انواع سنسور

انواع سنسور

در دنیای صنعتی امروز انواع سنسور نقش مهمی در کارکرد دقیق و مطمئن ماشین آلات صنعتی، ابزارآلات و تجهیزات الکتریکی و به طور کلی تمامی المان هایی که به طور مستقیم یا غیرمستقیم با انرژی برق کار می کنند، جزو ملزومات سنسورهای صنعتی به شمار می رود.

به طوری که عدم کارکرد دقیق یک قطعه یا تجهیزات صنعتی می تواند آسیب های جبران ناپذیری به پروسه تولید یک محصول وارد کند.

اکثر المان ها و ابزار و ماشین آلات صنعتی برای عملکرد صحیح، نیاز به دریافت اطلاعاتی از شرایط محیط پیرامون خود و تجزیه و تحلیل آن اطلاعات دارند تا بتوانند با توجه به شرایط محیطی، خروجی مورد انتظار را تولید و عملکرد صحیح خود را انجام دهند.

به عنوان مثال در یک نوار نقاله که با سرعت مشخصی در حال حرکت است، کم و زیاد شدن سرعت آن نسبت به مقدار از پیش تعیین شده توسط کاربر می تواند آسیب زیادی به اجناس و قطعات موجود و در حال حرکت بر روی آن وارد کند.

در این حالت کنترل سرعت نوار نقاله امری ضروری است. یا در یک قطعه کار که با سرعت معینی به یک نقطه خاص نزدیک و دور می شود اندازه گیری این فاصله امری ضروری است زیرا در صورت کم و زیاد شدن آن، آسیب جدی به قطعه کار وارد می شود.

در مواردی از این قبیل که نیاز به کنترل یک کمیت فیزیکی خاص( فاصله، سرعت، اندازه، جنس قطعه و … ) وجود دارد، وجود سیستمی به نام سنسور به منظور کنترل یا اندازه گیری کمیت مورد نظر امری ضروری است.

به طور کلی انواع سنسور، سیستم الکتریکی یا الکترومکانیکی است که به منظور تشخیص، کنترل یا اندازه گیری یک کمیت فیزیکی و انتقال نتایج به یک پردازنده مرکزی به کار می رود.

این کمیت ها می توانند انواع مختلفی داشته باشند که از آن جمله می توان به دما، نور، فاصله، رطوبت، فشار و … اشاره کرد. در واقع انواع سنسور حد واسط میان محیط پیرامون و سیستم مرکزی می باشند.

در یک طبقه بندی اجمالی می توان گفت که سنسورها در انواع الکتریکی، مکانیکی، مغناطیسی و نوری طراحی و تولید می شوند.

البته دسته بندی های دیگری نیز می توان به این موارد اضافه کرد که از آن جمله انواع بیوشیمیایی، الکترومکانیکی و … هست که به نوعی زیر مجموعه چهار دسته اصلی یاد شده می باشند.

انواع سنسور صنعتی

انواع سنسور صنعتی را می توان در دسته بندی های مختلف و با معیارهای خاصی قرار داد که در زیر به چند مورد از این دسته بندی ها اشاره می شود:

طبقه بندی انواع سنسور بر اساس نوع خروجی

در این مورد سنسورها به دو دسته خروجی آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شوند.

به طور معمول نوع با خروجی آنالوگ به منظور اندازه گیری یک کمیت و نوع با خروجی دیجیتال برای تشخیص یک وضعیت خاص( به عنوان مثال روشن و خاموش بودن یا کم و زیاد بودن از یک حد خاص ) به کار گرفته می شوند.

 

طبقه بندی انواع سنسور بر اساس نوع و ابزار تشخیص

در این نوع طبقه بندی، سنسورها در انواع الکتریکی، مکانیکی، مغناطیسی، نوری، شیمیایی و انواع مشابه دیگر دسته بندی می شوند.

