سنسور و کاربردهای آن

[mosalasezard]

سنسور و کاربردهای آن:

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]در مقالات قبلی با میکروسوئیچ‌های معمولی و میکروسوئیچ های بدون سیم آشنا شدیم. این تجهیزات می‌توانند موقعیت جسم متحرک را بر اثر برخورد تشخیص دهند. در تصویر زیر برخورد فیزیکی میکروسوئیچ با اجسام را مشاهده می کنید. وجود قطعات مکانیکی و برخوردهای فیزیکی باعث ایجاد محدودیت‌هایی مانند ابعاد بزرگ، آسیب به قطعات حساس، زمان پاسخگویی طولانی، تعداد عملکرد محدود، کاهش عمر، عملکردهای بی مورد، نیازمندی به سرویس و نگه‌داری، تاثیر گذاری رطوبت، آلودگی، دما و … می‌شود. برای رفع مشکلات فوق می‌توان از سنسورها استفاده کرد.
[/FONT]

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]طبق تعریف، سنسور تجهیزی برای تشخیص یا اندازه‌گیری تغییرات فیزیکی، محیطی، شیمیایی و … بوده که می‌تواند با تماس مستقیم و یا بدون تماس کار کند.سنسورهایی که جهت اندازه‌گیری استفاده می‌شوند اغلب خروجی آنالوگ داشته و باید به یک کنترلر مانند رله‌های کنترل دما، کنترل رطوبت، کنترل سطح، PLC و … متصل شوند. به عبارت دیگر سنسورهای آنالوگ را نمی‌توان به صورت مستقیم و بدون واسطه در مدار فرمان استفاده کرد. در تصویر زیر سنسور آنالوگ مافوق صوت جهت تشخیص سطح غلات در سیلو را مشاهده می کنید.

بر خلاف سنسورهای آنالوگ، می‌توان از سنسورهای دیجیتال در مدار فرمان استفاده کرد. لازم به ذکر است که برخی از سنسورها دارای ولتاژ کاری پایین و خروجی‌های ترانزیستوری هستند. این موارد ممکن است باعث محدودیت استفاده از آن‌ها به صورت مستقیم در تمام مدارها شود. این سنسورها به کنترلر خاصی نیاز نداشته و مانند شستی‌ها، میکروسوئیچ‌ها و … سیم‌بندی می‌شوند. در تصویر زیر شمارش محصولات با سنسور دیجیتال را مشاهده می کنید.[/FONT]

چرا و برای چه کارهایی از سنسور استفاده کنیم؟

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]قبل از بررسی ساختمان و نحوه‌ی سیم‌بندی سنسورها بهتر است در مورد مزایا و کاربری‌های آن‌ها بیشتر بدانیم. برخی از مزایای سنسورها عبارت‌اند از:[/FONT]

• عدم وجود قطعات مکانیکی و عمر بسیار بالا. البته در برخی از سنسورهای اندازه‌گیری فشار، قطعات مکانیکی وجود دارد اما اغلب سنسورها فاقد سیستم‌های مکانیکی هستند.
• عدم عملکردهای بی مورد. به عنوان مثال برخورد سریع تجهیزات در میکروسوئیچ‌ها باعث صدور چند فرمان در یک لحظه‌ی کوتاه می‌شود.
• دقت و سرعت بسیار بالا
• رنج ولتاژی مختلف AC، DC و UC: AC/DC
• مدل‌های خروجی متنوع مانند رله باز، بسته، چنج آور، ترانزیستور و …
• بدون نیاز به تماس یا انتقال نیرو برای شناسایی و اندازه‌گیری
• ابعاد کوچک و توانایی کار در محیط‌های آلوده، خطرناک، داخل تجهیزات و …

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]در تصویر زیر نمونه‌ای از سنسور بدون تماس را مشاهده می کنید.

با توجه به مزایای ذکر شده، از سنسورها می‌توان در بخش‌های مختلف صنعت استفاده کرد. به عنوان مثال سنسور می‌تواند کاربردهای زیر را داشته باشد:[/FONT]

• تشخیص موقعیت اجسام
• تشخیص جهت حرکت اجسام
• تشخیص وضعیت قرارگیری اجسام
• شمارش
• اندازه‌گیری سرعت
• اندازه‌گیری فاصله
• تشخیص و اندازه‌گیری کمیت‌های مختلف مانند حرارت، رطوبت، نور، مواد و گازهای مختلف
• سیستم‌های ایمنی و …

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]در تصویر زیر استفاده از سنسور برای موارد مختلف را مشاهده می کنید مانند تشخیص موقعیت یا جهت یا سالم بودن مته[/FONT]

 

[mosalasezard]

المان های مهم در انتخاب سنسور:

