سنسور 

در سالهای اخیر تغییر و تحول در دنیای مدرن ، زندگی را به سمت اتوماسیون یا خودکارسازی سوق داده است. همانطور که می دانید در زندگی روزمره ما، برای کوچکترین کارها و تکنولوژی ها از انواع سنسور (حسگر) استفاده می شود به عنوان مثال می توان سنسور درب آسانسور، سنسور سیستم روشنایی راه پله، سنسور لمس تلفن همراه، سنسور نوری موس، سنسور کنترل تلویزیون و هزاران سنسور دیگر که در زندگی روزمره با آنها سر و کار داریم ولی به آنها توجهی نمی کنیم، را نام برد. در واقع زندگی در دنیای امروز، بدون حضور سنسورها حتی برای یک روز هم امکان پذیر نیست. حال که با اهمیت سنسورها آشنا هستید می خواهیم به نقش و اهمیت سنسورها در صنعت بپردازیم.

با پیچیده تر شدن پروسه های صنعتی و كاربرد روز افزون تکنیک اتوماسیون، احتیاج به استفاده از سنسورهای مختلف كه اطلاعات مربوط به عملیات صنعتی را درك و بر اساس این اطلاعات فرمان های موردنیاز صادر گردد، احساس می شود. اتوماسیون را می‌توان در  صنعت برای رسیدن به سرعت و دقت مطلوب در انجام فرآیندهای کاری (مانند ساخت یک محصول در خط تولید) استفاده کرد در این حالت نیاز است که ماشین آلات و تجهیزات موجود در خطوط تولید به صورت اتوماتیک کاری را برای ما انجام دهند، به همین دلیل سنسورها در جاهای مختلف نصب می شوند تا کاری که می خواهیم طبق نیاز ما انجام شود. 

بعد از این آشنایی مختصر با نقش سنسورها در صنعت قصد داریم در این مطلب آموزشی بطور مفصل به پاسخ سوالاتی از قبیل : سنسور چیست؟، انواع سنسورها، نحوه عملکرد هر نوع سنسور، کاربرد هرکدام و مطالبی از این دست بپردازیم.

سنسور چیست

سنسور (Sensor) یا حسگر، المان حس کننده ای است که یک تغییر فیزیکی و یا شیمیایی و یا نوری از قبیل حرارت، دما، فشار، رطوبت و ... را به کمیت های الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیر پیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند. سنسورها در انواع تجهیزات اندازه گیری، سیستم های کنترل اتوماتیک و ... مورد استفاده قرار میگیرند. در واقع سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاه ها می شوند.

انواع سنسور

سنسورها (حسگرها) از نظر نوع دریافت اطلاعات به دو دسته کلی سنسور تماسی و سنسور مجاورتی (سنسور بدون تماس) تقسیم می شوند. 
 

سنسور تماسی

سنسور تماسی نوعی از سنسورهاست که برای تشخیص وضعیت و تغییرات باید حتما در تماس فیزیکی با جسم مورد نظر قرار بگیرد. سنسورهای تماسی با توجه به کاربردهای مختلف، انواع مختلفی دارند که شناخته شده ترین و پرکاربردترین آنها لیمیت سوئیچ ها و سنسور های حرارتی تماسی هستند.

1. لیمیت سوئیچ

2. لیمیت سوئیچ یا در ابعاد کوچکتر میکروسوئیچ، یک نوع سنسور تماسی الکترومکانیکی است که شامل یک عملگر است که به طور مکانیکی به یک مجموعه از کنتاکت ها (سوئیچ) متصل شده است. زمانی که یک جسم با عملگر لیمیت سوئیچ برخورد می کند، لیمیت سوئیچ عمل نموده و کنتاکت های آن تغییر وضعیت می دهند که این عمل می تواند باعث قطع یا وصل جریان الکتریکی شود.
    
3. لیمیت سوئیچ ها دارای کاربردهای مختلف در محیط های صنعتی هستند. از انواع لیمیت سوئیچ برای تشخیص حضور یا عدم حضور (عبور) یک جسم و یا در کنترل موقعیت استفاده می شود. همچنین لیمیت سوئیچ ها یا میکروسوئیچ ها می توانند در انتهای مسیر حرکت یک جسم قرار گرفته و حرکت آن را محدود کنند. همچنین می توان از آنها به عنوان یک قفل ایمنی، یا برای شمارش کردن اجسامی که از یک نقطه رد می‌شوند، استفاده کرد.
4.  
5.  

