کاربرد انواع سنسور در صنعت

سنسور چیست؟

سنسور یا حسگر یکی از اجزای اصلی سیستم‌های کنترل اتوماتیک است.  این المان می‌تواند کمیت‌های فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما و… را به کمیت‌های الکتریکی(ولتاژ یا جریان) پیوسته یا غیر پیوسته تبدیل کند. این کمیت‌های الکتریکی توسط اجزای کنترلی سیستم به صورت آنالوگ یا دیجیتال قابل تشخیص هستند. به این ترتیب سنسورها در انواع دستگاه‌های کنترل آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده هستند. عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاه‌های مختلف باعث شده آن‌ها بخش جدانشدنی از اتوماسیون صنعتی باشند.

به طور خلاصه عملکرد سنسور به این صورت است که اطلاعات موردنیاز از وضعیت اجزای مختلف سیستم را به واحد کنترل ارسال می‌کند تا بر اساس این اطلاعات تغییر وضعیت یا تغییر عملکرد توسط واحد کنترلی (به طور مثال PLC) اعمال شود.

دیاگرام ارتباط سنسور و PLC و عملگر

در طی فرآیند طراحی و ساخت یک سنسور، زمان زیادی لازم است تا سنسور مطابق شرایط عملکرد در یک محیط صنعتی ساخته شود. همان‌طور که می‌دانید تجهیزات و دستگاه‌هایی که در محیط صنعتی استفاده می‌شوند باید قابلیت عملکرد بدون اشکال در معرض نویز را داشته باشند. به این ترتیب سنسورهای ساخته شده معمولا در ابتدای کار بسیار حساس هستند و تنها در محیط آزمایشگاهی قابل استفاده‌اند. حسگرها پس از طی آزمایش‌ها و گذر از فرآیندهای خاصی به سمت تطبیق صنعتی پیش می‌روند تا در نهایت بتوان از آنها در فرآیندهای صنعتی استفاده نمود.

انواع سنسور صنعتی

سنسورها را می‌توان به صورت های مختلف دسته بندی نمود. رایج‌ترین روش طبقه‌بندی بر اساس پارامتر مورد اندازه‌گیری است (سنسور دما، سنسور فشار، سنسور جابجایی، سنسور فلو، سنسور سرعت، سنسور مجاورت، سنسور برخورد و ....)

همچنین سنسورها بر اساس نحوه تشخیص نیز قابل دسته‌بندی هستند به طور مثال سنسور مادون قرمز، سنسور آلتراسونیک، سنسور لیزری و ....

از لحاظ سیگنال خروجی نیز انواع آنالوگ و دیجیتال وجود دارد. با توجه به نوع عملکرد نیز به دسته سنسورهای تماسی و سنسورهای بدون تماس تقسیم می‌شوند.

انواع دسته بندی سنسورهای صنعتی

سنسور غیرتماسی

یکی از پرکاربردترین انواع سنسور، سنسورهای بدون تماس هستند. این سنسورها بدون نیاز به تماس فیزیکی با اجسام، می‌توانند حضور آن‌ها در بازه تشخیصان را حس کنند و فعال شوند. به طور مثال یک سنسور مجاورت غیرتماسی می‌تواند با نزدیک شدن جسم هدف تحریک شود و یک عملگر(actuator) را فعال کند. عملگرها در اصل اچزایی هستند که از کنترلر فرمان می‌گیرند و متناسب با فرمان دریافت شده عملی در جهت تغییر مقدار خروجی انجام می‌دهند. موتور، رله، سلنوئید، کنتاکتور و ... نمونه‌ای از محرک‌ها هستند. رایج‌ترین سنسورهای غیرتماسی، سنسورهای مجاورت القائی، خازنی، نوری، مغناطیسی، کُد و رنگ هستند.

به دلیل عملکرد بدون برخورد این نوع از سنسور صنعتی و تحت تنش و نیرو نبودن آن، معمولا سنسور غیر تماسی طول عمر بالایی دارد. همچنین در محیط‌هایی با نویز زیاد به راحتی قابل استفاده هستند زیرا نویزپذیری کمی دارند. همچنین ایجاد نویز برای سایر اجزای سیستم ندارند.

