سنسورهاي مجاورتي يا proximity sensor کليدهاي هستند که با نزديک شدن قطعه يا شي (بدون تماس با آن) وجود آن را حس کرده و سيگنالي را ارسال مي کنند. اين سيگنال عموما براي تحريک يک رله کوچک يا به ورودي يک PLC اعمال مي شود.

مزاياي سنسور مجاورتي نسبت به ميکروسوييچ:

  1. سرعت کليدزني بالا: تعداد قطع و وصل هاي سنسورهاي مجاورتي خيلي بيشتر از کليدهاي مکانيکي (ميکروسوييچ ها) بود. اين سرعت کليد زني عموما از 10Hz-1kHz و يا حتي بيشتر مي باشد. (در اينجا، به تعداد قطع و وصل خروجي در يک ثانيه، سرعت کليد زني گفته مي شود)
  2. طول عمر زياد: نداشتن بخش مکانيکي و عدم درگيري با تنشهاي مکانيکي سبب شده اين قطعات از عمر بسيار بالايي برخوردار باشند.
  3. عدم نياز به نيرو مکانيکي براي عملکرد: هنگام نزديک شدن قطعه به سنسور، سنسور عمل مي کند و به اعمال نيرو و فشار نيازي نيست. اين مزيت سبب ايجاد دقت بيشتر و استفاده از آن را در دستگاههاي ظريف ميسر مي سازد.
  4. امکان استفاده در شرايط کاري مختلف: بخاطر استفاده از استيل ضدزنگ و پوشيده بودن کامل (عموما IP67 يا بالاتر)، براحتي امکان استفاده از آن در آب، روغن، اسيد و ... ميسر مي باشد.
  5. عدم ايجاد نويز در هنگام سوييچينگ: استفاده از نيمه هادي ها در طبقه خروجي، سبب شده نويزهاي حاصل از سوييچنگ در خروجي حذف شوند. اين مزيت در سيستمهاي سريع پاسخ و حساس بسيار سودمند است.
  6. وجود نشانگر وضعيت خروجي: در اکثر سنسورهاي مجاورتي، LED وجود دارد که وضعيت خروجي سنسور را نشان مي دهد. اين مي تواند کمک خوبي براي رديابي اشکالات سيستم، عملکرد و تنظيم سنسور داشته باشد.

پارامترهاي موثر در انتخاب سنسورهاي مجاورتي:

اصول نصب سنسورها

  • فاصله سوييچينگ S: فاصله بين قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور بهنگام عمل سوييچينگ مي باشد.
  • فاصله سوييچينگ نامي Sn: فاصله اي که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهاي متغير از قبيل حرارت، ولتاژ تغذيه و غيره تعيين مي شود.
  • فاصله سوييچينگ موثر Sr: فاصله سوييچينگ تحت ولتاژ نامي و در دماي 20 درجه سانتيگراد مي باشد. در اين حالت تلرانسها و پارامترها متغير نيز در نظر گرفته شده اند. 0.9Sn<Sr<1.1Sn
  • فاصله سوييچينگ مفيد Su: فاصله اي است که در رنج دما و ولتاژ مجاز، عمل سوييچينگ انجام مي شود. 0.81Sn<Su<1.21Sn
  • فاصله سوييچينگ عملياتي Sa: فاصله اي است که تحت شرايط مجاز، عملکرد سنسور گارانتي شده است. 0.81Sn>Sa>0
  • هيسترزيس H: فاصله بين نقطه وصل شدن (هنگام نزديک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع (هنگام دور شدن قطعه از سنسور) مي باشد. اين مقدار معمولا 20 درصد فاصله نامي است.

