سنسورهای مجاورتی و انواع آن

سنسور مجاورتی چیست و مزایای استفاده از این نوع سنسور:

 

سنسورهای مجاورتی برای تشخیص حضور یا عدم حضور با استفاده از مغناطیس ، نور و صدا استفاده می شود. این نوع سنسورها انواع مختلفی دارند که هرکدام برای کاربرد و محیط خاصی مناسب هستند.

 

انواع سنسور مجاورتی

 

سنسور مجاورتی القایی:

سنسورهای مجاورتی القایی غیر تماسی برای تشخیص اهداف فلزی (معمولا فولاد ملایم با ضخامت بیش از یک میلی متر) استفاده می شود. یک سنسور القایی معمولا دارای چهار جزء اصلی است. زنگ فلزی با سیم پیچ، نوسان ساز، مدار ماشه اشمیت و تقویت کننده خروجی.

نوسان ساز یک میدان مغناطیسی متقارن و دوار ایجاد می کند که توسط یک هسته فلزی و سیم پیچ ها تولید می شود. هنگامی که یک جسم فلزی وارد میدان مغناطیسی این حسگر می شود، جریان الکتریکی مستقل کوچکی به نام جریان گردابی  برروی سطح فلز القا می شود. این جریان باعث تغییر خواص مغناطیسی مدار می شود. در نتیجه میزان نوسان کاهش می یابد. با وجود محدودیت های اندازه گیری سنسورهای مجاورتی القایی ، این سنسورها توانایی بسیار بالایی در سازگاری با محیط و انعطاف پذیری حساسیت به فلزات دارند. سنسورهای مجاورتی القایی عمر طولانی دارند زیرا فاقد قطعات متحرک هستند و به درستی طراحی شده اند. طرح های ویژه با رتبه IP67 یا بالاتر در برابر آلاینده های محیطی مانند گریس ، مایعات برش و گرد و غبار غیر فلزی مقاوم هستند. با این حال توجه به این نکته ضروری است که آلودگی فلزات ناشی از برش گاهی اوقات بر عملکرد این سنسورها تاثیر منفی می گذارد. بدنه حسگرهای مجاورتی القایی معمولا از فولاد، پلاستیک، PBT ، نیکل و برنج ساخته می شود.

سنسور مجاورتی خازنی

 

حسگر مجاورتی خازنی قادر است اهداف فلزی و غیر فلزی را به صورت پودر، دانه ای، مایع و جامد شناسایی کند. این عناصر در کنار قابلیت اندازه گیری بدون استفاده از فلزات آهنی ، حسگرهای خازنی را برای کاربردهایی مانند تشخیص سطح مایعات در مخازن و تشخیص سطح ذرات و پودرها مناسب می کنند.

در حسگر های مجاورتی خازنی ، دو صفحه رسانا با موقعیت های مختلف بر روی سر اندازه گیری نصب می شوند که به عنوان یک خازن باز عمل می کند. هوا نیز به عنوان عایق در این دستگاه عمل می کند. معمولا ظرفیت کمی بین دو صفحه وجود دارد. به عنوان یک مدار مجتمع، صفحات به یک مدار نوسانگر ، یک ماشه اشمیت و یک دستگاه خروجی متصل می شوند. هنگامی که هدف وارد منطقه اندازه گیری می شود، ظرفیت صفحات افزایش می یابد و باعث تغییر در دامنه نوسان می شود که منجر به تغییر حالت ماشه اشمیت و ایجاد یک سیگنال کاری می شود. به یاد داشته باشید تفاوت اصلی بین نوع القایی و سنسور خازنی این است که در سنسور القایی قبل از هر چیزی نوسان وجود دارد اما در سنسور نوع خازنی نوسان زمانی رخ می دهد که چیزی وجود داشته باشد.

