سنسور

آشنایی با انواع سنسور

یکی از ابزارهای پرکاربرد در دنیای صنعتی و محصولات اتوماسیون صنعتی سنسورها هستند که دارای انواع و اقسام گوناگونی هستند و برای مصارف گوناگونی کاربرد دارند. از جمله سنسور القایی، سنسور نوری، سنسور فشار و موارد دیگر که برای کارایی بهتر به کمک صنعت آمده است.

در واقع ما در دنیایی از حسگرها زندگی می‌کنیم. می‌توانید انواع مختلفی از سنسورها را در خانه‌ها، دفاتر، ماشین‌های و غیره بیابید که با روشن کردن چراغ‌ها با تشخیص حضور ما، تنظیم دمای اتاق، تشخیص دود یا آتش، قهوه‌ای لذیذ برای ما، باز کردن درهای گاراژ، زندگی ما را آسان‌تر می‌کنند. به محض اینکه ماشین ما نزدیک در است و بسیاری از کارهای دیگر. همه این‌ها و بسیاری از کارهای اتوماسیون دیگر به دلیل سنسورها امکان پذیر است. در ادامه به معرفی و بررسی انواع سنسورها و کارکرد هر یک خواهیم پرداخت.

سنسور چیست؟

تعاریف متعددی تا کنون در مورد سنسور ارائه شده است، اما اگر بخواهیم به زبان ساده سنسور را تعریف کنیم باید بگوییم یک دستگاه است که کمیت‌های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و… را به کمیت‌های الکتریکی غیر پیوسته (دیجیتال) یا پیوسته (آنالوگ) نمایش می‌دهد. یا به عبارت دیگر دستگاهی است که سیگنال‌ها را از یک حوزه انرژی به حوزه الکتریکی تبدیل می‌کند.

انواع سنسور و کارکرد آن

همان طور که اشاره شده سنسورها دارای انواع و اقسام گوناگونی هستن که می‌توان آن‌ها را به چند دسته کلی، نوع پارامترهای فیزیکی که اندازه‌گیری می‌کنند، نوع عملکرد، نوع سیگنال خروجی، منبع توان، تکنولوژی استفاده شده برای عملکرد آن‌ها، نوع ساختمان و محل نصب و… تقسیم بندی کرد که در ادامه به شرح هر یک خواهیم پرداخت.

• نوع پارامترهای فیزیکی

سنسورها را از نظر نوع پارامترهای فیزیکی می‌توان به موارد زیر تقسیم بندی کرد:

سنسور دما

سنسور دما وسیله‌ای است که اطلاعات حرارتی را از یک منبع جمع آوری می‌کند و آن را به شکلی نمایش می‌دهد که توسط دستگاه دیگری قابل درک باشد. این سنسورها اغلب به دو زیر مجموعه تقسیم می شوند، ضریب دمای مثبت (PTC) یا ضریب دمای منفی (NTC). ترمیستورهای PTC مقاومت‌هایی با ضریب دمایی مثبت هستند، به این معنی که مقاومت با افزایش دما افزایش می‌یابد. این سنسورها در سیم پیچ موتورهای الکتریکی صنعتی به همراه یک رله مانیتورینگ برای محافظت از گرمای بیش از حد برای جلوگیری از آسیب عایق استفاده می‌شوند. این نظارت، که می‌تواند به شبکه حسگر بی‌سیم متصل شود، به تنظیمات بلادرنگ و اقدامات پیشگیرانه برای مقابله با اتفاقات احتمالی کمک می‌کند.

از طرف دیگر، ترمیستورهای NTC پایداری طولانی مدت در طیف وسیعی از دماها با کاهش مقاومت دارند. این حسگرها در مجموعه‌های پروب ترمیستور در سراسر IIoT و کارخانه‌های هوشمند برای تشخیص عیب استفاده می‌شوند. مانند PTC، آن‌ها همچنین می‌توانند برای نظارت کامل بی سیم به شبکه حسگر بی سیم متصل شوند.

