عملکرد سنسور القایی

سنسور القایی چیست؟

 سنسورهای القایی سنسورهایی هستند که به شاخه سنسور مجاورتی تعلق دارند. از آنها برای تشخیص وجود اجسام فلزی در صنایع مختلف استفاده می شود. با استفاده از القای الکترومغناطیسی ، این سنسورها می توانند اجسام فلزی را از فاصله مشخصی تشخیص داده و حضور آنها را گزارش دهند. مقاومت این سنسورها باعث می شود شرایط مکانیکی و محیطی تأثیر کمی بر عملکرد آنها داشته باشد و در شرایطی که محیط تحقیق به خوبی آماده نشده است به خوبی کار می کنند.

اجزای سنسور القایی:

هر سنسور القایی چیست استاندارد از قسمت های زیر تشکیل شده است که در همه سنسورها ثابت و ضروری هستند. این قطعات شامل مدار تشخیص ، مدار خروجی که جریان را قطع و وصل می کند ، هسته فریت ، مدار تولید کننده نوسان ساز و سیم پیچ است.

وظیفه هسته فریت و سیم پیچ القای میدان مغناطیسی در سنسور است و نوسان ساز مسئول تولید و هدایت میدان مغناطیسی است. این میدان معمولاً در اطراف هسته فریت تجمع می یابد ، بنابراین می توان آن را به راحتی به قسمت جلویی سنسور منتقل کرد. هنگامی که جسم فلزی در محدوده سنسور قرار دارد ، این میدان های مغناطیسی جهت دار به جسم فلزی جریان یافته و توسط آن دریافت می شود.

در نتیجه ، دامنه موج تولید شده توسط نوسان ساز کاهش می یابد و این تغییر دامنه در فرکانس توسط مدار آشکارساز منعکس می شود. هنگامی که تغییر دامنه به سطح خاصی می رسد ، مدار شروع به کار می کند و قسمت خروجی سنسور فعال می شود.

حال ، اگر جسم فلزی از میدان مغناطیسی سنسور خارج شود و از آن دور شود ، دامنه فرکانس نوسان ساز در مقایسه با وضعیتی که جسم فلزی در مجاورت آن قرار دارد ، افزایش می یابد و پس از رسیدن به مقدار مشخص ، خروجی سنسور متوقف می شود.

مزایای سنسورهای القایی:

از جمله مزایایی که سنسورهای القایی را به دستگاهی قدرتمند برای کمک به متخصصان صنایع مختلف تبدیل می کند ، می توانند در شرایط مختلف محیطی مانند وجود گرد و غبار و آلودگی از محیط مورد نیاز و سایر شرایط فیزیکی نامطلوب کار کنند. آنها می توانند در این شرایط به خوبی کار کنند و مشابه سایر شرایطی هستند که در محیط های مساعد استفاده می شوند.

محیط مرطوب با رطوبت زیاد در هوا مانع عملکرد عادی سنسور نمی شود و نیازی به پوشیدن و لمس اجسام فلزی در حین کار این دستگاه ها نیست. مزیت دیگر این سنسورها این است که رنگ و شکل فلز بر حضور آنها در محیط تأثیر نمی گذارد.

معایب سنسورهای القایی:

درک این نکات در مورد سنسورهای القایی برای انتخاب نوع مناسب سنسور بر اساس عملکرد مورد نظر بسیار مهم است. اگر این سنسورها در معرض میدان مغناطیسی قوی و امواج بزرگتر اطراف قرار گیرند ، عملکرد آنها آسیب می بیند و دچار اختلال می شود.

علاوه بر این ، آنها وجود اجسام فلزی را در فاصله ای کوتاهتر از سایر حسگرهای موجود تشخیص می دهند. علاوه بر این ، سنسورهای القایی فقط می توانند اجسام فلزی را تشخیص داده و آنها را از سایر اجسام متمایز کنند و در حضور اجسام غیر فلزی نمی توانند آنها را تشخیص دهند.

