مبانی سنسور ها

سنسور ها

کمیت فیزیکی

ھر پدیده قابل اندازه گیری در طبیعت را کمیت فیزیکی طبیعی مینامیم این پدیده ھا میتوانند شامل وزن ، فشار ، سرعت ،

سطح و..... باشد.

تعريف اندازه گيری

اندازه گيري عبارت است از تعيين مقدار براي يک کميت بر اساس يک اندازه مشخص (استاندارد) برای همان کميت . چون تمام کميتها دارای واحد هائی هستند بنابر اين اندازه گيری نيز بر اساس يک واحد انجام خواهد شد .

انواع اندازه گیری

اندازه ‏گيري مستقيم  Direct Measurement

اگر ما بخواهيم بدانيم كه هواي بيرون طوفاني است يا نه مي‏توانيم به بيرون برويم و احساس كنيم كه باد می آيد يا نه. اين يك اندازه ‏گيري مستقيم است. مثالي در زمينه ابزار دقيق ، قرائت مستقيم از حجم عبوري بنزين در دستگاه فلومتر يك ايستگاه پمپ بنزين است.

اندازه ‏گيري استدلاليInferred Measurement

در مثال قبل مي‏توانستيم پشت پنجره بايستيم و ببينيم كه شاخه‏ هاي درختان تكان مي‏خورند يا نه و يا سطح آب متلاطم است يا نه و پي به وجود باد ببريم. اين هم مثالي است از اندازه ‏گيري استدلالي و مثال ابزار دقيقي آن هم فلومترهايي است كه مي‏تواند ميزان فلو را بر اساس حس كردن فشاري كه باعث تغيير فلو مي‏شود را اندازه‏ گيري كند و متناسب با آن فشار ، قرائتي براي فلو بدست مي‏دهند.

به طور كلي و عمومي يك اندازه‏ گيري استدلالي خاصيت فيزيكي مورد نظر را كه ما مي‏خواهيم بدانيم حس نمي‏كند بلكه به جاي آن اثر بوجود آمدة آن خاصيت را حس مي‏ كند.

اندازه گيري به دو دسته کلي تقسيم ميشود

اندازه گيري کميتهاي الکتريکي

اندازه گيري کميتهاي غير الکتريکي

عناوين بعضی از اندازه گيريهايی که بيشتر مطرح است

کمیت الکتریکی

ھر پدیده الکتریکی قابل اندازه گیری را کمیت الکتریکی می نامند مانند

کمیتھای الکتریکی دارای امتیازات  دیگری نیز ھستند یعنی اینکه قابل تبدیل به یکدیگرند به زبان ساده تر میتوان گفت درصورت نبود امکان اندازه گیری یک واحد مثلا" مقاومت با ھریک از واحدھای الکتریکی میتوان آنرا به واحدی که قابلیت اندازه گیری آن وجود دارد تبدیل نمود.در این مسیر با بوجود آمدن علم الکترونیک استفاده از الکترونیک معمول گردیدو در پی پیشرفت تکنولوژی این علم به دودسته تقسیم می شود الکترونیک آنالوگ والکترونیک دیجیتال

سنسور چیست؟

پارامترهای فیزیکی و شیمیایی را به شکل دیگری که معمولاً سیگنال الکتریکی میباشد تبدیل میکند. یا به عبارت دیگر عنصری از دستگاه اندازه گیری یا زنجیره ای اندازه گیریکه بطور مستقیم تحت تاثیر اندازه قرار می گیرد .عنصر حس كننده بخشي از مكانيسم ترانسديوسر ( مبدل ) ميباشد كه در اتصال با كميت مورد اندازه گيري ميباشد؛ بطوريكه هر لحظه به تغييرات حاصله در كميت مورد نظر براي اندازه گيري پاسخ ميدهد .معمولاٌ تمام سنسورها احتياج به مدارهاي اضافي براي توليد ولتاژ و جريان دارند؛ غالباٌ كلمه سنسور براي وسيله اي استفاده ميشود كه داراي ترانسديوسر و مدار مورد احتياج براي توليد ولتاژ يا كميت الكتريكي خروجي باشد.