سنسور نوری

حسگر نوری وسیله‌ای است که پرتوهای نور را به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل می‌کند. مانند مقاومت نوری، کمیت فیزیکی نور را اندازه گیری می‌کند و آن را به شکلی که توسط دستگاه خوانده می‌شود بیان می‌کند. معمولاً سنسور نوری بخشی از یک سیستم بزرگ‌‎تر است که یک دستگاه اندازه گیری، منبع نور و خود سنسور را یکپارچه می‌کند. به طور کلی به یک ماشه الکتریکی متصل است که به تغییر سیگنال در حسگر نور واکنش نشان می‌دهد.

سنسور فشار

سنسور فشار وسیله‌ای است برای اندازه گیری فشار مایعات و گازها که به شکل سیگنال الکتریکی نمایش داده می‌شود. که دارای انواع و اقسام گوناگونی هستند. البته نباید سنسور فشار را با فشار سنج یکی دانست.

سنسور رطوبت

سنسوررطوبت دستگاه‌های الکترونیکی هستند که به شما امکان می‌دهند رطوبت محیط را اندازه‌گیری کنید و داده‌ها را به یک سیگنال الکتریکی مربوطه تبدیل کنید که می‌تواند برای اهداف مختلف استفاده شود.

سنسور جریان

سنسور جریان قطعه‌ای است که جریان یک سیال مانند گاز یا مایع را اندازه گیری می‌کند. سنسورهای جریان از هر دو زیر سیستم مکانیکی و الکتریکی برای اندازه گیری تغییرات در ویژگی‌های فیزیکی سیال و محاسبه جریان آن استفاده می‌کنند. اندازه گیری این ویژگی‌های فیزیکی به ویژگی‌های فیزیکی سیال بستگی دارد. سیالات گازی، مایع و غیرنیوتنی رفتار بسیار متفاوتی با یکدیگر دارند، بنابراین روش‌هایی که ما برای اندازه گیری جریان آن‌ها استفاده می کنیم نیز باید متفاوت باشد.

سنسور شتاب

سنسور شتاب به سنجش انواع حرکت در محدوده وسیعی پرداخته و آن را به صورت خروجی الکترونیکی نمایش می‌دهد.

سنسور موقعیت

حسگرهای موقعیت دستگاهی هستند که می‌توانند حرکت یک جسم را تشخیص دهند یا موقعیت نسبی آن را از یک نقطه مرجع تعیین شده تعیین کنند. از این نوع حسگرها می‌توان برای تشخیص وجود یا عدم وجود یک جسم نیز استفاده کرد.

انواع مختلفی از سنسورها وجود دارد که اهداف مشابهی برای سنسورهای موقعیت دارند و قابل ذکر است. حسگرهای حرکتی حرکت یک جسم را تشخیص می‌دهند و می‌توانند برای فعال کردن عمل (مانند روشن کردن نورافکن یا فعال کردن دوربین امنیتی) استفاده شوند. حسگرهای مجاورت نیز می توانند تشخیص دهند که یک شی در محدوده سنسور قرار گرفته است. بنابراین، هر دو سنسور ممکن است به عنوان یک شکل تخصصی از سنسورهای موقعیت در نظر گرفته شوند. یکی از تمایزهای سنسورهای موقعیت این است که آن‌ها در بیشتر موارد نه تنها به تشخیص یک جسم بلکه به ثبت موقعیت آن نیز می پردازند و بنابراین شامل استفاده از سیگنال بازخوردی است که حاوی اطلاعات موقعیتی است.

سنسور مغناطیس

سنسورهای مغناطیسی حسگرهایی هستند که تغییر میدان مغناطیسی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. میدان مغناطیسی زمین یا میدان مغناطیسی که به آن مغناطیس گفته می‌شود، پدیده‌ای شناخته شده اما نامرئی است. حسگرهای مغناطیسی میدان‌های مغناطیسی نامرئی را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کرده و به ایجاد اثرات قابل مشاهده کمک می‌کنند. آن‌ها دهه‌ها پیش به عنوان یک حسگر با استفاده از اثر القای الکترومغناطیسی طراحی شدند و به کاربردهایی در اثر مقاومت مغناطیسی، اثر گالوانو مغناطیسی، اثر جوزفسون و سایر پدیده‌های فیزیکی گسترش یافتند. 

