سنسور چیست ؟ سنسور ها بعنوان جزء جدا ناپذیر تجهیزات اتوماسیون در پلنت های صنعتی بشمار می روند. بدون حضور آن ها بخش هایی از ماشین آلات و فرآیند ها، ناتوان از عملکرد صحیح خود هستند. بنابراین انتخاب درست یک سنسور جدید یا جایگزین برای مهندسان امری حیاتی است و نیازمند فهم کاملی از محیط اپلیکیشن، طراحی سوییچ و روش های نصب می باشد. در این مقاله با ما همراه باشید تا شما را با مفهوم سنسور و انواع آن آشنا کنیم.
مفهوم سنسور
سنسور یا حسگر همان طور که از نام آن پیداست می تواند مقدار یا تغییرات یک کمیت فیزیکی را حس کند. در
واقع سنسور ها وسیله هایی الکتریکی هستند که تغییرات کمیت های فیزیکی را با تغییرات مقادیر الکتریکی متناسب میکنند.
سنسور ها را می توان بر اساس پارامتر های مختلف مانند نوع کمیت فیزیکی یا شیمیایی مورد اندازه گیری ، نوع سیگنال خروجی و یا تکنولوژی ساخت و عملکرد آنها به گروه های مختلفی دسته بندی کرد.
انواع سنسور ها
سنسورهای ifm را بر اساس نوع کاربرد می توان در چهار دسته زیر تقسیم بندی کرد:
- سنسورهای موقعیت
- سنسور فرآیند
- سنسور کنترل حرکت
- سنسور های کنترل وضعیت
سنسورهای موقیعیت
این سنسورها جهت تشخیص موقعیت یک جسم در طی فرآیند صنعتی استفاده می گردد و می تواند از تکنولوژی های زیر استفاده کند.
1- سنسور القایی (inductive sensor): این سنسورها که از گروه سنسورهای بدون تماس (proximity sensor) هستند، از اجزای ضروری فرآیندهای صنعتی امروزه می باشند. در مقایسه با سویچ های مکانیکی دارای مزایای فراوان از جمله کاردکرد بدون تماس، بدون سایش، فرکانس کاری و دقت بالا هستند، در ضمن نسبت به رطوبت، ارتعاش و گرد و غبار نیز حساس نیستند، اسن سنسورها بر طبق خاصیت الکترومغناطیس کار می کنند و پس از تولید یک میدان الکترومغناطیس فرکانس بالا می توانند حضور یک جسم فلزی و یا رسانا را بر اساس تغییرات میدان الکترومغناطیسی مشخص کند.از برندهای معروف این نوع، می توان به سنسورالقایی ifm اشاره کرد.
2- سنسور فتوالکتریک (Photoelectric sensors): این سنسورها از گروه سنسورهای نوری (optical sensor) میباشند که از نور برای تشخیص وجود اجسام استفاده میکنند. همچنین از این سنسورها برای تشخیص شکل، رنگ، فاصله و ضخامت اجسام استفاده میگردد
این سنسورها با استفاده از پدیده جذب، انعکاس، شکست و یا پراکندگی نور بر روی مواد و سطوح مختلف از انواع شیشه، پلاستیک و فلز کار می کنند. این سنسورها شامل یک ترانسمیتر جهت تولید پرتو نور و یک گیرنده جهت شناسایی پرتو نور منعکس شده و یا پراکنده شده توسط جسم هدف میباشد
3- سنسورهای خازنی (Capacitive Sensor): این سنسورها نیز جهت تشخیص بدون تماس اجسام استفاده شده و در مقایسه با سنسورهای القایی میتوانند هم اجسام فلزی و هم اجسام غیر فلزی را تشخیص دهند. شرکت ifm
4- سنورهای مغناطیسی(Magnetic sensors) : این سنسورها جهت تشخیص بدون تماس اجسام بکار می روند و از آنجا که خاصیت مغناطیسی می تواند از بسیاری مواد عبور کند، این سنسورها اجسام را از پشت آلومینیوم، چوب، شیشه و … تشخیص میدهند. از مزایای اصلی این نوع سنسورها فاصله تشخیص بالا میباشد
5- سنسورهای آلتراسونیک(Ultrasonic sensors) : از این سنسورها جهت تشخیص دقیق فاصله اجسام جامد، مایع و پودری استفاده میگردد. این سنسورها امواج صوتی را درمحدوده فراصوت ارسال و پس از برخورد به جسم هدف، دریافت کرده و فاصله جسم از سنسور را به صورت دقیق و قابل اعتماد مشخص میکنند. این سنسورها حتی در شرایط سخت مثل گرد و غبار و رطوبت نیز به خوبی کار میکنند.