6. سنسور حرارتی تماسی

7. سنسور حرارتی همانطور که از نامش پیداست برای اندازه گیری دما مورد استفاده قرار میگیرد و انواع مختلفی دارد که شناخته شده ترین آنها ترموکوپل ها و سنسورهای مقاومتی می باشند.
8.  

   1. ترموکوپل

   2. ترموکوپل یک حسگر برای اندازه گیری دما می باشد که اساس کار آن بر پایه پدیده سیبک (Seebeck)، تبدیل اختلاف دمای بین دو نقطه به ولتاژ است. ترموکوپل شامل دو سیم از دو فلز متفاوت می باشد که ضریب های انتقال دمایی متقاوتی با هم دارند و از یک سمت به هم متصل شده اند. هنگامی که محل اتصال دو فلز گرم می شود یا خنک می شود ، یک ولتاژ ایجاد می شود که می تواند با درجه حرارت تناسب ایجاد کند.
   3. سنسورهای دمای ترموکوپلی بسیار دقیق بوده و دقت آن در حدود یک درجه سانتی گراد است. ترموکوپل ها محدوده دمایی خاص خود را دارند که این محدوده بیان کننده بازه دمایی است که ترموکوپل می تواند اندازه گیری دما را به درستی انجام دهد.
   4.  
   5.  

   6. سنسور مقاومتی

   7. سنسور مقاومتی یا سنسور RTD  (Resistance Temperature Detector= آشکارساز دمای مقاومتی) یکی از انواع سنسور حرارتی تماسی است که دما را با استفاده از این اصل که مقاومت فلز با دما تغییر می کند اندازه گیری می کند، رابطه دما و مقاومت تقریباً خطی است. در عمل، جریان الکتریکی از المان RTD یا مقاومت) واقع در نزدیکی سطح مورد نظر برای اندازه‌گیری دما) عبور می‌کند. سپس مقدار مقاومت المان RTD  توسط دستگاه اندازه‌گیری می‌شود. سپس مقدار مقاومت بر اساس ویژگی‌های مقاومتی المان RTD به دما تبدیل می‌شود.
   8.  
   9. سه نوع فلز مقاومتی که غالبا برای ساخت سنسور مقاومتی استفاده می شوند، پلاتین (Platinum)، مس (Copper) و نیکل(Nickel) می باشند. 
   10. سنسور مقاومتی (RTD) در مقایسه با ترموکوپل ها از دقت بیشتری (در حدود 0.1 درجه سانتی گراد ) برخوردارند. و همچنین زمان پاسخ گویی سنسور مقاومتی سریع تر می باشد. از معروف ترین انواع سنسور RTD می توان به سنسورهای PT100 ، PT1000 و NTC اشاره کرد.

سنسور مجاورتی

سنسورهای بدون تماس یا مجاورتی (Proximity Switch)، سنسورهایی هستند که از مکانیزم شناسایی بدون تماس استفاده می کنند. به عبارتی، با نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می شوند و نیازی به تماس فیزیکی با آن ندارند. 
 

1. مزایای سنسورهای مجاورتی

2. سنسور مجاورتی در مقایسه با سنسورهای تماسی از سرعت سوئیچینگ بالاتری برخوردار است. حسگر مجاورتی به دلیل نداشتن قسمت‌های مکانیکی و تماس فیزیکی بین حسگر و جسم حس شونده و  همچنین عدم نفوذ آب و گرد و غبار،  از طول عمر بیشتری برخوردار است. سنسور های مجاورتی در محیط های با شرایط سخت کاری به عنوان مثال فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده باشند.
3.  
4.  

5. انواع سنسور مجاورتی

6. سنسورهای مجاورتی بسیار متنوع هستند که هر کدام سیستم عملکرد متفاوتی دارند و برای کاربرد های مختلف طراحی و تولید شده اند. پرکاربردترین و شناخته شده ترین انواع حسگر مجاورتی عبارتند از:
7.  

8. سنسور القایی

9. سنسور القایی یکی از انواع حسگر مجاورتی می باشد که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهد و می تواند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی PLC ارسال نماید.

1. همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، عملکرد سنسور القایی به این صورت است که نوسان ساز، یک میدان مغناطیسی نوسانی و متقارن ایجاد میکند، زمانی که یک جسم فلزی وارد این میدان مغناطیسی شود، جریان الکتریکی مستقل کوچکی، که به جریان گردابی (Eddy) معروف است، در سطح فلز القا می‌شود. این جریان سبب تغییر در رلوکتانس و فرکانس طبیعی مدار مغناطیسی می‌شود. در نتیجه دامنه نوسان کاهش می‌یابد. مدار اشمیت تریگر سنسور القایی ، خروجی را مطابق با این تغییر دامنه تنظیم می‌کند. و با خروج جسم فلزی از محدوده سنسور، مدار اشمیت تریگر، خروجی سنسور را به حالت قبلی باز می‌گرداند. 

