ویژگی‌های جذاب سنسورهای القایی

ویژگی‌های جذاب سنسورهای القایی

 

 

مقدمه

در دنیای امروز، سنسور ها چشم و گوش دنیای اتوماسیون و الکترونیک هستند. سنسور یا حسگر، تغییرات فیزیکی یا شیمیایی محیط خود را حس کرده و آن را به سیگنال قابل اندازه گیری تبدیل می کند.این سیگنال ها پس از پردازش توسط سیستم یا کاربر، ثبت یا نمایش داده می شوند.

 

با ما همراه باشید در پادکست شماره یک 

دانلود لینک مستقیم پادکست شماره یک : سنسور القایی چیست؟

 

سنسورهای مجاورتی القایی  چیست؟

حسگرهای القایی ، سنسورهایی هستند که برای تشخیص وجود یا عدم وجود اجسام فلزی و بدون تماس در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. سیگنال های تولید شده توسط این سنسورها به تجهیزاتی مانند رله ها ، شیرهای برقی ، سیستم های اندازه گیری و … ارسال می شوند.

 

سنسور مجاورتی القایی، بر اساس اصول الکترومغناطیسی و الکترومکانیکی عمل می کند. این سنسورها برای اندازه‌گیری و تشخیص تغییرات در محیط از جمله دما، فشار، حرکت، و میدان‌های مغناطیسی استفاده می‌شوند. سنسورهای القایی معمولاً شامل یک المان حسگر و یک سیستم الکترونیکی برای پردازش سیگنال‌های دریافتی می باشند.

همانطور که اشاره شد؛ این سنسورها می توانند وجود و یا عدم وجود شیء از جنس فلزی را تشخیص دهند پس نمیتوان از آن جهت تشخیص غیر فلزات مانند چوب ، کاغذ و … استفاده کرد.

 

 

ساختمان داخلی سنسورهای مجاورتی القایی :

سنسورهای القایی دارای چهار جزء اصلی هستند:

• نوسان ساز یا اسیلاتور : این قسمت توسط سیم پیچ ، یک میدان مغناطیسی در جلوی سنسور ایجاد می کند که دارای فرکانس بالایی می باشد .
• سیم پیچ : در سمت حساس سنسور میدان مغناطیسی ایجاد می شود که توسط سیم پیچ تولید شده است.
• مدار اشمیت تریگر : این مدار تغییراتی ایجادشده در نوسان ساز را تشخیص می دهد و با توجه حد آستانه ای که در سنسور تعریف شده است ، سیگنال خروجی ارسال می کند.
• درایور خروجی یا تقویت کننده : این بخش سیگنالی که از مدار اشمیت تریگر دریافت کرده را تقویت می کند و جریان مورد نیاز را برای فعال کردن بار متصل ، فراهم می کند.

 

 

نحوه عملکرد سنسور القایی :

زمانی که یک شی فلزی به سنسور نزدیک می شود، جریان های گردابی در جلوی سنسور در سطح فلز القا می شود. جریان های ایجاد شده انرژی میدان مغناطیسی را جذب می کند و باعث کاهش دامنه نوسان ساز می شود. در عین حال مدار اشمیت تریگر ، کاهش دامنه را تشخیص می دهد و خروجی سنسور فعال می شود که نشان دهنده وجود جسم فلزی است.

 

انواع سنسور القایی بر اساس ساختمان :

سنسورهای القایی را می‌توان بر اساس ویژگی‌های مختلف دسته‌بندی کرد:

 

• بر اساس تعداد سیم:

*  دو سیمه (2wire) : این سنسورها بار را به صورت سری کنترل می‌کنند و برای کار نیاز به انرژی دارند که از طریق همان دو سیم متصل؛ تامین می‌شود. جریان مورد نیاز سنسور با یک مقاومت یا بار به آن متصل است.

