挑選適合產品的工業感測器

工業感測器在工業環境中扮演關鍵角色，能將物理參數轉換成可用於眾多應用的訊號。那麼，設計人員如何確保挑選到適合產品的工業感測器呢？

工業感測器是在工業場景中，針對環境或操作條件的變化進行監測、測量和偵測的設備。這些感測器會將溫度、壓力、振動、接近度、光、濕度或化學特性等物理變數轉換成可由系統或控制器進行測量、分析或監測的訊號。這些感測器收集的資料對於製造、能源、汽車、航太等產業的流程自動化、安全性改善和效率提升來說相當重要。

圖 1：光學感測器安裝在工廠的生產線上。(圖片來源： Adobe Stock)

工業感測器的關鍵作用

工業感測器的關鍵作用不容小覷，這些裝置對於在工業環境中促成自動化、安全、品管措施等來說至關重要。

工業感測器是自動化過程不可或缺的一部分，能讓機器和系統在最少的人工干預下運行。這有助於確保裝配線、機器人系統和包裝流程等作業達到精準度和一致性。

透過設備狀態的監測，例如振動、溫度或壓力等，感測器能對設備的潛在故障提供預警，進而促成預測性維護並減少非預期的停機時間。

感測器還可透過溫度、壓力和尺寸精度等變數的監測，來確保製程符合所需的標準。舉例而言，光學感測器可能會測量商品的尺寸，以確保品質一致性。

在有害環境中，這些功能是偵測不安全情況 (如瓦斯洩漏或過熱) 的關鍵，並可觸發警報或安全機制，以避免發生事故。

除此之外，透過溫度、能源使用量或液位等因素的監測，感測器有助於達到流程最佳化、減少浪費和能源消耗。

此外，工業感測器可以即時監測多種工業製程，將資料饋送到控制系統，以便及時調整和最佳化，有助於確保順暢高效的運作。

圖 2：利用磁性元件進行偵測的振動感測器。(圖片來源：Adobe Stock)

尋找適合產品的工業感測器時遭遇的困難

工業感測器的選擇如此之多，要挑選適合產品的工業感測器通常是一項複雜的任務。

有個主要的困難在於取得清晰、全面的工業感測器說明文件。不同的製造商通常可以提供的細節程度有所不同，因此很難直接進行規格的比較。說明文件有時可能過於技術性或缺乏實用資訊，因此很難瞭解感測器如何與既有系統整合或在特定條件下運作。此外，在某些情況下，產品說明文件可能沒有更新以反映較新的型號或韌體更新，又或者可能很難在製造商的網站上找到。

在挑選感測器時，工業環境中通訊協定的多樣性也經常是另一個痛點。工業環境可能需仰賴多種通訊協定來運作，例如 Modbus、PROFINET、EtherNet/IP 或其他協定。某些感測器可能不支援特定協定，導致與既有控制系統不匹配，或者需要昂貴且耗時的改造。此外，還需要考量互通性的問題，因為確保所選的感測器能與既有的軟硬體進行有效的通訊相關重要。在某些情況下，可能需要額外的硬體 (如閘道器或轉換器) 以便感測器與系統相容，但這又會加深整合的複雜性。

與 IO-Link 的整合則是另一個問題點，因為對感測器和致動器來說，此通訊標準相對較新。雖然此標準可帶來顯著的好處，但在採用上可能會帶來一些挑戰，包括陡峭的學習曲線、有限的知識資源可用性，以及與傳統系統的整合等等。

最後一定都會遇到的問題就是，找到一家有足夠所需感測器庫存的經銷商。對於採用精簡庫存模式運作或需要及時製造的產業來說，這項挑戰特別急迫。

幸好，DigiKey 提供來自業界領先供應商豐富多樣的高品質感測器，因此在工業感測器市場脫穎而出。這一點將在本文後面進一步探討。

圖 3：用於自動化機器視覺檢驗工具的光學感測器。(圖片來源：Adobe Stock)

挑選工業感測器時的優先考量為何

挑選工業感測器時，遵循結構化的決策層級結構不僅能簡化流程，也可確保所選的感測器符合應用要求。通常會有個決策層級結構可以遵循，類似以下這個：

• 感測器類型 – 感測器要偵測什麼？
• 感測器認證 – 感測器是否要遵守任何特定的認證或標準？
• 通訊能力 – 感測器是否能與既有的自動化基礎設施通訊？
• 庫存和可供貨性 - 感測器是否隨時可用、前置時間多久，是否有提供支援服務？
• 價格 – 感測器的價格在專案的初始成本、總擁有成本和投資回報方面是否符合成本效益？

在挑選工業感測器時遵循這個結構，就可幫助客戶縮小選擇範圍，並找到最合適的感測器，不僅滿足技術要求、符合認證規定、可順利整合、隨時可用，而且不用花費天價。

DigiKey 品項

DigiKey 提供眾多類型的工業感測器，幾乎可以滿足任何需求。提供豐富的磁性、接近、壓力和光學感測器，包括來自 SICK、Honeywell、Banner Engineering、Pepperl+Fuchs、Endress+Hauser 等知名品牌的產品。

圖 4：Honeywell 的 SNG-SPRC-002 (上) 和 SNG-SPRD-004 (下)。(圖片來源：Honeywell)

