سنسورها انواع و عملکرد سنسور
سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و … را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. در واقع آن یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید.
مبانی سنسور
کمیت فیزیکی
ھر پدیده قابل اندازه گیری در طبیعت را کمیت فیزیکی طبیعی می نامیم این پدیده ھا می توانند شامل وزن، فشار، سرعت، سطح و…باشد.
تعریف اندازه گیری
اندازه گیری عبارت است از تعیین مقدار برای یک کمیت بر اساس یک اندازه مشخص (استاندارد) برای همان کمیت. چون تمام کمیت ها دارای واحد هائی هستند. بنابراین اندازه گیری نیز بر اساس یک واحد انجام خواهد شد.
انواع اندازه گیری
اندازه گیری مستقیمDirect Measurement
اگر ما بخواهیم بدانیم که هوای بیرون طوفانی است یا نه می توانیم به بیرون برویم و احساس کنیم که باد می آید یا نه. این یک اندازه گیری مستقیم است. مثالی در زمینه ابزار دقیق، قرائت مستقیم از حجم عبوری بنزین در دستگاه فلومتر یک ایستگاه پمپ بنزین است.
اندازه گیری استدلالیInferred Measurement
در مثال قبل می توانستیم پشت پنجره بایستیم و ببینیم که شاخه های درختان تکان میخورند یا نه و یا سطح آب متلاطم است یا نه و پی به وجود باد ببریم. این هم مثالی است از اندازه گیری استدلالی و مثال ابزار دقیقی آن هم فلومترهایی است که می تواند میزان فلو را بر اساس حس کردن فشاری که باعث تغییر فلو می شود را اندازه گیری کند و متناسب با آن فشار، قرائتی برای فلو بدست می دهند.
به طور کلی و عمومی یک اندازه گیری استدلالی خاصیت فیزیکی مورد نظر را که ما می خواهیم بدانیم حس نمی کند بلکه به جای آن اثر بوجود آمدة آن خاصیت را حس می کند.
اندازه گیری به دو دسته کلی تقسیم می شود
اندازه گیری کمیت های الکتریکی
اندازه گیری کمیت های غیر الکتریکی
عناوین بعضی از اندازه گیری هایی که بیشتر مطرح است:
- اندازه گیری جابجائی
- اندازه گیری ضخامت
- اندازه گیری فاصله
- اندازه گیری موقعیت، مکان، بلندی
- اندازه گیری موقعیت سطح
- اندازه گیری مساحت
- اندازه گیری حجم
- اندازه گیری زاویه
- اندازه گیری انحنا
- اندازه گیری شتاب، لرزش، شوک
- اندازه گیری زمان
- اندازه گیری فرکانس
- اندازه گیری جرم و وزن
- اندازه گیری دانسیته
- اندازه گیری استرین
- اندازه گیری نیرو
- اندازه گیری گشتاور
- اندازه گیری فشار
- اندازه گیری آکوستیک
- اندازه گیری نرخ فلو
- اندازه گیری چسبناکی
- اندازه گیری کشش سطحی
- اندازه گیری دما
- اندازه گیری کالری
- اندازه گیری ولتاژ الکتریکی
- اندازه گیری جریان الکتریکی
- اندازه گیری توان الکتریکی
- اندازه گیری انرژی مصرفی
- اندازه گیری فاز
- اندازه گیری میدان مغناطیسی
- اندازه گیری گذردهی و هیسترزیس
- اندازه گیری اندوکتانس
- اندازه گیری اختشاش و نویز
- اندازه گیری مکروویو
- اندازه گیری پلاریزاسیون
- اندازه گیری رادیو اکتیویته
- اندازه گیری نوترون
- اندازه گیریPH
- اندازه گیری ترکیب
- اندازه گیری رطوبت
- اندازه گیری فشار خون
- اندازه گیری های عوامل شیمیائی خون
کمیت الکتریکی
ھر پدیده الکتریکی قابل اندازه گیری را کمیت الکتریکی می نامند. مانند:
- مقاومت
- جریان
- ولتاژ
- فرکانس و…
کمیت ھای الکتریکی دارای امتیازات دیگری نیز ھستند، یعنی اینکه قابل تبدیل به یکدیگرند به زبان ساده تر می توان گفت درصورت نبود امکان اندازه گیری یک واحد مثلاً”مقاومت با ھریک از واحدھای الکتریکی می توان آنرا به واحدی که قابلیت اندازه گیری آن وجود دارد تبدیل نمود. در این مسیر با بوجود آمدن علم الکترونیک استفاده از الکترونیک معمول گردید و در پی پیشرفت تکنولوژی این علم به دودستهتقسیم می شودالکترونیکآنالوگوالکترونیکدیجیتال.