سنسور نوری

سنسور مجاورتی نوع فوتوالکتریک بسیار منعطف هستند و می توانند بسیاری از مشکلات را در روش های اندازه گیری صنعتی در سال های اخیر حل کنند. به لطف پیشرفت سریع فناوری فوتوالکتریک، حسگرهای فوتوالکتریک می توانند اهدافی با قطر کمتر از یک میلی متر و حتی در فاصله 60 متری را شناسایی کنند. انواع مختلفی از سنسورهای مجاورتی فوتوالکتریک بسته به نور ساطع شده و دریافت گیرنده وجود دارد. با این حال، همه سنسورهای فوتوالکتریک دارای چندین ویژگی اساسی و مشترک هستند. این اجزا شامل منابع نوری مانند دیودهای لیزر یا دیودهای نور، گیرنده های فوتودیود یا ترانزیستور های نوری برای دریافت نور ساطع شده و مدارهای الکترونیکی طراحی شده برای تقویت سیگنال هستند. یک منبع نور که گاهی فرستنده نیز نامیده می شود، تشعشع مرئی یا مادون قرمز را به گیرنده ساطع می کند

سنسورهای نوری دو دسته هستند. دسته اول این سنسورها به صورت یک جفت سنسور هستند که یک سنسور فرستنده و سنسور دیگر گیرنده است.

در دسته دوم فقط یک سنسور به عنوان فرستنده و گیرنده عمل می کند و در جلوی آینه ای قرار می گیرد که امواج ارسال شده به سنسور را منعکس می کند. در هر دو نوع روش کار به این صورت است که اگر جسمی با امواج ارسالی به گیرنده تداخل داشته باشد ، گیرنده وجود جسم را تشخیص می دهد.

 

سنسور آلتراسونیک

این امواج، امواجی با فرکانس 20 تا 50 کیلوهرتز هستند. این سنسورها با استفاده از امواج التراسونیک کار می کنند.. نحوه کار این سنسور به این صورت است که سرعت موج و اختلاف زمانی بین ارسال و دریافت محاسبه می شود و فاصله بین جسم و سنسور اندازه گیری می شود. این سنسورها پالس می کنند ،یعنی هر 2 ثانیه یک پالس می فرستند و فاصله را اندازه گیری می کنند. این سنسورها عمدتا در سرعت سنج ها ، فلومترها، سطح سنج و غیره استفاده می شود.

سنسورهای القایی آنالوگ چگونه کار می کند؟

سنسور القایی آنالوگ خطی به استثنای عملکرد آن بر اساس همان اصل سنسورهای مجاورتی القایی کار می کند. حسگرهای القایی از یک نوسان ساز تشکیل شده اند که یک میدان الکترومغناطیسی با فرکانس بالا ایجاد می کند که از یک سیم پیچ شده در اطراف یک هسته فریت در جلوی سنسور تابش می شود. هنگامی که یک هدف در معرض یک میدان فرکانس بالا قرار می گیرد. یک جریان گردابی روی هدف ایجاد می شود و بر خروجی سنسور ارتعاش تاثیر می گذارد.

تفاوت بین سنسور مجاورتی القایی و سنسور مجاورتی آنالوگ در خروجی آن است.

به جای این که یک هدف متحرک وارد میدان حسگر شود و از آن خارج شود و سیگنال روشن / خاموش تولید کند، هدف در محدوده سنسور باقی می ماند و سنسور موقعیت هدف را در آن محدوده تعیین می کند. بنابراین سنسور هرگز نمی چرخد.

چرا سنسورهای مجاورتی؟

حسگرهای مجاورتی اشیا را بدون دست زدن به آن ها تشخیص می دهند، بنابراین آن ها را تغییر شکل داده یا آسیب نمی بینند. دستگاه هایی مانند سوئیچ های محدود تشخیص می دهند که یک شی در تماس است، در حالی که حسگرهای مجاورت می توانند وجود یک شی را بدون تماس تشخیص دهند.

بر خلاف روش های تشخیص نوری ، حسگرهای مجاورتی برای مکان هایی که امکان پاشش آب یا روغن وجود دارد نیز مناسب هستند.

