a közelben mágneses mező, milyen kimeneti állapot jellemző a reed kapcsolóra?. A reed kapcsolós érzékelők hány aktív felülettel rendelkeznek?. Mely faktorok befolyásolják a reed kapcsolós érzékelők működési tartományának nagyságát?. 29

68 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos A reed kapcsolós kimenete hány vezetékből áll?. Ismertesse a Hall effektuson alapuló mágneses érzékelő működési elvét!. 5.3 Speciális mágneses érzékelők 3. Feladat Ismertesse a Wiegand érzékelő működési elvét!. Hogyan hozható létre az irányát megváltoztató mágneses mező?. A Wiegand érzékelő hogyan detektálja a mozgó mágneseket?. 30

69 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos A Wiegand érzékelő hogyan detektálja a mozgó impulzus vezetőt?. A Wiegand érzékelő igényel tápfeszültséget?. A mágneses érzékelők mely eleme érzékeny a mágneses mezőre?. A mágneses érzékelők mit detektálnak?. A permanens mágnessel rendelkező érzékelő igényel tápfeszültséget?. 31

70 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 5.4 Szerelési követelmények Mely elemek befolyásolják a permanens mágnessel rendelkező érzékelők kimenetét?. 4. Feladat Befolyásolja a mágneses érzékelők működését az, hogy milyen anyagösszetételű tárgyra szereljük őket?. Befolyásolja az érzékelő működését, ha a szenzor és a mágnes közé egy vékony elemet helyezünk?. Sorolja fel a mágneses érzékelők főbb alkalmazásait!. 32

71 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 6 Érzékelők feladatai mechatronikus rendszerekben 1. Feladat Sorolja fel a modern mechatronikus rendszerekben elhelyezkedő érzékelők főbb feladatait!. Az érzékelők a mechatronikus rendszerek mely működési paramétereit ellenőrzik?. A mechatronikus rendszerek mely funkciói esetén szükséges az érzékelők közreműködése?. Mi a szenzorok szerepe a mechatronikus rendszerekben?. 2. Feladat Az érzékelők mely információkkal látják el a rendszert?. 33

72 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos A mechatronikus rendszerek működésének felügyelete során milyen szerepet játszanak az érzékelők által mért jelek?. A mechatronikus rendszerek karbantartása során az érzékelők által mért jelek segítségével milyen információkhoz juthatunk?. 34

73 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 7 Busz rendszerek 7.1 Digitális feldolgozás, digitális interfészek 1. Feladat Mi a busz, és milyen előnyökkel rendelkezik?. Mi a jeldigitalizálás és -kvantálás?. Mutassa be a soros adatátvitelt!. Mutassa be a párhuzamos adatátvitelt!. Mi az RS 232C interfész?. 35

74 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 7.2 Kommunikációs hálózatok: alapismeretek, kezelés 2. Feladat Mutassa be egy vállalat kommunikációs szerkezetét!. Mutassa be a csillagtopológiás hálózatokat!. Mutassa be a gyűrűtopológiás hálózatokat!. Mutassa be a busztopológiás hálózatokat!. Mi a fieldbusz?. 36

75 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos 7.3 Busz rendszerek Mit jelent a központosított vezérlés?. Mit jelent a elosztott vezérlés?. Mi az OSI modell?. 3. Feladat Mutassa be az AS-I buszt!. Mutassa be a CAN buszt!. 37

76 Mechatronikus rendszerek és funkciók Munkafüzet Minos Mutassa be a DeviceNet busz típust! Mutassa be az Interface-S buszt!. Mutassa be a Profibus-t!. Mutassa be a Profibus DP-t és PA-t!. Nevezze meg az Ethernet szerkezetű hálózatok néhány előnyét!. Mi a NOAH projekt?. 38

77 Mechatronika Modul 8: Mechatronikus rendszerek távdiagnosztikája és karbantartása Munkafüzet (Elképzelés) Készítették: Jerzy Jędrzejewski Wroclaw-i Műszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Cser Adrienn Corvinus Egyetem, Információtechnológiai Intézet, Magyarország EU-Projekt: MINOS, Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvevő szakemberek mechatronika témakörben történő továbbképzéséről Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerző nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehető felelőssé az abban foglaltak bárminemű felhasználásért.

