بررسی سنسور و اهمیت كاربرد آن

 

با پیشرفت سریع تكنیك اتوماسیون و پیچده تر شدن پروسه های صنعتی و كاربرد روز افزون این شاخه از تكنیك نیاز شدیدی به كاربرد سنسورهای مختلف كه اطلاعات مربوط به عملیات تولید را درك و براساس این اطلاعات مقتضی صادر گردد، احساس می شود

 

بررسی سنسور و اهمیت كاربرد آن

دسته بندی	برق
فرمت فایل	doc
حجم فایل	3.692 مگا بایت
تعداد صفحات	64

– سنسور و اهمیت كاربرد آن

1-1- مقدمه :

با پیشرفت سریع تكنیك اتوماسیون و پیچده تر شدن پروسه های صنعتی و كاربرد روز افزون این شاخه از تكنیك نیاز شدیدی به كاربرد سنسورهای مختلف كه اطلاعات مربوط به عملیات تولید را درك و براساس این اطلاعات مقتضی صادر گردد، احساس می شود.

سنسورها به عنوان اعضای حسی یك سیستم، وظیفه جمع آوری و با تبدیل اطلاعات را به صورتی كه برای یك سیستم كنترل و با اندازه گیری قابل تجزیه و تحلیل باشد به عهده دارند . در سالهای اخیر سنسورها به صورت یك عنصر قابل تفكیك سیستمهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته و پیشرفت سریعی در جهت جوابگویی به تقاضاهای صنعت در این شاخه از علم الكترونیك انجام پذیرفته است .

سنسورها جهت تبدیل عوامل فیزیكی مانند حرارت ، فشار ، نیرو ، طول، زاویه چرخش، دبی و غیره به سیگنالهای الكتریكی بكار برده می شوند و به همین منظور سنسورهای مختلفی كه قابلیت ‌تبدیل این عوامل را به جریان برق دارا می باشند، ساخته شده اند .

یك سنسور را می توان با خصوصیات زیر تعریف نمود .

– سنسور به عنوان تبدیل كننده اطلاعات فیزیكی به سیگنالهایی، كه می توان از آنها به عنوان سیگنالهای كنترل استفاده نمود . عمل می كنند .

– یك سنسور نباید حتماً یك سیگنال الكتریكی تولیدنماید . مانند سنسورهای پنیوماتیكی و…

– سنسورها در دو نوع مختلف وجود دارند .

الف )با تماس مكانیكی مانند كلید قطع و وصل ، تبدیل كننده های فشاری و…

ب) بدون تماس مكانیكی مانند سنسورهای نوری و یا حرارتی و …

– سنسورها می توانند بعنوان چشمهای كنترل كننده یك سیستم مورد استفاده قرار گرفته و وظیفه مراقبت از پروسه و اعلام خرابی و یا نقص یك سیستم را به عهده بگیرند .

در كنار كلمة سنسور با واژه های زیر نیز در صنعت روبرو هستیم .

1- عنصر سنسور

قسمتی از سنسور را تشكیل می دهد . كه عامل فیزیكی را حس كرده ، ولی بدون ، كمك قسمت آماده سازی سیگنال قادر به انجام وظیفه نیست .

2- سیستم سنسور ی(Sensor system)

مجموعه ای از عناصر اندازه گیری تبدیل و آماده سازی سیگنال را یك سیستم سنسوری می نامند .

3- سیستم مولتی سنسور

سیستم هایی كه دارای چندین سنسور از یك نوع و یا از انواع مختلف می باشند سیستم مولتی سنسور می نامند .

2-1- انواع خروجیهای متداول سنسورها

در استفاده از سنسورها می بایستی با انواع سیگنالهای خروجی الكتریكی آشنا بود می توان خروجیها را در پنج ردة مختلف دسته بندی نمود .

نوع A:

سنسورهایی با ماهیت قطع و و صل خروجی ( باینری ) مانند سنسورهای نزدیكی ، فشار ، اندازه گیری سطح مایعات و ..

این نوع سنسورها را عمدتاٌ می توان بطور مستقیم به دستگاه P.L.C متصل نمود .

نوع B:

سنسورهایی كه سیگنال خروجی آنها بصورت پالسی می باشند ؛ مانند سنسورهای اندازه گیری میزان چرخش و با طول و ..

این نوع سنسورها اكثراٌ توسط یك Interface قابل وصل به دستگاه P.L.C می باشند.

