المان های مهم در انتخاب سنسورها کدام اند؟

 در دنیای امروزه تقریباً تمام فعالیت های انسان به صورت خودکار انجام می شود (یعنی ماشینی شدن کارها، یا همان اتوماسیون)  عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جملهPLC  باعث شده تا سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.

سنسور چیست؟

 سنسور (sensor)  به معنی حس کننده و از کلمه ی sens به معنی حس کردن اتخاذ شده، سنسور گونه‌ای مبدل است. سنسور می تواند کمیت هایی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و غیره را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل کند. همیشه در علم الکترونیک این نکته وجود دارد که برای این که بتوان الکترونیک را در هر جایی مورد ‫استفاده قرار داد، باید پدیده ها را به زبان ولتاژ و جریان تبدیل کرد. سنسورها  برای همین موضوع ساخته ‫شده اند. سنسورها در انواع دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه های مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.

سنسورها در انواع مختلف بسته به  موارد مورد نیاز در دسترس است. نکته ی مهم این که همه ی سنسورها ‫پدیده مورد بررسی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند یا این که بر سر راه یک مدار بسته می شوند. سنسورها بر اساس نوع و وظیفه ای که برای آنها تعریف شده است اطلاعات را به سیستم کنترل کننده می فرستند و سیستم طبق برنامه تعریف شده عمل می کند .سنسورها به عنوان اعضای حسی یک سیستم، وظیفه ی جمع آوری و تبدیل اطلاعات به صورتی که برای یک سیستم کنترل و با اندازه گیری قابل تجزیه و تحلیل باشد به عهده دارند. آنها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.

به طور کلی سنسور المان حس کننده ای است که کمیت های فیزیکی همانند: فشار، حرارت، رطوبت، دما، و غیره ‫را بررسی کرده و در دستگاه های اندازه گیری، سیستم های کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC  مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها باعث شده است که سنسور ‫بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای ‫متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.

اکثر سنسورهایی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، در واقع قادر به برقراری ارتباط با دستگاه الکترونیکی است که در حال اندازه گیری و ضبط است. امروزه  می توان سنسورها را در طیف گسترده ای از دستگاه های مختلفی که به طور مرتب استفاده می شود، پیدا کرد. در زندگی روزمره از sensor  استفاده های متعددی می شود. صفحه نمایش لمسی که در گوشی خود دارید شامل این سخت افزار مهم است.

سنسورها در مدل های مختلفی تولید و روانه ی بازار شده و با توجه به نیاز مشتری در اختیار آنها قرار می گیرد. برای انتخاب یک سنسور مناسب باید مواردی همچون: روش کار، شرایط محیط، نوع خروجی، مشخصه ها، نوع مدار فرمان و موارد ضروری دیگر را مورد بررسی قرار دهیم. زمانی که قصد خرید سنسور را داریم، ابتدا باید این سوال ها مورد بررسی قرار گیرد که: آیا سنسور باید با قطعه ی مورد نظر تماس داشته باشد یا خیر؟ آیا محل و روش نصب و شکل ظاهری آن تعیین شده است؟ قرار است سنسور برای اندازه گیری یا تشخیص چه کمیت و جسمی مورد استفاده قرار گیرد؟ محل مناسب برایbچگونه جایی است و این محل از نظر آلودگی و محیطی به چه صورت است و موارد دیگر.

یک سنسور خوب باید: از حساسیت کافی برخوردار باشد، درجه ی بالای دقت و قابلیت تولید دوباره ی خوب و دارای درجه ی بالای خطی و درجه ی بالای پایداری بوده و قابل اطمینان باشد، گستره دینامیکی خوب، عدم حساسیت به تداخل،  تأثیرات محیطی، امید به زندگی طولانی و جایگزینی بدون مشکل از دیگر ویژگی های یک سنسور خوب است.

