سنسور ها در صنعت

سنسور یا حسگر

به ھر المانی که بتواند تغییری فیزیکی ویا شیمیایی و یا نوری را به یک علامت فیزیکی / الکتریکی / الکترونیکی تبدیل کند حسگر یا سنسور میگویند پس یک کلید ساده که با حرکت یک اھرم تحریک و به واسطه آن حرکت یک مدار الکتریکی را وصل میکند میتواند یک سنسور باشد.

حسگرھا گونه ھای مبدل ھستند. بعضی از حسگرھا به تنھایی قابل استفاده اند و برای خواندن آنھااحتیاجی به وسایل جانبی دیگری نیست ،مانند دماسنج جیوه ای که حرارت را به وسیله انبساط جیوه در درون یک لوله شیشه ای که درجاتی به روی آن ثبت شده نمایش میدھد ،دسته دیگر برای استفاده باید با وسایل دیگری ھمراه باشند مثل ترموکوپل که حرارت را به خروجی ولتاژی تبدیل میکند ، این خروجی را میتوان به وسیله ولت متر خواند ،بیشتر حسگرھا الکتریکی یا الکترونیکی ھستند که انواع الکتریکی از دقت پایین تری برخوردارند. حسگرھا در زندگی روزمره ما به صورت فراوان مورد استفاده قرار میگیرند، مواردی که شامل خودرو، ماشین ھای صنعتی ، تجھیزات فضائی و حتی دارویی میشود ، برای ایجاد دقت در تمامی سنسور ھا نیازبه ( calibration ) تنظیماتی برای استاندارد سازی میباشد.

تقسیم بندی سنسور

1. 1. سنسور های تماسی

1. 1. سنسورھای حرارتی

1. 1. سنسورھای مقاومتی

1. 1. سنسورھای ولتاژی

1. 1. سنسورھای جریانی

1. 1. سنسورھای خازنی

1. 1. سنسورھای القایی

1. 1. سنسورھای نوری

1. 1. سنسورھای شیمیایی

1. 1. سنسورھای مغناطیسی

سنسور های تماسی

این گونه از سنسورھا حتما” میبایستی با سوژه مورد نظر در تماس مستقیم قرار بگیرد نظیر:
ترموکوپل ھا
از ترموکوپلھا برای اندازه گیری حرارت استفاده میشود و برای صحت اندازه گیری ترموکوپل حتما”میبایستی مقدار معینی از سنسور با حرارت در تماس مستقیم باشد.
سنسورھای سویچینگ
سنسورھایی نظیر کلیدھای مکانیکی یا ھمان میکروسویچ ھا که برای سویچینگ مکانیکی در خطوط تولید مورد استفاده قرار میگیرند این نوع قادر به تشخیص وجود ویا عدم وجود فشار میباشند ونیز حتما” میبایستی توسط فشار مکانیکی تحریک گردند.

سنسور های غیرتماسی

سنسورھای بدون تماس سنسور ھایی ھستند که بدون تماس با سوژه وجود آنرا حس کرده و فعال میشوند ودارای مزایای زیادی ھستند که علت این مزایا استفاده از آنھا روز به روز در صنعت افزایش میابد.از جمله این مزیت ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• • سرعت سوئیچینگ زیاد

• • طول عمر زیاد

• • عدم نیاز به نیرو و فشار

• • قابل استفاده در محیط های کاری با شرایط سخت

سنسور ھای بدون تماس در مقایسه با کلیدھای مکانیکی از سرعت سویچینگ بابلایی برخوردار ھستند به طوریکه بعضی از آنھا ( سنسورھای القایی ) با سرعت ٢۵ کیلو ھرتز کار می کنند.
سنسورھای بدون تماس به دلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و محافظت درمقابل نفوذ آب ، روغن ، گرد و غبار دارای طول عمر زیادی ھستند.
به ھنگام نزدیک شدن سوژه به سنسور ، نیرو و فشاری به سنسور وارد نمی شود.
این سنسورھا به دلیل ایزوله بودن قادرند در شرایط کاری سخت نظیر حرارت بالا ، فشار بالا ، و محیطھای مرطوب ، اسیدی و روغنی بدون اینکه آسیب ببینند کار کنند.