6- سنسورهای موقعیت شیر (Valve Sensor)
7- سنسورهای موقعیت جک (Cylinder Sensor)
8- سنسورهای راداری (Radar Sensor)
سنسورهای فرآیند
این سنسورها جهت تعیین مشخصات مایعات در صنایع مختلف استفاده شده و شامل موارد زیر میباشد
1- سنسور فشار/ سنسور خلا
2- سنسور سطح
3- سنسور جریان
4- سنسور دما
سنسورهای تحلیلی
این سنسورها شامل سنسورهای تشخیص هدایت الکتریکی، سنسور ارزیابی کیفیت روغن و سنسور تشخیص رطوبت هوا می باشد.
سنسورهای هدایت الکتریکی جهت استفاده در صنایع غذایی طراحی و هدایت الکتریکی و غلظت موارد را تشخیص میدهند، همچنین میتوانند جهت تمایز بین مواد شستشو، آب شستشو و مواد غذایی استفاده گردند، در این صورت هم امکان ردیابی متناوب محصول وجود خواهد داشت و هم بدون تنظیمات سنسور می توان از هدر رفت محصول و آب شستشو نیز جلوگیری کرد
سنسور روغن نیز جهت ارزیابی کیفیت روغن هیدرولیک استفاده شده و میتواند ذرات و رطوبت را در روغن تشخیص دهد
سنسورهای کنترل حرکت
این دسته از سنسورها شامل انکودرها، سنسورهای سنجش شیب و سنسورهای سرعت می باشند:
سنسورهای سنجش شیب
از سنسورهای کنترل وضعیت نیز می توان به سنسورهای ارتعاش و سنسور های سرعت اشاره کرد.
تقسیم بندی سنسور ها بر اساس نوع کمیت مورد اندازه گیری
سنسور ها را بر اساس جنس کمیت فیزیکی که می توانند حس کرده و اندازه گیری کنند به گروه های مختلفی می توان تقسیم بندی کرد.
- سنسور دما
- سنسور رطوبت ifm
- سنسور فشار
- سنسور دبی
- سنسور سطح
- سنسور وزن
- سنسور نوری
- سنسور القایی
- سنسور خازنی
- سنسور مغناطیسی
- سنسور لرزش
- و…
هر کدام از این سنسور ها ممکن است از مکانیزم ها و تکنولوژی های متفاوتی برای اندازه گیری یک کمیت استفاده کنند که هر کدام متناسب با صنایع و کاربرد های خاصی می باشد.
تقسیم بندی سنسور ها بر اساس نوع سیگنال الکتریکی خروجی
به طور کلی خروجی سنسور ها به دو گروه دیجیتال و آنالوگ تقسیم می شوند.
سنسور دیجیتال
سنسور های دیجیتال دارای خروجی دیجیتالی هستند. به این معنی که فقط به صورت وصل و قطع یا وجود و عدم وجود کار می کنند. به عبارت دقیقتر می توان گفت تا وقتی که پدیده مورد نظر را حس نکرده و اتفاق نیافتاده خروجی آن در حالت اول قرار دارد و هنگامی که چیزی را حس می کند خروجی تغییر وضعیت داده و به حالت خروجی دوم می رود. منظور از حالت اول و دوم قطع یا وصل بودن خروجی می باشد که اگر سنسور در حالت اول ( قبل از تحریک ) قطع باشد بعد از تحریک وصل می شود و برعکس. در بحث ابزار دقیق به این حالات NormalyOpen و Normaly close می گویند.
