تفاوت سنسور القایی و خازنی
اکثر صنایع اعم از خودرو سازی و ماشین آلات صنعتی نیازمند دقت فراوانی در تولید و کنترل سرعت هستند از این رو نیاز به حضور سنسور ها در صنعت عمیقا حس میشود .سنسور القایی سنسوری است که از اصل القای الکترومغناطیسی برای تشخیص یا اندازه‌گیری اشیاء فلزی استفاده میکند و سنسورهای بدون تماس هستند که اساسا بر مبنای مدارهای مغناطیسی بنانهاده شده اند. در حقیقت جریان در این وسیله از طریق میدان مغناطیسی ایجاد میشود و هنگامی که میدان مغناطیسی تغییر کند، جریان نیز تغییر میکند. از این خاصیت می‌توان برای تشخیص اشیاء فلزی که با یک میدان مغناطیسی در تعامل هستند، استفاده کرد و تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی ارسال نمایند. مواد غیر فلزی مانند مایعات یا بعضی از انواع خاک با میدان مغناطیسی تداخل ندارند؛ بنابراین یک سنسور القایی می تواند در شرایط مرطوب یا کثیف هم کار کند.
سنسور القایی چیست؟
این ابزار که گاهی بهش سنسور الکترومغناطیسی هم گفته میشه درواقع نوعی سنسور بدون تماسه که فقط دربرابر فلزات عمل میکنه و در نهایت سیگنال های مورد نیاز رو ایجاد میکنه و فرمان های لازم رو به سایر قطعات میدهد.این سنسورها برای شناسایی غیر تماسی اجسام و اشیای فلزی نزدیک استفاده میشوند. آنها بر اساس ابعاد و فاصله از جسم مورد سنسینگ، اندازه بدنه، نوع سیم‌کشی و … متنوع هستند.
سنسورهای القایی با طراحی‌های مختلفی برای اهداف و کاربردهای متنوع در بازار موجود هستند، کاربردهایی همچون بسته‌بندی نوشیدنی و بطری، ماشین‌های دریل اتوماتیک، ماشین‌های پرس لاستیک کفش، لیفتراک، طراحی‌های در، کامیون، خودروی سواری، پارکینگ، سیار و سیلندری. از این سنسورها در کاربردها و صنایع مختلفی استفاده میشود همچون حمل و نقل، رباتیک، خطوط مونتاژ، مخابرات یا ایمنی و امنیت.
این سنسورهادقتی بالا و حساسیتی پایین به شرایط محیطی دارند و همچنین می‌توانند در شرایط سخت محیطی استفاده شوند، مثلا در دمای بالا، رطوبت بالا. بزرگ‌ترین مزیت سنسورهای القایی استاندارد در کاربردهای صنعتی، مصونیت در برابر روغن، نفت، آب و گرد و غبار است.بازه معمول اندازه‌گیری سنسورهای القایی، بین ۰٫۱cm و ۵cm است. در این مطلب، نحوه کارکرد و انواع سنسورهای القایی را به شما معرفی می‌کنیم تا بتوانید با اطلاعات بیشتری، سنسور مناسبی را برای کسب و کار خود انتخاب کنید. این سنسورها از نظر ابعاد بدنه، متنوع هستند. مهم‌ترین مساله در بدنه، قطر سنسور است که در ابعاد ۸mm و ۱۲mm و ۱۸mm و ۳۰mm موجود هستند.
نحوه کار و ساختار سنسور القایی
سنسور القایی بر اساس قانون القای فارادی عمل میکند. ساختمان این سنسورها از سه طبقه تشکیل می شود: اسیلاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی.ساده ترین نوع سنسور یک سیم پیچ را با اسیلاتور هدایت میکند. هنگامی که یک جسم فلزی به سیم پیچ نزدیک میشود، اندوکتانس سیم پیچ را تغییر میدهد و تغییر فرکانس یا تغییر جریان در سیم پیچ را ایجاد میکند. این سیم پیچ ممکن است هسته فرومغناطیسی داشته باشد تا میدان مغناطیسی شدیدتر شود و حساسیت دستگاه نیز افزایش یابد. در برخی کاربردها می توان از یک کویل بدون هسته فرومغناطیسی استفاده کرد، علی الخصوص اگر ناحیه پوشش دهی سنسور القایی منطقه بزرگی باشد.
