کاربر گرامی  خوش آمدید ... ( ثبت نام کنید  / وارد شوید  )
مقالات آموزشی
  • 140
  • 154 مرتبه
سنسور

سنسور

31 فروردین 1400

سنسور چیست 

به هر المانی که بتواند تغییر فیزیکی و یا شیمیایی و یا نوری را به یک علامت فیزیکی، الکتریکی، الکترونیکی تبدیل کند حسگر یا سنسور میگویند. پس یک کلید ساده که با حرکت یک اهرم تحریک و به واسطه آن حرکت یک مدار الکترکی را وصل می کند می تواند یک سنسور باشد.سنسور چیست

 

سنسور ها گونه ای مبدل هستند. بعضی از سنسور ها به تنهایی قابل استفاده اند و برای خواندن آن ها احتیاجی به وسیله جانبی دیگری نیست، مانند دماسنج جیوه ای که حرارت را به وسیله انبساط جیوه در درون یک لوله شیشه ای که درجاتی بر روی آن ثبت شده نمایش می دهد، دسته دیگر سنسور ها برای استفاده باید با وسایل دیگری همراه باشند مثل ترموکوپل که حرارت را به خروجی ولتاژی تبدیل می کند، این خروجی را می توان بوسیله ولت متر خواند، بیشتر سنسورها الکتریکی یا الکترونیکی هستند که انواع سنسور الکتریکی از دقت پایین تری برخوردارند.

 

سنسورها در زندگی روزمره ما به صورت فراوان مورد استفاده قرار می گیرند، مواردی که شامل خودرو، ماشین های صنعتی، تجهیزات فضائی و حتی دارویی می شود، برای ایجاد دقت در تمامی سنسورها نیاز به تنظیماتی ( calibration ) برای استاندارد سازی می باشد.

 

 

انواع سنسور

با توجه به نوع نیاز موجود در صنعت انواع سنسور ها ساخته و به بازار مصرف عرضه می شوند که تقسیم بندی های متنوعی را ایجاد می نماید، تقریبا تمامی انواع سنسور های جدید که ساخته می شوند را می توان در تقسیم بندی که ما نام آن را تقسیم بندی عملکرد می گذاریم قرار داد، لذا ما در اینجا به معرفی تقسیم بندی انواع سنسور میپردازیم.

الف) تقسیم بندی انواع سنسور بر اساس نوع عملکرد
ب ) تقسیم بندی انواع سنسور بر اساس نوع کاربرد
ج ) تقسیم بندی انواع سنسور بر اساس خروجی 
د ) تقسیم بندی انواع سنسور بر اساس نوع تشخیص

 

  1. الف) تقسیم بندی انواع سنسور بر اساس نوع عملکردانواع سنسور

  2. بر اساس این نوع تقسیم بندی می توان انواع سنسور ها را بر اساس نوع عملکرد الکترونیکی آن ها تقسیم نمود:
  3. سنسور سوئیچینگ 
  4. سنسور حرارتی 
  5. سنسور خازنی 
  6. سنسور القایی
  7. سنسور نوری
  8. سنسور فیبر نوری
  9. سنسور اثرهال
  10. سنسور التراسونیک
  11. انکودر
  12. سنسور تشخیص رنگ
  13. سنسور فشار
  14.  
  15. ب ) تقسیم بندی بر اساس نوع کاربرد انواع سنسورها

  16. در این نوع تقسیم بندی میتوان برای کاربرد های یکسان انواع مختلفی از سنسورها را به کار برد.
  17. شمارش : سنسور القایی ، سنسور خازنی ، سنسور نوری
  18. حرکت : سنسور نوری ، سنسور خازنی
  19. سطح : سنسور نوری، سنسور خازنی
  20. پیوستگی : سنسور نوری
  21. انحراف : سنسور نوری ، سنسور خازنی 
  22. تردد : سنسور نوری ، سنسور القایی 
  23. سرعت : سنسور القایی ، سنسور خازنی
  24. فاصله : سنسور القایی
  25. شیمیایی : سنسور خازنی ، سنسور القایی
  26. حرارت : سنسور حرارتی (بیمتال ، سنسور مقاومتی)

 

  1. ج) تقسیم بندی سنسور ها بر اساس نوع خروجی

  2. در این تقسیم بندی می توان دو نوع را بر اساس خروجی سنسور ها مشخص نمود.
  3. الف: سنسور با خروجی آنالوگ
  4. ب: سنسور با خروجی دیجیتال

 

  1. د) تقسیم بندی سنسور ها بر اساس نوع تشخیص

  2. الف: سنسورهای تماسی
  3. ب: سنسورهای بدون تماس (سنسور مجاورتی)
  4.  

