پروژه انواع سنسورها و اهميت كاربرد آنها

-1- مقدمه :

با پيشرفت سريع تكنيك اتوماسيون و پيچده تر شدن پروسه هاي صنعتي و كاربرد روز افزون اين شاخه از تكنيك نياز شديدي به كاربرد سنسورهاي مختلف كه اطلاعات مربوط به عمليات توليد را درك و بر اساس اين اطلاعات مقتضي صادر گردد ، احساس مي شود . سنسورها به عنوان اعضاي حسي  يك سيستم، وظيفه جمع آوري و با تبديل اطلاعات را به صورتي كه براي يك سيستم كنترل و با اندازه گيري قابل تجزيه و تحليل باشد به عهده دارند . در سالهاي اخير سنسورها به صورت يك عنصر قابل تفكيك سيستمهاي مختلف صنعتي مورد استفاده قرار گرفته و پيشرفت سريعي در جهت جوابگويي به تقاضاهاي صنعت در اين شاخه از علم الكترونيك انجام پذيرفته است . سنسورها جهت تبديل عوامل فيزيكي مانند حرارت ، فشار ، نيرو ، طول ، زاويه چرخش ، دبي و غيره به سيگنالهاي الكتريكي بكار برده مي شوند و به همين منظور سنسورهاي مختلفي كه قابليت ‌تبديل اين عوامل را به جريان برق دارا مي باشند، ساخته شده اند . يك سنسور را مي توان با خصوصيات زير تعريف نمود .

• سنسور به عنوان تبديل كننده اطلاعات فيزيكي به سيگنالهايي، كه مي توان از آنها به عنوان سيگنالهاي كنترل استفاده نمود . عمل مي كنند .


• يك سنسور نبايد حتماً يك سيگنال الكتريكي توليدنمايد . مانند سنسورهاي پنيوماتيكي و.


• سنسورها در دو نوع مختلف وجود دارند .

الف )با تماس مكانيكي مانند كليد قطع و وصل ، تبديل كننده هاي فشاري و. ب) بدون تماس مكانيكي مانند سنسورهاي نوري و يا حرارتي و . - سنسورها مي توانند بعنوان چشمهاي كنترل كننده يك سيستم مورد استفاده قرار گرفته و وظيفه مراقبت از پروسه و اعلام خرابي و يا نقص يك سيستم را به عهده بگيرند . در كنار كلمة سنسور با واژه هاي زير نيز در صنعت روبرو هستيم .

• عنصر سنسور

قسمتي از سنسور را تشكيل مي دهد . كه عامل فيزيكي را حس كرده ، ولي بدون ، كمك قسمت آماده سازي سيگنال قادر به انجام وظيفه نيست . 2- سيستم سنسور ي(Sensor system) مجموعه اي از عناصر اندازه گيري تبديل و آماده سازي سيگنال را يك سيستم سنسوري مي نامند . 3- سيستم مولتي سنسور سيستم هايي كه داراي چندين سنسور از يك نوع و يا از انواع مختلف مي باشند سيستم مولتي سنسور مي نامند .

2-1- انواع خروجيهاي متداول سنسورها

در استفاده از سنسورها مي بايستي با انواع سيگنالهاي خروجي الكتريكي آشنا بود مي توان خروجيها را در پنج ردة مختلف دسته بندي نمود . نوع A: سنسورهايي با ماهيت قطع و و صل خروجي ( باينري ) مانند سنسورهاي نزديكي ، فشار ، اندازه گيري سطح مايعات و اين نوع سنسورها را عمدتاٌ مي توان بطور مستقيم به دستگاه P.L.C متصل نمود . نوع B: سنسورهايي كه سيگنال خروجي آنها بصورت پالسي مي باشند ؛ مانند سنسورهاي اندازه گيري ميزان چرخش و با طول و اين نوع سنسورها اكثراٌ توسط يك Interface قابل وصل به دستگاه P.L.C مي باشند. P.L.C. مي بايستي داراي شمارندة نرم افزاري و سخت افزاري باشد . نوع C : سنسورهايي كه سيگنال خروجي آنها بصورت آنالوگ بوده ولي داراي بخش تقويت كننده و يا تبديل كننده نمي باشند . اين سيگنالها خيلي ضعيف بوده (در حد ملي ولت) و قابل استفاده مستقيم در دستگاههاي كنترل نمي باشند، مانند سنسورهاي Piezoelectric و با سنسورهاي Hall. نوع D: سنسورهايي كه سيگنال خروجي آنها بصورت آنالوگ بوده و واحد الكترونيك (‌تقويت كننده تبديل كننده ) در خود سنسور تعبيه شده است . در اين نوع سنسور خروجيها را مي توان بطور مستقيم جهت استفاده در دستگاههاي كنترل استفاده نمود . محدودة خروجي سيگنالها عموماً به شرح زير مي باشند: 0….10V -5….+5V 1…5V 0…20mA -10…+10mA 4…20mA   نوع E سنسورهايي كه سيگنالهاي خروجي آنها مطابق با استانداردهاي صنعتي مي 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-سنسورهاي باينري و آنالوگ

سنسورهاي باينري مانند كليد قطع و وصل كار نموده و در صورت تحريك شدن سنسور كه توسط عوامل فيزيكي صورت مي گيرد . سيگنال وصل و يا قطع مي گردد .در اين نوع سنسورها فقط دو حالت «0» و «1» وجود دارد . در سنسورهاي آنالوگ عوامل فيزيكي با توجه به شدت و تأثير آنها به سيگنالهاي آنالوگ ولتاژ و يا جريان تبديل مي شوند .