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]سنسورها در مدل‌های بسیار متنوعی عرضه می‌شوند و نیاز است برای انتخاب مناسب آن‌ها، مواردی را بررسی کنیم. به عنوان مثال قبل از تهیه باید کمیت مورد نظر جهت شناسایی یا اندازه‌گیری، روش کار، شرایط محیط، نوع مدار فرمان، مشخصه‌ها، نوع خروجی و … را به خوبی مشخص کنیم. برای این کار سوال‌های زیر مطرح شده‌اند:[/FONT]

• سنسور برای اندازه‌گیری یا تشخیص چه کمیت یا جسمی استفاده خواهد شد؟
• سنسور باید با قطعه‌ی مورد نظر تماس داشته باشد یا خیر؟
• شکل ظاهری، محل و روش نصب سنسور مشخص شده است؟
• محل نصب سنسور از نظر شرایط محیطی، آلودگی و … چگونه است؟
• سنسور باید چه مشخصه‌های الکتریکی شامل تغذیه، نوع خروجی، روش اتصال و … داشته باشد؟
• چه مشخصه‌های کاری مانند سرعت، فاصله، عوامل تاثیر گذار و … مورد نیاز است؟

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]

ابتدایی‌ترین و مهم‌ترین نکته در انتخاب سنسور، مشخص کردن نوع کمیت یا جسم مورد سنجش می‌باشد. به عنوان مثال در سنسورهای آنالوگ باید مشخص کنیم که چه کمیتی قرار است اندازه‌گیری شود.با مدل‌های متنوع سنسورهای آنالوگ می‌توان حرارت، فاصله، سطح مایعات، سطح جامدات، سرعت و … را اندازه‌گیری کرد. به عنوان مثال و طبق تصویر زیر، از سنسور برای اندازه‌گیری سطح مایعات داخل مخزن استفاده شده است.

برای انتخاب سنسور دیجیتال، نوع مواد تشکیل دهنده‌ی جسم اهمیت زیادی دارد. سنسورهای القایی برای تشخیص مواد فلزی، سنسور خازنی برای مواد فلزی و غیر فلزی و سنسورهای نوری و صوتی برای مواد مختلف استفاده می‌شوند. به عنوان مثال و طبق تصویر زیر، نمی‌توان از سنسور القایی برای تشخیص کفش ورزشی در یک خط تولید استفاده کرد. بهترین گزینه در این مثال سنسور خازنی می‌باشد.

سنسورها صرف نظر از نوع کاربری، در مدل‌های تماسی و غیر تماسی ساخته می‌شوند. برای کمتر کردن معایب تماس مستقیم بهتر است تا حد ممکن از سنسورهای غیر تماسی استفاده شود. سنسورهای خازنی، القایی و نوری از انواع بدون تماس، و سنسورهای دما و کنترل سطح مایعات می‌توانند به صورت‌های تماسی و غیر تماسی انتخاب شوند.به عنوان مثال در تصویر زیر، استفاده از سنسور خازنی با خروجی آنالوگ و جریانی را در اندازه‌گیری سطح مایع مشاهده می‌کنید. در تصویر سمت چپ مخزن خالی بوده و مقدار جریان نمایش داده شده روی آمپرمتر نیز ناچیز است. با افزایش سطح مایع در مخزن جریان خروجی سنسور نیز افزایش یافته و می‌توان از آن در اندازه‌گیری استفاده کرد.

در گام بعدی و با توجه به محل نصب سنسور، باید مشخصات ظاهری و ابعاد آن را مشخص کنیم. سنسورها در مدل‌های مختلفی مانند استوانه‌ای با قسمت حساس بیرون زده (Non-Flush)، استوانه‌ای صاف یا محصور شده (Flush)، مکعبی، شیار دار (Slot Type)، حلقه‌ای (Ring Type) و .. در ابعاد مختلف تولید می‌شوند. شکل ظاهری سنسور علاوه بر محل نصب، به فاصله و مواد تشکیل دهنده‌ی جسم نیز بستگی دارد. در تصویر زیر انواع شکل ظاهری سنسورها را مشاهده می کنید.

هر یک از سنسورهای نمایش داده شده در تصویر فوق، برای محل خاص و روش کنترل خاصی مناسب هستند. در محیط‌هایی که فاصله‌ بسیار کم بوده و امکان برخورد جسم با قسمت حساس سنسور وجود دارد، می‌توان از مدل استوانه‌ای محصور شده و یا مکعبی استفاده کرد. در نمونه‌های دیگر و برای مشخص کردن وضعیت اجسامی که دارای شرایط یا سرعت خاصی هستند می‌توان از مدل‌های شیاردار یا حلقه‌ای استفاده کرد. به عنوان مثال و طبق گزینه‌ی (d) برای افزایش دقت در مشخص کردن موقعیت یک دیسک از نوع شیاردار و طبق گزینه‌ی (e) برای مشخص کردن وضعیت نخ در ماشین‌های ریسندگی از نوع حلقه‌ای استفاده می‌شود.در نظر داشته باشید که برخی از المان‌های محیطی مانند هم جواری با سنسورهای دیگر، دما، رطوبت، آلودگی و … در عملکرد صحیح سنسورها تاثیر دارند. به عنوان مثال فاصله‌ی کمتر از حد مجاز در نصب چند سنسور القایی و یا وجود آلودگی‌های محیطی در عملکرد سنسورهای خازنی مؤثر است. برای دست‌یابی به حداکثر دقت و کارایی باید شرایط محیطی را مشخص کرده و سپس به اطلاعات درج شده در کاتالوگ سنسورها مراجعه کرد.