78 Távdiagnosztika és karbantartás Munkafüzet Minos 1 A távdiagnosztika és karbantartás célja és feladatai 1. Feladat Mi indokolja a diagnosztika alkalmazását? Mi a távdiagnosztika feladata? Mi a távkarbantartás feladata? Milyen előnyökkel jár az érzékelők távoli kommunikációs központokkal való összekapcsolása? 3

79 Távdiagnosztika és karbantartás Munkafüzet Minos 2 Diagnosztikai rendszerek elve, felépítése és működése 2. Feladat Sorolja fel a diagnosztika számára fontos bemenő adatokat! Milyen követelményeket támasztunk egy diagnosztikai rendszer tervezésével szemben? Jellemzően milyen komponensekből épül fel egy diagnosztikai rendszer? 4

80 Távdiagnosztika és karbantartás Munkafüzet Minos 3 Szervizdiagnosztikai rendszerek elve és működése 3. Feladat Mi a célja, és miből áll a szervizdiagnosztika? Mutassa be egy gép paramétereinek változását a kopási folyamat során, és ezek segítségével a műszaki állapot besorolását! 5

81 Távdiagnosztika és karbantartás Munkafüzet Minos 4 Kitekintés Milyen irányban halad a diagnosztika fejlődése? 6

82 Mechatronika Modul 5: Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet (Elképzelés) Készítették: Wojciech Kwaśny Andrzej Błażejewski Wroclaw-i Műszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Cser Adrienn Corvinus Egyetem, Információtechnológiai Intézet, Magyarország EU-Projekt: MINOS, Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvevő szakemberek mechatronika témakörben történő továbbképzéséről Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerző nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehető felelőssé az abban foglaltak bárminemű felhasználásért.

83 Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet Minos 1 Induktív érzékelők 1.1 Fizikai alapok 1. Feladat Induktív érzékelők esetén mi hozza létre a változó mágneses teret? Az induktív szenzorok változó mágneses mezejének forrása egy induktív tekercs. Ha a tekercsen átfolyó áram időben változik, a tekercs mágneses fluxusa is változik. Hogyan változik az LC rezgőkörökben tárolt energia? Elektromos rezgőkörök esetén a teljes energiát az indukciós tekercs mágneses mezejének energiája és a töltött kondenzátor elektromos mezejének energiája tárolja. Ezen két energiatag összege tetszőleges időpillanatban állandó. Kezdetben a teljes energiát a töltött kondenzátor fegyverzetei tárolják. A kör zárása után a kondenzátor kisül, így áram folyik. Ekkor a kondenzátor teljes energiáját a tekercs tárolja. Hogyan keletkezik az oszcilláció az LC rezgőkörben? Az LC rezgőkör oszcillációjának oka az önindukció, mely fenntartja a csökkenő áramot. Ez az áram feltölti a kondenzátort, tehát az energia ismét itt tárolódik. Amint a kondenzátor töltése eléri annak maximális értékét, az áramkörben megszűnik az áram. A végállapot tehát megegyezik a kiindulási állapottal, eltekintve a kondenzátor ellentétes irányú töltésétől, mely hatására az áram az áramkörben ellentétes irányban folyik majd. Összefoglalva tehát, minden LC körben a kondenzátorban elektromos, a tekercsben pedig mágneses rezgés keletkezik. Hogyan tartható fenn az oszcilláció? A rezgést külső szinuszos jelgenerátor segítségével lehet fenntartani. Milyen feltételeknek kell teljesülniük ahhoz, hogy az LC-körben áram vagy feszültség rezonancia alakuljon ki? Rezonancia akkor alakul ki, ha a fenntartó külső forrás frekvenciája megegyezik a csillapítatlan LC-kör sajátfrekvenciájával. Milyen feltételeknek kell teljesülniük ahhoz, hogy az LC-körben rezgések alakuljanak ki? A rezgés beindulásához két független feltételnek kell teljesülnie: a fázis és az amplitúdó feltételnek. A fázis feltétel szerint a kimeneti feszültség fázisának meg kell egyeznie a bementi feszültség fázisával. Az amplitúdó feltétel szerint az erősítőnek 3