 

معرفی انواع سنسور 

  1. سنسورهای تماسی

  2. از ساده ترین و قدیمی ترین سنسورهای مورد استفاده در صنعت می توان از سنسورهای تماسی نام برد. منظور از سنسورهای تماسی این می باشد که برای حس کردن تغییرات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی حتما باید سنسور در تماس با سیال، جسم و یا محیط باشد. به این گونه سنسورها، سنسور تماسی گفته می شود. سنسورهای تماسی انواع مختلفی از جمله ترموکوپل ها، سنسورهای سوئیچینگ (میکروسوئیچ، لیمیت سوئیچ) و ... دارند، که در این بخش قصد داریم به معرفی آنها بپردازیم.

 

  1. سنسور سوئیچینگلیمیت سوئیچ (سنسور تماسی)

  2. وظیفه اصلی این سنسورها قطع یا وصل کنتاکت ها در مدارات الکتریکی می باشد.
  3. لیمیت سوئیچ و میکروسوئیچ ها  که نوعی سنسور سوئیچینگ هستند از دو قسمت کلی تشکیل شده اند:
  4.  اهرم تحریک یا شاستی
  5. بدنه
  6.  
  7. وظیفه شاستی برقراری ارتباط فیزیکی کنتاکت ها  با جسم خارجی مورد کنترل می باشد. بدنه در حقیقت مقر قرارگیری کنتاکت ها قطع و وصل سنسور می باشد. با توجه به مکان کاربرد لیمیت سوئیچ ها، شاسی های مختلفی طراحی و تولید شده است.

  8.  
  9.  
  10. سنسور حرارتی

  11. شاید بتوان گفت از قدیمی ترین حسگرهای الکتریکی (سنسورها) که ساخته و در صنعت با استقبال فراوانی روبرو شد سنسور حرارتی یا به عبارتی صریح تر ترموستات ها و ترموکوپل ها بودند. 
    1.  
    2.    ترموستات
    3.  در توضیح نحوه عملکرد ترموستات ها می توان گفت ترموستات ها با دریافت انرژی حرارتی آنرا به حرکت فیزیکی تبدیل می نماید، ترموستات با دریافت حرارت عکس العمل مکانیکی انجام داده و باعث قطع کنتاکت کنترل کننده هیتر می شوند. ترموستات ها در انواع بیمتال و روغنی و گازی در صنعت کاربرد دارند.
    4.  
    5.   اصول کارکرد ترموستات های بیمتال
    6.   BI-METAL از دو کلمه BI به معنی دو و کلمه METAL به معنی فلز تشکیل شده است و قطعه ای گفته می شود که از دو فلز با عکس العمل حرارتی ناهمگون ساخته شده است.
    7. ترموستات
    8.   فلزات در مقابل حرارت دارای انبساط طولی خواهند شد که مقدار انبساط بستگی مستقیم به آرایش مولکولی فلز دارد، لذا هر فلز در مقابل حرارت انبساط طولی متفاوتی را از خود بروز خواهد داد.  دو فلز مساوی از نظر قطر و طول را که متفاوت از نظر عکس العمل های حرارتی هستند را بر روی هم میگذارند. به این دو فلز حرارت می دهند، متوجه می شوید که طول یکی بیش از طول دیگری شده است.

 

 

    1.  
    2. ترموستات بیمتال
       دو فلز را به هم وصل می کنند و بیمتال تشکیل می شود. بی متال را در معرض حرارت قرار می دهند، بر اثر ازدیار طول فلز بالایی و چسبیده بودن دو فلز ازدیاد طول فلز بالایی و ثابت ماندن طول فلز پایینی باعث ایجاد خمش در بیمتال می شود، خمش ایجاد شده به جهت فلزی است که در مقابل حرارت عکس العمل کمتری از خود نشان می دهد.