سنسور های حرارتی

شاید بتوان گفت از قدیمی ترین حسگرھای الکتریکی که ساخته و در صنعت با استقبال فراوانی روبرو شد سنسورھای حرارتی و یا به عبارت صریح تر ترموستاتھا وترموکوپل ھا بودند.

در توضیح نحوه عملکرد ترموستات ھا میتوان گفت ترموستاتھا با دریافت انرژی حرارتی آنرا به حرکت فیزیکی تبدیل می نمایند ، ترموستات با دریافت حرارت عکس العمل مکانیکی انجام داده و باعث قطع کنتاکت کنترل کننده ھیتر می شوند.
ترموستاتھا در انواع بیمتال و روغنی و گازی در صنعت کاربرد دارند.

محاسن ترموکوپل ھا :

• • خودشان به نوعی منبع تغذیه ھستند:باطری گرمایی

• • ساده ھستند

• • از نظر سخت افزاری محکم ھستند

• • ارزان ھستند

• • متنوع ھستند و درانواع و اقسام مختلف ساخته می شوند.

• • محدوده رنج دمایی وسیعی دارند

معایب ترموکوپل ها :

• • غیر خطی ھستند

• • ولتاژخروجی کمی دارند

• • به یک مرجع دمایی نیازمند ھستند

• • بسیار بی ثبات و ناپایدار

• • حساسیت کمی دارند

سنسور های مقاومتی

سنسورھای مقاومتی به سنسورھایی گفته می شود که خروجی آنھا بصورت اھمی تغییر میکند ، بیشترین کاربرد این گونه سنسورھا در خط کش ھای صنعتی و تعیین حرارت میباشد .

در اثر حرارت ، تغییراتی در مقدار اھم مقاومتھا ایجاد میشود در داخل این حسگرھا یک مقاومت سرامیکی وجود دارد که با تغییرات حرارت مقاومت آن تغییر میکند.
اگربا افزایش حرارت ، مقاومت داخلی ترمیستوری کم شود پس این حسگراز نوع NTC می باشد.
اگر با افزایش حرارت ، مقاومت داخلی ترمیستوری زیاد شود پس این حسگر از نوع PTC می باشد.

سنسور های مقاومتی فوتوالکتریک

این نوع سنسور های مقاومتی فوتوالکتریک یا فوتورزیستور بر اساس جذب نور کارمیکنند جذب نور باعث بالا رفتن مقاومت الکتریکی قطعه می شود.
از این سنسور در کنترل چراغھای روشنایی معابر استفاده میشود.

سنسور های مجاورتی

یک سنسور مجاورتی (proximity sensor) نوعی از حسگر ھاست که قادر به تشخیص وجود اجسام نزدیک بدون هیچ گونه تماس فیزیکی است. یک حسگر مجاورتی اغلب یک میدان الکترومغناطیسی یا الکترواستاتیکی و یا پرتویی از را از خود منتشر می کند و به دنبال تغییرات در محیط یا سیگنال های برگشتی می ماند.

شیء در حال حس شدن اغلب به عنوان هدف حسگر (sensor target) شناخته می شود. هدف های ختلف نیاز به حسگر های مختلف دارند. به عنوان مثال برای یک هدف پلاستیکی یک حسگر خازنی یا فوتوالکتریک می تواند مناسب باشد.

برای اهداف فلزی از سنسور های القایی استفاده می شود.

بعضی از حسگر ھا دارای ویژگی تنظیم دامنه نامی(nominal range) یا وسیله ای ھستند که بتواند فاصله تشخیص درجه بندی شده ای را گزارش دهند.
سنسور های مجاورتی می توانند قابلیت اطمینان بالا و طول عمر کارکرد زیادی داشته باشند این امر به دلیل عدم وجود قسمت ھای مکانیکی و تماس فیزیکی بین حسگر و شی حس شده می باشد.
این سنسور ها ھمچنین در مانیتور کردن لرزش ماشین جھت اندازه گیری لرزش در فاصله بین میل لنگ و یاتاقان ها مورد استفاده قرار می گیرند.این امر در توربین ھای بخار بزرگ، کمپرسورھا، و موتورھایی که از یاتاقان ھای نوع آستینی (sleeve-type-bearings) بسیار متداول است.

