سنسور ها – بررسی پارامترها، مزایا و کاربرد انواع آنها

اردیبهشت 18, 1399
ارسال توسط مدیر سایت

مقاله تخصصی

سنسور ها – بررسی پارامترها، مزایا و کاربرد انواع آنها

در این مقاله با انواع سنسور و کاربرد آنها آشنا خواهید شد؛ ضمن اینکه مزایا و کاربرد هرکدام به صورت جداگانه مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

سنسور چیست ؟

سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی مانند فشار ، حرارت ، رطوبت ، دما و غیره را به کمیتهای پیوسته (آنالوگ) یا غیر پیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند.

این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، ربات ها، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

سنسورها قابلیتهای بسیار خوبی ارائه می دهند که باعث استفاده روزافزون آنها در صنایع گوناگون شده است. در ادامه به برخی از این مزایا اشاره خواهد شد.

مزایای استفاده از سنسور ها

1- سرعت کلیدزنی (سوئیچینگ) بالا

سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت کلیدزنی بالایی برخوردارند، بطوری که در برخی از سنسورها تا سرعت 25KHZ کار می کنند.

2- طول عمر زیاد

به دلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب ، روغن ، گرد و غبار و غیره دارای طول عمر زیادی هستند.

3- عدم نیاز به نیرو و فشار

با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه ، به نیرو و فشار نیازی نیست.

4- قابل استفاده در محیط های مختلف با شرایط سخت کاری

سنسورها در محیط های با فشار زیاد ، دمای بالا، اسیدی، روغنی،‌ آب و غیره قابل استفاده می باشند.

به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی Bouncing noise ایجاد نمی‌شود.

5- عدم ایجاد نویز در هنگام کلیدزنی

به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی ، نویزهای مزاحم Bouncing noise ایجاد
نمی شود.

برخی پارا مترها در سنسور ها

1- فرکانس کلیدزنی

حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد . (این واحد بر حسب هرتزHZ بیان می شود.)

این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با این شرایط‌اندازه‌گیری می شود.

2- فاصله کلیدزنی S

فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور بهنگام عمل سوئیچینگ می باشد.

3- فاصله کلیدزنی نامی Sn

فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت ، ولتاژ و غیره تعریف شده است.

4- فاصله کلیدزنی موثر Sr

فاصله کلیدزنی تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سانتیگراد می باشد. در این حالت خطاها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند. 0.9 < Sr < 1.1 Sn

5- فاصله کلیدزنی مفید Su

فاصله ای است که در رنج حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود.

0.81 Sn < Su <1.21 Sn

6- فاصله کلیدزنی عملیاتی Sa

فاصله ای است که تحت شرایط مجاز ، عملکرد سنسور گارانتی شده است . 0 < Sa < 0.81 Sn

انواع سنسور

سنسورهای القایی Inductive Proximity Switches

سنسورهای القایی سوئیچ های بدون تماسی هستند که در اثر نزدیک شدن قطعات فلزی عمل سوئیچ را انجام می دهند. برخی از این سنسورها میتوانند در خروجی ولتاژ و یا جریان آنالوگ متناسب با فاصله قطعه از سنسور به وجود آورند. این سنسورها جایگزین مناسبی برای سوئیچ مکانیکی هستند.

شکلهای زیر برخی کاربردهای این سنسورها را نشان می دهند:

کاربرد سنسور های القایی

سنسورهای القایی دارای مشخصات کلی زیر هستند:

در مدل های نرمال باز (N.O) و نرمال بسته (N.C) تولید می شوند.
نوع ویژه با خروجی (Decout) دارای قابلیت اتصال PNP و NPN و عملکرد N.O و N.C (یک سنسور با قابلیت چهار سنسور)
کلیه سنسورها در مقابل اضافه بار و اتصال کوتاه خروجی محافظت شده اند.
در انواع shielded و Unshielded (با فاصله سوئیچینگ بیشتر) تولید می شوند
نوع آنالوگ برای اندازه گیری فاصله قطعه کار از سنسور

جدول زیرانواع سنسورهای القائی و فاصله عملکرد آنها را به اختصار نشان می دهد :

سنسورهای لومیناس Opto-electronic Luminescence sensors

سنسورهای لومیناس برای تشخیص علائم فسفری قابل رویت و غیر قابل رویت، بااستفاده از نور ماوراء بنفش بکار می روند.

این سنسورها جهت تشخیص نقطه مرجع لومیناس حتی بر سطوح کاملا انعکاسی مانند سرامیک، فلزات و یا شیشه های آیینه ای بکار می روند.

شکل زیر نمونه ای از کاربرد این سنسور را در صنایع کاشی و سرامیک برای خطوط “سورتینگ“ را نشان می دهد. در میان خطوط کاشی ها پس از علامت گذاری توسط ماژیکهای فسفری از نظر کیفیت توسط این سنسورها دسته بندی می شوند.