*انواع مختلف سنسورها :

 سنسورها در رده های مختلفی طبقه بندی می شوند که در زیر به آنها اشاره می کنیم:

1- از نظر ابزار تشخیصی استفاده شده در سنسورها به دو گروه تماسی و غیر تماسی دسته بندی می شوند:

-  سنسور تماسی:

این نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصاً در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند. سنسورهای تشخیص تماس و سنسورهای نیرو - فشار

- سنسورهای بدون تماس:

سنسورهای بدون تماس به سنسورهایی گفته می شود که با فاصله از جسم و بدون اتصال به آن عمل می کند، به عنوان مثال وقتی که یک قطعه به آن نزدیک می شود وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. این عمل می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم شود.

2- از نظر نوع خروجی به دو گروه آنالوگ و دیجیتال طبقه بندی می شود:

- سنسورهای آنالوگ:

سیگنال خروجی این نوع سنسورها از نوع آنالوگ است. یعنی یک سیگنال خروجی مداوم نسبت به مقدار اندازه گیری شده است. یک سیگنال آنالوگ مقداری پیوسته در زمان است که نوعی از اطلاعات را منتقل می‌کند.

- سنسورهای دیجیتال:

سیگنال خروجی این سنسورها از نوع دیجیتال است. این سنسور‌ها دارای انواع مختلفی است که هر کدام از آنها دارای ساختمان و عملکرد خاص خود است.

3-  از لحاظ احتیاج به منبع خارجی  در مدل های  passive و  active.  

سنسورهای فعال به دسته ای از سنسورها گفته می شود که نیاز به یک سیگنال محرک خارجی یا سیگنال قدرت دارند. از سوی دیگر سنسورهای منفعل، هیچ سیگنال قدرت خارجی را نیاز ندارند و به طور مستقیم پاسخ خروجی تولید می کنند. نوع دیگری از طبقه بندی بر حسب نوع استفاده سنسور در ابزار های شناسایی اعم از برق، بیولوژیکی، شیمیایی، رادیواکتیو و غیره مطرح می شود.

4- از لحاظ نوع تغذیه به AC  و  BC

سنسور القایی که زیر مجموعه سنسورهای مجاورتی قرار می‌گیرد، برای تشخیص اجسام فلزی به کار می‌رود و حضور جسم غیر فلزی را تشخیص نمی‌دهد. به سنسور القایی، سنسور حساس به فلز یا سنسور الکترو مغناطیسی هم گفته می‌شود. سنسورهای القایی AC و DC رسا برد با ویژگی‌های فنی و ظاهری متفاوتی تولید می‌شوند که به هنگام خرید باید به آنها توجه کرد.

مشخص کردن جسم مورد سنجش و نوع کمیت از مهمترین و ابتدای ترین نکته در انتخاب سنسور است. در سنسورها نوع مواد تشکیل دهنده، نوع تغذیه، اندازه گیری موادی همچون: سرعت، حرارت، سطح مایعات، سطح جامدات. توجه به محل نصب، همجواری با سنسورهای دیگر، خروجی سنسورها، مشخصه ی کاری سنسور و غیره از مهمترین موارد انتخاب سنسور با کیفیت و مناسب با استانداردهای جهانی است. در ادامه به طور مختصر به این موارد می پردازیم:

از سنسور مادون قرمز بدون حساسيت به نور محيط می توان هم برای تشخیص وجود مانع استفاده کرد و هم برای تشخیص رنگ سیاه از سفید. فرستنده و گیرنده مدار را می توان رو به روی هم قرار داد که با این کار اگر مانعی در بین این دو باشد تشخیص داده می شود و هم می توان هر دو را کنار هم قرار داد.

از لحاظ فاصله‌ای که سنسورها باید با هدف مورد نظر داشته باشند به سه قسمت سنسور تماسی، سنسورهای مجاورتی و سنسورهای بدون تماس تقسیم می‌شوند. سنسور تماسی در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصاً در عوامل نهایی یافت می‌شوند و به دو بخش قابل تفکیک‌اند. سنسورهای نوری، القایی و خازنی از این نوع است.( سنسورهای القایی فقط اجسام رسانی مغناطیسی را حس می کنند و قدرت آشکارسازی جسم آنها به اندازه دامنه میدان تولید بستگی دارد). سنسورهای مجاورتی مشابه سنسورهای تماسی است، اما در این مورد برای حس کردن لازم نیست حتماً با شیء در تماس باشد. 

