سنسور سرعت

سنسور سرعت

سنسور سرعت دسته­ ای از سنسورها هستند که به منظور سنجش مقدار سرعت دوران یک جسم دوار به کار گرفته می شوند.

با توجه به اینکه سنجش دقیق سرعت چرخش اجسام یکی از نیازهای مهم در پروسه­ های صنعتی می­ باشد، لذا این سنسورها کاربرد فراوانی در صنعت اتوماسیون ایفا می کند.

نحوه عملکرد این سنسورها بدین صورت است که با سنجش فرکانس حرکت یک جسم دوار، خروجی متناسب با آن را ارائه می ­کنند.

این خروجی می ­تواند به صورت پالس با فرکانس متناسب با سرعت چرخش جسم دوار، خروجی آنالوگ سینوسی با فرکانس برابر با سرعت دوران جسم یا خروجی آنالوگ با دامنه متناسب با سرعت دوران جسم باشد.

انواع سنسور سرعت

سنسورهای سرعت شرکت فرانگار تبریز در دو نوع زیر تولید می ­شوند:

• سنسورهای القایی سرعت (Inductive Speed Sensors)
• سنسور سرعت هال­ افکت (Hall Effect Speed Sensors)

هر کدام از انواع سنسورهای سرعت یاد­شده در بالا به نوبه خود به زیرمجموعه ­های گوناگونی تقسیم می­ شوند که در ادامه به شرح هر یک از آن­ها خواهیم پرداخت.

کاربرد سنسور سرعت

اساس عملکرد این سنسورها قرارگیری مستمر و پی­ در­پی جسم دوار درون میدان مغناطیسی آهنربا و ایجاد یک میدان مغناطیسی متغیر درون سیم­ پیچ سنسور می ­باشد.

به عنوان مثال در شکل زیر، چرخش چرخ دنده باعث می ­شود که در فواصل زمانی معین هر کدام از دنده ­های آن درون میدان مغناطیسی آهنربای تعبیه­ شده درون سیم ­پیچ داخل سنسور قرار بگیرد.

این امر به نوبه خود باعث ایجاد میدان مغناطیسی متغیر درون سیم­ پیچ شده که در فواصل زمانی معین شدت آن تغییر می کند.

در نتیجه با تشخیص این کاهش تغییرات در شدت میدان به صورت مستمر و اندازه­ گیری این فواصل زمانی، سنسور قادر خواهد بود خروجی متناسب با سرعت جسم دوار را ارائه کند.

بسته به نوع سنسور مورد استفاده این خروجی می ­تواند به صورت پالس، سینوسی آنالوگ با فرکانس متغیر و یا خروجی آنالوگ با دامنه متناسب با سرعت جسم متحرک باشد.

لازم به ذکر است نوع آنالوگ این سنسورها نیز در دو نوع آنالوگ ولتاژ و آنالوگ جریان می­باشد.

شرکت “فرانگار تبریز” علاوه بر انواع یاد­ شده، توانایی طراحی و ساخت سنسور سرعت با خروجی همزمان PNP/NPN و آنالوگ ولتاژ و جریان را نیز دارا می ­باشد.

ضمناً این شرکت می ­تواند سنسور سرعت سفارشی مشتری را منطبق با مشخصات ارائه ­شده توسط مشتری طراحی و تولید کند.

 

 

سنسورهای القایی سرعت رلوکتانسی بدون آمپلی­ فایر

این دسته از سنسورهای سرعت که زیر مجموعه سنسور القایی سرعت می­ باشند در خروجی خود یک ولتاژ سینوسی آنالوگ با فرکانس برابر با سرعت چرخش جسم متحرک ارائه می­ کنند به طوری که با افزایش سرعت چرخش، فرکانس سیگنال خروجی سنسور افزایش و با کاهش آن، فرکانس سیگنال خروجی کاهش می­ یابد.

ساختمان عملکرد این دسته از سنسورها به صورت ارائه شده در شکل شماره زیر می­ باشد:

 

 

این نوع سنسور با نام­ های Passive Magnetic Sensor ، Variable Reluctance Sensor و Geartooth Speed Sensor نیز شناخته می­ شود.