نوع ساختار سنسور القایی:

همانطور که در ابتدای بحث ذکر شد ، اساس عملکرد این سنسورها استفاده از قانون القای مغناطیسی فارادی است. حسگرهای القایی از نظر ساختار داخلی و مکانیسم عمل به دو دسته تقسیم می شوند:

ساختار اول ساده تر از ساختار دیگر است و کار با آن آسان است. در این نوع سنسور ساده ، جریان مغناطیسی توسط سیم پیچ و نوسان ساز تعبیه شده در سنسور هدایت می شود. هنگامی که یک جسم فلزی در ناحیه پوشش اطراف تعمیر سنسور القایی قرار می گیرد ، خود القایی سیم پیچ را تغییر می دهد.اگر یک هسته فرومغناطیسی در داخل آن وجود داشته باشد ، می تواند این امواج را تقویت کرده و تشخیص جسم فلزی را آسانتر کند.

اگر بخواهیم از این سنسور برای مطالعه منطقه وسیع تری استفاده کنیم و ناحیه کاربرد ما نسبت بیشتری از محیط را پوشش می دهد ، استفاده از سیم پیچ بدون هسته مرکزی فرومغناطیس می تواند قسمت وسیع تری از محیط را برای بازرسی و اندازه گیری پوشش دهد.

ساختار دوم مورد استفاده در سنسور القایی عملکرد متفاوتی با سنسور نوع ساده تر دارد. در نوع دوم ، سنسور شروع به تولید میدان مغناطیسی با کمک یک سیم پیچ می کند ، سیم پیچ دائما در حال تغییر و نوسان است و جریان ناهموار است.

حال ، اگر یک شیء فلزی در مسیر این جریان های متغیر قرار گیرد ، در نتیجه به عنوان مانعی در مسیر آنها دیده می شود و جریان متقابل آنها تغییر می کند. این تغییرات را می توان با استفاده از یک سیم پیچ جداگانه برای اندازه گیری شدت و دامنه این تغییرات اندازه گیری کرد.می توان مقایسه جریان دریافتی و موج اولیه را اندازه گیری کرد و تفاوت بین این دو را تعیین کرد. گاهی اوقات ، به جای استفاده از سیم پیچ جدید ، ممکن است آن را با مدار دیگری جایگزین کنند تا نوسانات ناشی از وجود اجسام فلزی را تعیین و اندازه گیری کند.

حسگرهای القایی با توجه به شکل ، ظاهر و مشخصات فنی طبقه بندی می شوند:

سنسورهای القایی دارای اشکال و ظاهرهای گوناگونی هستند .هر شکل ممکن است در مشخصات فنی با توجه به کاربردهای مختلف متفاوت باشد سنسورهایی با ظاهر متفاوت. از نظر شکل و ظاهر ، سنسور می تواند به شکل مکعب یا استوانه باشد و قطر آنها ، روش نصب ، نوع سیم مورد استفاده در آن ، نوع روکش مورد استفاده و جنس بدنه متفاوت است .

سایر اطلاعات دقیق ، مانند تعداد سیم های مورد استفاده ، دیجیتالی یا غیر دیجیتالی بودن سنسور ، مدل های ورودی و خروجی آن ، فاصله کاور تا محل آزمایش ، محدوده دما برای عملکرد صحیح و سیگنال مورد استفاده در استفاده نیز می تواند در نظر گرفته شود.

عوامل موثر بر فاصله حساسیت (تشخیص) سنسورهای القایی

در  تفاوت سنسور القایی و خازنی سر تخت (که سپر نیز نامیده می شوند) ، فقط اجسام فلزی رو به روی آنها قابل تشخیص است. مهمتر از همه ، فاصله حساسیت این سنسور القایی کوچکتر از یک سنسور غیر محافظ است. سنسورهای بدون محافظ علاوه بر روبرو ، می توانند فلزات را در تماس با آنها تشخیص دهند. البته شایان ذکر است که همه جنبه های سنسور شی را تشخیص نمی دهند و معمولاً دو نقطه متضاد دیده می شود.

