سنسور القایی

قبل از شروع بحث در مورد سنسور القایی به این سوال پاسخ دهید که آیا تا به حال فیلم های خط تولید یک کارخانه را دیده اید؟ تمامی دستگاه ها با سرعت بالایی کار می کنند و در عین حال به صورت باورنکردنی کاملاً دقیق عمل می کنند. اگر هر کدام از محصولات کوچکترین ایرادی داشته باشد، آن محصول به صورت خودکار از خط تولید خارج میشود.این کار توسط سنسور ها صورت میگیرد. در این مطلب ما قصد بررسی یکی از مهمترین سنسورها یعنی سنسور القایی را داریم.سنسور القایی از مهم ترین سنسور هادر گذشته برای اندازه گیری و کنترل کیفیت محصولات، همه کارها به صورت دستی توسط نیروی انسانی صورت می‌گرفت، این امر سبب بروز خطای انسانی می شد، که می توانست خسارت های جبران ناپذیر یا بعضاً فاجعه باری را به شرکت سازنده یا مصرف کننده وارد کند.اما با ساخت سنسور ها اوضاع به کلی تغییر کرد سنسور ها می توانستند با سرعت و دقت بسیار بالایی اندازه گیری های مورد نیاز را انجام دهند. از مهم ترین انواع این سنسور ها میتوان، سنسور های مجاورتی یا پراکسیمیتی سنسور را نام برد.سنسور های مجاورتی توانایی تشخیص دادن اجسام نزدیک به خود بدون کوچکترین تماس فیزیکی را دارند. سنسورهای مجاورتی به دلیل نداشتن قسمت های مکانیکی عدم وجود تماس فیزیکی میان سنسور و محصول، طول عمر و اطمینان پذیری بالایی دارند.یکی از اصلی ترین و مهم ترین انواع این سنسور ها، سنسور القایی نام دارد که در ادامه به بررسی آن خواهیم پرداخت.?سنسور القایی چیست؟سنسور القایی ( Inductive Sensor ) یکی از انواع سنسور های مجاورتی می باشد که اساس اصلی آن بر پایه ی القای الکترو مغناطیسی جهت تشخیص و اندازه گیری اجسام فلزی ای که با یک میدان مغناطیسی در تعامل هستند می باشد. در اصل، جریانِ موجود در این سنسور از طریق میدان مغناطیسی به وجود می آید و با تغییر میدان مغناطیسی، جریان نیز دچار تغییر می شود. سنسور های القایی با مواد غیر فلزی همچون مایعات یا برخی از خاک ها میدان مغناطیسی تداخلی نخواهند داشت، به همین دلیل قابلیت کار در شرایط مرطوب و یا آلوده را نیز دارند.در طول سال های گذشته فناوری ساخت سنسورهای القایی از برد مدار چاپی به فیلم مدار انعطاف پذیر، تغییر پیدا کرده است و به تازگی از روش ASIC برای ساخت این سنسورها استفاده می شود. بکارگیری این تکنولوژی باعث می گردد که حتی پس از نصب سنسور بتوان آن ها را برنامه ریزی کرد. نکته دیگر این است که در فناوری های گذشته برای اینکه بتوانیم فاصله سنسور را تا هدف تنظیم کنیم، لازم بود در طراحی سنسور القایی از یک پتانسیومتر استفاده نماییم، اما با فناوری ASIC، دیگر نیازی به بکارگیری پتانسیومتر نیست و تنظیم فاصله از طریق برنامه ریزی روی سنسور به شکلی آسان تر، پایدارتر و دقیق تر انجام می شود. همچنین در فناوری جدید، سوئیچ ها به عنوان NO و NC قابلیت برنامه ریزی دارند. به همین خاطر سنسورهای جدید دارای تنوع مدل کمتری هستند، اما این مدل ها امکان برنامه ریزی از طریق نرم افزارهای اختصاصی را دارندبهترین تشخیص دهنده فلزاتاز کاربردهای بسیار متنوع حسگرهای مجاورتی می‌توان به تلفن های همراه، ترن های هوایی، توپخانه های ضد موشک، اندازه گیری موقعیت و لرزش میل لنگ های چرخشی در ماشین ها، تشخیص پارگی صفحات و در اتومبیل ها به عنوان سنسور پارک، اشاره کرد. به شئ و جسمی که توسط سنسور حس می شود Sensor Target یا همان هدف سنسور می گویند.