سنسور چیست؟
پارامترهای فیزیکی و شیمیایی را به شکل دیگری که معمولاً سیگنال الکتریکی می باشد تبدیل می کند. یا به عبارت دیگر عنصری از دستگاه اندازه گیری یا زنجیره ای اندازه گیری که بطور مستقیم تحت تاثیر اندازه قرار می گیرد. عنصر حس کننده بخشی از مکانیسم ترانسدیوسر (مبدل) می باشد که در اتصال با کمیت مورد اندازه گیری می باشد؛ بطوریکه هر لحظه به تغییرات حاصله در کمیت مورد نظر برای اندازه گیری پاسخ می دهد. معمولاٌ تمام سنسورها احتیاج به مدارهای اضافی برای تولید ولتاژ و جریان دارند؛ غالباٌ کلمه سنسور برای وسیله ای استفاده می شود که دارای ترانسدیوسر و مدار مورد احتیاج برای تولید ولتاژ یا کمیت الکتریکی خروجی باشد.
ترانسدیوسر چیست؟
وسیله ای که در شکل پارامتر فیزیکی و شیمیایی تغییر ایجاد می کند. (معمولاً خروجی قابل استفاده دارد)
خروجی سنسور / ترانسدیوسر
خروجی ترانسدیوسرها به دو شکل وجود دارد
- آنالوگ
- دیجیتال
خروجی آنالوگبه خروجی گفته می شود که مقادیر آن پیوسته بوده و در زمان های مختلف تغییرات در بازه ای که تعریف شده است، بلا انقطاع و پیوسته باشد.خروجی دیجیتالبه خروجی گفته می شود که تغییرات خروجی به شکل منقطع بین دو مقدار ماکزیمم و مینمم تغییر کند که معمولاً مقدار مینیمم به صفر تفسیر شده و مقدار ماکزیمم یک معنا دارد.
تقسیمبندیسنسور
بر اساس نوع نیاز موجود درصنعت سنسورھای متنوعی تولید و به بازار مصرف عرضه می شوند که تقسیم بندی ھای متنوعی را بوجود می آورد. تقریباًتمامی انواع سنسورھای کنونی که در بازار موجود است را می توان در تقسیم بندی بر مبنای عملکرد دسته بندی کرد. اینجا به معرفی دسته بندی ھا می پردازیم.
- دسته بندی برمبنای نوع عملکرد
- دسته بندی برمبنای نوع کاربرد
- دسته بندی برمبنای خروجی
- دسته بندی برمبنای موادی که سنسور ھا از آن ساخته می شوند
دسته بندیبرمبناینوععملکرد:
بر اساس این دسته بندی می توان سنسور ھا را بر مبنای نوع عملکرد الکترونیکی آن ھا دسته بندی کرد.
- سنسورھای تماسی
- سنسورھای حرارتی
- سنسورھای مقاومتی
- سنسورھای ولتاژی
- سنسورھای جریانی
- سنسورھای خازنی
- سنسورھای حرارتی
- سنسورھای القایی
- سنسورھای نوری و لیزری
- سنسورھای شیمیایی
- سنسورھای مغناطیسی
دستهبندیبرمبناینوعکاربرد:
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
دستهبندیبرمبنایخروجی
- سنسور با خروجی آنالوگ
- سنسور با خروجی دیجیتال
سنسورهای تماسی
این نوع از سنسورھا با سوژه مورد نظر در تماس مستقیم قرار دارند.
ترموکوپلھا
از ترموکوپل ھا برای اندازه گیری حرارت استفاده می شود و برای صحت اندازه گیری ترموکوپل باید مقدار معینی از سنسور با حرارت در تماس مستقیم قرار داشته باشد.
سنسورھایسویچینگ
سنسورھایی مانند کلیدھای مکانیکی یا همان میکروسویچ ھا که برای سویچینگ مکانیکی در خطوط تولید مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع از سنسورها قادر به تشخیص وجود ویا عدم وجود فشار میباشند ونیز باید توسط فشار مکانیکی
تحریک شوند.
