پروژه انواع سنسورها و اهمیت کاربرد آنها

-1- مقدمه :

با پیشرفت سریع تکنیک اتوماسیون و پیچده تر شدن پروسه های صنعتی و کاربرد روز افزون این شاخه از تکنیک نیاز شدیدی به کاربرد سنسورهای مختلف که اطلاعات مربوط به عملیات تولید را درک و بر اساس این اطلاعات مقتضی صادر گردد ، احساس می شود . سنسورها به عنوان اعضای حسی  یک سیستم، وظیفه جمع آوری و با تبدیل اطلاعات را به صورتی که برای یک سیستم کنترل و با اندازه گیری قابل تجزیه و تحلیل باشد به عهده دارند . در سالهای اخیر سنسورها به صورت یک عنصر قابل تفکیک سیستمهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفته و پیشرفت سریعی در جهت جوابگویی به تقاضاهای صنعت در این شاخه از علم الکترونیک انجام پذیرفته است . سنسورها جهت تبدیل عوامل فیزیکی مانند حرارت ، فشار ، نیرو ، طول ، زاویه چرخش ، دبی و غیره به سیگنالهای الکتریکی بکار برده می شوند و به همین منظور سنسورهای مختلفی که قابلیت ‌تبدیل این عوامل را به جریان برق دارا می باشند، ساخته شده اند . یک سنسور را می توان با خصوصیات زیر تعریف نمود .

• سنسور به عنوان تبدیل کننده اطلاعات فیزیکی به سیگنالهایی، که می توان از آنها به عنوان سیگنالهای کنترل استفاده نمود . عمل می کنند .
• یک سنسور نباید حتماً یک سیگنال الکتریکی تولیدنماید . مانند سنسورهای پنیوماتیکی و...
• سنسورها در دو نوع مختلف وجود دارند .

الف )با تماس مکانیکی مانند کلید قطع و وصل ، تبدیل کننده های فشاری و... ب) بدون تماس مکانیکی مانند سنسورهای نوری و یا حرارتی و ... - سنسورها می توانند بعنوان چشمهای کنترل کننده یک سیستم مورد استفاده قرار گرفته و وظیفه مراقبت از پروسه و اعلام خرابی و یا نقص یک سیستم را به عهده بگیرند . در کنار کلمة سنسور با واژه های زیر نیز در صنعت روبرو هستیم .

• عنصر سنسور

قسمتی از سنسور را تشکیل می دهد . که عامل فیزیکی را حس کرده ، ولی بدون ، کمک قسمت آماده سازی سیگنال قادر به انجام وظیفه نیست . 2- سیستم سنسور ی(Sensor system) مجموعه ای از عناصر اندازه گیری تبدیل و آماده سازی سیگنال را یک سیستم سنسوری می نامند . 3- سیستم مولتی سنسور سیستم هایی که دارای چندین سنسور از یک نوع و یا از انواع مختلف می باشند سیستم مولتی سنسور می نامند .

2-1- انواع خروجیهای متداول سنسورها

در استفاده از سنسورها می بایستی با انواع سیگنالهای خروجی الکتریکی آشنا بود می توان خروجیها را در پنج ردة مختلف دسته بندی نمود . نوع A: سنسورهایی با ماهیت قطع و و صل خروجی ( باینری ) مانند سنسورهای نزدیکی ، فشار ، اندازه گیری سطح مایعات و .. این نوع سنسورها را عمدتاٌ می توان بطور مستقیم به دستگاه P.L.C متصل نمود . نوع B: سنسورهایی که سیگنال خروجی آنها بصورت پالسی می باشند ؛ مانند سنسورهای اندازه گیری میزان چرخش و با طول و .. این نوع سنسورها اکثراٌ توسط یک Interface قابل وصل به دستگاه P.L.C می باشند. P.L.C. می بایستی دارای شمارندة نرم افزاری و سخت افزاری باشد . نوع C : سنسورهایی که سیگنال خروجی آنها بصورت آنالوگ بوده ولی دارای بخش تقویت کننده و یا تبدیل کننده نمی باشند . این سیگنالها خیلی ضعیف بوده (در حد ملی ولت) و قابل استفاده مستقیم در دستگاههای کنترل نمی باشند، مانند سنسورهای Piezoelectric و با سنسورهای Hall. نوع D: سنسورهایی که سیگنال خروجی آنها بصورت آنالوگ بوده و واحد الکترونیک (‌تقویت کننده تبدیل کننده ) در خود سنسور تعبیه شده است . در این نوع سنسور خروجیها را می توان بطور مستقیم جهت استفاده در دستگاههای کنترل استفاده نمود . محدودة خروجی سیگنالها عموماً به شرح زیر می باشند: 0….10V -5….+5V 1…5V 0…20mA -10…+10mA 4…20mA   نوع E سنسورهایی که سیگنالهای خروجی آنها مطابق با استانداردهای صنعتی می باشند  مانند RS-485,RS-422-A,RS-232-C و با جهت Fieldbus مانند ASI,Profibus و.. در نظر گرفته شده اند .