سنسورهای مجاورتی در مقایسه با سوئیچ های مکانیکی که نیاز به تماس فیزیکی دارند، پاسخ سرعت بالایی دارند و می تواند به طور مداوم اجسامی را که با سرعت بالا حرکت می کنند تشخیص دهد. به دلیل سرعت پاسخ بالا، گاهی اوقات می تواند تا 5 کیلو هرتز نیز برسد.

سنسورهای مجاورتی در دمای بالا کار می کنند. این سنسورها در کاربردهایی با محدوده دمایی بین 40- تا 200 درجه سانتی گراد استفاده کرد.

سنسورهای مجاورتی تحت تاثیر رنگ ها قرار نمی گیرند. حسگرهای مجاورتی تغییرات فیزیکی یک جسم را تشخیص می دهند، بنابراین می توان گفت که آن ها تحت تاثیر رنگ سطوح نیستند.

برخلاف سوئیچ هایی که به تماس فیزیکی متکی هستند، سنسورهای مجاورتی تحت تاثیر دمای محیط، اشیاء اطراف و سایر سنسورها قرار می گیرند.

ارتباط با سایر سنسورها بر حسگرهای مجاورت القایی و خازنی تاثیر می گذارد. به همین دلیل در هنگام نصب باید توجه کافی برای جلوگیری از تداخل متقابل صورت می گیرد. همچنین باید از تاثیر اجسام فلزی اطراف سنسور القایی مانند محل نصب و همچنین تاثیر اجسام  اطراف سنسور خازنی جلوگیری شود.

حسگرهای مجاورتی به دلیل تکرارپذیری بالا برای تشخیص دقیق اجسام بسیار خوب هستند.

عملکرد سنسورهای مجاورتی چگونه است؟

یک میدان مغناطیسی با فرکانس بالا توسط هسته یا سیم پیچ در مدار نوسان ساز ایجاد می شود. هنگامی که یک جسم فلزی در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد ، یک جریان القایی به دلیل القای الکترومغناطیسی از جسم عبور می کند. با نزدیک تر شدن جسم به سنسور ، جریان القایی افزایش می یابد و در نتیجه بار اعمال شده به مدار نوسان گر نیز افزایش می یابد .

به این ترتیب نوسانات نوسان گر یا ضعیف می شود یا متوقف. مدارهای داخلی تغییر در حالت نوسان را تشخیص می دهند و سیگنال را به خروجی می فرستند.

حسگرهایی که می توانند فلزات غیر آهنی را تشخیص دهند، از انواع نوسان با فرکانس بالا در نظر گرفته می شود. سنسورهای این دسته شامل یک مدار نوسان گر داخلی هستند که در آن اتلاف انرژی از جریان القایی در جسم بر تغییر فرکانس تاثیر می گذارد. هنگامی که یک جسم فلزی غیر آهنی مانند آلومنیوم یا مس به سنسور نزدیک می شود، فرکانس نوسان ساز افزایش می یابد. برعکس، هنگامی که یک فلز آهنی مانند آهن به سنسور نزدیک می شود، فرکانس نوسان کاهش می یابد. هنگامی که فرکانس نوسان از فرکانس مرجع بیشتر یا کمتر می شود، سنسور یک سیگنال تشخیص را ارسال می کند.

نتیجه گیری

سنسورهای مجاورتی از پرکاربردترین سنسورها در صنعت هستند. این حسگرها از سرعت سوئیچینگ بالایی نسبت به کلیدهای مکانیکی برخوردار هستند. همچنین این سنسورها دارای طول عمربالاتری هستند و به طور کلی در محیط های مختلف سخت کاری مورد استفاده قرار می گیرند زیرا فشار زیاد، دمای بالا ، محیط های اسیدی، روغنی و آب روی عملکرد آن ها تاثیر نمی گذارد.

سنسور های مجاورتی در برند ها و قیمت های مختلفی در بازار وجود دارد برخی از این برند ها آتونیکس ، کاکن ، کوینو ، امرون ، اسکای ، رسابرد و … است.