سنسور صنعتی چیست؟
واژه سنسور ( Sensor ) از فعل Sense به معنی حس کردن گرفته شده است. در واقع سنسور وسیله ای است که چیزی را احساس می‌کند و برای همین در فارسی به سنسورها حسگر نیز می‌گویند. سنسورها می‌توانند بببینند، حس کنند، بو کنند و یا حتی بچشند!
سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی، رطوبت، حرارت و غیره را به کمیت های الکتریکی آنالوگ یا دیجیتال تبدیل می کنند. سنسور ها در دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسور ها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف باعث شده است که سنسور ها جز جدا نشدنی سیستم های کنترل اتوماتیک باشند. بعضی از سنسور ها بصورت جداگانه و بعضی از سنسور ها با دستگاه های اندازه گیری دیگر همراه می شوند و مقدار اندازه گیری شده را به واحد کنترل اعلام می کنند و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.
سنسور های صنعتی به دو نوع تقسیم می شوند
- سنسور های تماسی
- سنسور های غیر تماسی
سنسور های تماسی: سنسور های تماسی از طریق تماس با قطعه آن را حس می کنند و اطلاعات را به کنترل کننده می فرستند. سنسور های تماسی به دو دسته سنسور های تشخیص تماس و سنسور های نیرو، فشار طبقه بندی می شوند.
سنسور های غیر تماسی (مجاورتی): سنسور های غیر تماسی سنسور هایی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه آن را حس می کنند و فعال می شوند. سنسور های غیر تماسی دقت و سرعت پاسخگویی بالایی دارند، اما نحوه ساخت سنسور های غیر تماسی مشکل می باشد.
انواع سنسورهای صنعتی غیر تماسی
- سنسور القایی
- سنسور خازنی
- سنسور آلتراسونیک
- سنسور نوری
- سنسور مغناطیسی
- سنسور کد رنگ
- سنسور لیزری
- پرده نوری
سنسور ها از نظر نوع خروجی به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:
سنسور دیجیتال
سنسورهای دیجیتالی مانند کلید قطع و وصل کار نموده و در صورت تحریک شدن سنسور که توسط عوامل فیزیکی صورت می گیرد، سیگنالی وصل و یا قطع می گردد. در این سنسورها فقط دو حالت “۰” و یا “۱” وجود دارد. در سنسورهای آنالوگ عوامل فیزیکی با توجه به شدت و تأثیر آنها به سیگنال های آنالوگ ولتاژ و یا جریان تبدیل می شوند.
سنسور آنالوگ
خروجی سنسور آنالوگ به صورت یک ولتاژ پیوسته بوده و عملکرد آن، تابع فاصله قطعه از سنسور است.
در ادامه به شرح و کاربرد هر کدام از سنسور های نامبرده می پردازیم.
سنسور القایی
سنسور های القایی نوعی از سنسور های غیر تماسی می باشند، این سنسور ها در مقابل فلزات قرار می گیرند و اطلاعات را دریافت می کنند و به سیستم های اندازه گیری و مدار های کنترلی مانند Relay و plc ارسال می نمایند. سنسور های القایی از پر کاربرد ترین سنسور های غیر تماسی در اکثر صنایع می باشند.
کاربرد سنسور القایی:
از سنسور های القایی فقط برای سنس فلزات استفاده می شود و برای تشخیص اجسام غیر فلزی مثل کاغذ و پلاستیک قابل استفاده نمی باشد.
- اندازه گیری فاصه از قطعه
- جداسازی قطعات با ابعاد مختلف
- اندازه گیری ضخامت قطعات فلزی
- تشخیص قطعات فلزی شکسته دستگاه های مختلف صنعتی
- جداسازی قسمت فلزی قطعات
- آشکار سازی هر گونه تغییر در دندانه چرخ دنده های فلزی
- اندازه گیری و کنترل سرعت و آشکار سازی حرکت های مکانیکی
سنسور خازنی
سنسور خازنی جز سنسور های بدون تماس و بدون کنتاکت الکتریکی هستند و اجسام فلزی و غیر فلزی مانند پلاستیک، شیشه، مایعات، کاغذ را حس می نمایند. این سنسور ها برای کنترل سطوح در مخازنی که از مواد پودری، مایع یا دانه پر شده اند مناسب می باشد. همچنین از آنها می توان به عنوان مولد پالس به منظور کنترل وضعیت برنامه ماشین آلات، برای شمارنده ها و آشکار سازی تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی استفاده کرد.