سنسور ولتاژ

این سنسور برای نظارت، محاسبه و تعیین منبع ولتاژ استفاده می‌شود و می‌تواند سطح ولتاژ AC یا DC را تعیین کند. ورودی این سنسور می‌تواند ولتاژ باشد در حالی که خروجی کلیدها، سیگنال ولتاژ آنالوگ، سیگنال جریان، سیگنال صوتی و غیره است. برخی از سنسورها شکل موج سینوسی یا شکل موج پالسی مانند خروجی را ارائه می‌دهند و برخی دیگر می‌توانند خروجی‌هایی مانند AM (مدولاسیون دامنه) تولید کنند. PWM (مدولاسیون عرض پالس) یا FM (مدولاسیون فرکانس). اندازه گیری این سنسورها می‌تواند به تقسیم کننده ولتاژ بستگی داشته باشد.

سنسور رنگ

این حسگرها دستگاه‌های فوتوالکتریکی هستند که می‌توانند نور ساطع کنند و رنگ نور منعکس شده از یک جسم را تشخیص دهند. این حسگرها می توانند شدت نور منعکس شده از یک جسم را تشخیص دهند و رنگ‌های اصلی مانند قرمز، آبی و سبز را متمایز کنند. این‌ها به عنوان آشکارسازهای رنگ نیز نامیده می‌شوند.

• نوع عملکرد

سنسورها بر اساس عملکرد به دسته‌های زیر تقسیم می‌شود.

سنسور خازنی

سنسور خازنی یک دستگاه الکترونیکی که برای شناسایی اهدافی مانند مایعات یا جامدات بدون تماس فیزیکی استفاده شده، به عنوان حسگر خازنی شناخته می‌شود. برای شناسایی این اهداف، حسگر خازنی یک میدان الکتریکی از انتهای تشخیص سنسور تولید می‌کند. هر هدفی که بتواند این میدان الکتریکی را قطع کند از طریق این سنسور قابل شناسایی است.

سنسور مقاومتی

این ابزار برای اندازه گیری فدما در صنهت مورد استفاده قرار می‌گیرد و دارای انواع و اقسام گوناگونی است. 

سنسور شیمیایی

سنسور شیمیایی دستگاهی است که اطلاعات شیمیایی (ترکیب، حضور یک عنصر یا یون خاص، غلظت، فعالیت شیمیایی، فشار جزئی…) را به یک سیگنال مفید تحلیلی تبدیل می‌کند. اطلاعات شیمیایی، که در بالا ذکر شد، ممکن است از یک واکنش شیمیایی آنالیت یا از یک ویژگی فیزیکی سیستم مورد بررسی نشات گرفته باشد. این سنسور می‌توانند در زمینه‌های مختلفی مانند پزشکی، ایمنی خانه، آلودگی محیط زیست و بسیاری موارد دیگر کاربرد داشته باشند.

سنسور القایی

سنسور القایی برای اندازه‌گیری موقعیت و معمولاً در محیط‌های سخت استفاده می‌شوند، زیرا عموماً قوی و محکم هستند و می‌توانند سیگنال‌های پایدار را حتی در محیط‌های متخاصم ارائه دهند. آاین سنسور از یک اصل بدون تماس استفاده می‌کند که بهباعث طول عمر طولانی‌تر می‌شود و آن‌ها را بسیار قابل اعتماد می‌کند. سنسورهای القایی بر اساس یک اصل ترانسفورماتور با استفاده از یک پدیده فیزیکی مبتنی بر جریان‌های الکتریکی متناوب کار می‌کنند.