طبقه بندی انواع سنسور بر اساس تغذیه

این طبقه بندی بر مبنای نیاز یا عدم نیاز سنسور به ولتاژ تعذیه است. در اکثر این موارد یک تغذیه برای روشن شدن و عملکرد صحیح سیستم مورد نیاز است که به عنوان ولتاژ یا جریان به آن اعمال می شود.

در حالی که در برخی از سنسورها هیچ گونه ولتاژ یا جریانی به عنوان تغذیه به سنسور اعمال نمی شود و تنها با اعمال ورودی از محیط پیرامون به قسمت حساس آن، خروجی مربوطه توسط سنسور تولید می شود.

از جمله این موارد می توان به سنسورهای القایی سرعت رلوکتانسی دو سیمه با خروجی سینوسی اشاره کرد.

انواع سنسور از لحاظ عملکرد در انواع مختلفی دسته بندی می شوند که بسیار متنوع می باشد.

انواع سنسور صنعتی

• سنسور القایی
• سنسور خازنی
• سنسور نوری
• سنسور مغناطیسی
•  پرده نوری
• سنسور زاویه
• سنسور سرعت
• اسپید مانیتور
• سنسور کنترل سطح
• سنسور دما
• سنسور شعله
• دوبل شیت
• سنسور رطوبت سنج
• گاز
• انواع مختلف دیگر….

به دلیل تعدد فراوان در انواع سنسور صنعتی، در اینجا به توضیح در مورد انواع اصلی و پردکاربرد آن اکتفا می شود.

سنسورهای القایی

سنسور القایی، سنسورهای بدون تماس هستند که جهت تشخیص وجود قطعات فلزی استفاده می شوند که می­ توان آن را پرکاربردترین سنسور مورد استفاده در صنعت نامید.

دلیل این امر سادگی کار با این حسگرها، هزینه پایین، مقاومت بالا در برابر شرایط نامناسب محیطی و تنوع زیاد این محصول می ­باشد. در ادامه به چند مورد از کاربردهای متداول این حسگر در محیط های صنعتی اشاره می­ شود:

•  کنترل کیفیت قطعه کار
• شمارش تولید
• اندازه گیری سرعت و جهت حرکت دوران
• تشخیص رم دستگاه پرس
• اندازه گیری فاصله قطعه کار
• کاربردهای مشابه دیگر …

از انواع سنسور می توان به موراد زیر اشاره کرد.

سنسور خازنی

سنسورهای خازنی، سنسورهای بدون تماس هستند که قادر به تشخیص اجسام فلزی و غیر فلزی (مانند جامدات، مایعات ، مواد پودری و …) می­ باشند.

یکی از مهمترین مزایای سنسورهای خازنی نسبت به انواع دیگر، کاربرد آن در مکانهای مختلف و قابلیت تشخیص انواع اجسام، جدا از جنس آنها، می­ باشد. این حسگرها در انواع خروجی دیجیتال، آنالوگ و نامور طراحی و تولید می شوند.

 

سنسور نوری

سنسور نوری ، سنسورهای بدون تماس هستند که از دو عدد المان فرستنده نوری (emitter) و گیرنده (receiver) تشکیل شده است.

بیم های نوری در طیف مادون قرمز از سمت فرستنده به گیرنده ارسال می شود و در صورتی که این بیم به دیود گیرنده برسد سیستم عملکرد نرمال خود را دارا خواهد بود در غیر این صورت به این معنی خواهد بود که جسمی مابین قسمت فرستنده و گیرنده قرار گرفته که باعث فعال شدن خروجی آن می شود.

لازم به ذکر است برحسب نحوه عملکرد این حسگر، برعکس این رویه نیز قابل اجرا است.

حسگرهای نوری در انواع نوی یکطرفه، دوطرفه، رفلکتوری، رفلکتوری پلاریزه، کنترلست، فیبر نوری و موارد خاص طراحی و تولید می شود.