P.L.C. می بایستی دارای شمارندة نرم افزاری و سخت افزاری باشد .

نوع C :

سنسورهایی كه سیگنال خروجی آنها بصورت آنالوگ بوده ولی دارای بخش تقویت كننده و یا تبدیل كننده نمی باشند . این سیگنالها خیلی ضعیف بوده (در حد ملی ولت) و قابل استفاده مستقیم در دستگاههای كنترل نمی باشند، مانند سنسورهای Piezoelectric و با سنسورهای Hall.

نوع D:

سنسورهایی كه سیگنال خروجی آنها بصورت آنالوگ بوده و واحد الكترونیك (‌تقویت كننده تبدیل كننده ) در خود سنسور تعبیه شده است . در این نوع سنسور خروجیها را می توان بطور مستقیم جهت استفاده در دستگاههای كنترل استفاده نمود .

محدودة خروجی سیگنالها عموماً به شرح زیر می باشند:

0….10V

-5….+5V

1…5V

0…20mA

-10…+10mA

4…20mA

نوع E

سنسورهایی كه سیگنالهای خروجی آنها مطابق با استانداردهای صنعتی می باشند مانند RS-485 RS-422-A RS-232-C و با جهت Fieldbus مانند ASI Profibus و.. در نظر گرفته شده اند .

3-1-سنسورهای باینری و آنالوگ

سنسورهای باینری مانند كلید قطع و وصل كار نموده و در صورت تحریك شدن سنسور كه توسط عوامل فیزیكی صورت می گیرد . سیگنال وصل و یا قطع می گردد .در این نوع سنسورها فقط دو حالت «0» و «1» وجود دارد . در سنسورهای آنالوگ عوامل فیزیكی با توجه به شدت و تأثیر آنها به سیگنالهای آنالوگ ولتاژ و یا جریان تبدیل می شوند .

2- سوئیچهای بدون تماس

تحت این لفظ می توان سنسورهایی را طبقه بندی نمود ،كه وظیفة اصلی آنها اعلام حضور یك قطعه در یك محل خاص می باشد .این نوع سوئیچها( سنسورها) دارای خروجی «0» و «1» منطقی بوده و دارای انواع مختلف می باشد كلیدهای بدون تماس بعلت استفاده فراوان در صنعت دارای اهمیت خاص بوده و در صنعت به نامهای مختلفی مانند میكروسوئیچ،كلیدهای انتهای مسیر و… معروف می باشند .

مزایای سوئیچهای بدون تماس عبارتند از :

1- بعلت عدم كنتاكت مكانیكی دارای طول عمر بیشتری هستند

2- می توان خیلی دقیق موقعیت قطعه را تعیین نمود .

3- بدون داشتن تماس با قطعه ، می تواند سیگنال مربوطه را ارسال دارد .

4- دارای سرعت عكس العمل سریع و بدون اشتباه می باشد

5- تعداد قطع و وصل تقریباً بی نهایت است.

6- می توان انواعی از این سنسورها را در شرایط كاری خیلی مشكل ( مانند رطوبت و یا حرارت بالا ) و یا خطرناك مانند ( محیط های قابل انفجار ) استفاده نمود .

سنسورهای علاوه بر داشتن سرعت انتقال بالای اطلاعات ، كنترل یك پروسه را آسان و زمان توقف دستگاه را در صورت خرابی بسیار كوتاه می نمایند . توسط سنسورها می توان محل و نوع خرابی ماشین را سریعاً تشخیص داده وتعمیرات لازم را انجام داد .

انواع سوئیچهای بدون تماس در جدول صفحة بعد نشان داده شده اند .

سنسورهای بدون تماس عموماً با ولتاژ مستقیم با 24 ولت كار می كنند محدودة كار این سنسورها بین 10 تا 30 ولت و 10 تا 55 ولت می باشد در كشورهای آسیای جنوبی و آمریكای شمالی و جنوبی همچنین استرالیا و آفریقای جنوبی حدود 30 درصد از سنسورهای القائی و نوری با جریان متناوب كار می كنند .

سنسورهای بدون تماس القائی ، خازنی و نوری در دو نوع ، با تغذیه DC‌ و تغذیه AC، ساخته می شوند . ولتاژ متداول جهت جریان متناوب 24 ولت ، 110 ولت ،120 ولت و یا 220 ولت می باشد .