هدف سنسورهای مختلف نیاز به سنسورهای متفاوتی دارند، مثلاً برای یک هدف از جنس پلاستیک یک سنسور خازنی یا فوتوالکتریک می تواند مناسب باشد اما برای اهداف فلزی چطور؟ یکی از بهترین سنسورها برای تشخیص هدف های فلزی همین ها می باشد.از کاربرد های سنسور های القایی می توان به تشخیص قطعات فلزی شکسته دستگاه های مختلف صنعتی، تشخیص بسته بودن درب آسانسور، کارواش های اتوماتیک، شمارش قطعات در یک سیستم، شناسایی کوچکترین تغییرات در دندانه های چرخ دنده هایی که از جنس فلز هستند، مونتاژ بدنه اتومبیل، فرایند های صنعتی خودکار و تولید کویل و ترانسفورماتور اشاره کرد.با بررسی ساختار سنسور های القایی خواهیم فهمید که این قطعه الکترونیکی از سه بخش اصلی تشکیل شده است:اسیلاتورسیم پیچاشمیت تریگراسیلاتور اهمیت ویژه ای در بسیاری از قطعات الکترونیکی دارد. اسیلاتور یا همان نوسان‌ساز یک مدار الکتریکی است که سیگنال الکتریکی را به صورت نوسانی تولید می کند. در واقع باید گفت اسیلاتور یک سیگنال AC تولید می کند. از اسیلاتور در موارد متنوعی مانند چراغ های راهنمایی چشمک زن، ردیاب های فلزی و رایانه ها نیز استفاده می شود.همچنین از، فرستنده های رادیویی AM که از اسیلاتور در ایجاد موج ایستگاه رادیویی استفاده می کنند، و گیرنده رادیویی AM روی دستگاه که از نوعی اسیلاتور دیگر به عنوان تشدید کننده برای تنظیم صدا استفاده می کند، میتوان به عنوان موارد استفاده مهم و اساسی اسیلاتور یاد کرد.سیم پیچ که در بالاترین قسمت و نزدیک به نوک حسگر سنسور قرار می گیرد. وظیفه ایجاد یک میدان مغناطیسی را بر عهده دارد. همچنین انتقال تداخل ها و نویز های ایجاد شده از سر سنسور به قطعه بعدی برای تشخیص تغییر وضعیت فعلی توسط این قسمت انجام می پذیرد.اشمیت تریگر در واقع یک مدار مقایسه کننده است. این بخش از سنسور با دو خروجی Low یا صفر و High یا یک کار می کند. رمانی که ورودی از مقدار تعیین شده کمتر شود خروجی Low و زمانی که بیشتر باشد، خروجی High میشود.از این مدار در تبدیل موج سینوسی به مربعی یا اصلاح صفر و یک های خراب شده توسط نویز و همچنین در ورودی آی سی ها استفاده می شود. مدار الکتریکی اشمیت ترگیر می تواند با استفاده از ترانزیستور و یا آپ امپ 741 (تقویت کننده عملیاتی 741) ساخته شود.سنسور القایی چگونه کار می کندسنسور القایی یا همان Inductive Sensor بر پایه قانون القای فارادی کار می کند. این سنسور ها با استفاده اسیلاتور، میدان الکترومغناطیسی که فرکانس بالایی دارد را تولید می‌کنند. در صورت ورود یک جسم خارجی فلزی به میدان الکترومغناطیسی ایجاد شده از طرف سنسور، باعث ایجاد یکی میدان جدید بعلت تغییر جریان داخلی جسم مذکور خواهد شد.این میدان جدید در خلاف جهت میدان سنسور است. و به دلیل همین اتفاق دامنه سیگنال اسیلاتور کمتر می شود. مدار اشمیت تریگر کم شدن دامنه اسیلاتور را تشخیص میدهد و با فعال شدن خروجی اشمیت تریگر، قسمت خروجی سنسور نیز فعال می شود. شما در تصویر زیر می توانید کارکرد و ساختار سنسور مجاورت القایی را به راحتی مشاهده کنید.?در زمان انتخاب سنسور القایی چه نکاتی اهمیت دارند؟وقتی می خواهید برای پروژه خود سنسور های القایی را انتخاب کنید، باید در وهله اول فاصله قابل تشخیص و طول و قطر (اندازه بهینه) آن را مشخص نمایید، سپس به بررسی مشخصات دیگر آن که در زیر آمده است بپردازید.