سنسور القایی

سنسور القایی

سنسور القایی (inductive sensor) یکی از پرکاربردترین سنسورها در صنعت می باشد، به عبارت دیگر سنسورهای القایی، سنسورهایی هستند که حرکت، موقعیت و یا حضور اجسام را بدون هیچگونه تماس فیزیکی تشخیص می دهند.

سنسورهای القایی سنسورهای بدون تماس هستند که اساسا بر مبنای مدارهای مغناطیسی بنا نهاده شده است، از این رو به آنها سنسورهای الکترومغناطیسی نیز می گویند.

 

سنسورهای القایی تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند به رله ها، شیرهای برقی ها، سیستم های اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی، فرمان هایی را به طور مستقیم ارسال نمایند.

انواع سنسور القایی

سنسورهای القایی را از چند جهت می توان دسته بندی کرد :

• سنسورهای القایی الکتریکی
• سنسور القایی دو سیمه Namur
•  سنسورهای دو سیمه DC, AC, AC/DC
• سنسور القایی سه سیمه و چهار سیمه DC
• بدنه، سایز و استحکام مکانیکی
• سنسورهای استوانه ای از سایز ۸ میلیمتر الی ۱۰۰ میلیمتر
• سنسورهای مکعبی در شکلهای مختلف
• سنسور القایی شیاردار
• تابع عملکرد
• نرمال باز – نرمال بسته
• آنالوگ ولتاژ و جریان
• خروجی رله
• خروجی خطی به‌صورت تغییر مقاومت داخلی(Namur)

کاربرد سنسور القایی

• خطوط تولید
• خطوط مونتاژ
• بسته بندی
• تشخیص موقعیت
• تشخیص حرکت
• کنترل حرکت
• تشخیص دور موتور
• قالب تزریق پلاستیک
• کاربردهای دریایی
• صنعت خودرو
• مورد استفاده در زمینه های پزشکی به عنوان مثال برای MRI
• تشخیص موقعیت و حرکت قطعات فلزی با سرعت حرکت بالا
• مورد استفاده در سنسورهای راهنمایی و رانندگی

امروزه اکثر اتوماسیون های صنعتی از سنسورهای القایی استفاده می کنند، یکی از مهم ترین کاربردهای سنسورهای القایی برای تشخیص موقعیت اجسام فلزی در صنایعی مانند اتومبیل سازی، صنایع پلاستیکی و سایر صنایع مرتبط می باشد.

در جاهایی که نیاز به دقت، ایمنی و قابلیت اطمینان از اهمیت بالایی برخوردار باشد، استفاده از سنسور القایی می تواند انتخاب خوبی باشد.

اجزای اصلی تشکیل دهنده سنسور القایی

اجزای اصلی تشکیل دهنده سنسورهای القایی به شرح زیر می باشد:

هسته فریت و سیم پیچ :

قسمت حساس سنسور می باشد که در صورت نزدیک شدن قطعه فلز به این قسمت سنسور قادر به تشخیص آن می باشد.

اسیلاتور :

مدار نوسان سازی است که به کمک سیم پیچ، سیگنال فرکانس بالایی ایجاد می کند.

بر اثر نوسان، میدان مغناطیسی در مقابل سنسور به‌وجود می آید، با نزدیک شدن یک قطعه فلزی به مقابل سنسور القایی و در نتیجه با ورود به میدان مغناطیسی جریان های گردابی در فلز ایجاد شده و انرژی میدان تقلیل می یابد.

دمدولاتور :

نوسانات اسیلاتور در این قسمت دمدوله شده و به یک ولتاژ  DC تبدیل می گردد.

اشمیت تریگر :

ولتاژ دمدولاتور با یک مقدار مرجع مقایسه می گردد و در صورت کاهش مقدار آن که بیانگر وجود قطعه فلزی در مقابل سنسور است توسط سیگنالی به طبقه خروجی منتقل می شود.

درایور خروجی :

جریان بار توسط این طبقه تامین می گردد، این طبقه همچنین شامل مدار حفاظت در مقابل اتصال کوتاه، اضافه بار، اتصال معکوس تغذیه و همچنین ولتاژهای ناخواسته بر اثر قطع و وصل بارهای سلفی می باشد.

مزایای سنسور القایی

• سرعت سوئیچینگ زیاد

برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz کارمی کنند.

• طول عمر زیاد

بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و …

• عدم نیاز به نیرو و فشار

با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

• قابل استفاده در محیط های مختلف با شرایط سخت کاری

در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و … قابل استفاده می باشند.

• عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ

به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم ایجاد نمی شود.

