سنسور چیست؟

سنسور چیست؟

سنسور چیست؟

سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله 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.

سنسور

1-1تعریف عبارت سنسور:

امروزه کلمه سنسوربه هیچ وجه ازمفاهیمی ازقبیل میکروپرسسور؛ترانسپیوتر؛انواع مختلف حافظه وسایرعناصر الکترونیکی به عنوان یکی از لغات وابسته به دنیای نوآوری های تکنولوژی اهمیت کمتری را ندارد .با وجود این سنسور هنور هم فاقد یک تعریف دقیق است همچنانکه عباراتی ازقبیل پروپ – بعدسنج یا ترانسدیوسر مدتها چنین بوده‌اند .جدا ازکلمه سنسور ؛سنسور با هوش یا آگاه نهان؛ شده است کلمه سنسور یک عبارت تخصصی است که ازکلمه لاتینsensoriumبه معنی توانایی "حس کردن"یاsensus به معنی "حس" برگرفته شده است پس از آشنایی با منشا مفهوم سنسور تاکید کردن بر تشابه بین سنسورهای تکنیکی و اندام های حس انسانی واضح به نظر می‌رسد شکل1-1این تشابه رانشان می‌دهد با وجود این ایده سنسور فراتر ازاین تشابه حرکت نموده ویک کلمه مترادف همه جانبه برای حساس کردن ؛تبدیل وثبت مقادیراندازه گیری شده به حساب می‌آید.یک سنسور هرکمیت فیزیکی معین را که باید اندازه گیری شود به شکل یک کمیت الکتریکی تبدیل تبدیل می‌کند (تغییر می‌دهد) که پردازش شود یا بصورت الکترونیکی انتقال داده شود.

تفاوت واقعی بین ابزارهای اندازه گیری کلاسیکی وسنسورها درمرحله آماده‌سازی و پردازش سیگنال‌های الکتریکی که همیشه هدف یک سنسور است. نتیجه آنکه در اهدافی که ابزارهای اندازه گیری کلاسیکی وسنسورها باید آنها را برآورده سازند تفاوتهای اساسی وجود دارد این موصوع استفاده از عبارت سنسور را موجه جلوه‌گر می‌نماید البته هر چندکم وبیش هم‌پوشانی معنایی وجود خواهد داشت.

یک سنسور خوب باید مشخصات زیررا داشته باشد:

1- حساسیت کافی ؛ 2- درجه بالای دقت وقابلیت تولید دوباره خوب ؛

3- گستره دینامیکی خوب ؛ 4- عدم حساسیت به تداخل و تاثیرات محیطی؛

5- امید به زندگی طولانی وجایگزینی بدون مشکل ؛

ترکیب سنسوروالکترونیک سنسورمنجربه ویژگی‌های خاصی می‌شود ازجمله عبارتند از:

1- سیگنال خروحی بدون نویز ؛

2- سیگنال خروجی سازگاربا باس؛

3-احتیاج به توان پایین؛

اگر سنسوروالکترونیک با یکدیگرمجتمع شوند دراینصورت ویژگی‌های بیشتریباید برآورده شود از آن جمله عبارتند از قابلیت مینیاتورسازی وقابلیت سازگاری هزینه با میکروالکترونیک.1

2-1 آماری در مورد سنسورها :

علی رغم آگاهی گسترده در رابطه با اهمیت سنسوربه عنوان یکی از عناصر کلیدی در فرایند اتوماسیون ؛ کسب اطلاعات جامع ومقایسه‌ای درباره وضعیت تکنولوژی سنسور وپیشرفتهای حاصل شده در این زمینه مشکل است .این امر دارای چند دلیل زیراست:

1- سنسورهایی برای اندازه‌گیری بیش از100کمیت فیزیکی وجود دارد اگر اندازه‌گیری کمیت‌های شیمیایی را نیز به حساب آوریم این رقم به چندین صد فقره بالغ می‌شود.

2- تقریبا 2000 نوع اصلی ازسنسورها را می‌توان طبقه‌بندی کرد بین 60000 و100000 سنسور برای اندازه‌گیری در حال پروسه‌ها از نظر تجاری در دنیای غرب وجود دارد.

3- برطبق گزارش پایگاه داده‌های INSPEC بیش از10000 نشریه دررابطه با سنسور منتشر می‌شود.

4- به سخن عام ظهور سنسورها یا تکنولوژی‌‌های جدید تخمینا 5 الی 15 سال طول می‌کشد وچنین فرآیندی بسیار هزینه‌بر می‌باشد.

میخواهم براتون یک سنسور عالی با یک قابلیت عالی را برای روبات های امداد گر معرفی کنم این سنسور که در بازار به سنسور گاز ( TGS813) معروف است دارای حساسیت بالایی در شناسایی گازهای قابل اشتعال از جمله بوتان ، متان و پنتان دارد . این سنسور دارای شش پایه است شما برای استفاده از این سنسور باید سه پایه سمت چپ یا راست خود را به مثبت پنج ولت وصل کنید. هیچ فرقی نمیکند که کدام سه پایه را وصل میکنید بعد از وصل آن سه پایه سه پایه دیگر را به این ترتیب وصل میکنید . پایه وسط را به زمین و دوپایه دیگر را خروجی میکنید .

برای این که بتوانید از این سنسور استفاده کنید به خروجی سنسور مقاومتی ۱.۵ کیلو اهم وصل کنید این مقاومت طوری وصل میشود که همیشه با سنسور و مدار بعدی که برای پردازش سنسور می آید به صورت موازی است ( یک پایه مقاومت به خروجی مدار و پایه دیگر به زمین متصل است . )

این سنسور در حالت عادی در خروجی دارای صفر منطقی است و وقتی گاز را احساس میکند خروجی آن به صورت یک منطقی در می آید .