 

 

 

 

  1.    ترموکوپل
  2. ترموکوپل
  3.   ترموکوپل ها یکی دیگر از انواع سنسورهای تماسی هستند و قادرند تا انرژی حرارتی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند و به نسبت حرارت دریافت شده انرژی الکتریکی متفاوتی را تولید نمایند.
  4.  
  5. نحوه عملکرد ترموکوپل
  6.  بعضی از اجسام در اثر حرارت الکترون از دست داده و بعضی الکترون جذب می کنند. در نتیجه اگر این دو فلز به هم متصل شوند و به محل اتصال حرارت داده شود در نتیجه بین دو جسم انتقال الکترون صورت می گیرد.
  7.  
  8. و در نتیجه یکی از فلزها الکترون اضافی کسب می کند بطور منفی باردار می شود و دیگری الکترون های خود را از دست داده و دارای بار مثبت می شود که به این روش، روش تولید الکتریسیته از طریق حرارت یا ترمو الکتریسیته گفته می شود.
  9.  
  10. به اتصال این دو فلز به یکدیگر ترموکوپل گفته هنگامی که چندین ترموکوپل به یکدیگر متصل می شوند یک ترموپیل (باتری حرارتی) به وجود می آید به عنوان مثال می توان از دو فلز روی و مس استفاده کرد.
  11.  
  12. ترموکوپل چیست

  13.  
  14.   سنسور مقاومتی
  15. سنسور مقاومتی به سنسورهایی گفته می شود که خروجی آن ها به صورت اهمی تغییر می کند، بیشترین کاربرد سنسور مقاومتی در خط کش های صنعتی و تعیین حرارت (به عنوان سنسور دمای مقاومتی) می باشد.
  16. با توجه به اطلاعات موجود در اینجا به توضیحاتی در مورد سنسورهای تابع حرارت و کاربرد عملی آن ها در صنعت لوازم خانگی میپردازیم. سنسور مقاومتی
  17. نام دیگر سنسورهای تابع حرارت، حسگر حرارت PTC / NTC temperature sensor / ترمیستور / Thermistor است. 
  18. در اثر حرارت تغییراتی در مقدار اهم مقاومت ها ایجاد می شود در داخل این سنسورها یک مقاومت سرامیکی وجود دارد که با تغییرات حرارت مقاومت آن تغییر می کند.
  19. اگر با افزایش حرارت مقاومت داخلی ترمیستوری کم شود پس این سنسور از نوع (NTC) می باشد.
  20. اگر با افزایش حرارت مقاومت داخلی ترمیستوری زیاد شود این سنسور از نوع ( PTC) می باشد.
  21. تغییر مقاومت توسط یک مدار الکترونیکی کنترل می شود و زمانی که حرارت به میزان تنظیم شده برسد و در نتیجه مقاومت سنسور به حد تعیین شده برسد، برق هیتر با فرمان مدار الکترونیک قطع می شود. به لحاظ ظاهری دو شکل متفاوت از این سنسورها در ماشین های ظرفشویی و لباسشویی استفاده می شود که طرز عملکرد آن ها یکسان است.

 

 

  1. سنسور مجاورتی 

  2. یک حسگر مجاورتی یا سنسور مجاورتی (Proximity Sensor) نوعی از سنسورهاست که قادر به تشخیص وجود اجسام نزدیک بدون هیچ گونه تماس فیزیکی است. یک حسگر مجاورتی اغلب یک میدان الکترو مغناطیسی یا الکترو استاتیکی و یا پرتویی از تشعشعات الکترومغناطیسی ( به عنوان مثال پرتو مادون قرمز ) را از خود منتشر می کند و به دنبال تغییرات در محیط یا سیگنال های برگشتی می ماند.
  3.  
  4. شیء در حال حس شدن اغلب به عنوان هدف حسگر (Sensor Target) شناخته می شود. هدف های مختلف نیاز به سنسورهای مختلفی دارند. به عنوان مثال برای یک هدف پلاستیکی یک سنسور خازنی یا سنسور فوتو الکتریک می تواند مناسب باشد و برای اهداف فلزی از سنسور القایی استفاده می شود. 

 

  1. حسگر مجاورتی
  2.  

  3. بیشترین فاصله ای را که حسگر می تواند تشخیص دهد دامنه نامی Nominal Range می نامند. بعضی از سنسورها دارای ویژگی تنظیم دامنه نامی یا وسیله ای هستند که بتوانند فاصله تشخیص درجه بندی شده ای را گزارش دهند. سنسورهای مجاورتی می توانند قابلیت اطمینان بالا و طول عمر کارکرد زیادی داشته باشند این امر به دلیل عدم وجود قسمت های مکانیکی و تماس فیزیکی حسگر و شیء حس شده می باشد . 
  4.  