ترانسدیوسرچیست :

وسیله ای که در شکل پارامتر فیزیکی و شیمیایی تغییر ایجاد میکند .(و معمولاً خروجی قابل استفاده دارد)

خروجی سنسور / ترانسدیوسر

خروجی ترانسدیوسر ها به دو شکل وجود دارد آنالوگ و دیجیتال

خروجی آنالوگ به خروجی گفته می شود که مقادیر آن پیوسته بوده و در زمانهای مختلف تغییرات در بازه ای که تعریف شده است بلا انقطاع و پیوسته باشد خروجی دیجیتال به خروجی گفته می شود که تغییرات خروجی به شکل منقطع بین دو مقدار ماکزیمم و مینمم تغییر کند که معمولا مقدار مینیمم به صفر تفسیر شده و مقدار ماکزیمم یک معنا دارد .

تقسیم بندی سنسور

بر اساس نوع نیاز موجود درصنعت  سنسورھای متنوعی تولیدوبه بازار مصرف عرضه میشوند که تقسیم بندی ھای متنوعی را بوجود می آورد ، تقریبا" تمامی انواع سنسورھای کنونی  که در بازار موجود است را میتوان در تقسیم بندی بر مبنای عملکرد میگذاریم دسته بندی کرد اینجا به معرفی دسته بندی ھا میپردازیم.

1-دسته بندی برمبنای نوع عملکرد

2- دسته بندی برمبنای نوع کاربرد

3- دسته بندی برمبنای خروجی

4- دسته بندی برمبنای موادی که سنسور ھا از آن ساخته میشوند

1-دسته بندی برمبنای نوع عملکرد:

بر اساس این دسته بندی میتوان سنسور ھا را بر مبنای نوع عملکرد الکترونیکی آنھا دسته بندی می شوند.

سنسورھای تماسی

سنسورھای حرارتی

سنسورھای مقاومتی

سنسورھای ولتاژی

سنسورھای جریانی

سنسورھای خازنی

سنسورھای حرارتی

سنسورھای القایی

سنسورھای نوری و لیزری

سنسورھای شیمیایی

سنسورھای مغناطیسی

2-دسته بندی برمبنای نوع کاربرد:

در این دسته بندی برای کاربردھای یکسان انواع متنوعی از سنسور ھا رامورد استفاده قرار داد.

شمارش : القایی ، خازنی ، نوری

حرکت : نوری ، خازنی

سطح : نوری خازنی

پیوستگی : نوری

انحراف : نوری ، خازنی

تردد : نوری ، القایی

سرعت : القایی ، خازنی

فاصله: القایی

شیمیایی : خازنی ،القایی

حرارت : بیمتال ، مقاومتی

3 - دسته بندی برمبنای خروجی

سنسور با خروجی آنالوگ

سنسور با خروجی دیجیتال

سنسورهای تماسی

این نوع از سنسورھا میباید با سوژه مورد نظر در تماس مستقیم قرارداشته باشد.

ترموکوپل ھا

از ترموکوپلھا برای اندازه گیری حرارت استفاده میشود و برای صحت اندازه گیری ترموکوپل باید مقدار معینی

از سنسور با حرارت در تماس مستقیم قرار داشته باشد .

سنسورھای سویچینگ

سنسورھایی مانند کلیدھای مکانیکی یا همان میکروسویچھا که برای سویچینگ مکانیکی در خطوط تولید مورد استفاده

قرار میگیرند این نوع از سنسورها قادر به تشخیص وجود ویا عدم وجود فشار میباشند ونیز  باید توسط فشار مکانیکی

تحریک شوند .

سنسور ھای بدون تماس proximity

سنسورھای بدون تماس سنسور ھایی هستندکه بدون نیاز به تماس با سوژه وجود آنرا حس کرده و فعال میشوند ودارای مزایای

زیادی هستندکه به علت این مزایا استفاده از آنھا روز به روز با اقبال بیشتری در صنعت روبرو می شوند و هم به لحاظ تنوع و شکل گسترش پیدا می کنند .

از مزایای این سنسورها می توان :

سرعت سویچینگ بالا

سنسور ھای بدون تماس در مقایسه با کلیدھای مکانیکی از سرعت سویچینگ بالایی برخوردار هستند به طوریکه بعضی از آنھا ( سنسورھای القایی )توانایی کار با سرعت ٢۵ کیلو ھرتز دارا می باشند.