در واقع قسمت اساسی این سنسورها از اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاُثیر قرار گیرد. این اسیلاتور باعث به وجود آمدن میدان الکترومغناطیسی درقسمت حساس سنسور می شود. نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد. از آنجا که طبقه دمدولاتور آشکارساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه، کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود. کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.
شکل دیگری از سنسورهای القایی از یک سیم پیچ برای تولید یک میدان مغناطیسی در حال تغییر استفاده میکند و از یک سیم پیچ دوم (یا مدار دیگری) برای احساس تغییرات در میدان مغناطیسی تولید شده توسط یک جسم استفاده میشود.
سنسور القایی و بررسی ویژگی‌های آن
در این بخش به بررسی انواع سنسورهای القایی می‌پردازیم و تمام ویژگی‌های فنی و ظاهری آن را بیان می‌کنیم. لازم به توضیح است که برخی ویژگی‌های ظاهری بر روی ویژگی‌های فنی آن نیز تاثیرگذار می‌باشد.
انواع سنسور القایی بر اساس ویژگی ظاهری
• شکل ظاهری استوانه‌ای یا مکعبی
• قطر سنسور استوانه‌ای یا سایز سنسور مکعبی
• نوع نصب سنسور (سر تخت (شیلد) یا غیر شیلد)
• جنس بدنه سنسور (پلاستیک، فلز و..)
• طول سیم و جنس روکش آن
- یک شیلد سنسور(Shielded)_(Flush) سنسوری می باشد که قسمت حساس سنسور به وسیله پوسته فلزی محصور گردیده است . هرگاه دو یا چند عدد از این سنسورها همسطح روی بدنه فلزی دستگاه نصب گردد رعایت فواصل نصب ضروری است .می تواند آن ها را هم تراز با فلز های دستگاه قرار بگیرد زیرا سطح حس کننده در درون یک محافظ قرار دارد.
- یک سنسور Unshielded)_(Non-Flush)) سنسوری است که قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزی آن می باشد یک سنسور غیر شیلد به دلیل اینکه سطح حس کننده بیرون از محافظ است نیاز مند یک محیط آزاد و بدور از فلز های دستگاه می باشد . سنسور های بدون شیلد دارای یک رنج حسی خیلی خوب می باشد.
انواع سنسور القایی بر اساس ویژگی فنی
• تعداد سیم‌های سنسور
• نوع ورودی یا خروجی آن AC) یا DC، NO یا NC، PNP یا NPN، آنالوگ یا دیجیتال(
• فاصله دید سنسور
• محدوده دمای کارکرد
• سرعت یا فرکانس کاری سنسور القایی
• خروجی های خاص برای اتصال به شبکه
عوامل تاثیرگذار بر فاصله حساسیت (تشخیص) سنسورهای القایی
در سنسورهای القایی سر تخت که شیلد نیز نامیده میشوند، فقط اجسام فلزی که رو به روی آن قرار بگیرند قابل تشخیص هستند. نکته مهم‌تر اینکه فاصله حساسیت این سنسور القایی نسبت به سنسورهای غیر شیلد کمتر است. سنسورهای غیر شیلد علاوه بر روبرو، فلزاتی که در مجاورت آن قرار بگیرند هم تشخیص میدهد. البته نکته قابل توجه این است که تشخیص جسم در همه جوانب سنسور صورت نمی‌گیرد و معمولا در دو نقطه که رو به روی هم هستند عمل دیدن انجام خواهد شد.
فاصله حساسیت سنسور القایی بستگی به نوع فلز در حال تشخیص دارد. فلزات آهنی مانند آهن و فولاد، محدوده سنجش بیشتری را ایجاد می‌کنند. در حالی که فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم و مس، ممکن است فاصله تشخیص را تا ۶۰ درصد کاهش دهند.
سنسور نامور
نوع خاصی از سنسورهای القایی هستند که به سنسور نامور معروفند. این سنسورها به دلیل محدودیتی که در جریان و ولتاژ آنها وجود دارد، در محیط‌هایی که خطر انفجار وجود دارد استفاده میشوند. به همین دلیل به سنسور نامور، سنسور ضد انفجار نیز گفته میشود.
