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來源：DigiKey 作者：Eric J. Halvorson 工業(yè)傳感器能將物理參數(shù)轉(zhuǎn)換為用于各種應(yīng)用的信號，使其在工業(yè)環(huán)境中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。那么，設(shè)計人員如何確保為產(chǎn)品選擇合適的工業(yè)傳感器呢？ 工業(yè)傳感器用于監(jiān)控、測量和檢測工業(yè)環(huán)境中的環(huán)境或運行條件變化。這些傳感器可將溫度、壓力、振動、接近情況、光線、濕度或化學(xué)特性等物理變量轉(zhuǎn)換為信號，供系統(tǒng)或控制器進(jìn)行測量、分析或監(jiān)控。這些傳感器收集的數(shù)據(jù)對于在制造、能源、汽車、航空航天等各個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)過程自動化、提高安全性和效率極為重要。 
圖 1：工廠內(nèi)安裝的直線傳送帶上的光學(xué)傳感器。（圖片來源：Adobe Stock） 工業(yè)傳感器的關(guān)鍵作用 工業(yè)傳感器所發(fā)揮的關(guān)鍵作用不容低估，這些設(shè)備對于實現(xiàn)工業(yè)環(huán)境中的自動化、安全、質(zhì)量控制措施等尤為重要。 工業(yè)傳感器是過程自動化不可或缺的部分，可使機器和系統(tǒng)在運行時只需極少的人為干預(yù)。這些設(shè)備有助于確保裝配線、機器人系統(tǒng)和包裝流程等操作的精確性和一致性。 通過監(jiān)測振動、溫度或壓力等設(shè)備狀況，傳感器可針對潛在設(shè)備故障提供早期預(yù)警信號，從而實現(xiàn)預(yù)見性維護(hù)并減少計劃外停機時間。 傳感器還能通過監(jiān)測溫度、壓力和尺寸精度等變量，確保生產(chǎn)流程符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。例如，光學(xué)傳感器可以測量產(chǎn)品尺寸，以確保質(zhì)量保持一致性。 在危險環(huán)境中，這些功能可以成為檢測不安全狀況的關(guān)鍵（如氣體泄漏或過熱等），并觸發(fā)警報或安全機制，以防止事故發(fā)生。 同時，通過監(jiān)測溫度、能源用量或液位等因素，傳感器有助于優(yōu)化過程，減少浪費和能耗。 此外，工業(yè)傳感器還能實時監(jiān)控各種工業(yè)過程，從而將數(shù)據(jù)輸入控制系統(tǒng)進(jìn)行及時調(diào)節(jié)和優(yōu)化，并幫助確保平穩(wěn)、高效的運行。
圖 2：利用磁性檢測振動的傳感器。（圖片來源：Adobe Stock） 為產(chǎn)品尋找合適工業(yè)傳感器帶來的煩惱 面對種類繁多的工業(yè)傳感器，為產(chǎn)品選擇合適的工業(yè)傳感器往往是一項復(fù)雜的任務(wù)。 為工業(yè)傳感器獲取清晰、全面的文檔便是主要困難之一。不同制造商提供的信息通常詳盡程度不同，因此很難直接比較傳感器規(guī)格。這類文檔有時可能過于技術(shù)化或缺乏實用信息，使人難以理解傳感器如何與現(xiàn)有系統(tǒng)集成或在特定條件下運行。此外，在某些情況下，產(chǎn)品文檔可能因為沒有更新而不能反映更新的型號或者固件更新情況，或者在制造商的網(wǎng)站上也很難找到產(chǎn)品文檔。 工業(yè)環(huán)境中通信協(xié)議的多樣性往往也是選擇傳感器時的另一個痛點。工業(yè)環(huán)境可能依賴各種協(xié)議，如 Modbus、PROFINET、EtherNet/IP 或其他協(xié)議。有些傳感器可能不支持某些協(xié)議，導(dǎo)致與現(xiàn)有控制系統(tǒng)不匹配，或需要進(jìn)行昂貴、耗時的修改。此外，還要解決互操作性問題，確保所選傳感器能與現(xiàn)有硬件和軟件有效通信極其重要。在某些情況下，可能需要額外的硬件（如網(wǎng)關(guān)或轉(zhuǎn)換器）才能使傳感器與系統(tǒng)兼容，從而使集成工作變得更加復(fù)雜。 與 IO-Link 集成是另一個問題點，因為該通信標(biāo)準(zhǔn)對于傳感器和執(zhí)行器來說相對較新。雖然該協(xié)議的優(yōu)勢巨大，但要采用該協(xié)議也會遇到一些挑戰(zhàn)。陡峭的學(xué)習(xí)曲線、有限的知識資源以及與傳統(tǒng)系統(tǒng)的集成只是其中的一些挑戰(zhàn)。 最后，還存在一個問題，那就是如何找到一家所需傳感器有足夠庫存的經(jīng)銷商。對于采用精益庫存模式或需要及時生產(chǎn)的行業(yè)來說，這是一項尤為緊迫的挑戰(zhàn)。 值得慶幸的是，DigiKey 在工業(yè)傳感器市場中脫穎而出，可提供來自行業(yè)領(lǐng)先供應(yīng)商的各種高質(zhì)量傳感器。本文將對此作進(jìn)一步探討。