طول عمر زیاد life time

سنسورھای بدون تماس به دلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و محافظت درمقابل نفوذ آب ، روغن ، گرد و غبار ازطول عمر زیادی برخوردار هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار :

به ھنگام نزدیک شدن سوژه به سنسور عمل کرده نیرو و فشاری به سنسور وارد نمیشود.

قابل استفاده در محیط های کاری باشرایط سخت:

این سنسورھا به دلیل ایزوله بودن قادرند در شرایط کاری سخت و مخرب نظیر حرارت بالا ، فشار بالا ، و محیطھای مرطوب ، اسیدی و روغنی بدون اینکه آسیب ببینند به کار خود ادامه دهند .

میکرو سویچ ها لیمیت سویچ ها

در مدارهای فرمان جهت کنترل و ایجاد محدودیت برای حرکت قسمت های متحرک مکانیکی ، تغییر جهت حرکت یا کنترل سطوح مایعات و..... به عنوان کلید برای عمل قطع یا وصل استفاده می شود .

از دوقسمت کلی تشکیل شده اند .

  1. اهرم تحریک یا عمل کننده یا شستی
  2. بدنه یا بخش سویچ

وظیفه شستی برقراری ارتباط فیزیکی کنتاکتھا با جسم خارجی مورد کنترل میباشدبدنه در حقیقت محل قرار گیری کنتاکتھای قطع و وصل سویچ میباشد .

کنتاکت های سنسور

دوگونه کنتاکت در سنسورھا تماسی مورد استفاده قرار میگیرند.

١- کنتاکتھای ثابت

٢- کنتاکتھای متحرک

در تصویر زیر قطعات بکار رفته در داخل یک سنسور تماسی نمایش داده شده است کنتاکتھای ثابت و متحرک نمایش داده شده اند.

ھمانطور که در تصویر نشان داده شده دو نوع کنتاکت در سنسور های تماس وجود دارد .

  1. کنتاکت های وصل شونده ( کنتاکت حالت عادی قطع) Normally Open  NO
  2. کنتاکت های قطع شونده(کنتاکت حالت عادی وصل)Normally Close NC

 

کنتاکت های قطع شونده(کنتاکت حالت عادی وصل)Normally Close NC

کنتاکتھای قطع شونده کنتاکتھایی ھستند که  در لحظه اول که ھیچ نیروی تحریک کننده ای به  اھرم وارد نشده است کنتاکتھا در حالت وصل (بسته)بوده ونیروی الکتریسیته را از خود عبور میدهند

کنتاکت های وصل شونده ( کنتاکت حالت عادی قطع) Normally Open  NO

کنتاکتھای وصل شونده  کنتاکتھایی هستند که در لحظه اول که هیچ نیروی تحریک کننده ای به اهرم آنهاوارد نشده در وضعیت قطع قرار داشته و نیروی الکتریسته را از خود عبور نمی دهد.  

با تماس جسم خارجی به شاستی کنتاکتھای شاستی الکتریسیته را از طریق کنتاکتھای سنسور خود عبود داده و با قطع انرژی خارجی یا تماس جسم خارجی ، الکتریسیته را نیز قطع می نماید ویا بالعکس وصل مینماید.

قواعد اصلی چگونگی عملکرد سنسور

برای استفاده از ھرنوع سنسور تماسی بایستی نکات مربوط به نصب صحیح آن سنسورها را رعایت نمود این نکات به عنوان قوانین و اصول  نصب سنسور در نظر گرفته شده است و در تصویر زیر نمایش داده شده.

 

A دراین حالت سیستم اماده دریافت نیروی محرک خارجی بوده عکس العمل نشان داده توسط الکتریسته خواهد بود.

:B دراین زاویه سنسور یک محدوده  آزادی را برای برخورد جسم در نظر می گیرد تا جسم در مکان تحریک مناسب قرار گیرد مانند نویز پذیری و ارتعاش

:C این موقعیت جسم به سنسور بطور کامل تکیه داده و رله ھای خروجی تغییر وضعیت از خود نشان می دهد  NC-NO  .

D : این میزان فاصله جهت پذیرش تحریک از جسم خارجی می باشد

:E این مسافت در میان دریافت تحریک جسم خارجی و رھا شدن سنسور به واسطه فنروبازگشت و قرار گیری سنسور  به موقعیت اماده باش می باشد .

F:جهت آماده کردن برای دریافت تحریک جدید

G : این مسافت(فاصله) برای آزادی عملکرد در نظر گرفته شده است