3-1-سنسورهای باینری و آنالوگ

سنسورهای باینری مانند کلید قطع و وصل کار نموده و در صورت تحریک شدن سنسور که توسط عوامل فیزیکی صورت می گیرد . سیگنال وصل و یا قطع می گردد .در این نوع سنسورها فقط دو حالت «0» و «1» وجود دارد . در سنسورهای آنالوگ عوامل فیزیکی با توجه به شدت و تأثیر آنها به سیگنالهای آنالوگ ولتاژ و یا جریان تبدیل می شوند .

• سوئیچهای بدون تماس

تحت این لفظ می توان سنسورهایی را طبقه بندی نمود ،که وظیفة اصلی آنها اعلام حضور یک قطعه در یک محل خاص می باشد .این نوع سوئیچها( سنسورها) دارای خروجی «0» و «1» منطقی بوده و دارای انواع مختلف می باشد کلیدهای بدون تماس بعلت استفاده فراوان در صنعت دارای اهمیت خاص بوده و در صنعت به نامهای مختلفی مانند میکروسوئیچ،کلیدهای انتهای مسیر و... معروف می باشند .   مزایای سوئیچهای بدون تماس عبارتند از :

• بعلت عدم کنتاکت مکانیکی دارای طول عمر بیشتری هستند
• می توان خیلی دقیق موقعیت قطعه را تعیین نمود .
• بدون داشتن تماس با قطعه ، می تواند سیگنال مربوطه را ارسال دارد .
• دارای سرعت عکس العمل سریع و بدون اشتباه می باشد
• تعداد قطع و وصل تقریباً بی نهایت است.
• می توان انواعی از این سنسورها را در شرایط کاری خیلی مشکل ( مانند رطوبت و یا حرارت بالا ) و یا خطرناک مانند ( محیط های قابل انفجار ) استفاده نمود .

سنسورهای علاوه بر داشتن سرعت انتقال بالای اطلاعات ، کنترل یک پروسه را آسان و زمان توقف دستگاه را در صورت خرابی بسیار کوتاه می نمایند . توسط سنسورها می توان محل و نوع خرابی ماشین را سریعاً تشخیص داده وتعمیرات لازم را انجام داد . انواع سوئیچهای بدون تماس در جدول صفحة بعد نشان داده شده اند سنسورهای بدون تماس عموماً با ولتاژ مستقیم با 24 ولت کار می کنند محدودة کار این سنسورها بین 10 تا 30 ولت و 10 تا 55 ولت می باشد در کشورهای آسیای جنوبی و آمریکای شمالی و جنوبی همچنین استرالیا و آفریقای جنوبی حدود 30 درصد از سنسورهای القائی و نوری با جریان متناوب کار می کنند . سنسورهای بدون تماس القائی ، خازنی و نوری در دو نوع ، با تغذیه DC‌ و تغذیه AC، ساخته می شوند . ولتاژ متداول جهت جریان متناوب 24 ولت ، 110 ولت ،120 ولت و یا 220 ولت  می باشد . مدلهایی هم از این سنسورها وجود دارند که هم با جریان متناوب ، و هم با جریان مستقیم قابلیت کار را داشته و محدودة ولتاژ کاری برای جریان مستقیم 12 ولت تا 240 ولت و برای جریان متناوب 24 ولت تا 240 ولت می باشند . نام دیگر این سوئیچها (Universal Current)U.C می باشند .  

• سنسورهای بدون تماس مغناطیسی

1-3- Reed  سوئیچ

این نوع سوئیچها به میدان مغناطیسی حاصل از یک آهنربای دائمی و یا آهنربای الکتریکی حساس می باشند میدان مغناطیسی باعث اتصال دو زبانه که از جنس فرو مغناطیس ( آلیاژی از Fe-Ni,Ni-Fe) و در داخل یک کپسول شیشه ای می باشند . می شود . در داخل این کپسول شیشه ای گاز N2  که درمقابل فهرست 1-1- مقدمه :. 3 2-1- انواع خروجیهای متداول سنسورها  5 3-1-سنسورهای باینری و آنالوگ  7 1-3- Reed  سوئیچ. 10 2-2-3- سنسورهای بدون تماس بر اساس خاصیت Magnetorsistive  14 3-2-3- سنسورهای بدون تماس بر اساس خاصیت HALL  14 4-2-3- سنسور Wiegand. 14 مثالی جهت سنسورهای نوری. 27 1-6- ساختمان سنسور نوری. 28 مزیت سنسورهای نوری یک مسیره عبارتند از  35 2-2-6- سنسور نوری بازتابی بر اساس انعکاس نور از روی اجسام  39 3-2-6- سنسورهای نوری با استفاده از فیبرهای نوری  41 1-7- تأثیر حرارت، رطوبت و فشار هوا بر سرعت انتشار امواج صوتی  51 2-7- تأثیر حرارت اجسام. 52 1-9- سنسورهای دو سیمه. 56 2-9- سنسورهای سه سیمه. 58 3-9- سنسورهای چهار و یا پنج سیمه  59 4-9- تکنیک مدار. 61 2-4-9- اتصال موازی سنسورهای سه سیمه  62 3-4-9- سری وصل کردن سنسورهای دو سیمه  63 4-4-9- سری وصل کردن سنسورهای سه سیمه  65 5-9- نکات مهم هنگام استفاده از سنسورها در میدانهای قوی الکترومغناطیسی. 66 6-9- اتصال بار (رله، سیستم کنترل نشاندهنده ها و ...) به خروجی سنسورهای نزدیکی. 66