به دلیل ساختمان ساده، عمر بالا، نصب و تنظیم آسان، استحکام بالا و تحمل فشار و لرزش و حرارت زیاد، این نوع سنسور از پرمصرفترین سنسورهای اندازه ­گیری سرعت می­ باشد. از ویژگی­های منحصر به فرد این سنسور می­ توان به عدم نیاز به تغذیه اشاره کرد.

نکته مهم در استفاده از سنسورهای القایی رلوکتانسی بدون آمپلی‌فایر این است که این سنسورها برای اندازه ­گیری سرعت اجسام دوار با فرکانس ­های بالاتر از 10 هرتز مورد استفاده قرار می­ گیرد.

برای اندازه ­گیری سرعت اجسام متحرک با فرکانس چرخش کمتر این مقدار می­ وان از انواع سنسورهای سرعت هال افکت استفاده کرد که در قسمت مربوط به طور کامل شرح داده خواهد شد.

پارامتر­های مهم در سنسورهای القایی رلوکتانسی بدون آمپلی‌ فایر

• فاصله آهنربا از چرخ­دنده
• قدرت و نوع آهنربای مورد استفاده
• سرعت حرکت
• جنس چرخ ­دنده
• ابعاد دنده ­ها

با توجه به اینکه دامنه ولتاژ خروجی سیم ­پیچ تابعی از فاصله مابین قطعه آهنربا و چرخ­ دنده (جسم متحرک) می­ باشد هرچه فاصله هد سنسور که آهنربا درون آن تعبیه شده است از چرخ­ دنده کمتر باشد دامنه سیگنال خروجی آن بیشتر خواهد شد و برعکس.

قدرت و نوع آهنربای مورد استفاده در میزان دامنه خروجی سنسور نقش مهمی را ایفا می ­کند.

به دلیل وابستگی میدان مغناطیسی ایجاد­ شده توسط آهنربا به جنس و اندازه آن و وابستگی دامنه خروجی به شدت این میدان، دامنه سیگنال خروجی سنسور به جنس و اندازه آهنربای مورد استفاده وابستگی کامل خواهد داشت.

آهنربا های مورد استفاده در سنسورهای القایی سرعت شرکت فرانگار تبریز از نظر جنس و اندازه به صورت اوپتیموم مقدار خود می ­باشند که باعث ایجاد خروجی مطلوب در سنسور می شود.

به دلیل محدودیت سرعت موجود در سنسورهای القایی سرعت، این سنسورها بسته به نوع طراحی حداکثر فرکانس ورودی مشخصی را پوشش می­ دهند.

این مقدار برای این دسته از سنسورها برابر 20 کیلوهرتز می ­باشد.

به همین دلیل و به منظور سنجش دقیق سرعت چرخش جسم متحرک توسط این سنسورها و ایجاد خروجی مطلوب، فرکانس دوران اجسام متحرک می­بایستی کمتر از بیشینه فرکانس قابل اندازه­ گیری توسط این سنسور باشد.

به دلیل اینکه کاهش شدت میدان مغناطیسی توسط قرارگیری یک جسم درون آن بسته به جنس جسم با دامنه­ های متفاوتی صورت می­ گیرد.

با توجه به جنس چرخ­ دنده، کاهش میدان هنگام قرار­گیری هر یک از دنده­ ها درون میدان مغناطیسی هنگام چرخش آن متفاوت خواهد بود که نتیجه آن دامنه­ های خروجی متفاوت نسبت به انواع مختلف اجسام دوار می­ باشد که می بایستی مد نظر قرار گیرد.

ابعاد دنده­ های موجود در چرخ­دنده نقش بسیار مهمی در شکل موج سیگنال خروجی سنسور ایفا می­ کند.

همانطور که در دو شکل زیر مشخص است به منظور ایجاد خروجی با شکل موج سینوسی مورد انتظار، پارامتر­های چرخ­ دنده از قبیل شکل دنده، فواصل دنده ­های مجاور از یکدیگر، تعداد دنده و طول دنده می ­بایستی در وضعیت استاندارد خود قرار بگیرد.