 

سنسور مغناطیسی

سنسورهای مغناطیسی به دو دسته مغناطیسی ریدسوئیچ( ریدرله ) و مغناطیسی هال افکت تقسیم می شوند.

اساس عملکردی حسگرهای مغناطیسی ریدسوئیچ دار بر پایه قطعه­ ای به نام ریدسوئیچ یا ریدرله می­ باشد که این قطعه خود نیز، از دو یا سه صفحه آهنی فرو مغناطیس با رلوکتانس پائین، تشکیل شده است که در داخل یک محفظه شیشه ای حاوی گاز عایق کننده قرار داده شده ­اند.

با نزدیک شدن میدان مغناطیسی دائم به قطعه ریدسوئیچ، این کنتاکت ها توسط میدان القایی به سمت یکدیگر کشیده  می شوند و در نهایت باعث ایجاد یک کنتاکت الکتریکی که جریان از آن عبور خواهد کرد، خواهند شد.

همانگونه که اشاره شد کنتاکت های ریدرله برای تحریک شدن به یک میدان مغناطیسی دائمی یا آهنربا نیاز دارند. لذا مجموعه یک حسگر مغناطیسی ریدرله، از یک عدد سنسور ریدسوئیچ و یک آهنربا تشکیل می­شود.

سنسورهای مغناطیسی اثر هال، بر پایه قانون اثر هال بنا نهاده شده اند. بر طبق این قانون در صورتی که جریانی از یک هادی یا نیمه هادی عبور داده شود و این هادی در معرض میدان مغناطیسی دائم قرار گیرد، اختلاف پتانسیلی در دو سر هادی ایجاد می­شود که از این اختلاف پتانسیل برای ایجاد سیگنال خروجی استفاده می ­شود.

سنسور زاویه

سنسور زاویه به منظور اندازه­ گیری و مانیتورینگ زاویه و در جهت افزایش بازده و ایمنی پروسه­ های صنعتی به کار برده می شود. تکنولوژی این حسگرها بر اساس  MEMS و برپایه حرکت یک عدد پاندول میکرومکانیکی تعبیه شده درون این قطعه می ­باشد.

این سنسورها دارای دقت 0.1 درجه و یک عدد خروجی با رزولوشن و دقت بالا می باشد. این سنسورها در انواع زاویه ثابت و 360 درجه طراحی و تولید می شود.

سنسور سرعت

سنسور سرعت دسته ­ای از حسگرها 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.

این سنسورها در دو نوع القایی سرعت و هال افکت سرعت طراحی و تولید می شوند.

اساس عملکرد نوع القایی سرعت بر مبنای قرارگیری مستمر و پی­ در­پی جسم دوار درون میدان مغناطیسی آهنربا و ایجاد یک میدان مغناطیسی متغیر درون سیم­ پیچ سنسور می­ باشد.

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 حسگر 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 سیستم نیز در دو نوع آنالوگ ولتاژ و آنالوگ جریان می­ باشد.

سنسورهای سرعت هال افکت نیز به منظور اندازه ­گیری سرعت و جهت دوران اجسام به کار می ­روند.

همچنین این دسته بر خلاف نوع 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 دسته با نوع القایی سرعت، توانایی آن در تشخیص جهت چرخش جسم متحرک و توانایی اندازه­ گیری سرعت­ های بسیار پایین و یا بالا می­ باشد

سیستم های حفاظتی پرده نوری

پرده ­نوری دسته ­ای از سنسور­های نوری هستند که به منظور حفاظت قسمت یا تمام اعضای بدن در محیط­ های دارای ابزار پرخطر مثل اره، دستگاه پرس، ابزار روباتیک، ابزار قطعه­ گذاری و … مورد استفاده قرار می ­گیرند.