فاصله عملکرد (S : Sensing Distance)

فاصله عملکرد سنسور القایی بر اساس قطعه استاندارد تعریف می شود.

منظور از فاصله عملکرد فاصله ای است که با نزدیک شدن قطعه استاندارد به سطح حساس سنسور (به‌صورت موازی از روبرو) باعث تغییر در خروجی سنسور می شود.

• عملکرد نامی (Sn: Nominal Sensing Distance)

فاصله عملکرد نامی، عبارت است از فاصله ای که بدون در نظر گرفتن تاثیرات عوامل خارجی مانند حرارت محیط، نوع جسم هدف، ولتاژ تغذیه و غیره بدست می آید.

• عملکرد حقیقی (Sr : Real Sensing Distance)

فاصله عملکرد حقیقی فاصله ای است که در حرارت 20 درجه سانتیگراد محیط و با اعمال ولتاژ نامی به دست می آید و مقدار آن در محدوده 〖0.9S〗_n<S_r<〖1.1S〗_n قرار دارد.

• عملکرد قابل استفاده (Su : Usable Sensing Distance)

فاصله عملکرد قابل استفاده، فاصله ای است که در رنج ولتاژ و دمای تعریف شده، دستیابی به آن تضمین شده است، مقدار آن در محدوده 〖0.8S〗_n<S_u<〖1.2S〗_n یا 〖0.9S〗_r<S_u<〖1.1S〗_r قرار دارد.

• عملکرد مطمئن (Sa : Assured Sensing Distance)

فاصله عملکرد مطمئن با در نظر گرفتن شرایط خارجی مانند تغییرات ولتاژ و دما نسبت به مقادیر نامی به دست می آید و مقدار آن برابر است با : 0<S_a<〖0.8S〗_n

• هیسترزیس (H : Hysteresis)

هیسترزیس برحسب درصد فاصله عملکرد (Sr) داده می شود و آن مقدار اختلاف بین نقطه وصل و قطع سنسور می باشد در واقع هیسترزیس در سنسورهای با خروجی سوئیچینگ، فاصله مابین لحظه وصل و قطع مجدد خروجی سنسور می باشد که به‌صورت درصدی از فاصله عملکرد نامی تعریف می شود.

هنگامی که قطعه دارای جابجائی کم در نقطه سوئیچینگ می باشد، وجود هیسترزیس باعث جلوگیری از نوسانات ناخواسته در خروجی (chattering) می شود.

مقدار استاندارد هیسترزیس در سنسورها در رنج 〖0.02S〗_r<H<〖0.2S〗_r قرار می گیرد، هیسترزیس تابع دما می باشد ولی مقدار آن از حداکثر مقدار تعریف شده بیشتر نخواهد بود.

• قابلیت تکرار(R : Repeatability)

قابلیت تکرار یا دقت تکرار فاصله نامی (Sn) در هشت ساعت تست و در شرایط دمای محیط 23±5oC و رطوبت معین با ولتاژ ثابت اندازه گیری می شود.

• ولتاژ تغذیه نامی (Vs : Voltage Supply)

بیانگر حداقل و حداکثر ولتاژ کاری است که عملکرد صحیح سنسور در این محدوده تضمین شده است.

• ریپل تغذیه سنسور القایی (Ripple)

ریپل تغذیه حداکثر مقدار اعوجاج مجاز منبع تغذیه است که در این محدوده، سنسور عملکرد صحیح خواهد داشت، ریپل برحسب درصدی از ولتاژ تغذیه نامی بیان می شود.

افت ولتاژ (Vd : Voltage Drop)

ماکزیمم ولتاژی است که تحت شرایط حداکثر جریان بار بر روی سنسور افت می کند و برای سنسورهای دوسیمه و سه سیمه به‌صورت زیر تعریف می گردد:

افت ولتاژ در سنسورهای دو سیمه

ولتاژ بار برابر است با ولتاژ تغذیه منهای ولتاژی که بر روی سنسور افت می کند، افت ولتاژ برای سنسورهای دوسیمه ۵ الی ۸ ولت می باشد.

بنابراین زمانی که از یک رله ۱۲ ولتی به عنوان بار استفاده می شود ولتاژ تغذیه باید حداقل ۱۸ ولت انتخاب شود.

افت ولتاژ سنسور القایی

افت ولتاژ در سنسورهای القایی سه سیمه و چهار سیمه DC حداکثر 2 ولت می باشد که این مقدار برای اکثر بارها مشکلی ایجاد نمی کند، به عنوان مثال یک رله 24 ولت با مقدار ولتاژ 21 ولت نیز تحریک می شود.

با این وجود در بعضی از مواقع این مقدار افت ولتاژ نیز باید مورد توجه قرار گیرد.