سنسورھایبدونتماسproximity
سنسورھای بدون تماس سنسور ھایی هستندکه بدون نیاز به تماس با سوژه، وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند و دارای مزایای زیادی هستند که به علت این مزایا استفاده از آن ھا روز به روز با اقبال بیشتری در صنعت روبرو می شوند و هم به لحاظ تنوع و شکل گسترش پیدا می کنند.
مزایای سنسورها
سرعتسویچینگبالا
سنسور ھای بدون تماس در مقایسه با کلیدھای مکانیکی از سرعت سویچینگ بالایی برخوردار هستند. به طوریکه بعضی از آن ھا (سنسورھای القایی) توانایی کار با سرعت ٢۵ کیلو ھرتز دارا است.
طولعمرزیادlife time
سنسورھای بدون تماس به دلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و محافظت درمقابل نفوذ آب، روغن، گرد و غبار ازطول عمر زیادی برخوردار هستند.
عدمنیازبهنیرووفشار
به ھنگام نزدیک شدن سوژه به سنسور عمل کرده نیرو و فشاری به سنسور وارد نمی شود.
قابلاستفادهدرمحیطهایکاریباشرایطسخت
این سنسورھا به دلیل ایزوله بودن قادرند در شرایط کاری سخت و مخرب نظیر حرارت بالا، فشار بالا و محیط ھای 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:
- اهرم تحریک یا عمل کننده یا شستی
- بدنه یا بخش سویچ
وظیفه شستی برقراری ارتباط فیزیکی کنتاکت ھا با جسم خارجی مورد کنترل است.بدنه درحقیقتمحلقرارگیریکنتاکتھایقطعووصلسویچاست.
کنتاکت هایسنسور
دوگونه کنتاکت در سنسورھا تماسی مورد استفاده قرار می گیرند.
- کنتاکت ھای ثابت
- کنتاکت ھای متحرک
در تصویر زیر قطعات بکار رفته در داخل یک سنسور تماسی نمایش داده شده است کنتاکت ھای ثابت و متحرک نمایش داده شده اند.
ھمانطور که در تصویر نشان داده شده دو نوع کنتاکت در سنسور های تماس وجود دارد.
- کنتاکت های وصل شونده (کنتاکت حالت عادی قطع)Normally Open NO
- کنتاکت های قطع شونده (کنتاکت حالت عادی وصل)Normally Close NC
کنتاکت های قطع شونده (کنتاکت حالت عادی وصل)Normally Close NC
کنتاکت ھای قطع شونده کنتاکت ھایی ھستند که در لحظه اول که ھیچ نیروی تحریک کننده ای به اھرم وارد نشده است کنتاکت ھا در حالت وصل (بسته) بوده ونیروی الکتریسیته را از خود عبور می دهند.
کنتاکت های وصل شونده ( کنتاکت حالت عادی قطع)Normally Open NO
کنتاکت ھای وصل شونده کنتاکت ھایی هستند که در لحظه اول که هیچ نیروی تحریک کننده ای به اهرم آن ها وارد نشده در وضعیت قطع قرار داشته و نیروی الکتریسته را از خود عبور نمی دهد.
با تماس جسم خارجی به شاستی کنتاکت ھای شاستی الکتریسیته را از طریق کنتاکت ھای سنسور خود عبود داده و با قطع انرژی خارجی یا تماس جسم خارجی، الکتریسیته را نیز قطع می نماید و یا بالعکس وصل می نماید.
قواعد اصلیچگونگیعملکردسنسور
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.
:Aدراین حالت سیستم اماده دریافت نیروی محرک خارجی بوده عکس العمل نشان داده توسط الکتریسته خواهد بود.
:Bدر این 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
:Cاین موقعیت جسم به سنسور بطور کامل تکیه داده و رله ھای خروجی تغییر وضعیت از خود نشان می دهدNC-NO.
D: این میزان فاصله جهت پذیرش تحریک از جسم خارجی است.
:Eاین مسافت در میان دریافت تحریک جسم خارجی و رھا شدن سنسور به واسطه فنر و بازگشت و قرار گیری سنسور به موقعیت اماده باش است.
G: این مسافت (فاصله) برای آزادی عملکرد در نظر گرفته شده است
نظر خود رابنویسید
مطالب مرتبط