*  سه سیمه (3-wire) : متداول ‌ترین نوع سنسورها هستند. در این مدل خروجی ولتاژ و فرمان جدا از یکدیگر هستند. معمولاً دارای ترانزیستورهای PNP یا  NPN برای سوئیچ خروجی هستند. دو سیم برای اتصال به منبع تغذیه و یک سیم به عنوان خروجی است. کدهای رنگی استاندارد برای سه سیمه معمولاً قهوه‌ای (مثبت)، آبی (منفی) و مشکی (بار سنسور) است. خروجی می‌تواند نرمال باز (NO) یا نرمال بسته (NC) باشد.

*  چهار سیمه (4-wire) : این نوع خروجی‌های مکمل (NO + NC) را ارائه می‌دهد و معمولاً شامل حفاظت‌های بیشتری است.

 

• بر اساس نوع خروجی :

1. AC : جریان متناوب
2. DC  : جریان مستقیم
3. PNP  : خروجی مثبت (بار به منفی متصل می‌شود).
4. NPN  : خروجی منفی (بار به مثبت متصل می‌شود).
5. نامور (Namur): این سنسور بیشتر در محیط هایی که خطر اشتعال و انفجار زیاد است استفاده می شود. این سنسور دارای دو سیم است که مقاومت داخلی آن با تغییر فاصله تغییر می کند.سنسور نامور با یک آمپلی فایر سوئیچینگ جداگانه کار می کند.
6. خروجی آنالوگ: این خروجی به صورت آنالوگ ولتاژ (0-10V) یا آنالوگ جریان (4-20mA) است.
7. خروجی رله:  معمولا خروجی به صورت کنتاکت رله است.
8. خروجی خطی: به صورت تغییر مقاومت داخلی، خروجی نمایش داده می شود.

 

• از نظر شکل ظاهری و بدنه:

استوانه‌ای (سیلندری): این سنسور در ابعاد و اندازه های مختلفی مانند 8 ، 12 ، 18 و 30 میلیمتر تولید میشوند

مکعبی: این مدل سنسور برای مکان هایی که دارای محدودیت فضا هستند کاربرد دارد ( شیاردار) .

فلزی: سنسور های القایی فلزی در برابر ضربه و خورندگی و مواد شیمیایی بسیار مقاوم هستند و در صنایع حساس مورد استفاده قرار می گیرد .

مینیاتوری: این سبک از سنسور برای فضاهای بسیار محدود کاربرد دارند و جزو کوچکترین سنسورهای القایی در بازار هستند.

 

• از نظر ساختمان :

*  Flush (Shielded)یا سرتخت :

در این نوع قسمت حساس سنسور با پوسته فلزی هم سطح هستند. این مدل نویزپذیری کمتر و هم چنین دقت و فرکانس سوئیچینگ بالاتری دارد. سرتخت بودن سنسور باعث می شود که فاصله تشخیص کمتری نسبت به نوع سربلند داشته باشدو

*  Non-Flush (Unshielded) یا سربلند :

در سنسور های سربلند، قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزی است و زمانی خروجی سنسورفعال می شود که قطعه فلز در مجاورت ؛ یا روبروی سنسور قرار بگیرد. فاصله تشخیص بالا از مزایای این سنسور محسوب می شود.

دقت و فرکانس سوئیچینگ پایین و عمر مکانیک کم از معایب این سنسور است.

 

 

برای درک بهتر تفاوت سنسورهای سرتخت و سربلند کلیک کنید

 

صنایع مختلف و کاربردهای سنسورهای القایی

سنسورهای القایی به دلیل مزایای فراوانی که دارند، در صنایع متنوعی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برخی از مهم‌ترین این صنایع عبارتند از:

 

صنعت:

• خطوط تولید و مونتاژ
• اندازه گیری ضخامت قطعات فلزی
• اندازه گیری دقیق فاصله از قطعه
• جداسازی قسمت فلزی قطعات
• جدا سازی قطعات با ابعادهای مختلف
• آشکار سازی هر گونه تغییر در دندانه چرخ دنده‌های فلزی
• تشخیص قطعات فلزی شکسته دردستگاه‌های مختلف صنعتی
• اندازه گیری و کنترل سرعت و آشکار سازی حرکت‌های مکانیک.