حداکثر جریان بار سنسور القایی (IF-load : Full Load Current)

حداکثر جریان بار (Imax یا IF-load) عبارت است از حداکثر جریان مجاز بار که می توان از سنسور دریافت کرد.

جریان بی باری (IN-load : No Load Current)

جریان بی باری برای سنسورهای دوسیمه و سه سیمه به‌صورت زیر قابل تعریف است :

جریان بی باری سنسورهای دو سیمه

در سنسورهای القایی دوسیمه بار به صورت سری با سنسور قرار می گیرد و زمانی که سنسور فعال نمی باشد جریانی از سنسور عبور می کند که این جریان به جریان نشتی و یا جریان بی باری معروف است.

چنانچه جریان بی باری قابل مقایسه با جریان نگه دارنده بار باشد، موجب عدم قطع بار در هنگام غیرفعال بودن سنسور خواهد شد.

جریان بی باری سنسورهای سه سیمه و چهارسیمه

عبارت است از جریان مصرفی سنسور هنگامی که جریان بار صفر می باشد.

انحراف از خروجی خطی (Linearity Deviation)

این پارامتر فقط در سنسورهای با خروجی آنالوگ وجود دارد و میزان انحراف خروجی واقعی سنسور از مقدار نامی را بر حسب درصدی از خروجی نشان می دهد.

حفاظت سنسورها (Protections)

حفاظت سنسور القایی در مقابل اتصال معکوس تغذیه

سنسورهای شرکت فرانگار تبریز در برابر اتصال معکوس تغذیه حفاظت شده می باشند.(به غیر از سنسورهای سری W و 5V)

حفاظت سنسورها در مقابل اتصال کوتاه و اضافه بار

سنسورهای شرکت فرانگار تبریز در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار حفاظت شده می باشد، درصورت وجود اتصال کوتاه یا اضافه بار.

خروجی سنسور قطع و با اعمال پالس هابی وضعیت بار را چک کرده و در صورت رفع ایراد، عملکرد سنسور به حالت عادی بر می گردد.

حفاظت سنسور القایی در مقابل بارهای سلفی

تمامی سنسورهای فرانگار تبریز در برابر قطع و وصل بارهای سلفی حفاظت شده می باشند.

زمان تاخیر اولیه (Td : Start Up Delay Time)

حداقل زمان مورد نیاز از لحظه اعمال تغذیه سنسور تا شروع به کار آن  را “زمان تاخیر اولیه” گویند.

فرکانس سوئیچینگ (Fs : Switching Frequency)

فرکانس سوئیچینگ، عبارت است از حداکثر تعداد دفعات قطع و وصل خروجی در طول یک ثانیه و زمانی که قطعه استاندارد در نصف فاصله نامی سنسور قرار داشته باشد.

دمای کاری مطمئن سنسور القایی (Ambient Temperature)

دمای کاری مطمئن، محدوده دمایی است که عملکرد مطلوب سنسور بدست می آید و دمای کاری اکثر سنسورهای فرانگار تبریز  -25…+70oC می باشد.

تاثیر حرارت (Temperature Drift)

حداکثر تغییرات فاصله عملکرد سنسور در محدوده مجاز دما ±۱۰% می باشد.

کلاس حفاظتی (Protection Class)

حداقل کلاس حفاظتی برای سنسورهای فرانگار تبریز IP65 می باشد و اکثر سنسورهای تولیدی نیز دارای کلاس حفاظتی IP67 می باشند.

نشان دهنده های سنسور (Indicators)

در سنسور القایی اغلب از یک یا چند LED برای نشان دادن یکی از وضعیت های زیر استفاده می شود.

LED سبز : نشان دهنده وجود تغذیه

LED زرد : نشان دهنده فعال بودن خروجی

LED قرمز : نشان دهنده وجود خطا

وجود فقط یک LED در سنسورهای فرانگار تبریز نشان دهنده وضعیت خروجی است و در مواردی امکان تغییر استاندارد رنگ نشان دهنده ها با توجه به سفارش مشتری وجود دارد.

سنسورهای القایی Flush (Shielded) و سنسور القایی Non-Flush (Unshielded)

با توجه به نحوه قرار گیری هسته فریت نسبت به بدنه سنسور، سنسورهای القایی به دو نوع Flush و Non-Flush دسته بندی می شوند.

 

اطلاعات تکمیلی و کامل در مورد سنسورهای القایی در قسمت دانلودهای سنسور القایی موجود می باشد.

سنسور القایی چیست ؟

سنسورهای القایی، سنسورهایی هستند که حرکت، موقعیت و یا حضور اجسام را بدون هیچگونه تماس فیزیکی تشخیص می دهند.