مزایا سنسور خازنی
- مناسب جهت تشخیص فلزات و غیر فلزات
- غیر تماسی
- حجم کم
- نصب آسان
- حساسیت بالا
- محدوده باند گسترده
کاربرد سنسور خازنی
- کنترل سطح
- کنترل وجود مایع در محیط بسته
- شمارش اجسام عایق
- اندازه گیری سرعت
- کنترل حرکت و انحراف پارچه
سنسور آلتراسونیک (سطح سنج)
سنسورهای آلتراسونیک یک پالس صوتی کوتاه به سطح جسم ارسال می کنند و سیگنال بازتابیده شده را دریافت و زمان رفت و برگشت محاسبه می گردد.
مزایا سنسور التراسونیک
- دقت بالا
- سرعت بالا
- ارزان قیمت
- هزینه کم تعمیرات و نگهداری
- غیرتماسی
- مقاوم در برابر خوردگی و سایش
کاربرد سنسور آلتراسونیک
- اندازه گیری فاصله و عمق
- همگن نمودن مواد مذاب
- آزمایشات کیفی جهت تعیین محل شکاف ها و سوراخ ها
سنسور نوری (فتو الکترونیک)
سنسور نوری برای تشخیص اجسام فلزی و غیر فلزی استفاده می شود. سنسور نوری با LED های نیمه هادی کار می‌کنند. نور ارسالی سنسور از نوع داده های قطار پالسی است. استفاده از این الگوریتم پالسی مشخص، به سنسور این امکان را می‌دهد که بین نور ارسالی از سنسور و نور های محیطی مانند نور خورشید تمایز قائل شود.
سنسور نوری برای تشخیص اجسام فلزی و غیر فلزی استفاده می شود. سنسور های نوری با LED های نیمه هادی کار می‌کنند. نور ارسالی سنسور از نوع داده های قطار پالسی است. استفاده از این الگوریتم پالسی مشخص، به سنسور این امکان را می‌دهد که بین نور ارسالی از سنسور و نور های محیطی مثل نور خورشید تمایز قائل شود.
کاربرد سنسور نوری
- کنترل عبور و مرور افراد
- شمارش خط تولید با سرعت بالا
- کنترل سطوح از جمله کنترل سطوح مخازن
- تشخیص پارگی یا کنترل حرکت ورق
- کنترل حرکت پارچه
انواع سنسور های نوری
- سنسور نوری یک طرفه
- سنسور نوری دو طرفه
- سنسور نوری رفلکتوری
- سنسور نوری کنترل سطح
- سنسور نوری مادون قرمز
سنسور نوری یک طرفه
فرستنده سنسور های نوری یک طرفه، پرتو نوری را به جسمی که مقابل آن قرار گرفته است می تاباند و بخشی از پرتو نور باز تابیده می شود تا عبور جسم تشخیص داده شود. سنسور نوری یک طرفه در صنعت سرامیک و در زمینه حمل کاربرد دارند.
مزایای سنسور نوری یک طرفه
- یک تکه بودن سنسور و کاهش هزینه
- نصب و تنظیم آسان
معایب سنسور نوری یک طرفه
- برد کوتاه (توانایی تشخیص جسم تا حداکثر یک متر)
- عدم توانایی و ایجاد خطا در تشخیص رنگ های خیلی سفید یا خیلی سیاه
- دقت پایین تر نسبت به سنسور های دو طرفه و آینه ای
- قابلیت اطمینات کمتر
- عدم توانایی استفاده از سنسور در صورت وجود یک سطح براق و روشن پشت اجسام
سنسور نوری دو طرفه
در این سنسور ها بخش فرستنده و گیرنده از یکدیگر مجزا هستند، بخش فرستنده پرتو نوری می فرستد و بخش گیرنده نور دریافت می کند. در صورتی که بین فرستنده و گیرنده، جسم یا مانعی وجود داشته باشد، گیرنده سیگنالی را می فرستد و طبق برنامه از پیش تعیین شده برنامه های لازم اجرا می گردد.
مزایا سنسور نوری دو طرفه
- حافظه طولانی مدت
- قابلیت تشخیض اجسام تا 30 متر
- خطای ناچیز و قابل اطمینان بودن
- قابلیت تشخیص موقعیت دقیق اجسام
معایب سنسور نوری دو طرفه
- دو کابله بودن و نیاز به کابل کشی بیشتر و طولانی تر
- هزینه بیشتر
- مدت زمان طولانی تر جهت نصب و راه اندازی
کاربرد سنسور نوری دو طرفه
- در اتوماسیون کارخانه ها جهت قرار گیری اجسام در محل درست
- گیت فرودگاه، مترو، فروشگاه ها و غیره
-
در محیط هایی که نیاز به حافظه بالا جهت ذخیره سازی داشته باشند مانند کارواش و محیط های آلوده
سنسور نوری رفلکتوری
سنسور های نوری رفلکتوری بر مبنای ارسال امواج مادون قرمز و دریافت انعکاس امواج از رفلکتور طراحی می شوند، در این حالت امواج مادون قرمز به صورت جداگانه در فضا منتشر می شوند و یک منعکس کننده در فاصله معین مقابل سنسور قرار می گیرد، امواج مادون قرمز ارسال شده پس از برخورد به این منعکس کننده با زاویه ۹۰ درجه نسبت به امواج منتشر شده به طرف گیرنده بر می گردد.