سنسور لومیناس

کاربرد:

تولید وسایل آرایشی
صنایع داروسازی: تشخیص وجود برچسب بر روی شیشه های دارو
صنایع بسته بندی : برای تشخیص کاغد و چسب
صنایع پارچه بافی : برای تشخیص نواحی برش
صنایع ماشین سازی : برای تشخیص وجود رنگ و یا روغن های فلورسنتی
صنایع بسته بندی : برای تشخیص کاغذ و چسب

سنسورهای کنتراست Opto-electronic Contrast sensors

سنسورهای کنتراست (اغلب مشهور به سنسورهای تشخیص دهنده علائم رنگی) سنسورهای یکطرفه می باشند؛ اما با اینکه وجود و یا عدم وجود اجسام مقابل را تشخیص می دهند، می توانند دو سطح با درجه متفاوت از هم را نیز تشخیص دهند.

به عنوان مثال تشخیص علائم رنگی بر روی کاغذهای بسته بندی. منبع نور تابیده می تواند نورقرمز، سبز و یا سفید باشد؛ و اگر منبع نور سفید باشد می توان کنتراستهای خیلی کم را نیز تشخیص داد.

کاربرد این سنسور در صنایع مختلف از جمله صنایع بسته بندی، صنایع پتروشیمی، صنایع چاپ، صنایع رنگ و غیره می باشد.

در شکل زیر می توانید یکی از کاربرد های این سنسورها را ببینید:

کاربرد سنسور های کنتراست

سنسورهای خازنی Capacitive Proximity Switches

سنسورهای خازنی سنسورهای بدون تماسی هستند که قادر به آشکارسازی اجسام فلزی و غیر فلزی (مانند جامدات، مایعات، مواد پودری و غیره) می باشند.

شکل های زیر برخی از کاربردهای این سنسورها را نشان می دهند:

از مشخصه های سنسورهای خازنی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

بدنه فلزی
خروجی حفاظت شده در مقابل اتصال کوتاه و اضافه بار
نوع NPNو PNP
کابل دار و سوکت دار
تنظیم فاصله حساسیت توسط پتانسیومتر 20 دور
نوع ویژه (self monitoring)

این سنسور دارای پالس هایی اضافه شده در خروجی است که جهت کنترل سالم بودن سنسور استفاده می شود . مواردی پیش می آید که کابل سنسور قطع می شود و یا سنسور به دلیل خرابی قادر نمی باشد در صورت وجود قطعه در مقابل آن ، از خود عکس العمل نشان دهد. در این صورت وجود یا عدم وجود پالس ها می تواند خرابی سنسور را مشخص نماید؛ که در بعضی از اوقات از وقوع حوادث ناگوار جلوگیری می کند.

شکل زیر چند نمونه از این سنسورها را نشان می دهد:

سنسورهای نوری انعکاسی ( یک طرفه )

در این سنسورها ، که جزو ارزانترین و ساده ترین سنسورها می باشند، گیرنده و فرستنده در یک بدنه قرار دارند .

نور ارسال شده از فرستنده توسط جسم گیرنده برمی گردد(بدون اسفاده از رفلکتور). نور ارسال شده می تواند قرمز مرئی، مادون قرمز و یا لیزری باشد. نوع خاص این سنسورها با فیبر نوری نیز وجود دارند.

اما از آنجا که در این سنسورها ، سیگنال دریافتی ضعیف می باشد در نتیجه میزان Excess-Gain کاهش می یابد و فاصله عملکرد کمتری را حداکثر تا دو متر خواهیم داشت (فاصله بستگی به مقدار انعکاس جسم دارد).

شکل های زیر برخی از کاربردهای این سنسورها را نشان می دهند:

سنسور نوری انعکاسی ( یک طرفه )

سنسورهای یک طرفه در نوع های مختلف با فاصله سوئیچینگ متفاوت ساخته می شوند. جدول زیر انواع سری ساخت و فاصله سوئیچینگ آنها را نشان می دهد:

سنسورهای نوری دو طرفه Optoelectronic Through-beam Sensor

این سنسورها به صورت دو طرفه می باشند؛ در یک طرف فرستنده و در طرف دیگر گیرنده قرار دارد.

در این سنسورها از نور مرئی، مادون قرمز و یا لیزر استفاده می شود.

امواج تولید شده، توسط فرستنده ارسال می شود و گیرنده در مقابل فرستنده نصب می شود.

هرگاه مابین گیرنده و فرستنده مانعی وجود نداشته باشد این امواج به گیرنده می رسند؛ و در صورت وجود مانع این امواج دیگر به گیرنده نخواهند رسید.

