سنسور ها

  سنسور ها

يكي از مهمترين تجهيزات استفاده شده در كنار plc در بخش اتوماسيون سنسور ها مي باشند در اين پست سعي بر آن شده تا سنسور ها و كاربرد آنها معرفي شود.
 
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 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.
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 مزاحم Bouncing) (Noiseایجاد 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 S(Switching Distance): فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئیچینگ می باشد.**استاندارد EN 50010**
فاصله سوئیچینگ نامی Sn(Nominal Switching Distance): 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 Sr (Effective Switching Distance): 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 Su (Useful Switching Distance): فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود. 0.81Sn
فاصله سوئیچینگ عملیاتی Sa (Operating Switching Distance): 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 تکرارR (Repeatability): 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 محیطTa (Ambient Temperature): 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.

سنسور مغناطیسی
 
تاريخ :
سنسورهای مگنت زمانی که در میدان مغناطیسی قرار میگیرند عمل میکنند و خروجی آن به صورت نرمال کلوز یا اپن و در بعضی مدلهای با قابلیت ماندن در آخرین وضعیت میباشند یعنی با عبور ار کنار میدان مغناطیسی با تغییر وضعیت خواهند دارد از بسته به باز و یا بالعکس ولی بعد از دور شدن از میدان در وضعیت آخرین وضعیت خود خواهند ماند .مگنت سوئیچها مانند دیگر پراگسیمیتی سوئیچها یا سنسورهای مجاورتی در دسته Non contact و یا غیر تماسی قرار میگرند که این خاصیت باعث افزایش طول عمر و بازده مگنت سوئیچ میشود و نویزهای حاصل از لغزش قسمت های متحرک برهم ، نیز در مگنت سوئیچ ها حذف شده است .
سنسور های مغناطیسی به دلیل دارا بودن ساختار قابل اطمینان ، در محیط های آلوده صنعتی ، چرب و روغنی بخوبی عمل میکنند و به همین علت در اتومبیل و کاربرد های مشابه بسیار مفید هستند .

برای انتخاب سنسورهای مغناطیسی یا مگنت سوئیچ بایستی به موارد زیر توجه داشت:

  1. نوع خروجی
  2. باز یا بسته بودن در حالت عادی
  3. آمپر قابل تحمل
  4. داشتن یا نداشتن خود نگهدار
  5. نحوه نصب
سنسور آلتراسونیک
 
 
سنسور آلتراسونیک یا ماوراء صوت یکی دیگر از سنسورهای غیر تماسی و مجاورتی یا پراگسیمیتی میباشد در کاربردهای گوناگون آشکار سازی اجسام تا اندازه گیری فاصله یا سطح سنجی به کار میرود . به طور معمول سنسورهای آلتراسونیک با ارسال یک پالس صوتی کوتاه در فرکانس فراصوت به سمت هدفی که این پالس را منعکس میکند و دریافت و شناسائی این امواج به شکل یک ترانسیور عمل کرده و در مدلهائی که فاصله را محاسبه میکنند با اندازه گیری اختلاف زمانی ارسال و دریافت پالس میتوانند به فاصله یاب تبدیل شوند .

سنسور آلتراسونیک را در بازار به شکلهای گوناگون و برای کاربردهای مختلف میتوان یافت . سنسورهائی با نحوه مختلف نصب ، پیکربندی ، IP و فرکانس متفاوت . انتخاب سنسور آلتراسونیک مناسب جهت کاربرد مورد نظر نیاز به توجه به موارد زیر دارد :

  1. دقت و رزولوشن سنسور آلتراسونیک
  2. فاصله آشکارسازی یا اندازه گیری سنسور آلتراسونیک
  3. محدوده دمای کاری سنسور آلتراسونیک
  4. فرکانس یا طول موج کاری سنسور آلتراسونیک
  5. وجود نویز یا تلاطم در هدف یا محیط اندازه گیری سنسور آلتراسونیک
  6. نحوه نصب و محدودیت یا مانع مقابل سنسور آلتراسونیک
 
سنسور خازنی
 
تاريخ :
سنسورهای خازنی نظیر دیگر سنسورهای غیر تماسی با نزدیک شدن به اشیاء خصوصاً غیر فلزات خروجی سوئیچ ترانزیستور PNP و یا NPN میدهد . با نزدیک شدن اجسام به سنسور خازنی دی الکتریک خازن تعبیه شده در سنسور تغییر پیدا کرده و مدار داخلی با مقایسه به مقدار مرجع یک خروجی باز یا بسته میدهد . از سنسور خازنی مي توان به عنوان مولد پالس به منظور كنترل وضعيت برنامه ماشين آلات براي شمارنده ها و آشكارسازي تقريبا تمام مواد فلزي و غير فلزي استفاده كرد .