Honeywell 的 SNG-S 系列速度感測器就是 DigiKey 磁性感測器品項的絕佳範例之一，其採用專門設計的 IC，並在堅固的探頭型封裝中裝入永久磁鐵。這些感測器可在鐵金屬接近時偵測磁鐵的磁通密度變化，以便提供頻率與齒輪速度成正比的數位脈衝輸出。感測器的效能取決於目標材料、幾何形狀、速度、感測器／目標間隙以及溫度等因素。SNG-S 系列提供 -40°C 至 +140°C 的寬廣工作溫度範圍，且對組裝期間的角度旋轉並不敏感，並可提供 IP69K 等級的環境密封。此外，還具有額定值高達 100 V/m 的強大抗電氣雜訊能力、零速偵測、0 Hz 至 15 kHz 的高頻切換能力，以及穩固安裝用的 O 形環密封。這些感測器相容於 4.5 V 至 24 V 的電源電壓，並通過 CE 認證。

圖 5：Banner Engineering 的 K50RF-8060-LDQ 雷達感測器。(圖片來源：Banner Engineering)

Banner Engineering 的 K50R R-GAGE 雷達感測器系列屬於 DigiKey 豐富的接近感測器品項之一，可針對室內和戶外環境提供堅固、經濟高效的解決方案。這些感測器提供 40° x 30° 款式，精度可媲美超音波感測器，也有 80° x 60° 型號，提供更廣大的覆蓋範圍，非常適合自動導引車 (AGV)、油箱液位管理和電動車充電站的車輛偵測等應用。K50R 系列可通過 Banner Measurement Sensor 軟體進行r簡易整合，並具有雙離散和類比輸出的選項，更提供多種安裝配件，可達到靈活安裝。感測器具有 IP67 防護等級，可防雨、防雪、防霧、防蒸汽、防風和防陽光，確保在任何環境中都有傑出的運作表現。不受灰塵、污垢和蒸汽的影響，且僅有最小的溫度影響，因此可達到穩定測量，並提供 5 m 寬的測量範圍和 50 mm 小的死角。此外，由於沒有串音，因此可讓多個感測器緊密安裝而不會產生干擾。

圖 6：Endress+Hauser 的 Cerabar PMC21 系列緊湊型壓力發射器。(圖片來源： Endress+Hauser)

Endress+Hauser 的 Cerabar PMC21 系列緊湊型壓力發射器採用陶瓷無油感測器，不僅堅固耐用，且抗壓力衝擊。其陶瓷單元在低壓和真空應用中可達到優異表現。PMC21 系列可測量 100 mbar 至 40 bar 的絕對壓力與和計示壓力。通訊主要是透過 4 mA 至 20 mA 的訊號，透過 M12 或閥塞連接達成。感測器範圍和加工接線應依據特定的應用需求進行客製化。這些發射器專為加工產業的嚴峻環境而設計，具有高達 IP68 的防護等級、超耐用的 Ceraphire 膜和 316L 不鏽鋼外殼。擁有多項認證，包括危險區域和船舶認證，適用於眾多應用。使用者可受益於這些裝置的使用簡便性、高效能、長期穩定性和卓越的材料品質。

DigiKey 還為客戶提供優異的光學感測器系列，例如 Pepperl+Fuchs VOC 工業事件攝影機或 SICK 的 CLV69x 系列。

圖 7：Pepperl+Fuchs 的 VOC10M-F256-B12-V1D-CR03。(圖片來源： Pepperl+Fuchs)

Pepperl+Fuchs 的 VOC 工業事件攝影機是事件導向的攝影裝置，可在觸發訊號前後各錄製長達 60 秒，有利於達到目標式遠端診斷和自動化記錄。當發生故障、預先指定的狀態或流程時，攝影機就會錄影，並且自動加入時間戳記，並且採用使用者資料報協定 (User Datagram Protocol) 介面提供動態文字重疊，因此能迅速簡便地取得檔案。非常適合用來監測自動化高架倉庫和保全應用，具有 Web 介面可用來存取影片檔與即時串流，也有視訊環形緩衝區可進行自動錄製，更可透過 UDP、REST API 或數位硬體輸入進行觸發，有利於整合。此攝影機支援 0.05 m 至無限遠的安裝距離，可提供高達 1280 x 720 (HD) 解析度，並可在 8 GB microSD 記憶卡上儲存多達 10,000 個事件。能以 18 VDC 至 28 VDC 電壓運作，並採用 TCP/IP、HTTP、FTP 和 RTSP 等協定，具有 IP65 防護等級。

圖 8：SICK 的 CLV690-1000 (左) 和 CLV691-0000 (右)。(圖片來源：SICK)

SICK 的 CLV69x 系列條碼掃描器內建 SMART+ 條碼重建技術，甚至可讀取受污染和損壞的條碼。這些固定式 1D 條碼掃描器具有優異的讀取效能、高速處理能力和高精準度，更具有自動對焦功能，能使用內建的距離測量功能在掃描區域內達到不受高度限制的條碼讀取。此外，具有使用簡便的 SOPAS ET 作業系統，可確保達到簡易的參數設定。透過整合式追蹤功能，此掃描器無需額外的系統控制器，即可處理標準應用。具有創新的連接性 (包括內建參數儲存區)，因此能快速更換掃描器並輕鬆整合到各種應用中。主要特點包括大景深的即時自動對焦、靈活的複製插頭技術、CAN、乙太網路和序列通訊，以及進階分類、過濾和邏輯功能。整合式 LED 長條圖附有按鈕可增強使用性。

結論

DigiKey 豐富的工業感測器品項可確保客戶找到滿足其特定需求的感測器，進而在自動化產業中提供無與倫比的價值。SICK 和 Banner 皆以其先進的感測器和對 IoT 整合的創新貢獻而聞名。Pepperl+Fuchs 在感測器通訊方面表現出色，而 Endress+Hauser 在測量儀表領域則位居領先地位，特別是在壓力和流體測量感測方面。雖然規模較小，但 Honeywell 提供的專用感測器可增強 DigiKey 的多元化產品組合，讓豐富度進一步超越競爭對手。