الزامات و شرایط محیطی که سنسور در آنجا نصب می شودبازه دمای کاری سنسورفرکانس سوئیچینگخروجی NO یا NCتغذیه سنسور به صورت NPN یا PNPسیم ارتباطی جدا شونده یا سرخودنصب بدون محافظت یا محافظت شدهجنس بدنه پلاستیکی یا فلزینوع فلزی که باید حس یا تشخیص داده شودچگونگی نصب سنسور های مجاورتی القاییسنسورهای مجاورتی القایی با توجه به Flush یا Non-Flush بودن، دارای نحوه نصب متفاوتی هستند. در سنسور های Flush یا همان سنسور های دارای شیلد، قسمت حساس سنسور توسط پوسته ی فلزی محصور می شود. هر وقت که دو یا چند عدد از سنسور های Flush به صورت هم سطح روی بدنه فلزی دستگاه قرار بگیرند رعایت کردن فاصله نصب ضروری می باشد.در سنسور های القایی Non-Flush یا بدون شیلد بخش حسگر این سنسورها خارج از پوسته فلزی سنسور می باشد و فاصله سوئیچینگ سنسور های القایی Non-Flush باید نسبت به سنسورهای Flush بیشتر باشد. همچنین باید این نکته را دانست که فرکانس سوئیچینگ سنسور های القایی Non-Flush نسبت به سنسورهای Flush کمتر می باشد.ویژگی هادر این قسمت ویژگیهای فنی و ظاهری و همچنین انواع این سنسور ها را بررسی خواهیم کرد، البته لازم به ذکر است تعدادی از ویژگی های ظاهری سنسور بر روی ویژگی های فنی آن سنسور نیز تاثیر می گذارد.گفتیم که اساس کارشان بر اساس میدان الکترومغناطیسی است. به دلیل اینکه میدان الکترومغناطیسی هیچگونه تداخلی با آب، گرد و غبار،روغن ها و… ندارد، سنسور القایی به راحتی می‌تواند در شرایط نامطلوب مانند محیط مرطوب یا کثیف هم به خوبی کار کند.سنسور های القایی را می‌توان بر اساس شیلد یا غیر شیلد بودن، جنس بدنه سنسور (فلز، پلاستیک و…)، استوانه ای یا مکعبی بودن سنسور، طول سیم و جنس روکش آن و همچنین بر اساس قطر سنسور استوانه ای یا سایز سنسور مکعبی تقسیم کرد.?همچنین آن ها را نیز بر اساس ویژگی های فنی مانند محدوده دمای کارکرد، فاصله دید سنسور، خروجی های خاص برای وصل شدن به شبکه، فرکانس کاری یا سرعت سنسور القایی، نوع ورودی، نوع خروجی و تعداد سیمهای سنسور میتوان تقسیم بندی کرد.سنسور های القایی طول عمر بالایی (به دلیل نداشتن اجزاء مکانیکی و همچنین عدم برخورد با شئ از نفوذ گرد و غبار و چیز های دیگر در امان است) دارند.همچنین سنسور های القایی سرعت قطع یا همان سرعت سوئیچینگ بالایی برخوردار هستند. از دیگر ویژگی های مهم سنسور های القایی می توان به عدم ایجاد نویز در سوئیچینگ نیز اشاره کرد.فاصله حساسیت سنسور هایی که نوع نصب آنها سرتخت (شیلد) است، نسبت به فاصله حساسیت سنسور هایی که نوع نصب آنها غیر شیلد است کمتر می باشد. همچنین سنسور های غیر شیلد توانایی این را دارند که علاوه بر مقابل خود، انواع مختلف فلزاتی را که در اطرافشان وجود دارند را هم تشخیص دهند. فاصله حساسیت در سنسور های القایی را نوع فلزی که در حال تشخیص میباشد تعیین می کند.فلزات آهنی مانند آهن و فولاد دارای فاصله حساسیت بیشتری نسبت به فلزهای غیر آهنی می باشند. این فاصله در فلزاتی مانند مس و آلومینیوم تا 60 درصد نسبت به فلز های آهنی افت می کند.با توجه به تمامی ویژگی های گفته شده برای سنسور القایی و همچنین قیمت پایین این سنسور نسبت به سایر سنسور ها، شما با خرید این سنسور می توانید کیفیت خط تولید کارخانه یا کارگاه تان را تا حد زیادی افزایش دهید.انواع سنسور القایی بر اساس ویژگیانواع سنسور های القایی بر اساس ویژگی ها به 2 دسته ی کلی زیر تقسیم بندی می شوند که در ادامه به بررسی انواع سنسور های القایی و ویژگی ‌های فنی و ظاهری آن ها خواهیم پرداخت. البته نکته ی قابل توجه این است که برخی از ویژگی های ظاهری بر ویژگی های فنی سنسور های القایی نیز موثر می باشند.