هیسترزیس سنسورها

  • قابليت تکرار R: قابليت تکرار فاصله سوييچينگ تحت دما و ولتاژ مشخص و در يک مدت زمان خاص اندازه گرفته مي شود.
  • پايداري حرارتي: تغييرات فاصله موثر سوييچينگ در اثر تغييرات درجه حرارت و در محدوده دمايي 25- تا 70 درجه سانتيگراد، حداکثر 10% مي باشد.
  • حرارت محيط Ta: رنج دمايي که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمين شده است.
  • کلاس حفاظتي: کدي که در آن شرايط تحمل در برابر نفوذ آب و گرد و غبار مشخص شده است.
  • ولتاژ تغذيه V supply: حداکثر و حداقل ولتاژي که در آن محدوده سنسور عملکرد مطمئني ارائه خواهد کرد.
  • ولتاژ ريپل ΔV: مقدار ولتاژ AC که بر ولتاژ DC سوار شده است. حداکثر مقدار مجاز آن 10% ولتاژ DC مي باشد.
  • جريان نشتي I leakage: جرياني که در سنسورهاي دوسيمه در حالت قطع، عبور مي کند.
  • جريان بي باري I no-load: جرياني که در سنسورهاي 3 و چهار سيمه در حالت قطع، از منبع تغذيه کشيده مي شود.
  • جريان بار ماکزيمم I max: حداکثر جريان پيوسته اي که از خروجي سنسور عبور مي کند.
  • افت ولتاژ V drop: حداکثر ولتاژ خروجي سنسور در حالت وصل سنسور و عبور جريان مجاز از آن.
  • حفاظت هاي داخلي سنسور: تغذيه معکوس, اضافه ولتاژ ناشي از قطع بار سلفي, افزايش بار, اتصال کوتاه
  • LED هاي نشان دهنده تغذيه و خروجي سنسور

انواع سنسورهاي مجاورتي

سنسورهاي مجاورتي در اندازه ها و طرح هاي مختلفي توليد مي شوند. ما در اين بخش، سنسورهاي مجاورتي را از لحاظ شيوه عملکرد تقسيم بندي کرده و در مورد هر يک توضيح مي دهيم.

سنسور مجاورتي القايي

سنسورهاي مجاورتي القايي (inductive proximity sensors) سنسورهايي هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان مي دهند. البته براي فلزات مختلف از ضريب تصحيح خاصي استفاده مي شود. مثلا اگه ضريب تصحيح مس km=0.45 باشد. هرگاه سنسوري در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوييچينگ را انجام دهد. همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm عمل خواهد کرد. اين نوع از سنسورها بيشترين کاربرد را در صنعت دارند.

اساس کار و ساختمان سنسورهاي القايي

ساختمان اين سوييج ها از 4 قسمت تشکيل شده است.

اساس کار سنسورهای القایی

قسمت اساسي اين سوييچ ها از يک اسيلاتور با فرکانس بالا ساخته شده که مي تواند توسط قطعات فلزي تحت تاثير قرار گيرد. اين اسيلاتور باعث بوجود آمدن ميدان الکترومغناطيسي در قسمت حساس سنسور مي شود. نزديک شدن يک قطعه فلزي، باعث بوجود آمدن جريانهاي گردابي در قطعه گرديده و اين عمل سبب جذب انرژي ميدان مي شود و در نتيجه دامنه اسيلاتور کاهش مي يابد. از آنجا که طبقه دمدولاتور آشکارساز دامنه اسيلاتور است، در نتيجه، کاهش دامنه اسيلاتور توسط اين قسمت به طبقه اشميت تريگر منتقل مي شود. کاهش دامنه اسيلاتور باعث فعال شدن خروجي اشميت تريگر گرديده و اين قسمت نيز به نوبه خود باعث تحريک طبقه خروجي مي شود.

نحوه نصب سنسورهاي القايي

هنگاميکه چندين سنسور در کنار هم نصب شوند، امکان تاثيرپذيري سنسورها از يکديگر افزايش يافته و اين سبب عدم عملکرد صحيح آنها مي شود.

نحوه نصب سنسورهاي shielded يا flush-mount: در اين سنسورها قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزي محصور شده است. هرگاه دو عدد از اين سنسورها، همسطح روي بدنه فلزي دستگاه نصب شوند، رعايت فواصل نصب، مطابق شکل زير الزامي است.

نحوه نصب صحیح سنسور flush القایی

نحوه نصب سنسورهاي القايي unshielded يا non-flush mount: در اين سنسورهاف قسمت حساس سنسور، خارج از پوسته فلزي آن مي باشد. فاصله سوييچينگ اين نوع سنسورها بيشتر از سنسورهاي shielded بوده اما فرکانس سوييچينگ آن کمتر است. رعايت فواصل نصب مطابق شکل زير الزامي است.

نحوه نصب صحیح سنسور non-flush القایی

نحوه نصب سنسورهاي القايي در مقابل هم: وقتي دو سنسور القايي در مقابل هم نصب مي شوند، رعايت فاصله حداقلي زير الزامي است.

نحوه نصب صحیح سنسورها در روبروی هم

نحوه نصب سنسور القايي براي جلوگيري از اثرات بدنه دستگاه: براي جلوگيري از عملکرد سنسور در اثر بدنه فلزي دستگاه حداقل فواصلي که در کاتالوگ سنسور آورده شده، بايد محقق شود.