84 Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet Minos 1.2 Alapkonstrukció az összes, a rezgőkörben fellépő csillapítási veszteséget kompenzálnia kell. 2. Feladat Hogyan épül fel az induktív érzékelő aktív része? Az induktív szenzor aktív része egy vasmagra tekert, változó mágneses terű tekercs. A mag szerepe nyitott mágneses kör esetén a tekercs mágneses mezejének felerősítése, és annak a mérési terület felé irányítása. Az induktív érzékelő hogyan határozza meg a tekercs és a detektált tárgy távolságát? A szenzor elektromos áramköre az amplitúdó csillapodása alapján határozza meg a tárgytól való távolságot, majd létrehozza a kimeneti jelet. A kimeneti jel általában kétállapotú: a tárgy a szenzor munkaterületén belül vagy kívül helyezkedik el. Előfordulhat azonban analóg jel is, mely fordítottan arányos a tárgy szenzortól mért távolságával. Mi a hiszterézis? A hiszterézis az a távolság különbség, mely esetén a szenzor közeledő és távolodó tárgyak esetén reagál. A szenzor állapota ekkor KI-ről BE-re változik, vagy fordítva. A hiszterézis mértéke a szenzor típusától és méretétől függ, de általában nem haladja meg a mérési tartomány 20%-át. Miért előnyös, ha az induktív szenzor hiszterézises? A detekciós rendszer mellett az érzékelő elektromos rendszere egy hiszterézises komparátorból és a kimeneti rendszerből áll. A hiszterézisnek köszönhetően a szenzor kimenetén esetlegesen fellépő interferencia elkerülhető. Interferencia legnagyobb valószínűséggel kapcsoláskor lép fel, mégpedig a detektálandó tárgy instabil helyzete, vibrálása, illetve a tápfeszültség és/vagy a környezeti hőmérséklet változása esetén Adja meg az induktív érzékelő működési frekvenciatartományát! Az induktív szenzorok változó mágneses teret létrehozó LCgenerátora nagyfrekvenciás (HF) generátor, mely tipikus tartománya 100 khz és 1 MHz között van. A tekercs átmérőjének növelésével nő a szenzor maximális terhelési áram kapacitása, azonban csökken a működési frekvencia. 4

85 Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet Minos Mekkora az induktív érzékelő működési távolsága, és milyen házakba épül be? Az átlagos induktív szenzorok mérési területe nem haladja meg a 60 mm-t. A szenzorok háza eltérő lehet, léteznek hengeres (fém) és prizmás (műanyag) házak, így a szenzor működésének helyén optimálisan installálható. Hogy definiáljuk az érzékelő névleges érzékelési távolságát? A szenzor előlapjától a tárgynak az áramkör átváltását előidéző távolságát névleges érzékelési távolságnak (S n ) nevezzük. Ez az érték szerepel a katalógusokban. Az érzékelő névleges érzékelési távolsága mely tárgyra van definiálva? A névleges érzékelési távolság (S n ) értékét az EN szabvány szerint egy négyzet alakú acél lemezzel (St37) határozzák meg, melynek oldalhossza megegyezik a szenzor átmérőjével, vastagsága 1 mm. Mi a valós érzékelési távolság? A valós érzékelési távolságot (S r ) a gyártás során határozzák meg, és némileg eltérhet a névleges érzékelési távolságtól. Néveleges működési feszültség és nominális környezeti hőmérséklet esetén 0,9 S n S r 1,1 S n. Mi szenzor működési távolsága? A működési távolság a fémes tárgytól való azon biztonságos távolságnak felel meg, mely esetén a hibátlan működés garantálható. Az ajánlott működési távolság S a 0,8 S n. Milyen faktorok befolyásolják az induktív érzékelő működési tartományát? A szenzor névleges érzékelési távolsága függ a ház átmérőjétől, pontosabban a tekercs átmérőjétől és a mag tulajdonságaitól. Így tehát kisebb házba beépített szenzorok működési tartománya kisebb, mint a nagyobb méretű szenzoroké. Léteznek azonban speciális szenzor kivitelezési típusok, melyek növelik a működési tartományt. Induktív érzékelők esetén milyen szerepet játszik a redukciós tényező? A detektált tárgy az áramkör rezonanciáját anyagától függő mértékben csillapítja. Az arany, réz vagy alumínium, melyek elektromos vezetőképessége nagyobb az St37 es acélénál, a rezgést kisebb mértékben csillapítják. 5