نمونه‌ای از یک سنسور غیرتماسی مورداستفاده برای اندازه گیری سرعت حرکت چرخدنده

نمونه‌ای از سنسورهای بدون تماس، سنسور اثر هال است. این حسگر دارای یک لایه نازک هادی است که در حضور میدان مغناطیسی خروجی به صورت اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولتاژ) ایجاد می‌کند. به این ترتیب این سنسور در دسته سنسورهای مغناطیسی قرار می‌گیرد. کمیت‌های جریان، دما، فشار و موقعیت با این نوع حسگر قابل سنجش است. به دلیل عدم نیاز به بخش‌های متحرک، طول عمر سنسور اثر هال بسیار زیاد است. البته لازم به ذکر است که خروجی سنسور اثر هال به صورت تقویت شده قابل استفاده است. همچنین نوع خروجی آن می‌تواند آنالوگ یا دیجیتال باشد.

مزایای سنسورهای بدون تماس:

• سرعت سوئیچینگ بالا (تغییر وضعیت)
• طول عمر زیاد
• عدم نیاز به نیرو و فشار برای تغییر وضعیت
• قابل اعتماد بودن برای استفاده در محیط صنعتی و پرنویز
• عدم ایجاد نویز

سنسور تماسی:

لیمت سوییچ و میکروسوئیچ از انواع حسگرهای تماسی هستند. از معایب استفاده از سنسور تماسی فیدبک کند و عمر کوتاه آن است. این نوع از سنسورها چون مرتب تحت فشار یا ضربه قرار می‌گیرند عمر مفید پایینی دارند و احتمال آسیب دیدن آن ها بسیار زیاد است. به همین علت در عملکردهای سریع و قطع و وصل شدن مکرر مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. همچنین نصب و اتصالات آن ها باید با دقت زیادی انجام گیرد.

کاربرد لیمیت سوییچ

کاربرد انواع سنسور در اتوماسیون

با توجه به هدف مورد نظر و همچنین بر اساس ویژگی‌های هر حسگر، استفاده از آن‌ها محدود به کاربردهایی خاص است. کاربردها بر اساس محل استفاده، جسم هدف و نوع سنسور به روش‌های مختلفی قابل اجرا هستند. به طور مثال از سنسور مجاورت القایی دیجیتال می‌توان برای شمارش تولید و اندازه گیری سرعت در فرآیندهای شکل دهی فلزات استفاده نمود، نوع آنالوگ آن برای اندازه گیری فاصله قطعه کار نیز قابل استفاده است. در تجهیزات تولید و چاپ پارچه و صنایع نساجی استفاده از سنسورهای نوری و خازنی برای کنترل حرکت و کنترل انحراف پارچه رایج است. همچنین این سنسورها را میتوان برای کنترل سطح مخازن به کار برد. سنسورهای نوری علاوه بر تمامی موارد فوق، در کنترل تردد و همچنین تشخیص پارگی ورق هم کاربرد دارند.

سیستم هوشمند شمارش تولید با استفاده از سنسور و نمایش تعداد روی نمایشگر

در صنایع غذایی نیز استفاده از انواع این سنسورها بسیار رایج است به طور مثال در تصویر زیر ترکیب یک سنسور خازنی با یک عملگر(pusher) را مشاهده می‌کنید.  عملکرد این قسمت از دستگاه به این صورت است که اگر سنسور پاکتی را خالی تشخیص دهد، به وسیله قسمت متحرک آن پاکت از خط خارج می‌شود.

کاربرد سنسور و اکچویتر در صنایع غذایی

مثال هایی از کاربرد انواع مختلف سنسور در اتوماسیون صنعتی را می‌توانید در تصاویر زیر ببینید:

کاربرد سنسورهای مادون قرمز (پرده نوری) برای کنترل تردد در اطراف دستگاه به منظور تامین ایمنی کارکنان

تامین ایمنی برای اپراتور دستگاه پرس با استفاده از سنسور نوری

کنترل سطح مایع در مخزن با استفاده از دو سنسور مجاورت غیرتماسی

کنترل نحوه حرکت ورق (یا پارچه) و سرعت آن با استفاده از دو سنسور نوری به روش انعکاسی

تشخیص محصولات با ابعاد متفاوت با سنسور لیزری به روش انعکاسی

سنسور لیزری مورد استفاده برای تشخیص اجسام شفاف