سنسور مجاورتی چیست؟

یکی از متداول ترین سنسورهای مورد استفاده در خطوط تولید، سنسور مجاورتی است.

در این مقاله، بصورت فوق العاده ای با انواع سنسور مجاورتی (القایی و خازنی) آشنا شده و
در مورد نحوه سیم کشی سنسورهای نوع  NPN و PNP و روش اتصال آنها به سایر دستگاه ها یاد می گیرید.

ویدیوها و تصاویر این مقاله به شما کمک می کند که درک مناسبی از این قطعه مهم پیدا کنید.
پس تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

1# سنسور proximity چیست؟

 

مواردی که در این مبحث خواهید آموخت:

1. ویژگی‌های اصلی سنسورهای مجاورتی
2. آشنایی با ویژگی ها، کاربردها و تئوری های مربوز به سنسورهای مجاورتی القایی
3. تفاوت بین سنسورهای خازنی (capacitive) و سنسورهای القایی (inductive)
4. آشنایی و شناسایی طراحی ساختمان داخلی یک سنسور القایی
5. مقایسه تفاوت های سنسورهای القایی شیلدد (shielded) و نان شیلدد (nonshielded) و شناخت مزایا و معایب هر یک
6. انتخاب صحیحی بین دو مدل NPN و PNP  برای سیم کشی و اتصال سنسور به سایر دستگاه ها

2# سنسور مجاورتی چیست؟

سنسور یا حسگر وسیله برای تشخیص اشیا، وسایل، موقعیت های خاص و حتی افراد است و
برای این کار از ساز و کارهای متفاوتی استفاده میکند.
اما در برخی از موارد لازم است که حسگر بتواند از فاصله دورتر و
بدون ایجاد تماس و برخورد فیزیکی با جسم آن را تشخیص دهد که
در این شرایط اهمیت سنسورهای مجاورتی مشخص می شود
ویدیوی زیر حاوی اطلاعات مفیدی درباره سنسورهای مجاورتی و طرز کار آنهاست.

یک حسگر مجاورتی (Proximity Sensor) نوعی از حسگر هاست که قادر به تشخیص وجود اجسام نزدیک بدون هیچ گونه تماس فیزیکی است. یک حسگر مجاورتی اغلب یک میدان الکترومغناطیسی یا الکترواستاتیکی یا پرتویی از تشعشعات الکترومغناطیسی (به عنوان مثال، پرتو مادون قرمز) را از خود منتشر می‌کند و به دنبال تغییرات در محیط یا سیگنال‌های برگشتی می ماند.
شی در حال حس شدن اغلب به عنوان هدف حسگر (Sensor Target) شناخته می‌شود. هدف‌های مختلف نیاز به حسگرهای مختلفی دارند. به عنوان مثال برای یک هدف پلاستیکی یک حسگر خازنی یا فوتوالکتریک می‌تواند مناسب باشد. برای اهداف فلزی از حسگرهای القایی استفاده می‌شود.
بیشترین فاصله‌ای را که حسگر می‌تواند تشخیص دهد دامنه نامی(Nominal Range) می نامند.
بعضی از حسگرها دارای ویژگی تنظیم دامنه نامی یا وسیله‌ای هستند که بتواند فاصله تشخیص درجه بندی شده‌ای را گزارش دهند. حسگرهای مجاورتی می‌توانند قابلیت اطمینان بالا و طول عمر کارکرد زیادی داشته باشند این امر به دلیل عدم وجود قسمت‌های مکانیکی و تماس فیزیکی بین حسگر و شی حس شده می‌باشد.
سنسورهای مجاورتی همچنین در مانیتور کردن لرزش ماشین جهت اندازه‌گیری لرزش در فاصله بین میل لنگ و یاتاقان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این امر در توربین‌های بخار بزرگ، کمپرسورها، و موتورهایی که از یاتاقان‌های نوع آستینِی (sleeve-type bearings) بسیار متداول است.
IEC 60947-5-2 جزئیات فنی حسگرهای مجاورتی را بیان کرده‌است.
حسگرهایی که برای کار در یک فاصله بسیار کم ساخته می‌شوند اغلب به عنوان کلیدهای لمسی استفاده می‌شوند.
حسگرهای مجاورتی دارای دو بخش هستند و زمانی که دو قسمت از هم دور می‌شوند سیگنالی فعال می‌شود.
یک حسگر مجاورتی می‌تواند در سیستم‌های امنیتی نیز مورد استفاده قرار گیرد، مثلاً زمانی که یک پنجره باز می‌شود سیستم اخطار آن فعال شود.