• سوئيچهاي بدون تماس

تحت اين لفظ مي توان سنسورهايي را طبقه بندي نمود ،كه وظيفة اصلي آنها اعلام حضور يك قطعه در يك محل خاص مي باشد .اين نوع سوئيچها( سنسورها) داراي خروجي «0» و «1» منطقي بوده و داراي انواع مختلف مي باشد كليدهاي بدون تماس بعلت استفاده فراوان در صنعت داراي اهميت خاص بوده و در صنعت به نامهاي مختلفي مانند ميكروسوئيچ،كليدهاي انتهاي مسير و. معروف مي باشند .   مزاياي سوئيچهاي بدون تماس عبارتند از :

• بعلت عدم كنتاكت مكانيكي داراي طول عمر بيشتري هستند


• مي توان خيلي دقيق موقعيت قطعه را تعيين نمود .


• بدون داشتن تماس با قطعه ، مي تواند سيگنال مربوطه را ارسال دارد .


• داراي سرعت عكس العمل سريع و بدون اشتباه مي باشد


• تعداد قطع و وصل تقريباً بي نهايت است.


• مي توان انواعي از اين سنسورها را در شرايط كاري خيلي مشكل ( مانند رطوبت و يا حرارت بالا ) و يا خطرناك مانند ( محيط هاي قابل انفجار ) استفاده نمود .

سنسورهاي علاوه بر داشتن سرعت انتقال بالاي اطلاعات ، كنترل يك پروسه را آسان و زمان توقف دستگاه را در صورت خرابي بسيار كوتاه مي نمايند . توسط سنسورها مي توان محل و نوع خرابي ماشين را سريعاً تشخيص داده وتعميرات لازم را انجام داد . انواع سوئيچهاي بدون تماس در جدول صفحة بعد نشان داده شده اند سنسورهاي بدون تماس عموماً با ولتاژ مستقيم با 24 ولت كار مي كنند محدودة كار اين سنسورها بين 10 تا 30 ولت و 10 تا 55 ولت مي باشد در كشورهاي آسياي جنوبي و آمريكاي شمالي و جنوبي همچنين استراليا و آفريقاي جنوبي حدود 30 درصد از سنسورهاي القائي و نوري با جريان متناوب كار مي كنند . سنسورهاي بدون تماس القائي ، خازني و نوري در دو نوع ، با تغذيه DC‌ و تغذيه AC، ساخته مي شوند . ولتاژ متداول جهت جريان متناوب 24 ولت ، 110 ولت ،120 ولت و يا 220 ولت  مي باشد . مدلهايي هم از اين سنسورها وجود دارند كه هم با جريان متناوب ، و هم با جريان مستقيم قابليت كار را داشته و محدودة ولتاژ كاري براي جريان مستقيم 12 ولت تا 240 ولت و براي جريان متناوب 24 ولت تا 240 ولت مي باشند . نام ديگر اين سوئيچها (Universal Current)U.C مي باشند .  

• سنسورهاي بدون تماس مغناطيسي

1-3- Reed  سوئيچ

اين نوع سوئيچها به ميدان مغناطيسي حاصل از يك آهنرباي دائمي و يا آهنرباي الكتريكي حساس مي باشند ميدان مغناطيسي باعث اتصال دو زبانه كه از جنس فرو مغناطيس ( آلياژي از Fe-Ni,Ni-Fe) و در داخل يك كپسول شيشه اي مي باشند . مي شود . در داخل اين كپسول شيشه اي گاز N2  كه درمقابل فهرست 1-1- مقدمه :. 3 2-1- انواع خروجيهاي متداول سنسورها  5 3-1-سنسورهاي باينري و آنالوگ  7 1-3- Reed  سوئيچ. 10 2-2-3- سنسورهاي بدون تماس بر اساس خاصيت Magnetorsistive  14 3-2-3- سنسورهاي بدون تماس بر اساس خاصيت HALL  14 4-2-3- سنسور Wiegand. 14 مثالي جهت سنسورهاي نوري. 27 1-6- ساختمان سنسور نوري. 28 مزيت سنسورهاي نوري يك مسيره عبارتند از  35 2-2-6- سنسور نوري بازتابي بر اساس انعكاس نور از روي اجسام  39 3-2-6- سنسورهاي نوري با استفاده از فيبرهاي نوري  41 1-7- تأثير حرارت، رطوبت و فشار هوا بر سرعت انتشار امواج صوتي  51 2-7- تأثير حرارت اجسام. 52 1-9- سنسورهاي دو سيمه. 56 2-9- سنسورهاي سه سيمه. 58 3-9- سنسورهاي چهار و يا پنج سيمه  59 4-9- تكنيك مدار. 61 2-4-9- اتصال موازي سنسورهاي سه سيمه  62 3-4-9- سري وصل كردن سنسورهاي دو سيمه  63 4-4-9- سري وصل كردن سنسورهاي سه سيمه  65 5-9- نكات مهم هنگام استفاده از سنسورها در ميدانهاي قوي الكترومغناطيسي. 66 6-9- اتصال بار (رله، سيستم كنترل نشاندهنده ها و .) به خروجي سنسورهاي نزديكي. 66