نصب سنسورهای مجاورتی

 

موارد استفاده سنسورهای مجاورتی القایی

شمارش قطعات فلزی، شناسایی موقعیت اجسام فلزی و ...

استفاده از سنسورهای القایی در شناسایی موقعیت محور پیستون  استفاده از سنسور القایی در شناسایی موقعیت حرکت

سنسور خازني

سنسورهاي خازني (capacitive sensors) سنسورهاي بدون تماس و بدون کنتاکت الکتريکي هستند که در مقابل فلزات و اغلب غير فلزات عمل مي نمايند. از اين سنسورها به منظور کنترل وضعيت برنامه ماشين آلات، شمارنده ها و آشکار سازي تمام مواد فلزي و غير فلزي استفاده مي شود. در عملکرد سنسورهاي خازني عواملي مانند رطوبت هوا، گردوغبار و ... بر فاصله سوييچينگ تاثير دارد. فاصله سوييچينگ به نوع قطعه هم بستگي دارد و این وابستگی توسط ضریبی که کارخانه سازنده معمولا آنرا در اختیار قرار میدهد، بیان می شود. برای تنظیم فاصله عملکرد سنسور، در پشت آن پتانسیومتری تعبیه شده است.

هنگام تنظیم سنسورهای خازنی، به این نکته توجه شود که فاصله سوییچینگ این سنسورها، هنگامیکه قطعه فلزی در مقابل سنسور قرار می گیرد، نباید بیشتر از مقدار نامی آن، که در مشخصات سنسور آمده است، باشد.

اساس کار سنسورهاي مجاورتي خازني

ساختمان اساسي اين سنسورها از 4 قسمت تشکيل شده است.

اساس کار سنسور مجاورتی خازنی

قسمت اساسي اسيلاتور از دو قطعه فلز تشکيل شده، وضعيت قرارگيري اين قطعات فلزي نسبت به هم طور است که باعث ايجاد يک ظرفيت خازني مي شود. هرگاه قطعه اي با ضريب الکتريکي ε به صفحه حساس نزديک گردد، باعث تغيير ظرفيت خازني بين صفحات مي شود. اين تغيير ظرفيت خازني باعث تغيير دامنه خروجي اسيلاتور مي شود.

دمدولاتور، دامنه اسيلاتور را آشکار مي کند و اين مقدار را با سطح مرجع مقايسه مي کند. هرگاه دامنه اين مقدار از دامنه مرجع بيشتر باشد، خروجي سنسور تحريک مي شود. آمپليفاير خروجي وظيفه تامين جريان بار را به عهده دارد.

مواردیکه که در نصب سنسورهای مجاورتی القایی بیان شده، باید برای سنسورهای خازنی نیز رعایت شود.

 

موارد استفاده سنسورهای خازنی

شمارش قطعات فلزی و غیر فلزی در خطوط تولید، کنترل سطح مایعات، کنترل حرکت و یا قطع شدگی پارچه و ...

سنسور نوري

در اين نوع از سنسورها از يک فرستنده و گيرنده امواج نوري مادون قرمز استفاده مي شود. در شکل زیر عنصر اصلی سنسورهای نوری که یک فرستنده و گیرنده نور مادون قرمز است، نشان داده شده است.

عنصر اصلی یک سنسور مادون قرمز نوری

 

عموما اين نوع از سنسورها به صورتهای زير ساخته و استفاده مي شوند:

سنسورهاي نوري يک طرفه (diffuse type)

اين سنسورها بر اساس امواج مادون قرمز مدوله شده توسط ديود مادون قرمز و دريافت اين امواج بوسيله فتو ترانزيستور عمل مي کنند.

اساس کار سنسور نوري يک طرفه

اين سنسورها از اجزاء زير تشکيل شده اند:

اساس کار سنسورهای نوری یک طرفه

در اين سنسورها امواج مادون قرمز مدوله شده، توسط فرستنده به طور مستقيم در فضا پخش مي شود. هرگاه اين امواج به مانعي برخورد کنند، منعکس مي شوند، که مقدار انعکاس اين امواج به رنگ، جنس و سطح مانع بستگي دارد و بصورت خط مستقيم نمي باشد. انعکاس سطوح روشن بيش از سطوح تيره بوده و فاصله سوييچينگ اين سنسورها به ميزان انعکاس نور بستگي دارد. هرگاه در جلوي سنسور مانعي قرار گيرد و امواج انعکاس يافته به گيرنده اين سنسور منتقل شود، خروجي تغيير حالت مي دهد.