圖 3：自動化機器視覺檢測工具中使用的光學(xué)傳感器。（圖片來源：Adobe Stock） 選擇工業(yè)傳感器時應(yīng)優(yōu)先考慮的事項 在選擇工業(yè)傳感器時，遵循結(jié)構(gòu)化的決策層次可簡化流程，并確保所選傳感器符合應(yīng)用要求。一般來說，可遵循的決策層結(jié)構(gòu)如下所示： · 傳感器類型 - 傳感器需要檢測什么？ · 傳感器認(rèn)證 - 傳感器是否需要遵守任何特定的認(rèn)證或標(biāo)準(zhǔn)？ · 通信能力 - 傳感器是否具備與現(xiàn)有自動化基礎(chǔ)設(shè)施通信的能力？ · 庫存和供貨能力 - 傳感器是否隨時可用、交付周期有多長、是否提供支持服務(wù)？ · 價格 - 從初始成本、總擁有成本和投資回報率的角度看，傳感器的價格對項目來說是否具有成本效益？ 在選擇工業(yè)傳感器時，遵循這一結(jié)構(gòu)可以幫助客戶縮小選擇范圍，找到最合適的傳感器。這些傳感器既能滿足技術(shù)要求、符合認(rèn)證要求、成功集成、隨時可用，又能為用戶節(jié)省成本。 DigiKey 提供的產(chǎn)品 DigiKey 提供各種不同的工業(yè)傳感器，幾乎能滿足所有需求。其磁性、接近、壓力和光學(xué)傳感器產(chǎn)品種類繁多，涵蓋 SICK、Honeywell、Banner Engineering、Pepperl+Fuchs、Endress+Hauser 等知名品牌。
圖 4：Honeywell 的 SNG-SPRC-002（上）和 SNG-SPRD-004（下）。（圖片來源：Honeywell） Honeywell 的 SNG-S 系列速度傳感器是 DigiKey 磁性傳感器系列的典型產(chǎn)品，采用專門設(shè)計的 IC 和永久磁鐵、堅固耐用的探針型封裝。該系列傳感器可檢測到磁鐵在靠近鐵金屬時磁通密度的變化，并提供頻率與齒輪速度成正比的數(shù)字脈沖輸出。傳感器的性能取決于靶材料、幾何形狀、速度、傳感器/目標(biāo)間隙和溫度等因素。SNG-S 系列具有從 -40°C 到 +140°C 不等的寬工作溫度范圍，對裝配過程中的角度旋轉(zhuǎn)不敏感，環(huán)境密封等級為 IP69K。此外，該系列還具有強大的電氣抗噪能力（額定值為 100 V/m）、零速檢測、0 Hz 至 15 kHz 的高頻開關(guān)能力，以及用于可靠安裝的 O 形密封圈。該系列傳感器兼容 4.5 V 至 24 V 的電源電壓，并通過了 CE 認(rèn)證。
圖 5：Banner Engineering 的 K50RF-8060-LDQ 雷達(dá)傳感器。（圖片來源：Banner Engineering） Banner Engineering 的 K50R R-GAGE 雷達(dá)傳感器系列是 DigiKey 廣泛的接近傳感器系列之一，該系列能為室內(nèi)和室外環(huán)境提供堅固耐用、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。該系列傳感器包括精度可與超聲波傳感器媲美的 40° x 30° 型器件，以及涵蓋領(lǐng)域更廣的 80° x 60° 型器件。這些傳感器是自動導(dǎo)引車 (AGV)、油箱液位管理和電動汽車充電站車輛檢測等應(yīng)用的理想之選。K50R 系列可通過 Banner Measurement Sensor 軟件進(jìn)行簡單集成，可提供離散和模擬雙輸出選項，并配有各種安裝配件，因此安裝靈活。這類傳感器的防護(hù)等級為 IP67，可抵御雨、雪、霧、蒸汽的侵襲，抵御風(fēng)吹日曬，從而確保在任何環(huán)境下都能出色地工作。這類傳感器防塵、耐污、耐蒸汽且溫度效應(yīng)極小，可實現(xiàn)穩(wěn)定的測量，并具有 5 m 寬的測量范圍和 50 mm 的短死區(qū)。此外，由于不存在串?dāng)_，因此可將多個這類傳感器近距離安裝，而不會產(chǎn)生串?dāng)_。