1. سنسور خازنی

2. سنسور خازنی قابلیت تشخیص تمام اجسام اعم از فلزات و غیر فلزات را دارد. اما این سنسور بیشتر برای تشخیص مواد غیر فلزی از قبیل آب، شیشه، چوب، پلاستیک و ... در فرم های پودری، گرانولیتی، مایع و جامد مورد استفاده قرار میگیرد و برای تشخیص فلزات بیشتر از سنسور القایی استفاده می شود.
3.  
4. عملکرد سنسور خازنی به این صورت است که دو صفحه رسانا در پتانسیل‌های مختلف روی سر اندازه‌گیر اسن سنسور قرار دارند که مانند یک خازن باز عمل می‌کنند. در زمان عدم حضور جسم، ظرفیت خازنی بسیار کوچکی بین دو صفحه رسانا وجود دارد. زمانی که یک جسم وارد محدوده سنسور خازنی شود، ظرفیت خازنی صفحات افزایش می‌یابد و منجر به تغییر دامنه نوسان می‌شود که این تغییر دامنه نوسان منجر به تغییر در وضعیت اشمیت تریگر و ایجاد یک سیگنال خروجی می‌گردد. 
5.  

1. سنسور نوری

2. سنسور نوری یا سنسور فتوالکتریک یکی از پرکاربرد ترین انواع سنسور مجاورتی می باشد. و عملکرد آن به این صورت است که هنگامی که نور ساطع شده از فرستنده سنسور نوری به دلیل حضور جسمی قطع یا بازتاب می شود، میزان نوری که به گیرنده سنسور نوری می رسد تغییر می کند. گیرنده این تغییر را تشخیص داده و آن را به یک خروجی الکتریکی تبدیل می کند. منبع نور برای اکثر سنسورهای نوری، نور مادون قرمز یا مرئی است (معمولاً قرمز یا سبز می باشد). 
3. نور مادون قرمز قابل رویت نمی باشد و در مواردی استفاده می شود که به توان بالای نوری جهت مسافت های طولانی احتیاج باشد، همچنین تاثیر اختلالات نوری محیط اطراف بر روی نور مادون قرمز کمتر می باشد.
4. از جمله مزایای سنسور نوری، زمان پاسخگویی بسیار سریع آن است، زیرا نور با سرعت زیاد حرکت می کند و سنسور هیچگونه عملیات مکانیکی را انجام نمی دهد.
5.  
6. سنسور نوری از نظر نوع ارسال و دریافت نیز به سه دسته کلی : فرستنده و گیرنده‌ی جداگانه (سنسور نوری دو طرفه)، فرستنده و گیرنده‌ی واحد با دریافت انعکاس از منشور(سنسور نوری رفلکتوری)، دریافت انعکاس از اجسام(سنسور نوری یک طرفه) تقسیم می شود.
7.  
8.  
9. انواع سنسور های نوری

10. سنسور فیبر نوری، اسکنرهای سطح یا پرده‌ی نوری، سنسور تشخیص رنگ و .. همگی از انواع سنسور نوری می باشند که هر کدام کاربردهای مخصوص به خود را دارند.

    1. سنسور فیبر نوری
    2. سنسور فیبرنوری نوعی سنسور نوری است که برای وسعت چشم سنسور در جلوی خود از فیبرهای نوری استفاده می کند. کابل های فیبر نوری کوچک، قابل انعطاف بوده و در مکان هایی که نصب مستقیم سنسور مشکل است، استفاده می گردد.
    3.  

1. 1.  سنسور تشخیص رنگ
   2. سنسور تشخیص رنگ همانند حسگر چشم عمل کرده و بر اساس ارسال نور و دریافت نور منعکس شده از جسم مورد نظر کار می کند. همانطور که می دانید این امر که یک شیء، نور را منعکس یا جذب می کند، به طول موج نور ساطع شده و رنگ آن شئ بستگی دارد. از این ویژگی می توان برای تشخیص رنگ استفاده کرد. 
   3.  
   4.  نحوه عملکرد سنسور تشخیص رنگ به این صورت است که از سه رنگ (سبز، آبی، قرمز) برای شناسایی رنگ‌ها استفاده می‌کند. در واقع این سنسور شدت نور بازتابی از شیء را ارزیابی کرده و آن را با مقدار ارزش رنگی ذخیره شده در سیستم خود مقایسه می‌کند. سنسور تشخیص رنگ با این عملکرد می تواند هشت رنگ آبی، قرمز، سبز، فیروزه‌ای، زرد، بنفش، سیاه و سفید را تشخیص دهد.