موارد مصرف سنسورهای نوری یک طرفه

آشکارساز وجود اشیاء، تشخیص پارگی ورق، کنترل انحراف ورق و ...


سنسورهاي نوري رفلکتوري (retro-reflective optic switch)

اين سنسورها بر اساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده توسط ديود مادون قرمز و انعکاس اين امواج توسط رفلکتور و دريافت اين امواج بوسيله فتوترانزيستور عمل مي کنند.

اساس کار سنسورهاي نوري رفلکتوري

در اين نوع از سنسورها، امواج مادون قرمز بصورت پلاريزه شده در فضا پخش مي شوند. يک منعکس کننده در جلوي سنسور در فاصله معيني قرار مي گيرد. امواج ارسال شده پس از برخورد به اين منعکس کننده با زوايه 90 درجه نسبت به امواج پخش شده بطرف گيرنده برمي گردد.

موارد مصرف سنسورهای نوری رفلکتوری

کنترل سطح مخازن، شمارش قطعات تولیدی، حفاظت انسان و اشیاء، تشخیص پارگی کاغذ و پارچه و ....


سنسورهاي نوري دو طرفه (through-beam optic switch)

اين سنسورها براساس ارسال امواج مادون قرمز مدوله شده توسط ديود مادون قرمز در قسمت فرستنده و دريافت اين امواج توسط فتوترانزيستور در طرف گيرنده که در مقابل فرستنده نصب مي شود، عمل مي نمايند.

اساس کار سنسورهاي نوري دو طرفه

در اين نوع سنسورها، فرستنده و گيرنده مجزا از هم مي باشند. امواج مدوله شده مادون قرمز توسط فرستنده ارسال مي شود، گيرنده در مقابل فرستنده نصب مي شود. هرگاه مابين گيرنده و فرستنده مانعي وجود نداشته باشد، اين امواج به گيرنده مي رسند. در صورت وجود مانع اين امواج ديگر به گيرنده نخواهند رسيد.

موارد مصرف سنسورهای نوری دو طرفه

شمارش تولید، نرده حفاظتی، کنترل سطح مخازن، کنترل پارگی پارچه یا ورق، کنترل بسته بودن درب تجهیزات و ...

سنسور مغناطيسي

سنسورهاي مغناطيسي (magnetic sensors) در مجاورت ميدان مغناطيسي عمل مي کنند. هرگاه يک قطعه آهنربا در مقابل اين سنسور قرار گيرد، کنتاکت آن عمل خواهد کرد. این سنسورها به دو صورت ساخته شده اند:

سنسورهای مغناطیسی با کنتاکت مکانیکی reed switch

معمولا اين سنسورها بخش الکترونيکي ندارند. یکی از کنتاکتهای این سنسور آهنی و دیگری غیر آهنی می باشد. با نزدیک شدن آهنربا، کنتاکت آهنی به طرف آهنربا حرکت کرده و این حرکت سبب اتصال کنتاکت آهنی به کنتاکت غیر آهنی شده و سیگنالی رو ایجاد می کند. این سنسورها برای قطع و وصل زیاد مناسب نیستند.

عنصر اصلی یک سنسور reed switch

هرگاه بار اهمي سلفي به اين سنسورها وصل مي گردد. بمنظور حفاظت و افزايش عمر سنسور، بهتر است از ترکيب RC سری، موازی شده با سوییچ سنسور استفاده شود.

موارد استفاده reed switch

کنترل سطح مخازن، دمپرها، کنترل باز یا بسته بودن شیرها و درها، تجهیزات اتومبیل و ...

استفاده از سنسور مغناطیسی در کمربند ایمنی خودرو استفاده از سنسور مغناطیسی در سان روف خودرو استفاده از سنسور مغناطیسی در دربهای خودرو


سنسورهای الکترونیکی مغناطیسی

در این سنسورها از IC های مخصوصی استفاده شده که در مقابل میدان مغناطیسی آهنربایی، از خود عکس العملی نشان می دهند و این عکس العمل سبب ایجاد سیگنالی در خروجی سنسور می شود. از این سنسور برای اندازه و نمایش سرعت های زیاد می توان استفاده کرد.

از موارد مورد استفاده از این سنسور می توان به نمایش سرعت فن CPU کامپیوترها، شمارش تعداد چرخ دندهای موتور ها و ... نام برد.

سنسور تشخيص کد رنگ

اساس کار سنسورهاي تشخيص کد رنگ (color-mark reading sensors)، ارسال نور سفید و دریافت نور منعکس شده از قطعه می باشد.