کاربردهای مختلف سنسور القایی
• از کاربردهای متداول سنسور القایی می‌توان به ردیاب‌های فلزی، چراغ راهنمایی و کنترل ترافیک جاده‌ها، کارواش‌های اتوماتیک، تشخیص بسته بودن درب آسانسور و بسیاری کاربردهای دیگر اشاره کرد. در بخش صنعت نیز از سنسور القایی برای شمارش قطعات در یک سیستم، آشکار سازی هر گونه تغییر در دندانه چرخ دنده های فلزی، تشخیص قطعات فلزی شکسته دستگاه های مختلف صنعتی، اندازه گيري و كنترل سرعت و آشكار سازي حركتهاي مكانيكي، جداسازی قطعات با ابعاد مختلف، اندازه گيری ضخامت قطعات فلزی، تشخیص و اندازه‌گیری فاصله از قطعات فلزی استفاده میشود. از آنجا که سنسورهای القایی نیاز به تماس مستقیم با اجسام فلزی ندارد، در مواردی که دسترسی با مشکل مواجه است و یا گرد و غبار و خاک زیادی وجود دارد بسیار کمک کننده می‌باشد.
سنسور خازنی
سنسور خازنی نوعی تکنولوژی غیر تماسی می باشد که اساس کار آن براساس ساختار و مکانیزم عملکرد خازن است. این سنسور ها، سنسورهای بدون تماس و بدون کنتاکت الکتریکی هستند که در مقابل فلزات و اغلب غیر فلزات عمل می‌نمایند.سنسور خازنی توانایی شناسایی هر نوع جسمی، اعم از اجسام رسانا و یا هر نوع جسمی که دی الکتریکی متفاوت از هوا را داشته باشد را دارد. سنسورهای خازنی اغلب از خاصیت الکتریکی خازن بر اساس ایجاد تغییراتی در میدان الکتریکی اطراف سنسور استفاده می کنند. این سنسورها برای کنترل سطوح در مخازنی که از مواد پودری، مایع و یا دانه دانه پر شده اند مناسب می‌باشند. همچنین از آنها می‌توان به عنوان مولد پالس به منظور کنترل وضعیت برنامه ماشین آلات برای شمارنده‌ها و آشکارسازی تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی استفاده کرد.
اساس کار و ساختار سنسور خازنی
ساختمان این سنسورها از چهار قسمت تشکیل شده است:
• آمپلی فایر
• اشمیت تریکر
• دمدو لاتور
• اسیلاتور
قسمت اساسی اسیلاتور از دو قطعه فلزی تشکیل شده، وضعیت قرارگیری این قطعات فلزی نسبت به هم طوری است که باعث ایجاد یک ظرفیت خازنی می شود.هرچه ثابت دی الکتریک قطعه مورد نظر بزرگ تر باشد شناسایی آن توسط سنسور راحت تر صورت می گیرد. هوا با دی الکتریک ۱ به عنوان مقدار مبنا قرار می گیرد. قطعات با دی الکتریک بزرگتر از ۲ توسط سنسور خازنی تشخیص داده می شوند.
هم چنین هر چه اندازه قطعه بزرگ تر باشد تشخیص آن توسط سنسور راحت تر است.در صورت عدم حضور قطعه در مقابل سنسور خازنی، به دلیل وجود هوا در بین صفحات خازن دی الکتریک آن برابر با ۱ است و ظرفیت خازنی کم است. در نتیجه اسیلاتور عمل نمی کند و خروجی سنسور خاموش خواهد بود.
هرگاه قطعه ای با ضریب الكتریکی E به صفحه حساس نزدیک گردد، باعث تغییر ظرفیت خازنی بین صفحات می شود (C1>C0). این تغییرات باعث تغییر دامنه خروجی اسیلاتور می شود.دمولاتور دامنه اسیلاتور را آشکار می کند و این مقدار را با سطح مرجع مقایسه می نماید. هرگاه دامنه این مقدار از دامنه مرجع بیشتر باشد، خروجی سنسور تحریک می شود. آمپلی فایر خروجی وظیفه تأمین جریان بار را بر عهده دارد.