مدلهایی هم از این سنسورها وجود دارند كه هم با جریان متناوب ، و هم با جریان مستقیم قابلیت كار را داشته و محدودة ولتاژ كاری برای جریان مستقیم 12 ولت تا 240 ولت و برای جریان متناوب 24 ولت تا 240 ولت می باشند . نام دیگر این سوئیچها (Universal Current)U.C می باشند .

3- سنسورهای بدون تماس مغناطیسی

1-3- Reed سوئیچ

این نوع سوئیچها به میدان مغناطیسی حاصل از یك آهنربای دائمی و یا آهنربای الكتریكی حساس می باشند میدان مغناطیسی باعث اتصال دو زبانه كه از جنس فرو مغناطیس ( آلیاژی از Fe-Ni Ni-Fe) و در داخل یك كپسول شیشه ای می باشند . می شود . در داخل این كپسول شیشه ای گاز N2 كه درمقابل اشتعال و فعل و انفعالات شیمیایی مقاوم می باشند پر شده است .

برخی از مشخصات فنی این نوع سنسورها به شرح جدول صفحة بعد می باشد .

12V…27/V DC or AC	Switching Voltage
±0.1mm	Switching accuracy
40W	Max.Contact rating
0.16mT	Max . magn . interference induction
2A	Max.switching current
500Hz	Max. Switching frequency
≤2ms	Switching time
0.1	Conductance
	Contact service life
5.106Switching cycles	(With prctectiv circuit)
IP66	Protectionclass to IEC 529.Din 40 050
-20°C…60°C	Ambient operating temperature

Table 3.1: Technical characteristics or reed proximity sansors

درشكل 2-3 ساختمان Reed سوئیچ كه به یك مقاومت از نوع سیم پیچ وصل شده است . نشان داده شده است دیودهای نوری نشاندهندة وضعیت قطع و وصل سوئیچ به همراه یك مقاومت وظیفة محافظت مدار را در مقابل ولتاژ بالای حاصل از قطع و وصل یك سیم پیچ را بر عهده دارند .

Reed كنتاكت ها می توانند با توجه به وضعیت قرار گرفتن میدان مغناطیسی یك آهنربای دائمی محدوده های مختلفی جهت فعال شدن داشته باشند در شكل 3-3 این محدوده ها رسم شده اند .

در محیط كاری Reed سوئیچ ها شدت میدان مغناطیسی مزاحم نباید بیشتر از 0.16 تسلا باشد . در این صورت بیاد این سنسورها را در مقابل میدانهای مزاحم ایزوله نمود .و حداقل فاصلة بین دو Reed سوئیچ بایستی 60 ‌میلی متر باشد .

2-3- سنسورهای بدون تماس و فاقد كنتاكت (‌تیغه )

1-2-3- سنسورهای القایی – مغناطیسی

در این سنسورها نوسان ساز LC‌وجود داشته كه دارای یك هسته سیم پیچی شده مغناطیسی بسته می باشد با نزدیك نمودن یك میدان مغناطیسی این هستة مغناطیسی اشباع گردیده و این امر باعث تغییر جریان برق جاری شده در داخل سیم پیچ می شود بوسیلة یك تقویت كننده این اختلاف جریان حس و سپس جهت فعال كردن سنسور از آن استفاده می شود . این نوع از سنسورها فقط در مقابل میدانهای مغناطیسی حساس بوده و در مقابل فلزات از خود عكس العملی نشان نمی دهند .

2-2-3- سنسورهای بدون تماس بر اساس خاصیت Magnetorsistive

برخی از عناصر مانند InSb.Wi در میدان مغناطیس ،‌مقاومت الكرتیكی خود را تغییر می دهند و از این اصل برای ساخت این نوع از سوئیچ ها استفاده می كنند .

3-2-3- سنسورهای بدون تماس بر اساس خاصیت HALL

وقتی كه یك نیمه رسانا مانند InSb در یك میدان مغناطیسی قرار گیرد ، در جهت عمود بر این میدان ولتاژی بر روی این نیمه رسانا ایجاد می شود كه به ولتاژ Hall ‌معروف می باشد این نیمه رسانا باید بصورت ورقة‌نازكی كه طول و عرض آن نسبت به ضخامت آن بزرگ بوده ، ساخته شود در روی این ورقه ها می توانند ولتاژی تا 1.5 ولت ایجاد شود .