ساختمان داخلی یک سنسور تشخیص رنگ

این سنسورها در ماشين آلات صنايع غذايي، بسته بندي و ... استفاده شده، که علائم رنگي چاپ شده روي کاغذهاي بسته بندي (مانند سفلون، فويل آلومينيوم و ...) را تشخيص داده و فرمان لازم به منظور قطع کاغذ و يا نوار را ارسال مي کند.

نمونه استفاده از یک سنسور تشخیص رنگ

معمولا براي تنظيم حساسيت به رنگهاي مختلف، در پشت سنسور پتانسيومتري قرار داده شده است.

نمونه یک سنسور تشخیص رنگ

 

انواع خروجی سنسورها

سنسورهای بیان شده فوق به روشهای گوناگونی سیگنال خروجی را ارسال می کنند. بعضی از روشها مخصوص سنسورهای خاصی هستند، ولی در کل امکان ساخت خروجی های مختلف برای سنسورهای مختلف وجود دارد.

1- دو سیمه AC: در این سنسورها بار بصورت سری با سنسور نصب می شود. بار عموما یک رله کوچک می باشد. برخی از این نوع سنسورها، دارای سیم سومی هستند که باید به زمین (earth) وصل شوند.

نحوه اتصال سنسور دو سمیه AC

2- سه سیمه AC: اتصال آن مطابق شکل زیر بوده و عموما یک رله کوچک، بار اتصالی به خروجی سنسور است.

نحوه اتصال سنسور سه سیمه AC

3- دوسیمه DC: اتصال بار به این سنسورها ساده بود و سیم کمتری برای اتصال نیاز است.

نحوه اتصال الکتریکی سنسور دو سیمه DC

4- دو سیمه نامور (namur): در این نوع سنسورهای جریان خروجی متناسب با فاصله قطعه از سنسور تغییر می کند. بعبارت دیگر می توان گفت که مقاوت داخلی سنسور تغییر می کند. به دلیل سیم بندی سنسور، جریان اتصال کوتاه در دو سر سنسور محدود می باشد، بخاطر این مزیت، این سنسورها در محیط هایی که احتمال انفجار (تجهیزات EX) وجود دارد، بیشتر استفاده میشود. بخاطر اینکه این سنسورها برای عملکرد به ولتاژ 8.2VDC نیاز دارند، عموما این سنسورها به کارتهای مخصوص که این ولتاژ را فراهم می کنند، اتصال می یابند. در این صورت مقاومت 1kohm در داخل کارت تعبیه شده است.

نحوه اتصال سنسور دو سیمه نامور

5- سه سیمه NPN: این سنسورها نیاز به اعمال ولتاژ DC بعنوان تغذیه سنسور دارند و خروجی آن، سیگنال صفر ولت است. به نحوه اتصال این سنسورها در الکترونیک sink current (چاهک جریان) نیز می گویند. خروجی این سنسورها را می توان به رله کوچک، ورودی PLC، کارت الکترونیک و ... اتصال داد. تغذیه اکثر این سنسورها 36-10 ولت DC می باشد. برای اطمینان بیشتر بهتر است به کاتالوگ سنسور مراجعه کرد.

نحوه اتصال سنسور سه سیمه NPN

6- سه سیمه PNP: این سنسورها برای عملکرد نیاز به اعمال ولتاژ تغذیه DC دارند. خروجی آنها سیگنال مثبت ولتاژ تغذیه است. به اتصال این سنسورها در الکترونیک source current (چشمه جریان) گفته می شود. ولتاژ تغذیه آنها در کاتالوگ سنسور آمده است، در اکثر آنها تغذیه سنسور 36-10 ولت DC است. این نوع اتصال بیشترین مورد مصرف را در تجهیزات صنعتی دارد.

نحوه اتصال سنسور سه سیمه PNP

7- چهار سیمه NPN: اتصال آن شبیه سه سیمه NPN است. فقط در این نوع سنسورها امکان استفاده از دو خروجی مکمل مهیا شده است.

نحوه اتصال سنسور چهار سیمه NPN

8- چهار سیمه PNP: اتصال سنسور تقریبا شبیه سنسور سه سیمه PNP است. در این نوع از سنسورها امکان استفاده از خروجی دوبل مکمل مهیا شده است.

نحوه اتصال سنسور چهار سیمه PNP

0 1 1 1 1 1 (0 رای)

نوشتن دیدگاه


تصویر امنیتی تصویر امنیتی جدید