86 Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet Minos Ez az érzékelési tartomány csökkenését okozza. Ha például a detektált tárgy bronz, az St37 es acélra meghatározott érzékelési távolságot egy redukciós tényező segítségével módosítani kell: 0,5 S n. Az érzékelő kialakítása hogyan befolyásolja annak érzékenységét? Hengeres házban két alaptípus létezik: - Árnyékolt: a rezonáns áramkör induktív tekercse egy köpenyen belül helyezkedik el, mégpedig úgy, hogy a köpeny fémes frontfelülete a szenzor frontfelülete. - Árnyékolatlan: a tekercs kinyúlik a házból, és egy kiegészítő műanyag sapka árnyékolja. A kinyúló tekercses szenzorok érzékenysége a detektálandó tárgy irányába nagyobb, azonban ezáltal a környező más tárgyakat is jobban érzékeli. Milyen szabályokat érdemes betartani árnyékolt érzékelők egymáshoz közeli felszerelésekor? Az árnyékolt hengeres szenzor nem érzékeny az őt körülvevő fémes tárgyakra, csak a közvetlenül előtte elhelyezett tárgyakat észleli. Ennek eredményeként ezeket a szenzorokat fémes elemek közé is beszerelhetjük. A szenzor frontfelületétől számítva a szabad tartomány 3S n. Két, egymáshoz közel elhelyezkedő szenzor kölcsönös egymásra hatását elkerülendő a köztük levő távolság legalább az egyik szenzor átmérőjének kétszerese legyen. Milyen szabályokat érdemes betartani árnyékolatlan érzékelők egymáshoz közeli felszerelésekor? Az árnyékolatlan hengeres szenzor érzékeny az őt körülvevő fémes tárgyakra, tehát a szabad terület oldalirányba is kiterjed, itt sem helyezkedhet el más tárgy. Az interferencia elkerülése végett a két szenzor távolsága itt legalább az átmérő háromszorosa legyen. Mit értünk az érzékelő kimenetének maximális átváltási frekvenciáján? Minden szenzor műszaki specifikációja nyújt információt a kimenet maximális átváltási frekvenciáját illetően, mivel ez az adott szenzor jellemzője. A szenzor kimeneti állapotának átváltását jellemzi, ha egy St37-es acélból készült tárgy ciklikusan be- majd kilép az érzékelési távolságból. A frekvencia meghatározása az EN /IEC szabvány alapján történik. 6

87 Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet Minos 1.3 Speciális szenzorok A szabványos laptól elérő tárgyak esetén milyen maximális átváltási frekvencia értékekre számíthatunk? A mérés eredménye mindig függ a tekercset csillapító tárgy méretétől, annak a szenzortól való távolságától és a tárgy sebességétől. A standard lemeznél kisebb tárgy vagy kisebb tárgyak közötti távolság esetén a maximális átváltási frekvencia csökkenése várható. 3. Feladat Ismertesse a gyűrű-érzékelők működésének elvét! Az induktív gyűrű-érzékelők működése egy nagy frekvenciás generátoron alapszik, mely a lyukon belül mágneses teret hoz létre. A tekercs toroid nagy teljesítményű maggal rendelkezik, mely minőségi faktora jobb, mint a vasmagos tekercseké. Tetszőleges fémes tárgy jelenléte a rezgések amplitúdójának csökkentésén keresztül aktiválja a szenzort. Az amplitúdócsökkenést egy komparátor ismeri fel, majd egy küszöb érték átlépésekor átvált a kimeneti állapot. Léteznek korlátozások a gyűrű-érzékelők által észlelhető tárgyak méretére vonatkozólag? A szenzor aktiválásához a csillapítás egy adott szintje szükséges. Ha a detektálandó tárgyak túl kicsik, elképzelhető, hogy a csillapítás mértéke is túl csekély lesz. Érthető tehát, hogy minden szenzorméret esetén létezik egy minimális hossz vagy átmérő, ami felett a detektálandó tárgy biztos felismerése garantálható. Léteznek korlátozások a gyűrű-érzékelők által észlelhető tárgyak pályájára vonatkozólag? A gyűrű-érzékelő előnye, hogy a detektálandó tárgyak mozgása pályájának nem kell szükségszerűen azonosnak lenniük. A gyűrű kialakítás lehetővé teszi a térbeli orientációtól független érzékelést. Milyen negatív hatással lehetnek az erős mágneses terek az induktív érzékelők működésére? Az érzékelők erős mágneses mezőben (például hegesztő berendezések közelében) való felszerelése a kimenti állapot kontrollálatlan viselkedésének veszélyével jár, mely a mágneses mező a mag szaturációs intenzitására kifejtett hatása következménye. A keletkező plusz áram zavarja az oszcillátor működését és a kimeneti állapot véletlenszerű átkapcsolásához vezethet. 7