عموماً این سنسورها از نظر ساخت از نوع پیشین سخت تر است ولی سرعت و دقت بالاتری را در اختیار سیستم قرار می‌دهند. سنسورهای بدون فاصله از جسم و بدون اتصال به آن عمل می کند؛ مثلاً نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. این عمل می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به  طبقه ورودی یک سیستم گردد. در انتخاب سنسور دیجیتال، نوع مواد تشکیل دهنده دارای اهمیت فراوانی است.

با توجه به محل نصب، سنسورها در مدل های مختلفی همچون: استوانه ای، شیاردار، مکعبی، حلقه ای و غیره در اندازه های مختلف تولید می شود. شکل ظاهری سنسور به غیر از محل نصب به فاصله و مواد تشکیل دهنده ی جسم هم بستگی دارد. سنسور نوع استوانه ای و مکعبی برای محل هایی مناسب است که فاصله کم باشد و امکان برخورد جسم با قسمت حساس سنسور وجود دارد. از سنسور مدل شیار دار یا حلقه ای برای مشخص کردن وضعیت اجسام که دارای شرایط و سرعت خاص هستند استفاده می شود.

خروجی سنسورها با توجه به نقش سنسور در مدار فرمان انتخاب می شود. این خروجی در مدل های مختلفی مانند: ولتاژی، جریانی،  پالس، تحت شبکه و قطع و وصل به صورت نرمال بسته، قطع و وصل به صورت چنج آور و قطع و وصل به صورت نرمال باز  وجود دارد.

* برای استفاده از سنسورها دو روش وجود دارد:

- حس کردن استاتیک: 

در این روش محرک‌ها به صورت ثابت قرار دارند و حرکت‌هایی که انجام می شود بدون مراجعه لحظه‌ای به سنسورها صورت می‌پذیرد.

- حس کردن حلقه بسته:

 در این روش بازوهای ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل می‌شوند. بیشتر سنسورها در سیستم‌های بینا از این مدل است.

* انواع سنسورها

 طبق المان سنسور، سنسورها را می‌توان بسته به نحوه کارکردشان به گروه‌های مختلفی طبقه‌بندی کرد. به عبارتی سنسورها می‌توانند خواص فیزیکی از قبیل تغییر در مقاومت الکتریکی، تغییر در ظرفیت خازن، القای الکتریکی، اثر ترمو الکتریکی، اثر پیزو الکتریک، اثر فتوالکتریک، اثر هال را اندازه بگیرند. یک تاکومتر که از دو آهنربا و یک سنسور اثر هال تشکیل شده است.

سنسورها همچنین می‌توانند بر اساس پدیده ی فیزیکی که اندازه می‌گیرند نیز طبقه‌بندی شوند. برای مثال: سنسور موقعیت سنسورهایی است که اندازه‌گیری موقعیت را می سنجد، مانند: لیمیت سوئیچ ها، سنسورهای مجاورتی، پتانسیومترهای خطی یا دورانی، اینکودر، سونار. انواع دیگر آن: سنسور مادون قرمز، سنسورهای ترموکوپل و دما، سنسور فراصوت، سنسور ژیروسکوپ و شتاب‌سنج، سنسور فشار، سنسور اثر هال، لودسل، سنسور نور، سنسور رنگ، سنسور تاچ لمس، سنسور ویبره و دتکتور حرکت  PIR، دتکتور فلز، سنسور ضربان و جریان آب، سنسور سطح و جریان، سنسور دود، مه، گاز، اتانول و الکل، سنسور باران و رطوبت خاک و سنسور رطوبت.

کاربرد این سنسورها در صنعت شامل موارد زیر است :

- شمارش تولید : سنسورهای القائی، خازنی و نوری

- کنترل حرکت پارچه و غیره : سنسور نوری و خازنی

-تشخیص پارگی ورق : سنسورنوری

- کنترل سطح مخازن : سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

- کنترل انحراف پارچه : سنسور نوری و خازنی

- اندازه گیری سرعت : سنسور القائی و خازنی

- کنترل تردد : سنسور نوری

-اندازه گیری فاصله قطعه : سنسور القائی آنالوگ