4-2-3- سنسور Wiegand

سیم Wiegand آلیاژی از وانادیم (Vanadium) كبالت (Cobalt) و آهن است خاصیت آلیاژ wiegand این است كه وقتی شدت یك میدان مغناطیسی از حد مشخصی تجاوز نماید ، جهت مغناطیسی محدودة Wiss بصورت ناگهانی تغییر می كند بطوریكه اگر یك سیم پیچ در دور سیم Wiegand قرار گیرد این تغییر ناگهانی به صورت جریان القایی در این آن قابل اندازه گیری می باشد .

و ولتاژی تا 3 ولت در سیم پیچ ایجاد می شود به همین خاطر اكثر این سنسورها احتیاجی به منبع تغذیه خارجی ندارند .

برخی از مشخصات عمومی سنسورهای القایی – مغناطیسی در جدول زیر نشان داده شده است .

10…30 V	Operating voltage
200 mA	Max. Switching current
2…35 mt	Min. response induction
1 mT	Max. magn. Interference induction
2A	Response travel
7…17 mm	(Dependent on field strength and cylinder)
0.1…1.5mm	Hysteresis
0.1 mm	Switching point accuracy
	Voltage drop
3V	(at max. switching ctrrent)
6.5mA mex	Current consumption
-20°C…70°C	Operating remperature
1000Hz	Switchingn frequency
IP 67	Protection to IEC 529 DIN 40 050
integrated	Protective circuit for inductive

Technical data on an inductive- megnrtic proximity sensor (example)

سنسورهای مغناطیسی – القایی دارای مزایای زیر نسبت به Reed سوئیچ ها می باشند:

– نداشتن كنتاكت ( تیغه )

– از بین نرفتن كنتاكت های فلزی

– در صورتیكه محور مغناطیسی به صورت مطلوب قرار گرفته باشد فقط در یك محدوده فعال می شوند .

همانند سایر سنسورهای مغناطیسی می بایستی در محیط كار به عوامل اختلال گر در كار این نوع سوئیچ ها توجه گردد . مانند میدان مغناطیسی خارجی و با دستگاههایی كه این میادین را ایجادمی نمایند .

4- سنسورهای القایی

یك سنسور القائی از یك نوسان ساز ( LC) ، یك Demodulator ، یك تقویت كننده و قسمت خروجی تشكیل شده است

توسط شكل خاص نوسان ساز ، میدان مغناطیسی از طریق دریچة نیمه بازی در یك جهت معین منتشر می شود بطوریكه میدان مغناطیسی تولید شده در یك محدودة مشخصی فعال بوده و فقط در این منطقه امكان قطع و وصل سنسور وجود دارد .

هنگامی كه جریان برق سنسور وصل میگردد . نوسان ساز شروع به نوسان نموده و جریان مشخصی از آن عبور می كند اگر یك جسم هادی جریان الكتریكی در میدان مغناطیسی وارد گردد ، در آن جریان گردابی بوجود آمده و قسمتی از انرژی اسیلاتور را جذب می كند كه این خود باعث تغییر میزان جریان مصرفی در نوسان ساز می گردد . این تغییرات در یك قسمت الكترونیكی تجزیه و تحلیل و خروجی سنسور قطع و یا وصل می شود .

با استفاده از سنسورهای القائی فقط اجسام هادی جریان برق قابل حس می باشند . این سنسورها با خروجیهای N.O N.C عرضه می گردند . فاصله ای كه در آن یك سنسور تغییر حالت می دهد ( بسته شده و یا باز می گردد) به عنوان فاصلة سوئیچ معروف می باشند .

هر قدر سیم پیچ بكار رفته بزرگتر باشد ( در نتیجه سنسور هم بزرگتر خواهد بود ) فاصلة‌سوئیچ هم بیشتر می گردد .برای فاصلة سوئیچ 250 میلی متر نیز سنسورهای القائی وجود دارند .جهت تعیین فاصلة سوئیچ از ورقه های استاندارد كه از جنس فلز ST37 هستند استفاده می شود كه ضخامت آن یك میلی متر بوده و بصورت ورقه های مربع شكل می باشند .