88 Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet Minos Hogyan védhetjük az induktív érzékelőket az erős mágneses terekkel szemben? A hibás működés elkerülése végett ezek az érzékelők különleges elektronikus áramkörrel és kis mágneses permeabilitású maggal rendelkeznek. Az ilyen, speciális szinterelt vasból készült magokat csak a tipikus vasmagokénál sokszorosan sűrűbb mágneses mező szaturál. Tehát az ilyen maggal rendelkező szenzorok sokkal kevésbé érzékenyek a külső interferenciára, mivel saját mágneses terük koncentrált és irányított. A külső mágneses mezőkkel szemben a mag nélküli szenzorok érzékenyek a legkevésbé. Itt a tekercs nem-mágneses, műanyag orsóra van feltekerve. Hogyan védjük az ívhegesztő berendezések közelében működő induktív érzékelőket? A hegesztési folyamat alapvetően sok szikrával jár, mely károsíthatja az érzékelő házát, valamint az aktív felületet. A szikrák miatt az ilyen alkalmazásokra tervezett szenzorok Teflon bronz bevonatúak, első felületük pedig hőálló műanyaggal (Duraplast ) védett. Nevezzen meg néhány különleges működési körülményre tervezett érzékelő típust! Léteznek nagy nyomás, magas hőmérséklet, kémiailag agreszszív környezet, olaj, nagy páratartalom esetére tervezett, vagy miniatűr érzékelők is. Milyen jellemzőkkel kell rendelkezniük a magas nyomáson működő induktív érzékelőknek? Nagy nyomású környezetben működő szenzorok felépítésének a belső elektronika védelme érdekében robusztusnak és jól tömítettnek kell lenniük. A tekercset és a magot a front oldal felől egy vastag, kopásálló kerámia korong védi. A tekercs védelmére az egy kicsit hátrébb elhelyezkedő tekercs ezáltal a működési tartomány csökkenését okozza. Ennek kiküszöbölésére módosított, nagyobb működési tartományt biztosító áramkörre van szükség. A bistabil gyűrű-érzékelők hogyan határozzák meg a mozgás pályáját? Az induktív bistabil érzékelő két szenzorral rendelkezik, melyeket független generátorok látnak el. Minden adott időpillanatban egyszerre csak egy generátor működhet. Ha egy tárgy balról jobbra érkezik, az első tekercs rezgése csillapul először, majd csak ezután a második. Ellentétes irányú mozgás esetén a helyzet fordított. A tekercseken folyó áramok elemzésével egy mérőrendszer megállapítja a mozgás irányát. 8

89 Mechatronikus komponensek Oktatói segédlet Minos Mutassa be a NAMUR induktív érzékelők működésének elvét! A NAMUR induktív szenzorok olyan két vezetékes érzékelők, melyek belső ellenállása fémes tárgy érzékelésekor megváltozik: a nincs fémes tárgy helyzethez kicsi, a fémes tárgy detektálva helyzethez pedig nagy ellenállás tartozik. Ezek az érzékelők külső erősítőkkel működnek. A NAMUR induktív érzékelők egy részlegesen csillapított tekerccsel rendelkező oszcillátorból és egy demodulátorból állnak. A detektált tárgy és a szenzor távolságának változása a kiadott áram változásává alakul, melyet a külső erősítő kétállapotú jellé alakít. Sorolja fel a NAMUR induktív érzékelők fő jellemzőit! A NAMUR induktív érzékelők kimeneti jelei szigorúan definiált tartományban mozoghatnak. AZ EN (korábban EN 50227) szabvány szerint ez a tartomány 1,2 ma-től 2,1 ma-ig terjed. Minden DC erősítőről táplált NAMUR érzékelő áramkarakterisztikája megegyezik, a szigorúan definiált átváltási hiszterézis 0,2 ma. A NAMUR induktív érzékelők milyen működési körülmények között használhatóak? A NAMUR szenzorok robbanásveszélyes környezetben csak szikraálló jelváltó erősítővel használhatók. Lehetséges a szenzor biztonsági előírásoknak nem megfelelő erősítővel való használata is, ám ekkor az erősítőnek a veszélyes tartományon kívül kell elhelyezkednie. Mutassa be az induktív analóg érzékelők felépítését! Az induktív analóg érzékelők egy tekercset tartalmazó fejből, egy generátorból, egy linearizációs rendszerből és egy kimeneti rendszerből állnak. Egy tárgy távolságának S n -ről nullára változása a kimeneti jel 0-ról 20 ma-re való változásának felel meg. 1.4 Érzékelők kapcsolása és tápellátása 4. Feladat Az egyenfeszültség mekkora ingadozása engedhető meg induktív érzékelők esetén? Az egyenáramú érzékelők általában adapterek segítségével működnek, melyek kimeneti feszültsége fluktuál. A feszültség értékének túl nagy fluktuációja az induktív szenzorok váratlan viselkedéséhez vezethet. A hibátlan működés biztosítása érdekében a tápfeszültség változása nem haladhatja meg az átlagérték 10%-át. 9