 

• نوع سیگنال خروجی

سنسورها بر اساس نوع سیگنال خروجی به دو دسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم می‌شود که در ادامه به شرح آن می‌پردازیم:

خروجی دیجیتال

سنسورهای الکترونیکی یا حسگرهای الکتروشیمیایی که در آن‌ها تبدیل داده و انتقال داده به صورت دیجیتالی انجام می‌شود، حسگرهای دیجیتال نامیده می‌شوند. این سنسورهای دیجیتال جایگزین سنسورهای آنالوگ می‌شوند زیرا می‎توانند بر معایب سنسورهای آنالوگ غلبه کنند. سنسور دیجیتال عمدتاً از سه جزء سنسور، کابل و فرستنده تشکیل شده است. در سنسورهای دیجیتال، سیگنال اندازه‌گیری شده مستقیماً به سیگنال دیجیتالی در داخل خود سنسور دیجیتال تبدیل می‌شود. و این سیگنال دیجیتال از طریق کابل به صورت دیجیتال منتقل می‌شود. انواع مختلفی از سنسورهای دیجیتال وجود دارند که بر معایب سنسورهای آنالوگ غلبه می‌کنند.

خروجی آنالوگ

یک سنسور با خروجی آنالوگ قادر به دادن سیگنالی است که به طور پیوسته با مقدار اندازه گیری شده موازی است. سیگنال آنالوگ سیگنالی است که می تواند مقادیر را بدون فاصله ثبت کند. به یک دمای دائما در حال نوسان در یک مکان بیرونی فکر کنید، مانند تسمه نقاله در تولید تیرهای فولادی: خروجی آنالوگ با تغییر اندازه گیری سنسور به موازات و عمدتاً خطی تغییر می‎کند. مثال دیگر تغییر فاصله از 0 تا 1000 سانتی‌متر یا کاهش دما از 200 درجه سانتی‌گراد به 20 درجه سانتی‎گراد است. نمونه‎هایی از خروجی‎های آنالوگ عبارتند از 0 تا 10 Vdc، 4 تا20 mA، 0 تا 5 Vdc یا 0 تا 20 mA.

• منبع توان

سنسورها از نظر توان مصرفی به دو دسته  اکتیو (Active) و پسیو (Passive) تقسیم می‌شوند. سنسورهای اکتیو فرستنده و گیرنده را در خود دارند اما سنسورهای پسیو بر  خلاف سنسورهای اکتیو تنها دریافت کننده سیگنال‌های هستند.

• تکنولوژی استفاده شده برای عملکرد

سنسورها را براساس تکنولوژی مورد استفاده در آن‌ها می‌توان به سه دسته سنسور نازک فلزی (عمر زیاد و عملکرد مناسبی در برابر شوک و لرزش)، سنسور ضخیم سرامیکی  (دارای بدنه‌ای مقاوم در برابر خوردگی) و سنسور پیزو الکتریک (حساس به عوامل محیطی) تقسیم بندی کرد.

• نوع ساختار

سنسورها از نظر ساختار نیز به دو دسته دارای محافظ و بدون محافظ تقسیم می‌شوند. سنسور دارای محافظ برای اندازه گیری انواع مواد جامد مانند پودر، کاغذ، چوب، پلاستیک و غیره مناسب است و سنسور بدون محافظ برای سیالاتی مانند مایعات و گاز مناسب است.

انواع دیگر سنسورها

در این بخش به بررسی انواع دیگر سنسورهای موجود در بازار خواهیم پرداخت:

• انکودر

انکودر یا روتاری وسیله‌ای است که می‌تواند حرکت مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند، بنابراین اساساً رمزگذار یک دستگاه حسگر حرکت است. می توان از انکودر برای اندازه گیری طول، موقعیت، سرعت یا موقعیت زاویه‌ای استفاده کنیم. بنابراین این ابزار یک سنسور موقعیت زاویه‌ای است. سیگنال الکتریکی که شبیه حرکت است به یک دستگاه کنترل ارسال شده و این سیگنال می‌تواند برای کنترل یک رویداد استفاده شود. انواع بسیاری از رمزگذارها برای انجام این نوع سنجش حرکت وجود دارد که می‌توانند مغناطیسی، مقاومتی و نوری باشند. رمزگذارها سیگنال افزایشی یا مطلق تولید می‌کنند و برای انجام اندازه‌گیری مناسب، باید مدل مناسب مورد استفاده خود را انتخاب کنید، انتخاب انکودر مناسب می‌تواند با آگاهی از نقش انکودرها در سیستم کنترل حرکت انجام شود.