圖 6：Endress+Hauser 的 Cerabar PMC21 系列緊湊型壓力變送器。（圖片來源：Endress+Hauser） Endress+Hauser 的 Cerabar PMC21 系列緊湊型壓力變送器采用陶瓷無油傳感器。該系列經(jīng)久耐用，抗壓力沖擊。其陶瓷電池在低壓和真空應(yīng)用中性能出色。PMC21 系列可測量 100 mbar 至 40 bar 的絕對壓力和表壓。該系列主要通過 4 mA 至 20 mA 信號進(jìn)行通信，通過 M12 或閥門插頭連接。傳感器范圍和過程連接應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行定制。該系列變送器專為要求苛刻的過程工業(yè)環(huán)境而設(shè)計，具有高達(dá) IP68 的侵入防護(hù)等級、經(jīng)久耐用的 Ceraphire 膜和 316L 不銹鋼外殼。該系列通過了多種認(rèn)證，包括危險區(qū)域和船舶認(rèn)證，使其適用于各種各樣的應(yīng)用。該系列使用方便、性能卓越、長期穩(wěn)定，而且材料質(zhì)量上乘，讓用戶受益匪淺。 DigiKey 還為客戶提供了一系列出色的光學(xué)傳感器，如 Pepperl+Fuchs 的 VOC 工業(yè)事件相機、SICK 的 CLV69x 系列器件。
圖 7：Pepperl+Fuchs 的 VOC10M-F256-B12-V1D-CR03 傳感器。（圖片來源：Pepperl+Fuchs） Pepperl+Fuchs 的 VOC 工業(yè)事件攝像機設(shè)計用于在觸發(fā)信號前后記錄長達(dá) 60 s 的事件驅(qū)動型視頻，以便進(jìn)行有針對性的遠(yuǎn)程診斷和自動記錄。當(dāng)發(fā)生故障、預(yù)定義狀態(tài)或過程時，攝像機會捕捉視頻，并自動打上時間戳，還可通過用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議接口進(jìn)行動態(tài)文本疊加，使文件檢索更加快捷方便。該器件是監(jiān)控自動化高架倉庫和安防應(yīng)用的理想之選，具有用于訪問視頻文件和進(jìn)行直播的網(wǎng)絡(luò)接口、用于自動錄制的視頻環(huán)形緩沖器，以及通過 UDP、REST API 或數(shù)字硬件輸入進(jìn)行集成的觸發(fā)器。這款攝像機支持 0.05 m 至無限遠(yuǎn)的安裝距離，分辨率高達(dá) 1280 x 720（高清），可在 8 GB microSD 卡上最多存儲 10,000 個事件。該攝像機的工作電壓為 18 VDC 至 28 VDC，使用 TCP/IP、HTTP、FTP 和 RTSP 等協(xié)議，防護(hù)等級為 IP65。
圖 8：SICK 的 CLV690-1000（左）和 CLV691-0000（右）。（圖片來源：SICK） SICK 的 CLV69x 系列條形碼掃描儀內(nèi)置 SMART+ 代碼重建技術(shù)，即使條形碼受到污染和損壞，也能讀取信息。這些固定安裝式一維條形碼掃描儀具有卓越的讀取和高速處理性能以及高精確度，其自動對焦特性使用內(nèi)置距離測量功能，可在掃描區(qū)域內(nèi)讀取與高度無關(guān)的條形碼。此外，具有用戶友好型界面的 SOPAS ET 操作系統(tǒng)可確保進(jìn)行簡單的參數(shù)化。通過集成跟蹤功能，該掃描儀可以管理標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，而無需增加系統(tǒng)控制器。該掃描儀采用創(chuàng)新型連接功能（包括內(nèi)置參數(shù)存儲），方便快速更換掃描儀以及輕松集成到各種應(yīng)用中。主要功能包括用于大景深的實時自動對焦、靈活的克隆插頭技術(shù)、CAN、以太網(wǎng)和串行通信，以及高級分類、過濾和邏輯功能。集成式 LED 條形圖和按鈕提高了可用性。 結(jié)束語 DigiKey 提供種類繁多的工業(yè)傳感器，可確�？蛻粽业竭m合其特定需求的產(chǎn)品，為自動化領(lǐng)域帶來無與倫比的價值。SICK 和 Banner 以其先進(jìn)的傳感器和對物聯(lián)網(wǎng)集成的創(chuàng)新貢獻(xiàn)而著稱。Pepperl+Fuchs 在傳感器通信領(lǐng)域表現(xiàn)出色，而 Endress+Hauser 的優(yōu)勢是測量儀器，尤其在壓力和流體測量檢測方面處于領(lǐng)先地位。盡管 Honeywell 是一家規(guī)模較小的公司，但其提供的特種傳感器擴(kuò)大了 DigiKey 的多樣化產(chǎn)品組合，其產(chǎn)品范圍比任何競爭對手都要廣泛。 |