در غیر این صورت شکل موج خروجی سنسور همان­گونه که در شکل مشخص است دارای اعوجاج بوده و کیفیت مناسبی را دارا نخواهد بود.

در زیر به برخی از شرایط یک چرخ ­دنده مناسب اشاره می­ شود:

• اندازه سطح بالایی دنده مساوی و یا بیشتر از قطر آهنربا باشد.
• ارتفاع دنده مساوی و یا بیشتر از فاصله دنده ها باشد.
• فاصله دنده ها حداقل چهار برابر قطر آهنربا باشد.
• فاصله سنسور از دنده ها تا حد ممکن کم باشد.
• عرض چرخ دنده مساوی و یا بیشتر از قطر سنسور باشد.

 

 

 

سنسورهای القایی سرعت رلوکتانسی با آمپلی­ فایر

این نوع از سنسور سرعت، حالت تکمیل ­شده سنسورهای بدون آمپلی فایر می ­باشند با این تفاوت که با اضافه کردن قسمت تقویت­ کننده و مقایسه ­گر به آنها باعث ایجاد خروجی پالسی شکل با فرکانس متناسب با سرعت دوران جسم متحرک در خروجی این سنسورها شده است.

در واقع تفاوت اصلی میان سنسورهای القایی سرعت رلوکتانسی با آمپلی‌فایر فایر با نوع بدون آمپلی‌فایر فایر در شکل موج خروجی این دو دسته می ­باشد.

در این دسته از سنسورها تمامی نکات ذکر­شده در قسمت قبل از قبیل محدودیت­ های موجود و شرایط عملکرد صادق خواهد بود.

تنها تفاوت میان این دسته و نوع قبل در شکل موج خروجی این دو است، ضمن اینکه خروجی این دسته از سنسورها در دو نوع PNP و NPN قابل ساخت می­ باشد.

مشخصات شکل موج خروجی این دسته از سنسورها عبارت است از یک شکل موج پالسی شکل با فرکانس متناسب با سرعت چرخش چرخ­دنده (جسم متحرک) و با دامنه برابر ولتاژ تغذیه سیستم.

نکته قابل توجه در این دسته از سنسورها این است که برخلاف سنسورهای القایی سرعت بدون آمپلی‌فایر فایر که دامنه سیگنال خروجی تابعی از فاصله بین هد سنسور و قطعه متحرک خواهد بود.

در سنسورهای القایی با آمپلی‌ فایر این وابستگی بین دامنه شکل موج خروجی و فاصله بین سنسور و قطعه متحرک وجود ندارد به نحوی که با قرار­گیری سنسور در محدوده مورد نظر، دامنه پالس خروجی سنسور برابر ولتاژ تغذیه سنسور خواهد بود.

در اینجا d نشان­گر فاصله هد سنسور سرعت از قطعه متحرک و  نشان­ دهنده فاصله عملکرد نامی سنسور می ­باشد.

نمودار شکل زیر شکل موج خروجی یک سنسور القایی سرعت رلوکتانسی با آمپلی‌فایر را نشان می ­دهد:

 

 

در نمودار بالا f و Vcc به ترتیب فرکانس چرخش جسم متحرک و ولتاژ تغذیه سنسور می­ باشند.

همانند نکات اشاره ­شده در قسمت سنسورهای بدون آمپلی­ فایر، فرکانس عملکرد این دسته از سنسور­ سرعت نیز در یک محدوده معین می ­باشد.

ضمناً تمامی نکات گفته­ شده در مورد شرایط چرخ­ دنده، آهنربا و پارامترهای مهم در قسمت سنسورهای سرعت القایی بدون آمپلی‌فایر (به غیر از فاصله سنسور از جسم متحرک) در اینجا نیز صادق خواهد بود.

سنسور سرعت هال افکت

سنسور سرعت هال افکت دسته ­ای از سنسورها هستند که به منظور اندازه ­گیری سرعت و جهت دوران اجسام به کار می ­روند.

همچنین این دسته از سنسورها بر خلاف سنسورهای القایی سرعت، توانایی اندازه ­گیری سرعت­ های نزدیک به صفر را دارا بوده و برای اندازه­ گیری سرعت اجسام متحرک با فرکانس چرخش بالاتر  نیز کاربرد فراوانی دارند.