مفهوم Normaly open : همانطور که از اسم این مفهوم مشخص است یعنی مدار آن تا قبل از تحریک باز بوده و خروجی به ما نمی دهد. اما به محض تحریک سنسور، مدار آن بسته شده و خروجی آن وصل می شود.
مفهوم Normaly close : تجهیزات از نوع نرمالی کلوز بر عکس نوع نرمالی اپن، در حالتی عادی وصل هستند و پس از تحریک قطع می گردند.
هر کدام از این نوع تجهیزات موارد استفاده و کاربرد های خود را دارند. مورد دیگری که در نوع خروجی های دیجیتال وجود دارد PNP یا NPN بودن خروجی سنسور می باشد. در ادامه با هرکدام از این نوع خروجی ها بیشتر آشنا خواهیم شد.
همان طور که می دانید معمولا در صنعت برای وصل یا قطع کردن مصرف کننده ها از رله و یا کنتاکتور استفاده می شود. خود این رله ها یا کنتاکتور ها برای فعال شدن نیاز به اعمال ولتاژ الکتریکی به پایه های مثبت و منفی ورودی خود دارند. در مبحث PNP یا NPN بودن سنسور ها بحث سر این است که ما برای فعال کردن بوبین رله یا کنتاکتور خود بایستی مقدار مثبت را از خروجی سنسور دریافت کرده و مقدار منفی را خودمان از منبع تغذیه تامین کنیم و یا مقدار منفی پایه های بوبین را از خروجی سنسور گرفته و مقدار مثبت را خود توسط منبع تغذیه تامین کنیم.
خروجی PNP: در سنسور های خروجی نوع PNP خروجی سنسور مقدار مثبت دارد. لذا باید خروجی سنسور به پایه مثبت بوبین رله متصل شده و مقدار منفی بوبین رله مستقیما به منبع تغذیه متصل گردد. در واقع در این نوع خروجی با فعال یا غیر فعال شدن سنسور مقدار مثبت ولتاژ در حال قطع و وصل می باشد.
خروجی NPN: در سنسور های خروجی نوع NPN خروجی سنسور مقدار منفی (یا همان صفر ولت( دارد. لذا باید خروجی سنسور به پایه منفی بوبین رله متصل شده و مقدار مثبت بوبین رله مستقیما به منبع تغذیه متصل گردد. در این نوع خروجی با فعال یا غیر فعال شدن سنسور مقدار منفی ولتاژ در حال قطع و وصل می باشد.
شکل زیر ساختار الکترونیکی سنسور های PNP و NPN را نشان می دهد.
سنسور آنالوگ
سنسور های آنالوگ دارای خروجی آنالوگ هستند. سیگنال های آنالوگ در واقع یک سیگنال پیوسته هستند. که می توانند در هر لحظه از زمان هر مقداری داشته باشند. این خروجی پوسته در کنترل کننده ها پردازش شده و با توجه به برنامه نویسی که برای آن انجام شده مقدار خوانده شده توسط سنسور را به مقدار واقعی آن کمیت تبدیل می کند.
برای مثال فرض کنید که یک سنسور آنالوگ فشار دارید و می خواهید مقدار لحظه ای فشار را اندازه گیری کرده و نمایش دهید. در این صور ت بایستی با توجه به رنج کاری سنسور، مقدار سیگنال خوانده شده را توسط برنامه نویسی روی کنترل کننده به مقدار فشار متناسب با آن تبدیل کنید.
البته لازم به ذکر است که هر سیگنالی در هر رنج ولتاژ یا جریان برای کنترل کننده ها قابل تشخیص نیست. و باید در یک محدوده استاندارد قرار داشته باشد. معمولا سیگنال های خروجی سنسور ها در حد میلی ولت یا میکرو آمپر هستند که در بازه استاندارد قرار ندارد. لذا بایستی ز مدارات تقویت کننده برای تبدیل این سیگنال ها به سیگنال های قابل فهم برای کنتذل کننده ها استفاده نمود. امروزه استاندارد های مختلفی برای رنج این سیگنال ها وجود دارد که برخی از آنها از نوع ولتاژ و برخی دیگر از نوع جریان هستند. رنج های 0 تا 10 ولت ، 1 تا 5 ولت ، 2 تا 10 ولت ، 0 تا 20 میلی آمپر و 4 تا 20 میلی آمپر از پرکاربرد ترین رنج ها می باشند.