سنسور های خازنی در مقابل همه چیز حساس بوده و در موارد زیر کاربرد دارند:
• کنترل سطوح مخازن
• شمارش خط تولید
• جدا کردن قطعات فلزی از غیر فلزی
• کنترل حرکت پارچه
• تشخیص پارگی نوار نقاله
نحوه عملکرد سنسور خازنی
یک سنسور خازنی مانند یک خازن ساده عمل می کند. یک صفحه فلزی در قسمت حسگر سنسور به صورت الکتریکی به یک مدار اسیلاتور داخلی وصل می شود، اسیلاتور متشکل از دو قطعه فلزی است، این قطعات به گونه‌ای قرار گرفتند که موجب ایجاد ظرفیت خازنی می گردند. در صورت نزدیک شدن قطعه با ثابت دی الکتریک به صفحه حساس موجب ایجاد تغییر در ظرفیت خازنی بین قطعات می‌گردد این تغییر ظرفیت موجب تغییر دامنه خروجی اسیلاتور توسط دمدولاتور میشود. در صورتی که دامنه اسیلاتور بیشتر از مقدار مرجع باشد فعال می گردد. از مزایای این سنسورها می توان به کم حجم بودن و سادگی نصب آن اشاره نمود.
سنسورهای خازنی قابلیت تنظیم حساسیت یا سطح آستانه اسیلاتور را دارند. تنظیم حساسیت را می توان با تنظیم یک پتانسیومتر انجام داد. اگر سنسور راهی برای تنظیم حساسیت نداشته باشد، برای اینکه بتواند هدف را صحیح تشخیص دهد، سنسور باید از نظر جسمی جابجا شود. افزایش حساسیت باعث می شود فاصله عملیاتی بیشتری نسبت به هدف ایجاد شود. افزایش زیاد در حساسیت می تواند باعث شود سنسور تحت تأثیر دما، رطوبت و خاک قرار بگیرد.
کاربرد سنسور خازنی در صنعت
از جمله کاربردهای سنسور خازنی می توان به کنترل سطح، کنترل مایعات داخل محفظه (بطری) و تشخیص پر شدن بطری ها از مایع مورد نظر و عمل شمارش اجسام اشاره نمود .به این منظور بطری های برای پر شدن روی نوار نقاله حرکت می کنند. یعنی سنسور اول برای تشخیص حضور بطری و سنسور دوم برای تشخیص مایع درون بطری در نظر گرفته شده است. به محض تشخیص حضور بطری در محل در نظر گرفته شده توسط سنسور اول ، عمل پر کردن بطری شروع می شود. در این حالت سنسور دوم هنوز غیر فعال است. با تشخیص و رسیدن مایع به سطح مورد نظر توسط سنسور دوم، عمل پر کردن بطری متوقف می شود.
سنسور های خازنی در مقابل همه چیز حساس بوده سنسور القایی و خازنی – و در موارد زیر کاربرد دارند:
کنترل سطوح مخازن
شمارش خط تولید
جدا کردن قطعات فلزی از غیر فلزی
کنترل حرکت پارچه
تشخیص پارگی نوار نقاله
ویژگی های فنی خاص سنسورهای خازنی
• این سنسورها با هردو مواد رسانای جریان برق و مواد عایق (فلزات آهنی ، فلزات غیر آهنی ، شیشه ، چوب ، پلاستیک و همچنین نفت و محلول های مایع) بر هم کنش می کنند.
• فاصله عملیاتی از سنسور می تواند با هدف و ویژگی های نصب مطابقت داده شود.
• این سنسورها در سرتاسر دیواره های غیر شفاف و نارسانای مخزن می توانند به عنوان “سنسورهای نفوذی” مورد استفاده قرار گیرند.
کاربردهای متداول سنسورهای خازنی
• چک برای حضور کاغذ ، چوب ، شیشه یا مواد پلاستیکی
• کنترل سطح برای محیط های مایع و جامدات توده ای ( پلیت ها ، قرص ها ، گرانول ها)
• تشخیص حضور مایع در لوله کشی و شلنگ های پلاستیکی
مناطق کاربرد سنسورهای خازنی
• صنعت چاپ و کاغذ
• بسته بندی و صنایع غذایی
• داروسازی ، مواد شیمیایی و تکنولوژی فرآیند
• پردازش چوب و پلاستیک
• صنعت خودرو
تفاوت سنسور خازنی و سنسور القایی در چیست؟
سنسورهای خازنی یکی از انواع سنسورهای مجاورتی هستند و برخلاف شباهت ظاهری زیادی که با سنسور القایی دارند دارای تفاوت هایی نیز هستند. سنسور القایی یک میدان الکترومغناطیسی دارد و فقط توانایی تشخیص مواد فلزی را دارا می باشد در صورتی که سنسور خازنی میدان الکترواستاتیک تولید می کند و علاوه بر مواد فلزی توانایی تشخیص مواد غیر فلزی همانند انواع شیشه کاغذ پلاستیک مایعات، روغن، الکل و پارچه را دارد.