برای مثال در کنترل سطح مواد پودری یکی از پر کاربردترین سنسور ها ، سنسور خازنی است .

سنسورهای خازنی در مدلهای مکعبی و استوانه ای تولید میگردد و بسته به مکانیزم تولید و ابعاد میتواند در فواصل مختلف وجود اجسام را حس کند . برای انتخاب سنسور خازنی بایستی به موارد زیر توجه داشت .

  1. باز یا بسته بودن خروجی سنسور خازنی
  2. تغذیه سنسور خازنی
  3. نحوه نصب و شکل سنسور خازنی
  4. آنالوگ یا دیجیتال بودن خروجی سنسور خازنی
  5. فاصله حس کردن سنسور خازنی
 
سنسور لیزری
 
تاريخ :
سنسورهای نوری لیزری جزء سنسورهای نوری محسوب میگردند ولی از پرتو نور لیزر جهت تشخیص جسم و یا حتی فاصله دقیق آن استفاده میکند .این سنسورهای در انواع گوناگون نظیر Through beam laser sensor , Reflective با خروجی دیجیتال یا آنالوگ تقسیم و دسته بندی میگردند که در نمونهای Through beam نیاز به یک قسمت فرستنده و یک قسمت گیرنده میباشد و در مدل Reflection به کمک یک قسمت آینه شکل پرتو لیزر به فرستنده باز تابانیده میشود و در مدلهای دیگر قسمت فرستنده و گیرنده در یک تجهیز قرار گرفته اند .

از سنسورهای لیزری در بسیاری از موارد که فاصله قابل توجه بین سنسور و جسم به همراه گرد و غبار و یا شرایط بد محیطی وجود دارد میتوان استفاده نمود . در انتخاب این نوع سنسور بایستی به موارد زیر توجه داشت .

  1. نوع خروجی از نظر آنالوگ یا دیجتال بودن سنسور لیزری
  2. نوع سوئیج ترانزیستوری سنسور
  3. تغذیه دستگاه سنسور
  4. فاصله سنس کردن سنسور لیزری
  5. مکانیزم عملکرد سنسو و کاربرد مناسب سنسور
 
سنسور نوری
 
تاريخ :
سنسور نوری الکترونیکی از پرتو نور برای تشخیص و آشکارسازی حضور اشیاء استفاده میکنند . این تکنولوژی در بعضی موارد جایگزین ایده‎آلی برای سنسورهای پراگسیمیتی در مواقعی که فاصله حسگر از شی قابل توجه باشد یا جنس آن غیر فلز باشد .این سنسورهای نوری معمولاً به دسته های Through beam , Reflection ,Diffusion که معرف مکانیزم ارسال و دریافت شعاع نوریست تقسیم میگردند .
سوئیچ القائی
 
تاريخ :
کليد هاي مجاورتي القائی به دسته ای از پراگسيميتي سوئیچها گفته میشود که به صورت کليدهائي غير مکانيکي در اثر مجاورت با فلزات تحريک گرديده و حضور شيء را حس ميکند .اين کليدها از پر مصرف ترین نمونۀ کلیدهای مجارتی بوده و در صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرد .برای انتخاب این نمونه سنسور القائی بایستی به فاصلۀ سنس ، قطر سنسور ، نوع خروجی ، تعداد خروجی و نوع تغذیه توجه داشت .