عملکرد ترانزیستور در سنسورهای القایی

بسته به نوع حسگر ، جریان در سنسور القایی توسط ترانزیستورهای NPN یا PNP کنترل می شود. در سنسور القایی با ترانزیستور NPN ، با اتصال ترانزیستور به منبع تغذیه ، جریان از پایه به امیتر جریان می یابد ، ترانزیستور روشن می شود و جریان از کلکتور به امیتر جریان می یابد ، ما خروجی و کلکتور را دریافت می کنیم از خروجی در ترانزیستور PNP کمتر معمول ، جریان از امیتر به قاعده جریان می یابد و ترانزیستور روشن می شود.

حساسیت سنسورهای القایی به فلزات مختلف

هرچه میزان آهن بیشتر باشد ، حساسیت سنسور بیشتر و توانایی تشخیص اجسام فلزی بیشتر است. آهن نسبت به فولاد حساس تر است.با این حال ، باید اشاره کرد که این نوع سنسورها ساده ، کم هزینه ، مقاوم در برابر شرایط نامساعد محیطی هستند و تنوع زیادی دارند و این محصول را به یکی از پرکاربردترین سنسورهای صنعت تبدیل کرده است.

انواع سنسور القائی

  Flush mount

قسمت حساس سنسور در بدنه فلزی قرار دارد. اگر چندین سنسور از این نوع در کنار هم قرار گیرند ، فاصله باید برابر قطر سنسور باشد.

  Non flush mount

قسمت حساس سنسور در بدنه ای پلاستیکی قرار داده شده است ، اما این سنسور دارای بدنه فلزی است که قسمت حساس را نمی پوشاند. فاصله بین دو سنسور از این نوع دو برابر قطر سنسور است.

  سنسور القایی Namur

مقاومت داخلی سنسور Namur با توجه به فاصله بین سنسور و قطعه تغییر می کند. این سنسورها سیستم های دو سیمه هستند و می توانند در 36-5 ولت DC کار کنند. در محیط هایی که خطر انفجار وجود دارد استفاده می شود.

سنسورهای القایی Namur معمولاً از طریق مقاومت 1 کیلووات به منبع تغذیه متصل می شوند. به دلیل سیم کشی مدار ، جریان اتصال کوتاه در دو سر سنسور محدود است ، بنابراین به دلیل این محدودیت ، این سنسورها می توانند در محیط های انفجاری استفاده شوند. با استفاده از تقویت کننده های این نوع سنسورها ، می توان از سنسورهای Namur به عنوان کلیدهای استقرایی استفاده کرد.

راهنمای تشخیص سنسور القایی Namur

سنسور القایی آنالوگ سنسوری است که به فلز واکنش نشان می دهد و این واکنش به صورت ولتاژ یا جریان خطی در خروجی ظاهر می شود. سنسورهای القایی Namumr دارای قطر و شکل مکعب متفاوتی هستند.

سنسور Namur ولتاژ خروجی خود را با توجه به اندازه میدان مغناطیسی عمود بر سطح آن تنظیم می کند ولتاژ (ولتاژ خروجی) می تواند مثبت یا منفی باشد. این سنسورها از 220VAC تغذیه کرده و به ندرت با 24 VDC تغذیه می کنند. خروجی آنها آنالوگ است و با توجه به فاصله بین قطعه کار و سنسور متفاوت است.

هنگامی که سنسور Namur فلز را تشخیص می دهد ، جریان خروجی به زیر 1.2 آمپر کاهش می یابد. هنگامی که هدف از سنسور دور است و فلز تشخیص داده نمی شود ، جریان به مقداری فراتر از 2.1 آمپر افزایش می یابد. تغییر جریان نشان می دهد که آیا فلز در نزدیکی سنسور Namur وجود دارد یا خیر.