 

 

  1. سنسور مجاورتیکاربرد حسگر مجاورتی
  2. از جمله کاربردهای حسگر مجاورتی می توان استفاده از آن در بعضی از اتومبیل ها برای تشخیص فاصله اتومبیل با اشیاء هنگام پارک کردن، سیستم گرمای زمین برای تشخیص مجاورت به زمین در سیستم های امنیتی هوانوردی، اندازه گیری موقعیت و لرزش میل لنگ های چرخشی در ماشین ها ، تشخیص پارگی صفحات در سیستم هایی که دارای صفحه هستند، توپخانه ضد موشک، تلفن های همراه، ترن های هوایی و ... را نام برد.
  3.  
  4. سنسورهای مجاورتی همچنین در مانیتور کردن لرزش ماشین جهت اندازه گیری لرزش در فاصله بین میل لنگ و یاتاقان ها مورد استفاده قرار می گیرند . این امر در توربین های بخار بزرگ، کمپوسورها، و موتورهایی که از یاتاقان های نوع آستینی  sleeve-type bearings بسیار متداول است.
  5. یک سنسور مجاورتی می تواند در سیستم های امنیتی نیز مورد استفاده قرار گیرد، مثلا زمانی که یک پنجره باز می شود سیستم اخطار آن فعال شود.

 

 

  1. انواع سنسور مجاورتی

  2. سنسور مجاورتی القایی (Inductive Proximity Sensors) :سنسور القایی
  3. سنسور القایی (Inductive Sensor) سنسور بدون تماسی است که از اصل القای الکترومغناطیسی برای تشخیص یا اندازه‌گیری اشیاء فلزی استفاده می‌کند. ساده ترین نوع سنسور القایی دارای یک نوسان ساز (اسیلاتور) می باشد که یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا تولید می کند، این میدان توسط یک سیم پیچ که در نزدیکی سطح خارجی سنسور قرار داده می شود، تولید می گردد.
  4. هنگامی که شیء فلزی وارد میدان الکترومغناطیسی می شود، جریان های هادی درون شی افزایش پیدا می کند، این جریان ها نوعی میدان الکترومغناطیسی تولید می کنند که در جهت خلاف میدان خود سنسور هستند، لذا دامنه سیگنال نوسان ساز کاهش می یابد. مدار تریگر این کاهش دامنه را تشخیص داده و سیگنال خروجی حسگر تغییر می کند.

  5. با استفاده از سنسور القایی فقط اجسام هادی جریان برق قابل حس می باشند. سنسورهای القایی با خروجی های N.O, N.C عرضه می گردند. فاصله ای که در آن یک سنسور تغییر حالت می دهد(بسته شده و یا باز می گردد) به عنوان فاصله سوئیچ معروف می باشند.
  6. سنسور القایی در اندازی گیری سرعت موتور، الکتروموتور، چرخ دنده ها و پمپ توربین کاربرد دارد.
  7.  
  8.  

  9. سنسور مجاورتی خازنی (Sensors Capacitive Proximity):
  10. حسگر مجاورتی خازنی از انواع سنسورهای بدون تماس می باشد و عملکردی بسیار شبیه به سنسور القایی دارد با این تفاوت که به جای ایجاد میدان الکترومغناطیسی، میدان الکترواستاتیکی تولید می کند. سنسور خازنی علاوه بر اجسام فلزی قادر به حس اجسام غیر فلزی مانند کاغذ، شیشه، مایعات و پارچه نیز هست. کنترل سطوح مخازن، شمارش در خط تولید ، جداکردن قطعات فلزی از غیر فلزی، استفاده در اتومبیل از جمله کاربرد های سنسور خازنی می باشد.
  11. ساختمان سنسور خازنی از 4 قسمت کلی تشکیل شده است. 