تقسیم بندی سنسور های القایی بر اساس ویژگی ظاهریطول سیمجنس روکش سیمسایز سنسور مکعبیقطر سنسور استوانه ‌اینوع نصب: شیلد یا بدون شیلدجنس بدنه: پلاستیک، فلز یا …شکل ظاهری: مکعبی یا استوانه ایسنسورهای القایی خاصعلاوه بر سنسور های القایی استاندارد سنسورهای القایی دیگری برای کاربردهای ویژه و خاصی هم طراحی شده اند که عبارتند از:سنسور القایی نامور (Namur Inductive Sensor)سنسور القایی برای محیط هایی با فشار بالا (Inductive Sensor For High Pressure)سنسور القایی برای محیط های با حرارت و دمای بالا (Inductive Sensor For High Temperature)سنسور القایی کنترل وضعیت دریچه (Inductive Sensor For valve positioners)سنسور القایی آنالوگ (Analog Inductive Sensor)سنسور القایی سرعت بالا (High Speed Inductive Sensor)سنسور القایی AS-I (Actuator Sensor Interface)سنسور القایی نامور (Namur Inductive Sensor)این مدل سنسور سنسوری با دو سیم می باشد که مقاومت داخلی این سنسور بر حسب فاصله جسم یا قطعه از سنسور تغییر پذیر است. در اتصال سنسور القایی نامور به منبع تغذیه معمولاً یک مقاومت ثابت ۱۰۰۰ اهمی استفاده می شود.با استفاده کردن از مقاومت در مدار این سنسور، جریان اتصال کوتاه به صورت مناسبی محدود می گرد، که باعث می شود این سنسور بتواند اجسام و قطعات فلزی را در محیط‌های با خطر انفجار تشخیص دهد. لازم به ذکر است استفاده کردن از سنسور های نامور در محیط های با خطر انفجار باید همراه با بریر صورت گیرد.بریرها به دو دسته اکتیو و پسیو تقسیم می‌شوند. بریر ها بین سیم کنترل و تجهیزات نصب می شوند که انرژی مدار را در حد نرمال و ایمن قرار دهند. در صورت وقوع هرگونه خطر بریر ها انرژی اضافی را گرفته و تا حد نرمال پایین می آورند.از سنسور های نامور می‌توان به روش های مختلفی مانند: اتصال سنسور مانور به همراه یک بریر برای محیط هایی با خطر انفجار، وصل کردن مستقیم سنسور مانور به مدار های الکترونیکی و وصل کردن این سنسور القایی به آمپلی فایر و استفاده کردن از آن به عنوان سوئیچ القایی استفاده کرد.?سنسور های القایی آنالوگ (Analog Inductive Sensor)مدل آنالوگ بر خلاف مدل استاندارد خروجی خود را به صورت آنالوگ انتقال می دهد. این سنسور در مقابل فلزات از خود واکنش نشان می دهد، این واکنش به صورت ولتاژ یا جریانی خطی است که با سیگنال های استاندارد ابزار دقیق (عموماً 4.2 mA) در خروجی پدید می آید.از سنسور القایی آنالوگ در بدست آوردن فاصله قطعات از سنسور، تشخیص قطعات کوچک و بزرگ از یکدیگر و اندازه گیری ضخامت قطعات فلزی می توان استفاده کرد.سنسور القایی برای محیط هایی با فشار بالا (Inductive Sensor For High Pressure)با استفاده از این سنسور شما می توانید قطعات فلزی در محیط هایی با فشار بسیار بالا (حتی بیشتر از 500 bar) را شناسایی کنید. از کاربرد های مختلف این نوع خاص از می توان به کنترل، تعیین موقعیت و اندازه گیری سرعت موتور های هیدرولیکی اشاره کرد.?سنسور القایی برای محیط های با حرارت و دمای بالا (Inductive Sensor For High Temperature)تشخیص دادن اجسام فلزی همیشه در دما های پایین اتفاق نمی افتد، بسیاری از مواقع ما مجبور به استفاده و نصب سنسور القایی در محیط هایی های با حرارت و دمای بالا مانند کارخانجات ذوب آهن و… هستیم. در این شرایط باید از سنسور های القایی که مخصوص دمای بالا طراحی شده اند استفاده کنیم. این سنسور ها به خوبی توانایی کار در دماهای بالاتر از 250 C همراه با اطمینان پذیری بالا را دارند.