 

بسته بندی  و غذایی

• شمارش قطعات
• ردیاب‌های فلزی
• کنترل سرعت نوار نقاله
• کنترل سطح مواد در مخازن
• مورد استفاده در قالب تزریق پلاستیک
• تشخیص وجود یا عدم وجود بسته‌بندی
• تشخیص وجود یا عدم وجود اجسام فلزی در مواد غذایی
• تشخیص موقعیت و حرکت قطعات فلزی با سرعت حرکت بالا

 

خودروسازی:

• کنترل کیفیت قطعات فلزی
• تشخیص موقعیت در خودرو
• تشخیص وجود یا عدم وجود پیچ و مهره
• تشخیص موقعیت قطعات فلزی در خطوط تولید
• سیستم‌های ضربه‌گیر و راهنمای هوشمند درصنعت خودروسازی

 

نساجی:

• کنترل ضخامت پارچه
• کنترل سرعت ماشین‌آلات بافندگی
• تشخیص وجود یا عدم وجود نخ در ماشین‌آلات

 

پزشکی:

• بررسی فعالیت‌های عصبی و عضلانی
• مورد استفاده در زمینه های پزشکی به عنوان مثال برای MRI

 

رباتیک:

• کنترل حرکت روبات‌ها
• تشخیص موقعیت اجسام
• تشخیص موقعیت ربات‌ها

 

حمل و نقل:

• مورد استفاده در سنسورهای راهنمایی و رانندگی
• کنترل ترافیک در جاده‌ها و چراغ‌های راهنمایی و رانندگی

 

ایمنی و امنیت:

• شناسایی و موقعیت ‌یابی تجهیزات گوناگون
• تشخیص دادن بسته یا باز بودن درب آسانسور
• تشخیص غلتک‌های موجود در نوار نقاله در کارواش های اتوماتیک

 

دارویی:

• شمارش قرص‌ها و کپسول‌ها
• کنترل سطح مواد در مخازن
• تشخیص وجود یا عدم وجود بسته‌بندی

فولاد:

• اندازه‌گیری ضخامت ورق‌های فلزی
• تشخیص وجود یا عدم وجود عیوب در ورق‌های فلزی

چوب:

• کنترل ضخامت تخته‌ها
• تشخیص وجود یا عدم وجود گره در چوب

 

 

مزایا و معایب سنسور القایی :

یکی از مزایای برجسته سنسورهای القایی، دقت بالا و قابلیت تشخیص دقیق تغییرات کوچک در محیط است. همچنین، این سنسورها معمولاً انعطاف پذیر و کوچک اند، که اجازه استفاده‌ی آنها در فضاها و کاربردهای محدودی را می‌دهد که از سنسورهای سنتی نمی‌توان بهره برد.

از مهمترین مزایای سنسورهای القایی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• عدم تماس : مهم ترین مزیت این سنسورها عدم تماس فیزیکی با جسم است. این مزیت باعث می شود طول عمر سنسور افزایش پیدا کند.
• حساسیت و دقت بالا: این سنسور قادر است کوچکترین حرکت یا حضور فلز را به راحتی تشخیص دهد.
• مناسب محیط سخت و دشوار: سنسور های القایی در برابر فشار زیاد ، آب ، گرد و خاک ، روغن  و مواد شیمیایی بسیار مقاوم هستند.
• طول عمر بالا: این تجهیز صنعتی به دلیل عدم استفاده از قطعات مکانیکی متحرک ، از طول عمر بالایی برخوردار است.
• سرعت سوئیچینگ بالا : برخی از سنسورهای القایی دارای سرعت سوئیچینگ با فرکانس های بسیار بالایی هستند.
• کاهش هزینه ها : این سنسورها ساختار ساده ای دارند به همین دلیل هزینه نگهداری و عملیات کاهش می یابد
• عدم نویز پذیری در زمان سوئیچینگ: استفاده از نیمه هادی ها باعث هدم نویزپذیری سنسور می شود
• عدم تاثیر رنگ جسم: رنگ جسم فلزی تاثیری در عملکرد تشخیص سنسور ندارد.

 

 

آیا سنسورهای القایی دارای محدودیت هستند؟ 

با وجود همه ی مزایایی که سنسورهای القایی دارند، دارای محدودیت و معایبی هم هستند.