حسگر هایی که برای کار در یک فاصله بسیار کم ساخته می شوند،اغلب به عنوان کلید های لمسی استفاده می شوند.
حسگر های مجاورتی دارای دوبخش هستند و زمانی که دو قسمت از هم دور می شوند، سیگنالی فعال می شود.

انواع سنسور های مجاورتی

• • حسگرھای مجاورتی القایی

• • حسگر ھای مجاورتی خازنی

• • حسگر ھای مجاورتی مافوق صوت

حسگرھای مجاورتی القایی (Inductive Proximity Sensors)

این حسگر ھا دارای یک نوسان ساز ھستند که یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا تولید می کنند، این میدان توسط یک سیم پیچ که در نزدیکی سطح خارجی حسگر قرار داده می شود، تولید می گردد. ھنگامی که شی وارد میدان الکترومغناطیسی می شود، جریان ھای درون شی افزایش پیدا می کند، این جریان ھا نوعی میدان الکترومغناطیسی تولید می کنند که در جھت خلاف میدان خود حسگر ھستند، لذا دامنه سیگنال نوسان ساز کاھش می یابد. مدار تریگر این کاھش دامنه را تشخیص داده و سیگنال خروجی حسگر تغییر می کند.

حسگر ھای مجاورتی خازنی (Sensors Capacitive Proximity)

حسگر ھای مجاورتی خازنی بسیار شبیه به حسگرھای نوع القایی ھستند با این تفاوت که به جای ایجاد میدان الکترومغناطیسی میدان الکترواستاتیکی تولید می کنند. این نوع حسگر ھا علاوه بر اجسام فلزی قادر به حس اجسام غیر فلزی مانند کاغذ، شیشه، مایعات و پارچه نیز ھستند. ھنگامی که شی مورد نظر نزدیک سطح حساس حسگر می شود درون میدان الکترواستاتیکی ناشی از دو الکترود حسگر وارد می شود و ظرفیت خازن را تغییر میدھد. سپس نوسان ساز شروع به نوسان می کند، مدار تریگر دامنه سیگنال نوسان ساز را می خواند و زمانی که به یک مقدار معینی می رسد ، خروجی حسگر تغییر می کند و با دور شدن شی مقدار دامنه کاھش یافته و خروجی به حالت اول بر می گردد.
یک کاربرد حسگر ھای مجاورتی خازنی این است که می توان از آن در تشخیص سطح آب در بشکه ھا استفاده کرد، به این ترتیب که چون مقدار ثابت دی الکتریک آب بیشتر از پلاستیک است لذا حسگر می تواند از درون پلاستیک آب را تشخیص دھد.

حسگر ھای مجاورتی مافوق صوت (Sensors Ultrasound Proximity)

حسگر ھای مجاورتی مافوق صوت از یک مبدل برای فرستادن و دریافت سیگنال ھای صوتی با فرکانس بالا استفاده می کنند. زمانی که شی وارد محیط می شود سیگنال صدا به خود حسگر برگشت داده می شود و خروجی سیستم متناسب با آن تغییر می کند. معمولا یک صفحه پیزوالکتریکی درون حسگر قرار داده می شود که می تواند پالس ھای فرکانس بالا را بفرستد و دریافت کند. یک ولتاژ فرکانس بالا به دیسک اعمال می شود، که دیسک را وادار به نوسان با ھمان فرکانس می کند، لذا دیسک موج ھای صوتی فرکانس بالا تولید می کند. زمانی که پالس ھای فرستاده شده به یک شی برخورد کند، بازتاب ھایی از شی به حسگر می رسد. طول پالس ھای برگشتی توسط مبدل محاسبه می شود، و زمانی که به مقدار از پیش تعیین شده برسد خروجی حسگر تغییر می کند.

سنسور های القایی

سنسورھایی بدون تماس ھستند که در مقابل فلزات عکس العمل نشان میدھند، از سنسور ھای القایی در اندازه گیری سرعت نیز استفاده میشود.
این نوع سنسور ھا در اندازه گیری سرعت موتور ، الکتروموتور ، چرخ دنده ھا وپمپ توبین کار برد دارند.
خروجی این نوع سنسورھا از نوع ولتاژی بوده و سنسور ولتاژ خروجی خود را متناسب با میدان مغناطیسی عمود بر سطح خود تنظیم میکند.
ولتاژ تغذیه این سنسورھا با ولتاژ ٢٢٠ ولت و یا ٢۴ ولت مستقیم میباشد .