سنسور القایی کنترل وضعیت دریچه (Inductive Sensor For valve positioners)کنترل وضعیت دریچه از دو عدد سنسور القایی تشکیل شده است که با استفاده از این دو سنسور می توانیم وضعیت باز یا بسته بودن valve یا همان دریچه و شیر فلکه را بدست آوریم.سنسور القایی سرعت بالا (High Speed Inductive Sensor)همانگونه که قبلاً بحث کردیم یکی از کاربرد های مهم و متداول سنسور القایی اندازه گیری سرعت چرخش می باشد. از مهمترین مشخصه های یک سنسور القایی فرکانس سوئیچینگ سنسور می باشد، به همین دلیل سازندگان، سنسور های خاصی را طراحی کرده اند که فرکانس سوئیچینگ بالایی داشته باشد. در نتیجه این سنسور ها می توانند سرعت های بالا را نیز به راحتی اندازه گیری کنند.?اگر شما هم قصد دارید در کارخانه خود یک خط تولید جدید سنسور های القایی AS-I (Actuator Sensor Interface)سنسور القایی AS-I یک سنسور دو سیمه در سیستم های کنترل و اتوماسیون است که هدف از طراحی این سنسور رسیدن به ساده ترین ارتباط و اتصال بین عملگر های سنسور ها و سیستم های کنترل و اتوماسیون است.از مزیت های استفاده AS-I می توان به کمتر شدن سیم کشی ها و اتصال ساده ی تجهیزات اشاره کرد.عوامل تاثیرگذار بر عملکرد سنسور القاییهنگام خرید سنسور القایی باید توجه داشته باشید که سنسورهایی با قطر یکسان نیز می توانند سه مدل باشند که تفاوت آن ها در محدوده تشخیص هدف است. این سه مدل عبارتند از: سنسور با دامنه گسترده سنسور با دامنه استانداردتولید این سنسورها به این دلیل است که امکان دارد برای برخی از اهداف بزرگ، فضای کافی جهت تعبیه سنسور وجود نداشته باشد. همچنین یکی دیگر از پارامترهای مهم سنسور القایی طول آن است که در بسیاری از شرایط، سنسورهایی با طول کمتر، مناسب ترند. البته سنسورهای بلند این قابلیت را دارند که اهداف بزرگ را تشخیص دهند اما فاصله نباید خیلی دور باشد تا خطایی رخ ندهد. آنچه روی فاصله قابل تشخیص سنسور اثر می گذارد، قطر و طول آن است.عامل دیگر تاثیرگذار، داشتن یا نداشتن بدنه محافظ است. به عنوان مثال فاصله تشخیص برای یک سنسور ۱۲ میلی متری بدون شیلد، از ۴ میلی متر شروع می شود در حالی که این عدد برای سنسور شیلدار، ۲ میلی متر است.مزایای سنسور القایی:عدم اصطکاکعدم سایش مکانیکیعدم نیاز به نیرو یا فشارعدم تاثیر رطوبت در میزان عملکردعدم تاثیر رنگ جسم در میزان تشخیصدارای طول عمر زیاد به علت عدم کنتاکت مکانیکیعدم ایجاد نویز در زمان سوئیچینگ به دلیل وجود نیمه هادی هاحفظ عملکرد در محیط های آلوده به آب، روغن و یا دارای گرد و خاکدارای سرعت سوئیچینگ بالا به طوری که سنسور القائی سرعت دارای سرعت سوئیچینگ KHz 25 می باشد.قیمت و خرید سنسور های القاییبا خرید و استفاده از سنسور های مجاورتی القایی می توانید از سرعت بالا، دقت زیاد و کیفیت تضمینی تولیدات خودتان اطمینان حاصل کنید. همان طور که در بالا هم توضیح دادیم با توجه به نبودن کنتاکت مکانیکی در سنسور های القایی، عدم نفوذ گرد و غبار، آب و… و همینطور قیمت پایین این سنسورها ، شما با خرید این سنسور می توانید از اطمینان پذیری بالا و طول عمر زیاد این سنسور و راندمان حداکثری کارخانه خودتان مطمئن باشید.منبع : https://rasaboard.co/product-category/%D8%B3%D9%86%D8%B3%D9%88%D8%B1-%D8%A7%D9%84%D9%82%D8%A7%DB%8C%DB%8C/