شکل های زیر برخی از کاربرد های این سنسورها را نشان می دهند:

کاربرد سنسور های دوطرفه

جدول زیر انواع سنسورهای دو طرفه تولید شده با فاصله سویچینگ آنها را نشان می دهد:

سنسورهای لیزری Laser sensors

سنسورهای لیزری در انواع یکطرفه، دو طرفه، رفلکتوری پلاریزه شده، خطی و نوع یکطرفه با اثر حذف زمینه، طبق جدول زیر تولید می شوند:

سنسورهای لیزری

شکل های زیر نمونه ای از کاربرد این سنسورها را نشان می دهند:

سنسورهای سطح Area Sensors

این سنسورها با ایجاد یک سطح نوری دو بعدی ، توانایی آشکار سازی و اندازه گیری ابعاد اجسام را دارند.

این سنسورها در دو سری DS1 و DS3 ساخته می شوند . سری DS1 نوع ساده تر و ارزانتر و سری DS3 گرانتر و با قابلیت های بیشتر می باشد.

شکل های زیر برخی از کاربردهای این سنسور ها را نشان می دهند:

ویژگیهای اسکنرهای سطح و یا سنسورهای جاروب کننده سطح Area Scanners

اندازه گیری ارتفاع قطعات به صورت مطلق، به کمک خروجی آنالوگ
اندازه گیری ارتفاع نسبی به کمک خروجی آنالوگ
آشکار سازی فیلم ترانسپرت و دیدن قطعات از پشت کاغذ های ترانسپرت
امکان کار به صورت اشعه موازی با رزولیشن 6mm
امکان کار به صورت اشعه های منقطع

مشخصات سنسورهای سطح:

سنسورهای تشخیص رنگ

سنسورهای تشخیص رنگ برای شناسایی اجسام خاص، مورد استفاده قرار می گیرند. مهمترین مسأله در این سنسورها تشخیص رنگهای نزدیک به هم و یا بسیار براق می باشد. به عنوان مثال متالیک مورد استفاده در صنعت اتومبیل، تشخیص رنگ را دچار مشکل می نماید.

کارآیی سنسور تشخیص رنگ توسط تعداد رنگ هایی که می توانند تشخیص دهند، توانایی در سرعت تغییر دادن پارامترها و یا شناسایی چند رنگ به طور همزمان مشخص می گردد.

سنسورهای تشخیص رنگ معمولی، دارای LED سفید رنگ با چگالی نور بالا هستند؛ که نور مدوله شده را بر روی هدف می تاباند. بازتاب نور از سطح شیء برای تشخیص رنگ های اصلی‌ قرمز، سبز و آبی مورد آنالیز قرار می گیرد. این اطلاعات برای تشخیص درستی قطعات مورد استفاده قرار می گیرند.

در بعضی از کاربردها، کاربر دستگاه، یک رنگ نمونه را در برابر سنسور قرار می دهد و آن را برای تشخیص این رنگ برنامه ریزی می کند.

در طول عملیات کاربر می تواند یک بازه نیز برای رنگ تعریف نماید، بدین ترتیب اشیایی که رنگشان در این بازه قرار بگیرد، تأیید می شوند. این عمل و تنظیم نقاط بالا و پایینی به صورت سعی و خطا صورت می گیرد و از دقت مناسبی برخوردار نیست.

برخی از سنسورهای تشخیص رنگ فقط دارای یک خروجی، مبنی بر تأیید و رد هستند. بدین ترتیب با اتصال به سیستم کنترل، مشخص می کنند که شیء عبوری از جلوی سنسور صحیح است یا خیر؛ اما در بسیاری از پروسه های دیگر نیاز به مانیتورینگ عمیق تری می باشد؛ و فقط قبول و یا رد، مورد نظر نمی باشد.

نسل جدید سنسورهای تشخیص رنگ 3 خروجی دیگر که بیان کننده میزان شدت رنگ های قرمز، آبی و سبز است را تولید می کنند. این قابلیت باعث کنترل دقیق تر و هوشمندتر پروسه می گردد.

کاربردها

از سنسورهای جدید تشخیص رنگ برای کاربردهایی که نیاز به سیستم های خبره تشخیص رنگ دارند، می توان استفاده نمود .

سیستم های خودکار می توانند از اختلاف آشکار شده توسط سنسور های تشخیص رنگ به عنوان ورودی به سیستم کنترل استفاده نمایند. به عنوان مثال در طول پروسه تولید منسوجات، یکپارچگی رنگ بسیار مهم می باشد. سطح چگالی هر سه رنگ اصلی می تواند توسط این سنسورها به طور پیوسته مانیتور شود و تغییرات کم در رنگ به آرامی تصحیح شود.

سنسورهای اولتراسونیک Ultrasonic sensors

سنسورهای اولتراسونیک بر اساس امواج آکوستیکی و بازتابش این امواج توسط جسم کار می کنند.

همچنین از این سنسورها برای اندازه گیری فاصله استفاده می کنند. سیگنال بازتابش شده از هدف به سمت سنسور بر می گردد و اندازه گیری می شود، زمان بین ارسال و دریافت پالس صوتی با فاصله بین سنسور و هدف متناسب است.

شکلهای زیر برخی از کاربردهای این سنسورها را نشان می دهند:

کاربرد سنسور های اولتراسونیک