سنسور های خازنی

سنسور ھای خازنی در مقابل فلز و غیر فلز حساس بوده و در مقابل عواملی مانند رطوبت ھوا ، گردو غبار بروی عملکرد آن تاثیر میگذارد و در موارد زیر کاربرد دارند.
کنترل سطوح مخازن ، شمارش در خطوط تولید ، جدا کردن قطعات فلزی از غیر فلزی .
ساختمان این سنسورھا از ۴ قسمت تشکیل شده است.قسمت اساسی اسیلاتور از دو قطعه فلزی تشکیل شده ، وضعیت قرار گیری این قطعات فلزی نسبت به ھم طوری است که باعت ایجاد یک ظرفیت خازنی میشود .
به صفحه حساس نزدیک شود باعث تغییر ظرفیت خزنی بین صفحات E ھرگاه قطعه ای باضریب الکتریکی میشود ، این تغییرات باعث تغییر دامنه خروجی اسیلاتور میشود. دمودولاتور دامنه اسیلاتور را آشکار میکند و این مقدار را باسطح مرجع مقایسه میکند ، ھر گاه دامنه این مقدار از سطح مرجع بیشتر باشد خروجی سنسور تحریک میشود.

سنسور های مغناطیسی

این نوع سنسورھا برای بیش از ٢٠٠٠ سال است که در خدمت بشر میباشد این سنسور ھا بر اساس میدان مغناطیس عمل می کنند و ویژگی آنھا تحت تاثیر میدان مغناطیسی تغییر میکند. این سنسور ھا از انواع سنسورھای بدون تماس میباشند.
از این سنسورھا در اتومبیلھا استفاده زیادی میشود.

سنسور های نوری

این گروه مانند سنسورھای خازنی در مقابل ھمه چیز حساس میباشد ودر انواع یک طرفه و دو طرفه ورفلکتوری تولید میشوند .
سنسور نوری یک طرفه : این سنسورھا بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده و دریافت بازتابش امواج از سطوح مختلف عمل میکند.
سنسور نوری دو طرفه : این سنسورھا براساس ارسال امواج مدوله شده در قسمت فرستند و دریافت آن در قسمت گیرنده که در مقابل فرستنده نصب میشود عمل می نماید.

از جمله کاربرد های سنسور های نوری میتوان به کنترل تردد ، کنترل دور ، شمارش خط تولید ، کنترل سطح ، کنترل حرکت پارچه و … اشاره کرد.

می توانید جهت آشنایی بیشتر با سنسور های نوری، مقاله سنسور های نوری و کاربرد آن در صنعت را مطالعه کنید.

سنسورھای مافوق صوت

اساس کار حسگرھای فراصوت مشابه رادار یا ردیاب صوتی، تشخیص ویژگی ھای ھدف از طریق تحلیل بازتاب امواج رادیویی یا صوتی میباشد. حسگرھای فراصوت امواج صوتی با فرکانس بالا ایجاد میکنند و موج بازتاب شده را دریافت و تحلیل میکنند. این حسگرھا با محاسبه زمان بین فرستادن سیگنال و گرفتن بازتاب، فاصله جسم را محاسبه می کنند. از این فناوری میتوان در اندازه گیری سرعت و جھت باد یا میزان پر بودن یک مخزن استفاده کرد. برای اندازه گیری سرعت و جھت، یک دستگاه از چندین گیرنده استفاده میکند و از روی فاصله نسبی آنھا سرعت را اندازه میگیرد. برای اندازه گیری میزان مایع داخل یک مخزن نیز کافیست فاصله از سطح مایع اندازه گرفته شود. کاربردھای دیگر شامل فراوانگاری (سونوگرافی فراصوت)، دزدگیرھا و آزمایشات غیر ،(Humidifier) بخورھا ،(sonar) ردیابھای صوتی ،آزمایشات غیر مخرب (Nondestructive testing) است. به طور معمول از فرستنده و گیرنده ھایی استفاده میشود که با تبدیل انرژی الکتریکی به صوتی امواج صوتی بالاتر از ٢٠ کیلوھرتز ایجاد میکنند و با دریافت بازتاب امواج صوت را بار دیگر به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند تا قابل اندازه گیری و نمایش باشند. مشکلات عمدهٔ این فناوری شکل ھای گوناگون سطوح اجسام و چگالی یا غلظت مواد است. به عنوان مثال وجود کف در سطح یک مایع این عمل را مختل میکند.