سنسور نوری کنترل سطح
سنسور های نوری کنترل سطح بر اساس امواج مادون قرمز مدل شده است. هنگامی که نوک سنسور در تماس با مایع قرار گیرد، زاویه شکست امواج تغییر می یابد و به گیرنده نمی رسد و خروجی سنسور تغییر حالت می دهد.
کاربرد سنسور نوری کنترل سطح
سنسور کنترل سطح به منظور تشخیص سطح مایعات مانند الکل اتر، آب مقطر، انواع اسید و غیره به کار می رود. جهت محافظت از سنسور در برابر مایعات و اسید ها بدنه سنسور را از جنس فولاد ضد زنگ و پروب سنسور را از جنس آکرولیک انتخاب می کنند تا در برابر اسید ها و مایعات مختلف مقاوم باشد.
سنسور مغناطیسی
سنسورهای مغناطیسی در مجاورت میدان مغناطیسی عمل می کنند، هرگاه یک قطعه آهن ربا در مقابل این سنسور قرار بگیرد کنتاکت آن عمل خواهد کرد.
کاربرد سنسور های مغناطیسی
- اندازه گیری سرعت
- تشخیص موقعیت پیستون در داخل سیلندر
- تشخیص و کنترل سطح مایعات
سنسور کد رنگ یا تشخیص رنگ
سنسور کد رنگ به منظور تشخیص کد های رنگی روی لفافه های بسته بندی از جنس PVC ،OPP ،BOPP، کاغذ مومی و کاغذ و غیره، با ضریب شفافیت برابر با آینه طراحی و ساخته شده است. اساس کار سنسور کد رنگ ارسال نور سفید و دریافت نور منعکس شده از کاغذ بسته بندی است. یکی از سنسورهای کد رنگ سنسور کد رنگ U شکل است که برای لفافه های بسته بندی شفاف مانند سلفون، نایلون و غیره استفاده می شود. در این نوع سنسور ها از یک فرستنده و گیرنده نور مرئی روبروی هم استفاده شده که با عبور کد رنگی روی لفافه از میان آنها مسیر نور قطع شده و در خروجی سنسور تغییر حالت ایجاد می شود.
سنسور لیزری
سنسور لیزری جهت اندازه گیری میزان فاصله از طریق یک پرتو نور باریک متمرکز شده استفاده می گردد که قادر به تشخیص فاصله هر جسم جامد با سیگنال خروجی متناسب با آن دارد.
از مزیت های سنسورهای لیزری، قابلیت عبور از میان گرد و غبار می باشد که در محیط های آلوده نیز قابل استفاده است.همچنین قابلیت اندازه گیری فواصل دور و اشیاء کوچک را به دلیل نور متمرکزشان دارند.
برخی از مدلهای این نوع سنسور دارای سیگنال خروجی جریانی و ولتاژی نیز می باشند.
کاربرد سنسور لیزری
- تراز کردن اجرا
- اندازه گیری ارتفاع
- موقیعت ربات
- موقیعت سر دستگاه جوش
- کنترل انحراف قطعه
- آشکار سازی قطعات ریز
- تراز کردن مسیر راه آهن
پرده نوری (Light Curtain)
پرده نوری یا چشم دروازه ای نوعی سنسور اپتو الکترونیکی است که جهت تشخیص حضور در فاصله کوتاه با حساسیت های مختلف به صورت جفت با فرستنده و گیرنده استفاده می گردد. فرستنده طیف وسیعی از پرتوهای مادون قرمز موازی را به گیرنده ارسال می کند و هنگامی که جسمی از بین طیف عبور کند، پرده نوری سیگنال توقف را به تجهیزات ارسال می کند.
سنسورهای پرده ای (پرده نوری) بر اساس عملکرد به انواع مختلفی تقسیم می شود:
- حساسیت بالا: در این نوع پرده نوری، فاصله بین سنسورها بسیار کم بوده و قابلیت تشخیص اجسام کوچک را دارد.
- حساسیت متوسط: تعداد سنسورها و فاصله بین آنها بیشتر از تیپ قبلی است و از دقت خوبی برخوردار است.