شما برای این که بفهمید سنسور شما سالم است سنسور را به همان آرایشی که بالا گفته شده بسته و بعد یک دیود نورانی را بایک مقاومت ۲۲۰ اهم سری کرده و با مقاومت ۱.۵ کیلو اهم موازی کنید . ومدار را به برق وصل کنید . در حالت عادی دیود نورانی خاموش است ولی به محض این که گازی به مشام سنسور رسید دیود روشن میشود .

یک تذکر این سنسور برای راه اندازی نیاز به حریانی حداقل ۱۸۰ میلی آمپر دارد برای همین نمیشود آنرا با باتری راه اندازی کرد برای همین برای تغذیه سنسور از یک منبع تغذیه استفاده کنید .

سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند. این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

کاربرد سنسورها

1-شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری

2-کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی

3-کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

4-تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری

5-کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی

6-کنترل تردد: سنسور نوری

7-اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی

8-اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزایای سنسورهای بدون تماس

سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz کار می کنند.

طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... دارای طول عمر زیادی هستند.

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

قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده می باشند.

عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای م;;;زاحم (Bouncing Noise) ایجاد نمی شود.

سنسورهای القائی

سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی (مانند PLC) ارسال نمایند.

اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی

ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود: اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی. قسمت اساسی این سنسورها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثیر قرار گیرد. این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور می شود. نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد. از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.

قطعه استاندارد: یک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن بمنظور تست فاصله سوئیچینگ استفاده می شود. (استاندارد IEC947-5-2). ضخامت قطعه 1mm و طول ضلع این مربع در اندازه های زیر می تواند انتخاب شود.

-به اندازه قطر سنسور

-سه برابر فاصله سوئیچینگ نامی سنسور 3*Sn

ضرایب تصحیح: فاصله سوئیچینگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و یا با بکارگیری فلز دیگری غیر از فولاد ST37 تغییر خواهد کرد. در جدول زیر ضرایب تصحیح برای فلزات مختلف نشان داده شده است.

ضریب تصحیح (KM) برای فولاد ST37 برابر 1.0

ضریب تصحیح (KM) برای نیکل برابر 0.9

ضریب تصحیح (KM) برای برنج برابر 0.5

ضریب تصحیح (KM) برای مس برابر 0.45

ضریب تصحیح (KM) برای آلومینیوم برابر 0.4

بعنوان مثال هرگاه یک سنسور در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوئیچینگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm عمل خواهد کرد.

فرکانس سوئیچینگ: حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد. (بر حسب Hz). این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با شرایط زیر اندازه گرفته می شود.

فاصله سوئیچینگ (Switching Distance) S: فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئیچینگ می باشد. (استاندارد EN 50010)

فاصله سوئیچینگ نامی (Nominal Switching Distance) Sn: فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت، ولتاژ تغذیه و غیره تعریف شده است.

فاصله سوئیچینگ موثر (Effective Switching Distance) Sr: فاصله سوئیچینگ تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سلسیوس می باشد. در این حالت تلرانسها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند. 0.9Sn

فاصله سوئیچینگ مفید (Useful Switching Distance) Su: فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود.

0.81Sn

فاصله سوئیچینگ عملیاتی (Operating Switching Distance) Sa: فاصله ای است که تحت شرایط مجاز، عملکرد سنسور تضمین شده است. 0

هیسترزیس H: فاصله بین نقطه وصل شدن (هنگام نزدیک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) می باشد. حداکثر این مقدار 10% مقدار نامی می باشد. (استاندارد EN 60947-5-2)

قابلیت تکرار (Repeatability) R: قابلیت تکرار فاصله سوئیچینگ مفید تحت ولتاژ تغذیه V و در شرایط زیر اندازه گیری می شود: حرارت محیط: 23 درجه سلسیوس؛ رطوبت محیط: 50 الی 70 درصد؛ زمان تست: 8 ساعت. (مقدار تلرانس برای این پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-0.1Sr می باشد.)

پایداری حرارتی (Temperature Drift): تغییرات فاصله موثر سوئیچینگ در اثر تغییرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دمای 20 درجه سلسیوس زیر صفر تا 60 درجه سلسیوس بالای صفر حداکثر 10% است.

حرارت محیط (Ambient Temperature) Ta:

محدوده حرارتی است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمین شده است.

کلاس حفاظتی: IP67 (DIN 40050).

نحوه نصب سنسورهای القائی: هرگاه دو یا چند سنسور القائی در مجاورت هم و یا در مقابل هم نصب شوند، شرایط زیر باید رعایت شود:

الف) نحوه نصب سنسورهای القائی Flush: سنسورهای Flush (Shielded) سنسورهائی هستند که قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزی محصور شده است. هرگاه دو یا چند عدد از این سنسورها همسطح روی بدنه فلزی دستگاه نصب شوند رعایت فواصل نصب مطابق شکل زیر الزامی می باشد.

ب) نحوه نصب سنسورهای القائی Non-Flush: در سنسورهای Non-Flush (UnShielded) قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزی آن می باشد. فاصله سوئیچینگ این نوع سنسورها بیشتر از سنسورهای Flush می باشد. اما فرکانس سوئیچینگ آن در مقایسه کمتر است.

ج) نحوه نصب سنسورهای القائی در مقابل هم: هر گاه دو سنسور القائی در مقابل هم نصب شوند رعایت فاصله حداقل 6Sn الزامی می باشد