در صورت وارد شدن قسمتی از بدن شخص در داخل محیط پر خطر ، سیستم حفاظتی پرده نوری فرمان توقف ماشین را صادر می کند و بدین وسیله از بروز حادثه جلوگیری می گردد.

اساس عملکرد سیستم حفاظتی پرده ­نوری، ارسال سیگنال­ های نوری پی­ در ­پی با فرکانس مشخص از فرستنده به سمت گیرنده می ­باشد. اگر این سیگنال در سمت گیرنده دریافت شود سیستم عملکرد عادی خود را خواهد داشت.

زمانی که یک یا چند عدد از بیم ­های ارسالی به گیرنده قطع شود، خروجی آن عمل کرده و سیستم به حالت هشدار در می آید. این به معنی قرار­گیری یک جسم بین قسمت فرستنده و گیرنده سیستم می ­باشد.

در واقع تا زمانی که جسمی بین فرستنده و گیرنده پرده ­نوری قرار نداشته باشد سیستم عملکرد طبیعی خود را خواهد داشت اما به محض اینکه جسمی (بخشی از اعضای بدن) بین این دو قسمت قرار بگیرد خروجی پرده­ نوری فعال­ می ­شود.

ارسال سیگنال به سمت سیستم ­های کنترلر یا PLC باعث خاموش شدن ابزار پرخطر شده و از صدمات احتمالی پیشگیری خواهد شد.

سنسور کنترل سطح

سنسورهای سطح به منظور اندازه گیری و یا کنترل و تشخیص سطح مایعات و جامدات درون یک مخزن مورد استفاده قرار می گیرند.

این سنسورها به پنج نوع خازنی، مغناطیسی، نوری، پدالی و اولتراسونیک طبقه بندی می شوند.

 

اسپید مانیتور

در پروسته­ های کنترل صنعتی، کاربرد­های فراوانی وجود دارند که در آن­ها نیاز به کنترل سرعت یک جسم در حال چرخش وجود دارد.

به عنوان مثال یکی از مهمترین عناصر در سیستم­ های کنترل در صنعت و کارخانجات، کنترل سرعت اجسام دواری همانند یک محور متحرک، چرخ ­دنده، توربین­ های دوار و اجسام متحرک دیگر می­ باشد.

به طوری که افزایش یا کاهش سرعت این اجسام حتی به میزان کم در طول پروسه تولید می ­تواند آسیب ­های مالی و جانی جبران­ ناپذیری به کل سیستم و افراد مرتبط با آن وارد کند.

اسپید مانیتور به عنوان یک راه حل به منظور کنترل سرعت این اجسام دوار به کار گرفته می­ شود.

نحوه عملکرد این سیستم بدین صورت است که با تنظیم حد سرعت مورد نظر توسط کاربر، مادامی که سرعت جسم متحرک کمتر از حد تنظیم ­ شده توسط کاربر شود.

 

 

خروجی اسپید مانیتور قطع بوده و مادامی که سرعت جسم دوار بیشتر از حد تعیین ­ شده توسط کاربر شود خروجی سیستم وصل خواهد بود ( حالت Over Speed )، برعکس این حالت نیز می تواند بنا به نیاز کاربر اتفاق بیفتد.

بدین معنی که به ازای سرعت­ های پایین­ تر از حد تعیین شده توسط کاربر، خروجی سنسور وصل بوده و به ازای سرعت­ های بالاتر از این مقدار، خروجی سنسور قطع شود ( حالت Under Speed ).

آموزش تکمیلی و کامل در مورد انواع سنسور و کاربردهای مختلف آنها، در قسمت ” دانلودها ” به طور کامل ارائه گردیده است.

دسته بندی سنسورهای صنعتی

سنسور القایی سنسور خازنی سنسور نوری سنسور مغناطیسی  پرده نوری سنسور زاویه سنسور سرعت اسپید مانیتور سنسور کنترل سطح سنسور دما سنسور شعله دوبل شیت سنسور رطوبت سنج سنسور گاز