به طور کلی ، سنسورهای Namur را می توان به یکی از دو روش استفاده کرد:

١- اتصال مستقیم به مدار الکتریکی

    هنگام اتصال این نوع سنسورها به مدارهای الکترونیکی ، به منحنی های مشخصه این سنسورها توجه کنید. در دستگاه های الکترونیکی مانند شمارنده ، سرعت سنج و مدارهای کنترل ، بیشتر این سنسورها در لایه ورودی استفاده می شوند.

2- اتصال مستقیم به آمپلی فایر

     برای اتصال این سنسورها با ولتاژ VAC220 یا VDC24 از تقویت کننده های ویژه استفاده می شود.

سنسور القائی سرعت

سنسور القائی سرعت، یک سنسور است که برای اندازه گیری سرعت استفاده می شود. (سنسور سرعت) در قسمت حساس این سنسورها میدان مغناطیسی وجود دارد که با حرکت چرخ دنده تغییر می کند. از آنجا که خروجی این سنسورها سلفی است.

این تغییرات میدان به صورت پالس در خروجی ظاهر می شود. برخی از این سنسورها در خروجی به تقویت کننده نیاز دارند.سنسورهای حسگر سرعت برای اندازه گیری سرعت موتورها ، لوکوموتیوها ، چرخ دنده ها ، پمپ ها ، توربین ها و ...کاربرد دارند.

سنسور محافظت نشده Non_Flush

هیچ حلقه ای در اطراف سنسور محافظت نشده برای کاهش تابش جانبی از میدان الکترومغناطیسی وجود ندارد.این سنسورها را نمی توان در تماس با سطح نصب کرد.در این حالت ، باید ناحیه ای بدون فلز در اطراف سطح سنسور یا ناحیه ای با شعاع حداقل سه برابر شعاع حساس اطراف سنسور وجود داشته باشد. علاوه بر این ، سنسور باید روی سطح فلزی نصب شود فاصله سنجش از سطح سنسور حداقل دو برابر است. اگر ناحیه فلزی در جلوی سنسور نصب شده باشد ، فاصله آن باید حداقل 3 برابر فاصله حسگر باشد.

مشخصات و سیم کشی سنسور القایی دو سیمه

سنسور‌های القایی دو سیمه به صورت سری قرار می گیرد و چون یک سیستم دو سیم است ،خروجی فرمان مستقلی وجود ندارد. این سنسورها با کنترل جریان کار می کنند ،به طوری که وقتی برانگیخته نمی شوند ، جریان آنها بسیار کم است و وقتی برانگیخته می شوند ، جریان آنها به جریان نامی می رسد که می تواند سیم پیچ ها ، سیم پیچ ها و غیره را روشن کند.

فرض بر این است که سنسور استوانه ای و دو سیم AC می تواند نیازهای دستگاه را برآورده کند. از آنجا که سنسور باید به صورت سری با یک بار متصل شود ، خروجی دستگیره اضطراری از طریق سنسور به رله یا کنتاکتور متصل می شود. هنگامی که صفحه فلزی وارد محدوده کاری سنسور می شود ، جریان عبوری از آن افزایش می یابد و کنتاکتور KF1 باز می شود تا دستگاه متوقف شود. وقتی فرمان توقف صادر می شود ،کنتاکتور یک تایمر دو دقیقه ای به نام KF2 را فعال می کند. پس از زمان توقف ، کنتاکتور KF3 فرمان شروع را صادر کرد و قطعه از محدوده سنسور فراتر رفت. وقتی قطعه عبور می کند ،کنتاکتور KF1 بسته می شود و مرحله بعدی برای قسمت بعدی تکرار می شود.

کلام آخر

سنسورهای القایی یکی از ارزان ترین و پرکاربردترین سنسورها هستند و به گروه سنسورهای غیر تماسی تعلق دارند. این حسگرها فقط به فلز واکنش نشان می دهند و می توانند دستورات مستقیم را به  رله چیست ها ، شیرهای برقی ، تجهیزات اندازه گیری و مدارهای کنترل الکترونیکی ارسال کنند.