سنسورھای فراصوت برای ردیابی و آشکار سازی ھدفھا و اندازه گیری فاصله آنھا در بسیاری از کارخانه ھای خودکار به کار می روند. سنسورھا با یک خروجی دیجیتال (روشن یا خاموش) برای یافتن وجود ھدف و سنسورھایی با یک خروجی دیجیتال که به طور تناسبی بر حسب فاصله سنسور تا ھدف تغییر میکند، موجود ھستند. به علت اینکه سنسورھای فراصوت به جای نور از صدا برای آشکار سازی استفاده میکنند، در کاربردھایی که سنسورھای فوتوالکتریک(سنسورھای فوتوالکتریک) قابل استفاده نیستند، به کار می روند. این سنسورھا راه حل خوبی برای آشکارسازی اجسام شفاف و اندازه گیری سطح مایع ھستند؛ کاربردھایی که سنسورھای فوتوالکتریک به علت عدم بازتاب نور از سطح ھدف دچار اخلال می شوند. رنگ ھدف ویا بازتاب بر سنسورھای فراصوت تاثیر نمیگذارد که در نتیجه می توانند در نور زیاد عمل کنند. انواع دیگر مبدلھا در دستگاھھای تمیز کننده دارای سنسور فراصوت به کار میروند. یک مبدل فراصوت به یک فولاد ضد زنگ که با یک حلال(معمولاً آب یا ایزو پروپانول) پر شده است، اضافه میشود و بعد موج مربعی به آن اعمال میشود که انرژی لرزشی به مایع می دھد.

سنسور های شیمیایی

حسگر شیمیایی یا دریافتگر شیمایی سنسور حسی است که سیگنال ھای شیمیایی را به پتانسیل عمل تبدیل میکند. یا به طور کلی تر ،حسگر شیمیایی محرکھای شیمیایی خاصی را در محیط تشخیص میدھد.

سنسور های فشار

عموما فشار گاز یا مایع را اندازه می گیرد. فشار به اصطلاح نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولا به صورت نیرو بر سطح تعریف می شود. سنسور فشار معمولا به صورت مبدل کار می کند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید می کند. برای این منظور می توان سیگنال الکتریکی در نظر گرفت. سنسورھای فشار روزانه برای کنترل و مانیتورینگ ھزاران کاربرد استفاده می شوند. سنسورھای فشار می توانند به طور غیر مستقیم برای اندازه گیری سایر متغیرھا استفاده شوند. برای مثال: دبی سیال/ گاز ، سرعت ، سطح مایع و ارتفاع از این متغیرھا ھستند. به سنسورھای فشار ، مبدلھای فشار ، ترنسمیتر فشار ، فرستنده ی فشار، نشانردھنده ی فشار ، پیزومتر و مانومتر و … نیز گفته می شود.
سنسورھای فشار از نظر تکنولوژی ، طراحی ، عملکرد، کاربرد و قیمت باھم متفاوت ھستند. با یک تخمین محافظه کارانه می توان گفت بیش از ۵٠ تکنولوژی و حداقل ٣٠٠ شرکت در سراسر جھان سازنده ی سنسور فشار ھستند. ھم چنین طبقه ای از سنسورھای فشار وجود دارند که برای اندازه گیری حالت پویای تغییرات سریع در فشار طراحی شده اند. مثالی از کاربرد این نوع سنسور را می توان در اندازه گیری فشار احتراق سیلندر موتور و یا گاز توربین مشاھده کرد. این سنسورھا به طور عمده از مواد پیزوالکتریک مانند کوارتز ساخته شده اند. بعضی از سنسورھای فشار مانند آنچه در دوربین ھای کنترل ترافیک دیده می شود، به صورت باینری (دودویی) و خاموش/ روشن کار می کنند. برای مثال وقتی فشاری به سنسور فشار اعمال می شود، سنسور یک مدار الکتریکی را قطع یا وصل می کند. این سنسورھا به سوئیچ فشار معروف ھستند.