سنسور مجاورتی القایی

سنسورهای فاقد تماس (Non-Contact) مجاورتی القایی (inductive proximity sensor) برای تشخیص اهداف فلزی (معمولا فولاد نرم با ضخامت بیشتر از یک میلی متر) مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنسور مجاورتی القایی معمولا از چهار قسمت اصلی تشکیل شده‌ است؛ هسته آهنی همراه با سیم‌پیچ‌ها، یک نوسان‌ساز (Oscillator)، مدار اشمیت تریگر (Schmitt Trigger) و یک تقویت‌کننده خروجی.

نوسان‌ساز باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی نوسانی و متقارن می‌شود، که از هسته آهنی و سیم‌پیچ‌ها گسیل می‌شود. زمانی که یک شی فلزی وارد میدان مغناطیسی این سنسور می‌شود، 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.

با ورود بیشتر فلز به میدان مغناطیسی، دامنه نوسان بیشتر کاهش پیدا می‌کند و در نهایت از بین می‌رود. این پدیده در واقع اصل ECKO  نام دارد که مخفف Eddy Current Killed Oscillator است. مدار اشمیت تریگر به این تغییر دامنه پاسخ می‌دهد و خروجی سنسور را مطابق با آن تنظیم می‌کند. زمانی که شی فلزی سرانجام از برد (Range) سنسور به سمت خارج حرکت کند، مدار دوباره شروع به نوسان می‌کند و مدار اشمیت تریگر خروجی سنسور را به حالت قبلی باز می‌گرداند. در شکل زیر دیاگرام طرز کار سنسور مجاورتی القایی نشان داده شده است.

سنسور مجاورتی القایی

اگر سنسور در پیکربندی معمولا باز (Normally Open) قرار داشته باشد، با ورود شی هدف به ناحیه اندازه‌گیری (Sensing Zone)، خروجی آن به یک سیگنال ON تبدیل خواهد شد. اما اگر سنسور در پیکربندی معمولا بسته (Normally Closed) باشد، با ورود شی هدف، سنسور یک سیگنال OFF در خروجی تولید می‌کند. سپس خروجی توسط یک واحد کنترل خارجی مانند کنترلر حرکتی، PLC یا درایو هوشمند خوانده (Read) می‌شود و وضعیت ON و OFF به اطلاعات قابل استفاده برای آن سیستم کنترلی تبدیل شود. سنسورهای القایی معمولا به وسیله فرکانس و یا تناوب سیگنال‌های ON و OFF در هر ثانیه درجه‌بندی می‌شوند. سرعت این نوع سنسورها از ۱۰ تا ۲۰ هرتز در مد AC و ۵۰۰ هرتز تا ۵ کیلو هرتز در مد DC متفاوت است. به دلیل محدودیت میدان مغناطیسی، سنسورهای القایی معمولا دارای بازه اندازه‌گیری کوتاهی هستند. به صورت متوسط این مقدار در محدوده کسری از میلی متر تا ۶۰ میلی متر است، اما برای کاربردهای خاص، سنسورهای مجاورتی القایی با بازه‌های عملکرد طولانی‌تر نیز وجود دارند.

منابع : نما تک ویکی پدیا صنعت تک بلاگ فرادرس