- حساسیت کم: در این نوع تعداد سنسورها کمتر و فاصله بین آنها بیشتر از دو نمونه قبلی است و برای اجسام بزرگ و بدن انسان قابل استفاده است.
کاربرد سنسور نوری
- حفاظت و ایمنی اپراتورهای دستگاه های صنعتی
- گیت های ورودی
- محل های محافظت شده
سنسور تراکشن لوکوموتیو
سنسور تراکشن لوکوموتیو جهت تشخیص دور و تراکشن موتور لکوموتیو به کار می رود.
کاربرد سنسور های صنعتی
سنسورهای صنعتی در تجهیزات فضایی، پزشکی، دارویی، ماشین آلات صنعتی، ربات ها، کارخانه ها، صنایع خودروسازی، صنایع غذایی و کاربرد هایی نظیر سیستم هشدار نزدیکی به زمین هواپیما (جهت ایمنی)، سیستم های نظامی ضد حملات موشکی و غیره کاربرد دارند.
سنسور های قابل استفاده برای بعضی از کاربرد های صنعتی به شرح زیر می باشد
کنترل سطح مخازن: سنسورهای نوری، خازنی و خازنی کنترل سطح
کنترل حرکت و انحراف: از سنسور نوری و خازنی
شمارش تولید: سنسورهای القایی، خازنی و نوری
کنترل تردد و تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری
اندازه گیری سرعت: سنسور القایی و نوری
اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ
سنسور ها از نظر نوع خروجی به چند نوع دسته بندی می شوند
سنسور ها از نظر نوع خروجی به سنسورهای دو سیمه، سه سیمه و چهار سیمه تقسم بندی می شوند. سنسورهای دوسیمه شامل سنسور دوسیمه AC، سنسور دوسیمه DC می باشند. سنسورهای سه سیمه شامل سنسور سه سیمه PNP و سنسور سه سیمه NPN و سنسور چهار سیمه شامل سنسور چهار سیمه PNP و سنسور چهار سیمه NPN نیز می باشد.
خروجی سنسور های غیر تماسی
سنسور های غیر تماسی سنسور های حالت جامد می باشند و دارای 3 سیم می باشند، همچنین سنسور های غیر تماسی دارای ترانزیستور هستند که ترانزیستور پس از تشخیص یک شی قابلیت سوئیچ خروجی را دارد. ترانزیستور ها دارای نیمه های نوع N و یا نوع P می باشند. سنسور های غیر تماسی از نوع سنسور های القایی سه سیمه ۲۴ ولتی DC می باشند و دارای دو خروجی NPN و PNP می باشند. تفاوت خروجی NPN و PNP در نحوه ارتباط سنسور با مصرف کننده و نوع خروجی است که از سنسور دریافت می شود می باشد.
در شکل زیر نحوه سیم بندی خروجی های NPN و PNP نشان داده شده است
با توجه به شکل، در خروجی PNP ولتاژ از تغذیه مثبت به خروجی اعمال می شود، همچنین سیم بندی سنسور غیر تماسی با خروجی PNP دارای دو سیم جهت تغذیه و یک سیم جهت خروجی سنسور می باشد. در خروجی NPN ولتاژ از تغذیه منفی به خروجی اعمال می شود، همچنین سیم بندی سنسور غیرتماسی با خروجی NPN دارای دو سیم جهت تغذیه و یک سیم جهت خروجی سنسور می باشد.
مزایای سنسور غیرتماسی
- عدم نیاز به ارتباط فیزیکی با جسم
- ضریب اطمینان بالا
- دقت بالا
- سرعت پاسخگویی بالا
- طول عمر بالا
- قابل استفاده در محیط های بسیار سخت مانند محیط های صحرایی و فضای آزاد
- نصب و راه اندازی آسان
- قیمت مناسب
- قابلیت سوییچ زنی بی نهایت
- عدم ایجاد نویز در هنگام سویچینگ
به صورت خلاصه کاربرد سنسورها
١- شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری
۲- کنترل حرکت پارچه و…: سنسور نوری و خازنی
٣- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح
۴- تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری
۵- کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی
۶- کنترل تردد: سنسور نوری
۷- اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی
۸- اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ
انواع سنسورها از نظر توابع خروجی
انواع مدل های سنسورها از نظر توابع خروجی عبارتند از:
۱- دو سیمه DC
۲- دو سیمه AC
۳- دو سیمه NAMOR
۴- سه سیمه PNP
۵- سه سیمه PNP
۶- چهار سیمه PNP
۷- چهار سیمه NPN