Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Před padesáti lety byli pan Walter Pepperl a jeho kolega Wilfried Gehl ze společnosti BASF pověřeni nalézt alternativní princip k funkci mechanického koncového spínače. V té době ještě netušili, že se jejich řešení stane mezníkem ve vývoji průmyslové automatizace. Vytyčili si úkol vyvinout odolné zařízení, které bude spolehlivě fungovat i po několik tisíc spínacích cyklů, a to při malých spínacích proudech, které jsou vhodné pro velmi agresivní a výbušné provozy v chemickém závodě. Jako zkušený inženýr radiotechniky věděl Walter Pepperl, co se stane, když se kovový předmět přiblíží k cívce. Oba odborníci měli k dispozici bipolární tranzistor, který vynalezl již o deset let dříve William B. Shockley, a dále využívali kompaktní zařízení, které tlumením oscilačního obvodu může snadno vyhodnotit a převádět spínací signál. Myšlenka bezkontaktního snímaní přiblížení představovala důležitý krok ve vývoji průmyslové automatizace.
1958 – vyroben první indukční snímač
V prvních letech bylo využití indukčních snímačů omezeno jen na chemický průmysl. V tomto odvětví vznikaly při mechanickém spínání dva problémy: jednak se zde obtížně dodržovaly malé spínací proudy a jednak docházelo k nadměrné oxidaci mechanických kontaktů, které bylo nutné často čistit a vyměňovat. Začátkem 60. let dvacátého století byla však značně oceňována téměř neomezená životnost indukčních snímačů i v ostatních průmyslových odvětvích a systémech průmyslové automatizace.
1968 – uveden indukční spínač podle DIN43694
Nebylo proto překvapením, když pánové Pepperl a Fuchs představili v roce 1968 verzi mechanického koncového spínače založeného na indukci s kladkou vyhovující normě DIN43694. Toto zařízení bylo montážně kompatibilní s jeho mechanickým předchůdcem a umožňovalo nastavit směr snímací plochy do pěti různých poloh. V této době nebylo ještě možné reprodukovat různé napěťové rozsahy elektronicky, proto bylo nutné mít 60 různých verzí snímačů, což nemohlo vést k zásadnímu úspěchu na trhu. Velmi dobrá odolnost proti opotřebení a značná spolehlivost však byly velkými výhodami pro nově automatizované provozy.
1978 – nová verze indukčních snímačů
O deset let později byla představena nová generace indukčních snímačů, která ještě více zjednodušila automatizovaná řešení. Uživatel v té době mohl nastavit aktivní snímací plochu sám a elektronika s různým napěťovým rozsahem mohla být nahrazena novou, aniž by bylo třeba vyměňovat snímací hlavy s cívkou. Toto provedení indukčních snímačů je dodnes velmi oblíbené a jeho vývojem vzniklo mnoho různých variant. Nejrozšířenější a všem důvěrně známý je indukční snímač ve válcovém pouzdru se závitem, jehož tvar se podobá závitovému čepu, takže může být velmi snadno namontován na jakýkoliv stroj či zařízení. Robustní pouzdro z mosazi či korozivzdorné oceli chrání elektroniku proti všem nepříznivým vlivům okolního prostředí a zároveň proti mechanickému poškození. V současnosti jsou k dispozici stovky různých modelů a provedení odpovídajících požadavkům průmyslové automatizace. Indukční snímač je elektronický prvek, jehož tvar musí být na rozdíl od ostatní elektroniky přizpůsoben přímo danému způsobu využití.
90. léta – použití integrovaných obvodů
V 90. letech minulého století zaznamenala elektronika indukčních snímačů podstatný krok vpřed. Byly představeny a použity integrované obvody, ty rozšířily funkčnost a zlepšily elektromagnetickou kompatibilitu (EMC). Nová koncepce oscilátoru otevřela cestu výrobě snímačů s redukčním faktorem 1 (obr. 1), které zaručují stejnou spínací vzdálenost i pro různé druhy kovů. Pro úlohy, kde je kladen velký důraz na odolnost a dlouhou životnost, jsou k dispozici snímače s aktivní snímací plochou z korozivzdorné oceli. U nich je nutné velmi citlivě vyhodnocovat signál, který prochází stěnou pouzdra snímače.
Mikrospínače jsou dnes již také tradiční součástí indukčních snímačů. Umožňují dosáhnout většího spínacího rozsahu a zjednodušují nastavení. Rovněž velmi usnadňují výrobu indukčních snímačů ve velkých sériích. Tyto skutečnosti ukazují, že vývoj indukčních snímačů v průběhu uplynulých padesáti let nikdy neskončil. Je stále poháněn novými požadavky, které kladou všichni, od výrobců strojů a zařízení až po plánovače výrobních závodů. Indukční snímače jsou stále znovu a znovu objevovány a tento trend bude pokračovat i v budoucnu.
Budoucnost indukčních snímačů
Pro úspěch indukčních snímačů hovoří několik argumentů. Cívka, jako základní prvek snímače, má příznivou cenu a je spolehlivá, snímače jsou velmi odolné a snadno použitelné v různých průmyslových projektech. Znečištění a další nepříznivé okolní vlivy stěží kdy ovlivní jejich funkci. Tyto vlastnosti odlišují indukční snímače od jiných typů snímačů. Počet vyrobených a prodaných kusů každým rokem prudce roste.
I dnes existují zajímavé úlohy, v nich lze využít základní principy indukčního snímání, které poskytuje četné výhody. Dobrým příkladem je např. analogové odměřování polohy. Pomocí několik cívek umístěných v řadě za sebou se přesně měří vodorovný posun kovového předmětu s přesností desetiny milimetru. Mikrospínač vyhodnocuje utlumení různých cívek pod referenčním bodem, a tím určuje přesnou pozici. Výsledek měření je závislý na precizním vedení a vzdálenosti snímaného objektu. Tento příklad pěkně demonstruje, jak může být na principu starém padesát let s využitím moderní elektroniky postaveno spolehlivé a jednoduché zařízení.
Vývoj pokračuje
Různé senzory a snímače jsou „smysly“ strojů nepostradatelné pro jejich automatizaci. V zásadě pouze přeměňují fyzikální jevy na elektrické. Cívka jako základní prvek propůjčuje indukčnímu snímači schopnost měřit dokonale přiblížení a polohu. Dokud budou stroje a zařízení konstruovány převážně z kovových materiálů, je úspěch indukčních snímačů zaručen. O současné široké nabídce indukčních snímačů společnosti Pepperl+Fuchs se mohou zájemci přesvědčit na
www.pepperl-fuchs.cz
(Pepperl+Fuchs s. r. o.)
Obr. 1. Indukční snímač s redukčním faktorem 1