طول ضلع این مربع باید برابر :

1- قطر دایرة منطقه اكتیو سنسور باشد

و یا

2- سه برابر فاصله سوئیچ باشد

بزرگتر بودن ابعاد این ورقه فقط باعث ایجاد تغییرات خیلی جزئی در مقدار اندازه گرفته شده ، خواهد شد . اما كوچك بودن ابعاد باعث بدست آمدن فاصلة سوئیچ كمتری می باشد در صورت استفاده از فلزات دیگر بغیر از ST37 باعث كمتر شدن فاصلة سوئیچ خواهد شد .

هنگام نصب سنسورهای القائی در داخل نگهدارنده های فلزی می بایستی توجه نمود كه بعلت وجود اجسام فلزی در طراف آن كاركرد سنسورها مختلف نگردد . از نظر تكنولوژی نصب دو نوع سنسور القایی وجود دارد :

1- در اولین نوع كه در شكل3 نشان داده شده است میدان مغناطیسی در اطراف سنسور پراكنده نبوده ، بلكه به علت شكل خاص ساخت آن میدان الكترومغناطیسی فقط در ناحیة جلوی سنسور وجود دارد . به همین علت نگه دارندة فلزی سنسور اختلالی در كاركرد سنسور بوجود نمی آورد .

اگر سنسور القایی دیگری در مجاورت سنسور القایی نصب گردد ، میبایستی در بین آنها حداقل فاصله ای برابر با قطر حساس سنسور وجود داشته باشد . منطقة‌آزاد كه در بالای سنسورها می باشد حد فاصل بین سنسور و اجسام موجود د رجلوی سنسور بوده و این اشیاء نمی بایستی در میدان مغناطیسی سنسور داخل و توسط سنسور حس گردند . طول منطقه آزاد سه برابر فاصلة‌سوئیچ می باشد .

این نوع سنسور ها دارای این مزیت هستند كه خیلی ساده و كم حجم ؛ قابل نصب می باشند . ولی دارای فاصلة سوئیچ كمتری نسبت به سنسورهای القائی نوع 2 می باشند .

2- در این نوع سنسور های القایی میدان الكترومغناطیسی نه تنها در مقابل سر حساس سنسور ، بلكه در اطراف و حول و حوش آن بصورت جانبی نیز منتشر می گردد . در نوع اخیر كه درشكل 6-4 نشان داده شده است . باید هنگام نصب ابعاد ذكر شده رعایت گردد . تا نگه دارندة فلزی سنسور تأثیر منفی و اختلالی در كار سنسور بوجود نیاورد .

5- سنسورهای خازنی

اساس كار سنسورهای خازنی بر پایة‌تغییرات ظرفیت یك خازنی می باشد كه در یك مدار نوسان ساز RC قرار گرفته است سنسورهای خازنی نسبت به سنسورهای القایی این مزیت را دارند ، كه علاوه بر اجسام هادی ، اشیاء عایق را نیز حس می كنند .

در این نوع از سنسور جهت ایجاد میدان الكتریكی از دو الكترود استفاده می شود .كه یكی از الكترودها فعال بوده ودیگر به زمین متصل می باشد همچنین الكترود خنثی كننده ای وجود دارد كه اثر رطوبت هوا را برروی خازن از بین می برد اجزاء این سنسور در شكل 1-5 نشان داده شده است

اگر فلز ، مواد مصنوعی ، شیشه ، چوب ؛ آب و … وارد محدودة فعال سنسور گردد
( محدودة‌انتشار میدان الكتریكی نشتی خازن ) باعث تغییر ظرفیت آن گردیده كه مقدار این تغیرات به عوامل زیر بستگی دارد .

1- فاصلة جسم از سنسور 2- ابعاد جسم 3- ضریب دی الكتریك جسم

توسط یك پتانسیومتر قابل تنظیم می توان فاصلة سوئیچ را تنظیم نمود . و از این خاصیت جهت حس نمودن اجسام معینی استفاده می گردد . برای مثال می توان سطح یك مایع را داخل یك بطری پلاستیكی تعیین نمود . بدون اینكه بطری پلاستیكی خود باعث بكار افتادن سنسور گردد .

در جدول 1-5 فاصله سوئیچ برای ورقة مقوا در ارتباط با ضخامت ورقه نشان داده شده است ابعاد ورقه 30 میلی متر می باشد .

✔️  بهترین کیفیت 💯 از 💯
✔️  پشتیبانی 24 ساعته
✔️  مناسب ترین قیمت

◀️  فروشگاه فایل سیدا

 

دانلود بررسی سنسور و اهمیت كاربرد آن