 

  1. سنسور مجاورتی خازنی

  2. قسمت اصلی اسیلاتور از دوقطعه فلزی تشکیل شده ، وضعیت قرار گیری این قطعات فلزی نسبت به هم طوری است که باعث ایجاد یک ظرفیت خازنی می شود.
  3. هنگامی که شیء مورد نظر نزدیک سطح حساس سنسور خازنی می شود ، وارد میدان الکترواستاتیکی ناشی از دو الکترود سنسور شده و ظرفیت خازنی را تغییر می دهد. این تغییرات سبب می شود نوسان ساز شروع به نوسان کند ، مدار تریگر دامنه ی سیگنال نوسان ساز را می خواند و زمانی که به یک مقدار معینی می رسد خروجی سنسور تغییر می کند و با دور شدن شیء مقدار دامنه کاهش یافته و خروجی به حالت اول بر می گردد.
  4.  
  5. سنسور خازنی
  6.  
  7. یک کاربرد سنسور مجاورتی خازنی این است که می توان از آن در تشخیص سطح آب در بشکه ها استفاده کرد، به این ترتیب که چون مقدار ثابت دی الکتریک آب بیشتر از پلاستیک است لذا سنسور می تواند از درون پلاستیک آب را تشخیص دهد.
  8.  
  9.  

  10. سنسور مجاورتی مافوق صوت (Sensors Ultrasound Proximity)
  11. سنسور التراسونیکاساس کار سنسور فراصوت (سنسور التراسونیک) مشابه رادار یا ردیاب صوتی، تشخیص ویژگی های هدف از طریق تحلیل بازتاب امواج رادیویی یا صوتی می باشد. سنسور التراسونیک مجاوراتی از یک مبدل برای فرستادن و دریافت سیگنال های صوتی استفاده می کند. در واقع سنسور التراسونیک امواج صوتی با فرکانس بالا ایجاد می کند و موج بازتاب شده را دریافت و تحلیل می کنند. این حسگرها با محاسبه زمان بین فرستادن سیگنال و گرفتن بازتاب ، فاصله جسم را محاسبه می کنند به طور معمول از فرستنده و گیرنده هایی استفاده می شود که با تبدیل انرژی الکتریکی به صوتی امواج صوتی بالاتر از 20 کیلو هرتز ایجاد می کنند و با دریافت بازتاب امواج صوت را بار دیگر به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند تا قابل اندازه گیری و نمایش باشند .
  12.  
  13. مشکلات عمده این فناوری (سنسور فراصوت)، شکل های گوناگون سطوح اجسام و چگالی یا غلظت مواد است. به عنوان مثال وجود کف در سطح یک مایع این عمل را مختل می کند.
  14.  
  15. از سنسور فراصوت می توان در اندازه گیری سرعت و جهت باد یا میزان پر بودن یک مخزن استفاده کرد. برای اندازه گیری سرعت و جهت، یک دستگاه از چندین گیرنده استفاده می کنند و از روی فاصله نسبی آن ها سرعت را اندازه می گیرد. برای اندازه گیری میزان مایع داخل یک مخزن نیز کافیست فاصله از سطح مایع اندازه گرفته شود. کاربردهای دیگر شامل ردیاب های صوتی (sonar)، بخورها (Humidifier)، فرانگاوی (ﺳوﻧوﮔراﻓﯽ ﻓراﺻوت) ، دزدگیرها و آزمایشات غیر مخرب (Nondestructive testing) می شود.

 

 

 

  1. سنسور اثر هالسنسور اثر هال
  2. یک سنسور اثر هال مبدلی است که در پاسخ به تغییرات میدان مغناطیسی، خروجی ولتاژ نشان می دهد. با اعمال میدان های مغناطیسی نسبتا بزرگ ولتاژ خروجی در محدوده چند میکرو ولت می باشد. برای ارتقا حساسیت سنسور و گرفتن خروجی مطلوب با بیشترین دقت و با حداقل خطای هیسترزیس باید از تقویت کننده، رگولاتور ولتاژ و مدارهای سوییچینگ منطقی استفاده کرد.
  3. سنسور اثر هال در بسیاری از ابزار اندازه گیری استفاده می شود. در شرایطی که متغیر حس شونده میدان مغناطیسی تولید کند یا آن را از خود عبور دهد سنسور اثر هال به خوبی وظیفه خود را انجام می دهد. ولتاژ هال متناسب است با جریان الکتریکی (I) و میدان مغناطیسی (B) .
    اندازه این ولتاژ در محدوده میکرو ولت می باشد. به همین خاطر در کاربردهای عملی حضور تقویت کننده ها ضروری است.

     

 

منبع : PLC پیشرفته - محسن جوینی / بررسی انواع سنسور و کاربرد آنها در صنعت - محمدرضا رجبیان

 

-->
ثبت سفارش
تعداد
عنوان