به عبارت دیگر، سنسور های القایی برای تشخیص فلزات به کار می روند و سنسور های خازنی برای موادی از قبیل مایعات ،چوب و کاغذ به کار برده میشوند.اساس کار این دو با هم متفاوت است در سنسور های القایی قسمت اصلی آن ازاسیلاتور بافرکانس بالاتشکیل یافته و میتواندتوسط قطعات فلزی تحت تاُثیرقرارگیرد این اسیلاتور باعث به وجود آمدن میدان الکترومغناطیسی درقسمت حساس سنسورمی شود نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجودآمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد در یک سنسور خازنی از میدان الکتریکی استفاده میشود و موادی را میتواند تشخیص دهد که قابلیت رسانش داشته باشند یا دی الکتریکی نزدیک به هوا داشته باشند.
تغییرات سِنس شده در حسگر تشخیص داده شده و به دستگاه کنترلر جهت فرمان فرستاده میشود و همچنین ازاین سنسورها می توان به عنوان مولد پالس به منظور کنترل وضعیت برنامه ماشین آلات برای شمارنده ها و آشکارسازی تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی استفاده کرد.سنسور خازنی با سنسور القایی شباهت زیادی دارند ، نکته اصلی در این تفاوت در تشخیص سنسوز القایی است که میدان الکترومغناطیسی تولید میکند، قابلیت تشخیص مواد فلزی را دارد ، سنسور خازنی هم میتواند فلزات را تشخیص دهد و هم موادی مثل کاغذ ، مایع ، پلاستیک .
سنسور القایی که در صنعت استفاده می شود و در اتوماسیون صنعتی برای تشخیص اشیا فلزی مثل قوطی رب یا کنسرو استفاده می شود سنسور خازنی هر چیزی که در محدوده تشخیص باشد از جمله پلاستیک یا هرچیز دیگری را میتواند تشخیص دهد اما القایی به این صورت نیست.
مشخصه های سنسورهای خازنی
• بدنه فلزي
• خروجي حفاظت شده در مقابل اتصال كوتاه و اضافه بار
• نوع NPNو PNP
• كابل دار و سوكت دار
• تنظيم فاصله حساسيت توسط پتانسيومتر 20 دور
• نوع ويژه (self monitoring)
• اين سنسور از پالس هايي اضافه شده در خروجي برخوردار می باشند كه جهت كنترل سالم بودن سنسور کاربرد دارد . مواردی پيش مي آيد كه كابل سنسور قطع مي شود و يا سنسور به دليل خرابي قادر نمي باشد در صورت وجود قطعه در مقابل آن ، ار خود عكس العمل نشان دهد ،در صورت وجود پالس هايي مي تواند خرابي سنسور را مشخص نمايد كه در بعضي از اوقات از وقوع حوادث ناگوار جلوگيري مي کند.
چه عواملی در قدرت تشخیص سنسور حساس به همه مواد تاثیر می گذارد؟
هنگام برخورد با اهداف غیر رسانا سه مورد وجود دارد که در فاصله سنجش آن ها را نقش دارد .
اندازه سطح فعال سنسور خازنی
هرچه سطح سنسور بزرگتر باشد فاصله تشخیص و قدرت تشخیص بیشتر می باشد .
مساحت سطح هدف مورد نظر برای سنجش
هرچه سطح هدف بزرگتر باشد توانایی تشخیص جسم بیشتر خواهد بود.
خواص ماده خازنی هدف مورد نظر
خواص ماده خازنی که به عنوان ثابت دی الکتریک شناخته می شود. هرچه مقدار ثابت دی الکتریک بیشتر باشد سنسور می تواند جسم را از فاصله دورتر تشخیص دهد. مواد با ثابت دی الکتریک بالا فاصله حساسیت بیشتری دارند.بنابراین به طور کلی هرچه جسم چگال تر و متراکم تر باشد سنسور خازنی راحت تر می تواند آن را تشخیص دهد. در واقع نباید از اینکه سنسور خازنی نتواند یک برگ کاغذ را تشخیص دهد تعجب کرد. چون کاغذ نازک نمی تواند تغییری در میدان الکتریکی اطراف سنسور ایجاد کند.
فاکتورهای دیگری که تأثیر کمتری بر فاصله سنجش دارند شامل موارد زیر است:
- درجه حرارت
- سرعت جسم هدف
- دامنه سنجش
- تاثیر رطوبت، گردو غبار