مشخصه‌های الکتریکی در سنسورها بسیار متنوع بوده و باید بر اساس کمیت مورد اندازه‌گیری و نوع مدار فرمان انتخاب شود. به صورت کلی مشخصه‌های الکتریکی یک سنسور را می‌توان به سه گروه تغذیه، خروجی و روش اتصال تقسیم کرد.تغذیه‌ی سنسورها را می‌توان بر اساس نوع مدار به صورت AC یا DC با مقادیر مختلف و یا به صورت AC/DC با یک رنج گسترده انتخاب کرد. بهترین حالت این است که ولتاژ کاری سنسور با ولتاژ مدار فرمان یکی باشد تا نیازی به نصب منابع تغذیه وجود نداشته باشد.

خروجی سنسورها در مدل‌های متنوعی مانند جریانی، ولتاژی، قطع و وصل به صورت نرمال باز، قطع و وصل به صورت نرمال بسته، قطع و وصل به صورت چنج آور، پالس، تحت شبکه و … وجود داشته و باید بر اساس نقش سنسور در مدار فرمان انتخاب شود. همان‌طور که در مقالات قبلی شرح داده شد، سنسورهای آنالوگ نیاز به کنترلر داشته و نمی‌توانند به صورت مستقل در مدار فرمان قرار بگیرند.گام بعدی پس از انتخاب نوع سنسور، شکل ظاهری و محل نصب، تعیین مشخصه‌های کاری آن است. این مرحله نیاز به دقت زیادی داشته و در عملکرد صحیح ماشین‌آلات و مدارهای فرمان بسیار اهمیت دارد. مشخصه‌های کاری بر اساس نوع سنسور، برند و مدل بسیار متفاوت بوده و باید بر اساس ماشین یا قسمتی که می‌خواهیم آن را اتوماسیون کنیم، حساسیت، هزینه‌ها و … انتخاب شود.

برای شروع این کار می‌توان سوال‌های زیر را مطرح و به آن‌ها پاسخ داد:[/FONT]

• سرعت تغییراتی که سنسور باید تشخیص دهد چقدر است؟ مثلا در یک ثانیه سنسور باید چند بار چیزی را تشخیص دهد؟ پاسخ به این سوال تعداد عملکرد یا فرکانس سوئیچ سنسور را مشخص می‌کند.
• سنسور در چه فاصله‌ای باید تغییرات را تشخیص دهد؟ پاسخ به این سوال فاصله‌ی سوئیچینگ را مشخص می‌کند.
• حداکثر تغییرات فیزیکی و الکتریکی مانند دما، افت ولتاژ، آلودگی‌ها و … چقدر هستند؟ پاسخ به این سوال فاصله‌ی سوئیچینگ مؤثر، مفید و عملیاتی را مشخص می‌کند.
• میزان حساسیت کار و خسارات احتمالی در صورت صحیح کار نکردن سنسور چقدر است؟

[FONT=IRANSansWeb_NoEn_]همان‌طور که گفته شد مشخصه‌های کاری یک سنسور بسیار بیشتر بوده و به حساسیت ماشین‌آلات و سیستم کنترل بستگی دارد. به عنوان مثال برای کارهای دقیق و حساس باید المان‌های بیشتری را مانند هیسترزیس، ولتاژ تغذیه، افت ولتاژ، ریپل، جریان نشتی، جریان بی‌باری، جریان بار ماکزیمم، دمای محیط، کلاس حفاظتی و … را در انتخاب سنسورها لحاظ کنیم. برای برداشت این مشخصات و میزان تغییرات مجاز آن‌ها باید به کاتالوگ شرکت‌های سازنده مراجعه کرد. در نظر داشته باشید که هر قدر حساسیت‌ها و المان‌های کاری یک سنسور پیچیده‌تر و دقیق‌تر شود، قیمت آن نیز افزایش پیدا می‌کند. انتخاب یک سنسور بسیار حساس و گران قیمت برای کارهای معمولی و یا انتخاب یک سنسور با توانایی و ضریب اطمینان پایین در کارهای بسیار حساس، هر دو باعث اتلاف هزینه و خسارت‌های بعدی می‌شوند.[/FONT]