• سنسورهای القایی محدود به تشخیص فلزات هستند و در برابر اجسام غیر فلزی مانند چوب ، پلاستیک و مایعات واکنشی از خود نشان نمی دهند
• این نوع از سنسورها دارای محدوده تشخیص ثابتی هستند و این محدوده تشخیص قابل تنظیم نیست و به عوامل متعددی مانند نوع فلز، اندازه جسم و فاصله تشخیص بستگی دارد .
• تشخیص انواع فلزات در سنسور القایی متفاوت است و این سنسورها به فلزات آهنی حساسیت بیشتری نشان میدهند تا مس یا آلومینیوم
• تشخیص جسم فلزی؛ بستگی به ابعاد آن جسم دارد .
• حسگرهای القایی در محیط هایی که دارای نویزهای الکترومغناطیسی هستند ، خروجی ناپایدار دارند.
• یکی دیگر از معایب و محدویت های این سنسور فاصله تشخیص کمتر آنها نسبت به سایر سنسورها است.

 

 

ویژگی های یک سنسور القایی خوب

یک سنسور القایی خوب شامل دقت بالا ، پاسخ سریع ، عملکرد قابل اعتماد ، عدم وابستگی به شرایط محیطی مانند دما و رطوبت ، قابلیت استفاده در محیط های پر نویز و مقاومت در برابر تداخلات الکترومغناطیسی و قابلیت اندازه گیری در فواصل دور و نزدیک است.

 

نکات مهم در انتخاب سنسور القایی:

انتخاب سنسور القایی مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد:

• سنسور به فلزات مختلف حساسیت متفاوتی نشان می دهد. بنابراین مهم است که چه جسم فلزی انتخاب می کنید (آهن بیشترین و آلومینیوم و مس کمترین حساسیت را دارند)
• ابعاد سنسور باید متناسب با فضای موجود و اندازه جسم انتخاب شود.
• فاصله تشخیص که بر اساس استاندارد خاصی مشخص می شود و بستگی به نوع نصب و نوع فلز تغییر می کند.
• نوع خروجی بسته به مدار بسته شده انتخاب می شود
• ولتاژ تغذیه مورد نیاز بسته به تابلو برق و مدار انتخاب می شود
•  دقت به دمای کاری قابل استفاده با توجه شرایط محیطی

مقاومت در برابر گردو غبار ، مواد شیمیایی و شوک و لرزش یکی دیگر از شرایط مهم برای انتخاب سنسور می باشد

 

 

نحوه اتصال و ملاحظات نصب:

اتصال سنسور القایی فرآیندی نسبتاً ساده است، اما نیاز به رعایت نکاتی دارد:

1. قبل از نصب در ابتدا باید منبع تغذیه قطع شود.
2. اتصالات سنسور باید طبق نقشه ، به منبع تغذیه ، کنترلر یا دستگاه های مربوطه متصل شوند.
3. سنسور را در محل مورد نظر به صورت ثابت و محکم نصب کنید و اطمینان حاصل کنید که در معرض ضربه و یا لرزش قرار ندارد.
4. پس از طی مراحل بالا منبع تغذیه را وصل کنید و از سنسور تست بگیرید .

نکات مهم در اتصال سنسور :

1. از متصل کردن سنسور دو سیم AC به برق شهری خودداری کنید.
2. برای نصب دو سنسور حداقل فاصله رعایت شود.
3. از وصل کردن لامپ برای بار به سنسور های نوع AC خودداری کنید . بهتر است از یک مقاومت استفاده شود.

 

سنسورهای القایی خاص:

سنسور القایی نامور NAMUR :

یکی از سنسور هایی القایی که در مکان های خاص با خطر اشتعال و انفجار میتوانیم بکار بگیریم؛ سنسور های نامور است . این نوع سنسور ها دارای پوشش مقاوم از جنس فولاد هستند که در برابر مواد شیمیایی یا ضربه مقاوت بالایی دارند.

 دما بالا:

سنسور القایی دما بالا، برای پروژه هایی که از دماهای بسیار بالا استفاده میشوند کاربرد دارد. این سنسورها معمولا در دماهای 180 تولید می شوند.