در واقع وجه تمایز این سنسورها از سنسورهای القایی سرعت، توانایی آنها در تشخیص جهت چرخش جسم متحرک و توانایی اندازه­ گیری سرعت­ های بسیار پایین و یا بالا می ­باشد.

فرکانس کار سنسور سرعت ها­ل ­افکت تولیدی شرکت فرانگار تبریز از 0.1 هرتز  الی 20 کیلوهرتز می ­باشد.

(ضمن اینکه در نوع خاصی از سنسور سرعت که به نام سنسور سرعت GMR معروف هست این بازه از 10 هرتز الی 100 کیلوهرتز با فاصله نامی تا 5 سانتیمتر می باشد که از تولیدات جدید شرکت فرانگار تبریز می باشد).

در صورت نیاز به فرکانس­ های کار بالاتر از این مقدار، شرکت توانایی تولید سنسور­های سرعت هال­ افکت یا سنسورهای سرعت خاص با فرکانس کار بالاتر از این محدوده را به صورت سفارشی و طبق مشخصات ارائه ­شده توسط مشتری دارا می باشد.

 

 

سنسور سرعت هال ­افکت از نظر عملکرد به سه دسته زیر تقسیم می­شوند:

• سنسور سرعت هال افکت تفاضلی (Differential Hall Effect Speed Sensors)
• سنسور سرعت هال افکت دو کاناله (Dual Channel Hall Effect Speed Sensors)
• سنسور سرعت هال افکت سرعت صفر (Zero Speed Hall Effect Speed Sensors)

سنسور سرعت هال افکت تفاضلی

اساس عملکرد این دسته از سنسور سرعت هال­ افکت بر مبنای ایجاد یک سیگنال تفاضلی  توسط سنسور هال افکت و اعمال آن به بخش تقویت­ کننده سنسور می­ باشند.

به دلیل تفاضلی بودن این سیگنال اثرات ناخواسته میدان مغناطیسی بر روی سنسور و همچنین نویز موجود بر روی آن به حداقل مقدار خود می­ رسد.

از مزایای استفاده از سنسور سرعت هال افکت تفاضلی، توانایی اندازه ­گیری سرعت­ های پایین و نویز­پذیری بسیار کم این دسته از سنسورهای سرعت می­ باشد.

سنسور سرعت هال افکت دو کاناله

این دسته از سنسورهای سرعت، علاوه بر اندازه ­گیری سرعت حرکت اجسام دوار، قادر به تعیین جهت چرخش این اجسام نیز هستند.

به طور کلی سنسورهای سرعت هال افکت دو کاناله به دو دسته تقسیم می ­شوند:

• سنسور هال افکت با دو خروجی مستقل و با اختلاف فاز 90 درجه
• سنسور با یک خروجی متناسب با سرعت و یک خروجی متناسب با جهت حرکت جسم

شکل زیر خروجی هر دو دسته از سنسور سرعت هال افکت دو کاناله را نشان می ­دهد:

 

 

سنسور سرعت هال افکت سرعت صفر

همانطور که از نام این دسته مشخص است، این نوع از سنسورهای سرعت هال افکت به منظور سنجش سرعت ­های بسیار پایین و نزدیک به صفر کاربرد دارد.

این سنسورها توانایی سنجش سرعت اجسام متحرکی با فرکانس نزدیک صفر به بالا را دارا  می ­باشند.

به طور خلاصه می­ توان مزایای استفاده از سنسورهای هال افکت سرعت را نسبت به سایر انواع سنسور­ سرعت، توانایی آنها در سنجش سرعت­ های بسیار پایین و نزدیک به صفر، سرعت­ های بسیار بالا و توانایی تعیین جهت حرکت جسم متحرک عنوان کرد که در سایر انواع سنسورهای سرعت به عنوان یک محدودیت در استفاده از آن­ها می­ باشد.

سنسور سرعت چیست ؟

سنسور سرعت دسته ای از سنسورها هستند که به منظور سنجش مقدار سرعت دوران یک جسم دوار به کار گرفته می شوند.