ارسال توسط PLCHMI
شافت انکودر
 
تاريخ :
Rotary Encoder يا شفت اينکودر (Shaft encoder) به نوعي يک تجهيز نوري است که حرکت دوراني يا همان موقعيت گردشي يک شافت يا محور را به صورت خروجي ديجيتال کد ميکند . مهندسان ابزار دقيق و اتوماسيون از اين تجهيز که در حقيقت ترانسديوسر زاويه است در کاربردهاي فرآواني که نياز به اندازه گيري دقيق گردش شافت ميباشد نظير روبوتيک ، دستگاه هاي CNC ، فيدبک کنترل دور موتور و ... استفاده ميکنند .به طور کلي انکودرهاي به دو تيپ يا دسته بندي تقسيم ميشوند :
مطلق (absolute)
افزايشي يا نسبي (incremental)
بحث در مورد مکانيزم اندازه گيري شفت انکودرهاي مطلق و افزايشي به درازا ميکشد در اينجا به گفتن اين نکته بسنده ميکنيم که در صورتي که نياز به اندازه گيري موقعيت مطلق زاويه نسبت يه يک نطقه مشخص داشته باشيم از نمونه هاي مطلق و در صورتي که جهت اندازه گيري تعداد دور در واحد زمان براي مثال در موتورها بخواهيم استفاده کنيم از افزايشي بايستي استفاده کرد
ترانسميتر فشار
 
تاريخ :
ترانسميتر فشار يكي از پركاربرد ترين تجهيزات و اداوات ابزار دقيق در كنترل و مانيتورينگ پروسه هاي مختلف صنعتي است . اين تجهيز علاوه بر اين كه در كنترل فشار و نمايش مقادير كاربرد دارد ميتواند به عنوان ترانسميتر مقدار سطح مايعات و همچنين در مدلهاي ديفرنيسيالي كه همان ترانسميتر اختلاف فشار نام دارد در مانيتورينگ فلو و فلومتري به كار مي آيد .

اين تجهيزات در مدلهاي قلمي ارزان قيمت و همچنين نمونه هاي اسمارت با پروتكل هارت ارائه ميگردند . در انتخاب اين تجهيزات بايستي به موارد زير توجه كرد :

  • مثبت يا منفي بودن فشار
  • دقت تجهيز
  • نسبي يا مطلق بودن فشار
  • رنج يا محدوده اندازه گيري
  • نوع خروجي مورد نياز
  • نوع خورندگي ماده

دما از پارامترهای بسیار مهم در پروسه های صنعتی است . در حقیقت کمتر پروسه کنترلی بدون کنترل دما میتوان در نظر گرفت . این پارامتر معمولا در ایران با مقیاس درجه سانتیگراد اندازه گیری میگردد . و با توجه به رنج دمائی و نوع کاربرد از روشهای گوناگونی برای اندازه گیری آن استفاده میگردد .
این روشهای را میتوان به صورت تماسی و غیر تماسی دسته بندی کرد . روش تماسی در حقیقت از تماس يك سنسور که میتواند ترموکوپل یا ترمورزیستنس (PT100) باشد استفاده کرد . این روش اندازه گیری در مدلهای آنالوگ بیشتر به روش بیمتال یا Gas-filled که از یک حباب و لوله موئین درست شده است انجام میشود.
روش اندازه گیری غیر تماسی بیشتر بر اساس مقدار تابش فرسرخی که جسم هدف از خود به محیط ساطع میکند استفاده میشود این دماسنجها به پیرو متر یا ترمومتر تفنگی یا لیزی مشهور هستند . دلیل استفاده از واژه لیزری استفاده از باریکه نور لیزر برای مشخص شدن هدف میباشد .
در این دسته بندی از تجهیزات میتوان از انواع کنترلرهائی که برای دما طراحی شده اند به نام PID کنترلر مشهور هستند نیز نام برد .این روش کنترل دما نسبت به نمونه های ترموستاتهای قدیم بسیار پیشرفته تر میباشد .


سنسورهاي بدون تماس سنسورهائي هستند كه با نزديك شدن يك قطعه وجود آنرا حس كرده و فعال مي شوند. اين عمل به نحوي كه در شكل زير نشان داده شده است مي تواند باعث جذب يك رله، كنتاكتور و يا ارسال سيگنال الكتريكي به طبقه ورودي يك سيستم گردد.

كاربرد سنسورها
1- شمارش توليد: سنسورهاي القائي، خازني و نوري
2- كنترل حركت پارچه و ...: سنسور نوري و خازني
3- كنترل سطح مخازن: سنسور نوري و خازني و خازني كنترل سطح
4- تشخيص پارگي ورق: سنسور نوري
5- كنترل انحراف پارچه: سنسور نوري و خازني
6- كنترل تردد: سنسور نوري
7- اندازه گيري سرعت: سنسور القائي و خازني
8- اندازه گيري فاصله قطعه: سنسور القائي آنالوگ

نظر خود را ارسال کنید