 Balluff Factor:

این سری از سنسورهای القایی که یکی از بروزترین سنسور ها هستند قادرند که فلزات آهنی و فلزات غیر آهنی را با دقت بسیار بالا و فواصل یکسان تشخیص دهند.  

 

 

 

 

سوالات متداول در مورد سنسورهای القایی

 

حسگر القایی چیست و چه عملکردی دارد؟

سنسور القایی یک ابزار الکترونیکی است که بدون تماس با شی مورد نظر و بر اساس اصل القای الکترومغناطیس ، برای تشخیص اشیا فلزی استقاده می شود. هنگامی که یک جسم فلزی وارد میدان مغناطیسی می شود ، جریان گردابی در جلوی سسنور ایجاد می شود. این جریان باعث می شود که دامنه اسیلاتور کاهش پیدا کند و سنسور وجود جسم فلزی را تشخیص می دهد.

 

مزایای استفاده از سنسور القایی در صنعت

عمر مکانیکی بالا ساختار و نصب ساده استفاده در شرایط محیطی سخت بدون نیاز به تماس مستقیم با شی عدم نویز پذیری در زمان سوئیچینگ حساسیت ، دقت و سرعت سوئیچینگ  بالا

 

ساختمان تشکیل دهنده سنسور القایی چگونه است؟

این سنسورها معمولا از 4 بخش تشکیل شده اند:   اسیلاتور یا نوسان ساز: این بخش یک جریان یا میدان مغناطیسی متناوب در جلوی سنسور ایجاد می کند که توسط سیم پیچ و هسته سنسور کنترل می شود. سیم پیچ: بخش کوچکی از اسیلاتور است که وظیفه تولید و دریافت میدان مغناطیسی را بر عهده دارد.   مدار آشکارساز:این بخش نوسانات اسیلاتور را تشخیص و به ولتاژ DC تبدیل می کند.   اشمیت تریگر : این بخش ولتاژ ارسال شده از سوی مدار آشکار ساز را با یک مقدار مرجع مقایسه می کند. در صورتی که این جریان کاهشی باشد ؛ نشان دهنده وجود فلز در جلوی سنسور است. اشمیت تریگر وظیفه دارد این سیگنال را به خروجی ارسال کند.   خروجی یا تقویت کننده : این بخش شامل مدارهای محافظتی در برابر اتصال کوتاه یا اضافه بار است . همچنین وظیفه دارد جریان مورد نیاز برای بار را تامین کند.

 

سنسور القایی نامور چیست؟

یک سنسور القایی دو سیمه که برای فضاهایی که خطر اشتعال یا انفجار دارند، طراحی شده است . این سنسورها به عنوان سنسورهای ضد انفجار شناخته می شوند.

 

دسته بندی های مختلف سنسور القایی چگونه است؟

سنسورهای القایی بر اساس سیم بندی به سه نوع دو سیمه، سه سیمه و چهارسیمه تقسیم می شوند. این سنسورها دارای خروجی های آنالوگ هستند که به صورت جریانی و ولتاژی می باشند. از نظر ظاهری شامل استوانه ای ، مکعبی ، مینیاتوری و فلزی می باشند.  بر اساس ساختمان به دو نوع سرتخت و سربلند تقسیم می شوند.

 

 

نتیجه گیری

سنسور های القایی یکی از پرکاربردترین و مهم ترین تجهیزات در اتوماسیون صنعتی هستند. با پیشرفت روزافزون در زمینه هوش مصنوعی و نانوتکنولوژی، انتظار می‌رود که سنسورهای القایی، با ترکیبی از دقت بیشتر و انعطاف پذیری بیشتر، نقش مهمتری در صنعت‌ها و زندگی ما ایفا کنند. از این رو، فعالیت‌های تحقیقاتی و توسعه‌ی آنها مورد توجه بسیاری از پژوهشگران و صنعت‌گران است، تا این فناوری‌های نوآورانه را به ابعاد جدیدی ارتقا دهند و به دنیایی پر از امکانات و اطمینان تبدیل کنند.

 

برای استعلام قیمت و خرید سنسور القایی به سایت کنترل 24 مراجعه کنید