1. 1.  پرده نوری
      پرده نوری (LIGHT CURTAIN) از دیگر نمونه های سنسور نوری می باشد که از تعدادی فرستنده و گیرنده تشکیل شده است این فرستنده ها نور را بصورت خط از یکطرف ارسال کرده و در طرف دیگر دریافت کننده ها نور را دریافت می کنند و بدین ترتیب بخشی از محیط تحت کنترل قرار می گیرد.
      از جمله موارد کاربرد پرده نوری در صنعت، می توان به استفاده جهت حفاظت از افراد با جلوگیری از ورود ناخواسته به حریم دستگاه در حال کار، اشاره کرد.
       
2. 

1. انکودر

2. انکودر (Encoder) سنسوری مجاورتی است که یک حرکت مکانیکی (خطی و دورانی) را به سیگنال دیجیتالی ۰ یا ۱ تبدیل می کند، تا از این طریق بتوان مشخصه‌های متفاوتی را از آن سیگنال مورد استفاده قرار داد و پارامترهایی مثل شمارش، موقعیت، جهت، زاویه چرخش و سرعت چرخش در سیستم های صنعتی را اندازه گیری کرد. از موارد کاربرد انکودرها می توان به استفاده در صنعت و کارخانجات از جمله کارخانجات فولاد ، دستگاه های نساجی، دستگاه های برش چوب و  CNC، دستگاه های تولید کاشی و سرامیک و کارخانجات سیمان اشاره نمود.
3.  
4. 
    

1. سنسور فشار

2. سنسور فشار عموما فشار گاز یا مایع را اندازه گیری می کند. فشار به اصطلاح نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولا بصورت نیرو بر سطح تعریف می شود.سنسور فشار معمولا به صورت مبدل کار می کند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید می کند. سنسور فشار می تواند به طور غیر مستقیم برای اندازه گیری سایر متغیرها از قبیل دبی سیال/گاز، سرعت، سطح مایع و ارتفاع نیز استفاده شود. سنسور فشار با نام های مبدل فشار، ترنسمیتر فشار ، فرستنده ی فشار، پیزومتر و مانومتر و ... نیز شناخته می شود.
3.  
4. 

5.  

6. سنسور التراسونیک

7. سنسور التراسونیک چیست؟سنسور التراسونیک یا آلتراسونیک (Ultrasonic) نوعی حسگر صوتی است که با ارسال امواج مافوق صوت پارامترهایی از قبیل فاصله اجسام را اندازه گیری میکند. نحوه عملکرد سنسور التراسونیک به این صورت است که فاصله زمانی بین ارسال امواج تا دریافت انعکاس امواج را اندازه می گیرد و با توجه به سرعت صوت در آن محیط فاصله تا مانع را برآورد می کند و آن را تشخیص داده و نشان می دهد. سنسور التراسونیک با فرکانس ‌های بالاتر از محدوده شنوایی انسان و بین ۴۰ کیلو هرتز تا چند گیگا هرتز کار میکند.  
    
8. از جمله موارد کاربرد سنسور التراسونیک میتوان به سنسورهای اتومبیل، هشدارهای مجاورت، سونوگرافی پزشکی، اندازه گیری میزان پر بودن یک مخزن و ... اشاره کرد.
9. 

10. کاربرد انواع سنسور مجاورتی در صنعت

11. ۱- شمارش تولید: سنسور القایی، خازنی و نوری
12. ۲- کنترل حرکت پارچه و … : سنسور نوری و خازنی
13. ۳-تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری
14. ۴- کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی کنترل سطح
15. ۵- کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی
16. ۶- اندازه گیری سرعت: سنسور القایی و خازنی
17. ۷- کنترل تردد: سنسور نوری
18. ۸-اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القایی آنالوگ

قیمت سنسور

قیمت سنسور با توجه به برند سازنده، نوع سنسور، دقت تشخیص و بسیاری از پارامترهای دیگر تعیین می شود. فروشگاه اینترنتی البرز الکتریک علاوه بر فراهم کردن امکان خرید سنسور برندهای مختلف بصورت آنلاین، امکان مشاهده و مقایسه قیمت سنسور، ویژگی ها و مشخصات فنی انواع سنسورهای تماسی و مجاورتی از قبیل سنسور نوری، سنسور التراسونیک، سنسور خازنی، پرده نوری، سنسور القایی و ... را نیز فراهم آورده است.