• خط کش‌های صنعتی 

خط کش صنعتی به دسته‌های مختلفی مانند خط کش مکانیکی (امکان اندازه گیری دقیق با بدنه فولادی)، خط کش دیجیتال، خط کش مغناطیسی، خط کش اهمی، خط کش نوری و مواردی از این دست است که هر کدام کارکردها و موارد استفاده مختص به خود را دارند.

• سنسور آالتراسونیک 

سنسورهای اولتراسونیک ابزارهای الکترونیکی هستند که فاصله هدف را با انتشار امواج صوتی اولتراسونیک محاسبه کرده و آن امواج را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. سرعت حرکت امواج اولتراسونیک ساطع شده سریع‌تر از صدای قابل شنیدن است. عمدتاً دو عنصر اساسی وجود دارد که فرستنده و گیرنده هستند. فرستنده با استفاده از کریستال‌های پیزوالکتریک، صدا تولید می‌کند و از آنجا به سمت هدف حرکت می‌کند و به جزء گیرنده باز می‌گردد. برای دانستن فاصله بین هدف و سنسور، سنسور مدت زمان لازم برای انتشار صدا از فرستنده به گیرنده را محاسبه می کند.

• سنسور شیب و زاویه

یک سنسور شیب از مکانیزم توپی تشکیل شده است که دو پین را برای روشن یا خاموش کردن دستگاه حرکت می‌دهد. خاموش یا روشن کردن سنسور زمانی اتفاق می‌افتد که جسم منجر به حرکت سنسور به یک زاویه خاص شود. سنسورهای شیب جایگزین سوئیچ‌های جیوه‌ای به عنوان گزینه سازگارتر با محیط زیست و ایمن‌تر هستند. استفاده از سنسور شیب برای یک برنامه دارای مزایای زیر است:

• سنسورهای شیب به راحتی کار می‌کنند و جمع و جور هستند

• سنسورهای شیب کم هزینه هستند و انرژی زیادی مصرف نمی‎کنند

• برای خواندن داده‎ها به مدارهای پیچیده نیاز ندارد

• دارای دقت اندازه گیری و وضوح بالا

این مزایای کلیدی، دلایل اصلی این است که حسگرهای شیب همچنان یکی از دلایل محبوبیت و کاربرد گسترده دستگاه در بسیاری از صنایع هستند.

• سنسور سطح 

سنسورهای سطح دستگاه‌های مفیدی هستند که برای تشخیص سطح موادی مانند مایعات، پودرها و مواد دانه‌ای استفاده می‌شوند. طیف گسترده‎ای از سنسورهای سطح وجود دارد و همه آن‌ها در صنایع مختلف استفاده شده و برخی از سنسورهای سطح را می‌توان برای هر سیال استفاده کرد و برخی دیگر را فقط برای مواد خاصی می‎توان استفاده کرد.

• سنسور مادون قرمز

سنسور مادون قرمز (IR) یک دستگاه الکترونیکی است که برای اندازه گیری و تشخیص تشعشعات مادون قرمز در محیط اطراف استفاده می‌شود. پس تابش مادون قرمز چیست؟ تابش مادون قرمز – همچنین به عنوان نور مادون قرمز شناخته می شود – به تشعشعات الکترومغناطیسی اطلاق می شود که دارای طول موج بیشتر از نور مرئی است. در واقع، گفته می‌شود که طول موج‌هایی از حدود 1 میلی متر تا حدود 700 نانومتر (لبه قرمز اسمی طیف مرئی) را در بر می‌گیرد. بنابراین برای چشم انسان نامرئی است اما می‌توان آن را به عنوان احساس گرما روی پوست تشخیص داد.

خرید انواع سنسور

آنچه در این مطلب در مورد آن به گفت‌وگو پرداختیم انواع سنسور است. سنسورها همان طور که مشاهده کردید دارای انواع و اقسام کارکردها و مدل‌ها هستند که متناسب با کارکرد خود به تشحیص حرکت، رنگ، دما، فشار و… در صنایع کمک می‌کنند. برای خرید انواع سنسور صنعتی می‌توانید به آزندکنترل نمایندگی فروش انواع سنسور مراجعه کنید و قیمت آن را از طریق واتساپ استعلام بگیرد.