تفاوت ورودی خروجی های دیجیتال و آنالوگ:
ورودی خروجی های دیجیتال تنها دارای دو حالت قطع یا وصل (روشن یا خاموش) هستند. برای مثال یک کلید یا وصل است یا قطع و یا یک لامپ یا روشن است یا خاموش. اما مقادبر آنالوگ یک بازه از مقادیر را به ما میدهد. برای مثال شدت گشتاور یک موتور الکتریکی را با یک سیگنال آنالوگ کنترل می کنند.
به عنوان مثال یک سنسور دما اگرخروجی دیجیتال داشته باشد هنگامی که مقدار دما به مقدار تنظیم شده توسط کاربر می رسد یک سیگنال میدهد. اما دیگر مقدار لحظه ای دما را اندازه نمیگیرد. در حالی که توسط مقادیر آنالوگ می توان دمای هر لحظه را اندازه گیری کرد.
دسته بندی سنسور ها بر اساس نوع تغذیه ورودی
برای راه اندازی سنسور ها نیاز به یک منبع تغذیه خارجی است که ممکن است این منبع یک مقدار DC یا AC (معمولا DC) باشد.هر سنسور در هنگام کار کردن مقداری جریان اکتریکی از مدار می کشد که مقدار حداکثر آن با عنوان حداکثر جریان مصرفی در اطلاعات سنسور قید می گردد.
مزایای استفاده از سنسور ها
1. سرعت کلیدزنی (سوئیچینگ) بالا
سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت کلیدزنی بالایی برخوردارند، بطوری که در برخی از سنسورها تا سرعت 25KHZ کار می کنند.
2. طول عمر زیاد
به دلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و غیره دارای طول عمر زیادی هستند.
3. عدم نیاز به نیرو و فشار
با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.
4. قابل استفاده در محیط های مختلف با شرایط سخت کاری
سنسورها در محیط های با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و غیره قابل استفاده می باشند. به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی Bouncing noise ایجاد نمیشود.
5. عدم ایجاد نویز در هنگام کلیدزنی
به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم Bouncing noise ایجاد نمی شود.
برخی پارا مترها در سنسور ها
1. فرکانس کلیدزنی
حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد . (این واحد بر حسب هرتزHZ بیان می شود)
این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با این شرایطاندازهگیری می شود.
2. S فاصله کلیدزنی
فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور بهنگام عمل سوئیچینگ می باشد.
3. Sn فاصله کلیدزنی نامی
فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت، ولتاژ و غیره تعریف شده است.
4. Sr فاصله کلیدزنی موثر
فاصله کلیدزنی تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سانتیگراد می باشد. در این حالت خطاها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند. 0.9 < Sr < 1.1 Sn
5. Su فاصله کلیدزنی مفید
فاصله ای است که در رنج حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود.
0.81 Sn < Su <1.21 Sn
6. Sa فاصله کلیدزنی عملیاتی
فاصله ای است که تحت شرایط مجاز ، عملکرد سنسور گارانتی شده است . 0 < Sa < 0.81 Sn
کاربرد سنسورها
- شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری
- کنترل حرکت پارچه و …: سنسور نوری و خازنی
- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح
- تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری
- کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی
- کنترل تردد: سنسور نوری
- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی
- اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی، نوری، اولتراسونیک
سخن پایانی
در این مقاله از ما سعی کردیم مفهوم سنسور چیست را بطور کامل برای شما شرح دهیم. امیدواریم این مقاله همانند سایر مقالات سایت هیدروپردازش صنعت اطلاعاتی رو به شما اضافه کرده باشد.
شرکت هیدروپردازش صنعت با داشتن نمایندگی ifm آلمان می تواند سنسور های مد نظر شما را در کوتاه ترین زمان به دست شما برساند.